液晶彩电高压板电路构成方案揭秘

高压板电路(逆变器)是一种DC-AC(直流-交流)变换器，它的工作过程就是开关电源工作的逆变过程。开关电源的作用是将市电电网的交流电压转变为稳定的Vcc电压(12V或24V)，而高压板电路正好相反，它是将开关电源输出的Vcc电压(12V或24V)转变为高频(40~80kHz)的高压(600~800V)交流电。

高压板电路的种类较多，根据驱动电路的不同，主要有以下几种构成方案。

一、 "PWM控制芯片+Royer结构驱动电路"构成方案

1."PWM控制芯片+Royer结构驱动电路"构成方案的基本结构形式

图1所示是"PWM控制芯片+Royer结构驱动电路"构成方案的基本结构形式。

从图中可以看出，该高压板电路主要由驱动控制电路(振荡器、调制器)、直流变换电路、Royer结构驱动电路、电压和电流检测电路、CCFL等组成。在实际的高压板中，常将振荡器、调制器、保护电路集成在一起，组成一块小型集成电路，一般称为PWM控制芯片。

图1中的ON/OFF为振荡器启动/停止控制信号输入端。该控制信号来自主板微控制器(MCU)，当液晶彩电由待机状态转为正常工作状态后，MCU向振荡器送出启动工作信号(高/低电平变化信号)，振荡器接收到信号后开始工作，产生频率40~80kHz的振荡信号送入调制器，在调制器内部与MCU部分送来的PWM亮度调整信号进行调制后，输出PWM激励脉冲信号，送往直流变换电路，使直流变换电路产生可控的直流电压，为Royer结构的驱动电路功率管供电。功率管及外围电容c1和变压器绕组L1(相当于电感)组成自激振荡电路，产生的振荡信号经功率放大和升压变压器升压耦合，输出高频交流高压，点亮背光灯管。


为了保护灯管，需要设置过电流和过电压保护电路。过电流保护检测信号从串联在背光灯管上的取样电阻R上取得，输送到驱动控制芯片。过电压保护检测信号由从L3上取得，也输送到驱动控制芯片，当输出电压及背光灯管工作电流出现异常时，驱动控制芯片控制调制器停止输出，从而起到保护的作用。

当调节亮度时，亮度控制信号加到驱动控制芯片，通过改变驱动控制芯片输出的PWM脉冲的占空比，进而改变直流变换器输出的直流电压大小，也就改变了加在驱动输出管上的电压大小，即改变了自激振荡的振荡幅度，从而使升压变压器输出的信号幅度、CCFL两端的高压幅度发生变化，达到调节亮度的目的。

该电路只能驱动一只背光灯管，由于背光灯管不能并联和串联应用，所以，若需要驱动多只背光灯管，必须由相应的多个升压变压器输出电路及相适配的激励电路来驱动。

2.实际电路分析

采用"PWM控制芯片+Royer结构驱动电路" 的高压板电路中，PWM控制Ic主要采用TL1451、BA9741、BA9743、SP9741、BI3101、BI3102、TL494、KA7500等。下面以"TL1451+Royer结构驱动电路"高压板电路为例进行介绍，有关电路如图2所示。


TL1451是一个PWM控制芯片，在开关电源、逆变电路中有着广泛的应用，该芯片由基准电源、振荡器、误差放大器、定时器和PWM比较器等部分组成，利用TL1451可以组成各种开关电源和控制系统，不仅能使开关电源和控制系统简化，容易维修，成本降低，更重要的是能降低系统的故障率，提高系统设备运行的可靠性。

TL1451为双通道驱动控制电路，可输出两路PWM控制脉冲，分别两路驱动电路进行控制，每路驱动电路均可驱动两只CCFL工作。TL1451适应电源电压范围宽，可以在3.6~40V的单电源下工作，具有短路和低电压误动作保护电路。TL1451内部电路框图如图3所示，引脚功能见表1.另外，与TL1451内部电路和引脚功能基本一致的芯片还有BA9741、SP9741等。


表1 TL1451引脚功能


(1)控制电路

控制电路由PWM控制芯片U201(TL1451)及其外围元器件组成。

在需要点亮灯管时，微控制器输出的ON/OFF信号为高电平，控制晶体管Q201、Q202导通，于是，由开关电源产生的12V直流电压经导通的Q202加到U201(TL1451)的供电端9脚，TL1451得电后，其内部基准电压源先工作，输出2.5V的基准电压，该基准电压不但供给TL1451片内电路，还通过16脚输出，供给片外部电路作基准电压。然后，TL1451启动内部振荡电路开始工作，振荡频率由1、2脚外接的定时电阻R204、定时电容C208的大小决定。振荡电路工作后，产生振荡脉冲，加到PWM比较器1和PWM比较器2,经过变换整形后从7、10脚输出PWM脉冲，去两路DC-DC变换电路。

(2)直流变换电路

直流变换电路共两路，分别由Q205、Q207、Q203、D201、L201和Q206、Q208、Q204、D202、L202组成，其作用是将输入的12V直流电压变换为可控的直流电压，为功率输出管(Q209、Q210和Q211、Q212)供电。由于两路的工作原理相同，下面只分析其中一路(TL1451的10脚输出的那一路)的工作情况。

U201(TL1451)的10脚输出的PWM激励脉冲，经Q205、Q207组成的图腾柱电路推挽放大，R216、C211耦合，加到P沟道场效应开关管Q203的栅极，使开关管Q203工作在开关状态。Q203导通时，12v电压经场效应管Q203的S、D极，电感L201,升压变压器PT201的4~5和4~2绕组分别加到功率输出管Q209、Q210的集电极，为Q209、Q210供电;Q203截止期间，由于电感中的电流不能突变，所以L201通过自感产生右正、左负的脉冲电压。于是，L201右端正的电压经PT201的4~5和4~2绕组、输出管Q209或Q210的ce结、续流二极管D201、L201左端构成放电回路，释放能量，继续为输出管Q209、Q210供电。

从以上分析可以看出，这是一个开关降压型DC-DC变换器。

(3)驱动电路

驱动电路(共两路)用于产生符合要求要交流高压，驱动CCFL工作，主要由驱动输出管(Q209、Q210和Q211、Q212)、升压变压器(PT201和PT202)等组成，下面以其中的一路(Q209、Q210、RT201)为例进行介绍。

从图2中可以看出，由Q209、Q210、RT201等元器件组成的电路是一个典型Royer结构的驱动电路，即自激式多谐振动振荡器。电路靠变压器一次侧、反馈绕组同名端的正确连接来满足自激振荡的相位条件，即满足正反馈条件。而振幅条件的满足，首先靠合理选择电路参数，使放大器建立合适的静态工作点，其次是改变反馈绕组的匝数，或它与一次绕组之间的耦合程度，以得到足够强的反馈量。稳幅作用是利用晶体管的非线性来实现的。

由自激式振荡电路产生的正弦波电压，经变压器PT201感生出高压，通过C215、C216及接插件CN202给CCFL供电。因为变压器耦合自激振荡电路振荡波形为标准的正弦波，恰好适合CCFL的供电要求，因此可以简化末级电路的设计。

(4)亮度调节电路

U201(TL1451)的4脚、13脚为亮度控制端，由于这两路控制信号的控制过程相同，下面只以13脚的亮度控制信号为例进行分析。

当需要调节亮度时，由微控制器输出的DIM控制脉冲发生变化→经R201、C203低通滤波后产生的直流电压发生变化→TL1451的13脚电压发生变化→TL1451的10脚输出脉冲的占空比发生变化→Q205、Q207的基极电压发生变化→Q203的栅极电压发生变化→Q203输出的供电电压发生变化→Q209、Q210振荡的幅度发生变化→PT201输出的高压发生变化→CCFL两端的电压发生变化，从而达到调节亮度的目的。

(5)保护电路

①过电压保护电路：当某种意外原因造成Q203输出的电压过高时，稳压管D203击穿，经R220、R222分压，使加到TL1451的11脚电压上升，通过内部电路控制10脚停止输出PWM脉冲，从而达到保护的目的。

同理，当某种意外原因造成Q204输出的电压过高时，稳压管D204击穿，经R221、R223分压，使加到TL1451的6脚电压上升，通过内部电路控制7脚停止输出PWM脉冲，从而达到保护的目的。

②欠电压保护电路：当系统刚上电或意外原因使TL1451供电电压不足3.6V时，其输出驱动晶体管很可能因为导通不良而损坏，因此，TL1451内部设置了欠电压保护电路(UVLO)。

欠电压保护电路启动后，将切断7脚、10脚输出的PWM脉冲，从而达到保护的目的。

③过电流保护电路：过电流保护电路用来保护CCFL不致因电流过大而老化或损坏，下面以CN202一路为例进行说明。PT201产生的高压经过CN202所接的CCFL后，将在R236两端产生随工作电流变化的交流电压，电流越大，R236两端电压越高，此电压经过D207整流，R240、C221滤波后，加到TL1451的14脚;若CCFL的工作电流过大，会使14脚电压升高很多，当达到一定值时，经TL1451内部处理，会控制10脚停止输出PWM脉冲，从而达到保护的目的。

④平衡保护电路：TL1451的5脚、12脚内部有一个电压比较器，电压比较器具有两个同相输入端和一个反相输入端，反相输入端电压为基准电压(2.5V)的一半(1.25V)，两个同相输入端分别和误差放大器1和误差放大器2的输出端相连。因此，电压比较器能够检测出两个误差放大器输出电压的大小，只要其中一个高于基准电压的一半(1.25V)时，电压比较器的输出即为高电平，该输出电压触发定时回路，从而使基准电压通过15脚向电容C207充电。当C207的电压达到一定值时，内部触发器置位，控制7脚、10脚停止输出PWM脉冲，从而保护了后级电路和设备。