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LED拼接大屏幕电源电路原理及故障检修

2019-07-03 11:11:43 来源:电子报 点击:766

【大比特导读】某大屏幕显示器由80个LED显示单元拼接而成,20个开关电源模块为它们供电,每个电源模块为4个LED显示单元提供5V电源。

某大屏幕显示器由80个LED显示单元拼接而成,20个开关电源模块为它们供电,每个电源模块为4个LED显示单元提供5V电源。拼接屏故障现象为:开始是其中6个LED显示单元的亮度变暗,关断交流220V供电,重新加电后,变为20块LED显示单元变为完全不亮,另有32个LED显示单元亮度变暗。经检查确认,故障由电源模块故障引起,其中,为完全不亮的20个LED显示单元供电的5个电源模块无输出电压,为亮度变暗的32个LED显示单元供电的8个电源模块的输出电压不同程度地变低(电压在3~3.9V之间)。电源模块采用的是诚联电源生产的CL-A-200-5型5V/40A直流电源。

一、电源工作原理

图1为根据电路板实物绘制的原理图,元件标号与实物一致。电源电路由交流干扰抑制(EMI)及主整流滤波电路、DC/DC变换电路、稳压控制电路以及过流/短路保护电路4部分组成。

1.EMI及主整流滤波电路

EMI电路由C1-C4、L1构成。其作用:1)抑制输入市电的电磁干扰,以免影响电源工作;2)防止电源工作时产生的高频电磁信号通过交流线路传导或辐射到市电网络,影响其他电气设备的正常工作。R13用于泄放C1存储的电荷。

整流滤波电路由整流全桥BD1和主滤波电容C5、C6构成。其作用是将交流220V供电变换为DC/DC变换电路所需的300V直流电压V0。C5、C6两端并接的电R2、R1不仅可均衡2只电容的电压,而且在断电后可快速泄放掉电容储存的电能。负温度系数电阻RT1用于防止加电瞬间产生的冲击大电流。

2. DC/DC变换电路

该电路由脉宽调制控制芯片IC1(KA7500B)及其外围元件构成的脉冲振荡信号产生电路5部分构成。其中,由激励变压器T2、三极管Q3/Q4及相关元件构成了驱动电路;由滤波电容C5、C6、高频变压器T1、开关管Q1/Q2及相关元件构成的功率变换电路;由D18、D19、L2、C22~C25构成了输出整流滤波电路;由T1的副边6-4-7绕组及D9、D10、C9组成了IC1的供电电路。

(1)KA7500B的简介

KA7500B(TL494)是一种性能较强的开关电源脉宽调制控制芯片,集成了多种功能电路。包括:由外接元件决定振荡频率的锯齿波振荡器(1~300kHz),脉宽调制逻辑电路,由2个集电极开路的三极管构成的输出脉冲信号驱动电路,控制2个驱动三极管同时截止的死区时间控制(DTC)电路(死区时间为振荡周期的4~*),2个用于调制输出脉冲宽度(即输出三极管导通时间)的电压误差放大器,以及给外围电路提供5V参考电压VREF的稳压电路等。

芯片采用16脚直插或贴片封装,工作电压为8~42V。

(2)振荡信号产生电路

IC1(KA7500B)内含一个锯齿波振荡电路。当VCC的12脚电压达到8V时,振荡器开始工作,振荡频率由5脚外接电容C14和6脚外接电阻R20决定。根据实际参数计算,电路的振荡频率=1.1/(R20×C14)=50kHz。芯片8脚C1端和11脚C2端分别以振荡频率的一半(即25kHz)交替输出脉宽调制信号。

(3)驱动电路

IC1供电VCC经电阻R12(1.5k)加到驱动变压器T2初级绕组的中间抽头2,Q4、Q3的c极分别连接到T2初级绕组的1、3抽头,IC1的8、11脚分别连接Q4和Q3的b极,T2的2个次级6-7、8-9绕组分别驱动开关管Q2和Q1工作,使它们工作在开关状态。当IC1的8、11脚同时为高电平时,Q3、Q4导通,T2初级1-2、2-3绕组中流过大小相等方向相反的电流,T2的2个次级绕组均无感应电压输出;当8脚有低脉冲信号而11脚仍为高电平时,Q4截止、Q3导通,T2的1-2绕组无电流流过,2-3绕组中有电流流过,6-7、8-9绕组产生左负、右正的感应电压;当8脚变为高电平而11脚有低脉冲信号时,Q4导通、Q3截止,T2的1-2绕组有电流流过,2-3绕组无电流流过,6-7、8-9绕组均产生左正右负的感应电压。Q3、Q4的e极所接D15、D16和C13用于将e极电位抬高到1.3V以上,使得Q3、Q4能可靠截止。

(3)高频电压变换及输出整流滤波电路

IC1的8、11脚输出的脉冲信号经推动电路放大后,在T2的2个次级绕组产生感应脉冲电压。当T2的6-7、8-9绕组产生左正、右负的感应电压时,Q1的b极获得正向脉冲而导通,Q2的b极获得反向脉冲电压而截止,电流从C6的正极经Q1的ce结、T2的5-4绕组、开关变压器T1的初级9-8绕组、C7流向C6的负极,给T1充磁,此时T1的次级1-3、3-2绕组感应出上正下负的低电压输出脉冲。当T2的6-7、8-9绕组产生左负右正的感应电压时,开关管Q2的b极获得正向脉冲电压而导通,Q1的基极获得反向脉冲电压而截止,电流从C5的正极经C7、开关变压器T1的初级8-9绕组、T2的4-5绕组、Q2的ce结流向C5的负极,给T1反向充磁,此时T1的次级1-3、3-2绕组感应出下正、上负的脉冲电压,它们经D18、D19全波整流,利用L2、C22~C25构成的滤波网络滤波后,输出5V直流电压。

C10、C11用于加速Q1和Q2的导通和截止,以降低功率开关管的热损耗;R6、R7和R10、R11为Q1和Q2的b极限流电阻;D7、R5和D4、R9的作用是抬高Q1、Q2的导通电压,使Q1和Q2能可靠截止;D5、D6是续流二极管,在Q1、Q2由导通变为截止时,分别为T1的初级8-9绕组提供接续电流;C8、R3构成尖峰脉冲消除网络,用于吸收T1初级绕组产生的尖峰脉冲,以免开关管截止瞬间过压损坏。R34(51Ω)为电源空载时的输出负载电阻。

(4)芯片IC1的供电电路

该电路由T1的副边6-4-7绕组及D9、D10、C9构成。正常工作时,随着T1初级绕组中正反向电流的流动,在T1的6-4-7绕组交替产生的感应电压经D9、D10全波整流、C9滤波后,为IC1提供工作电压VCC。

(5)自激启动过程

接入交流电后,整流全桥BD1开始给C5、C6充电,C6正、负极间的电压经R4A、R4B、R7、R5、T2的5-4绕组、C7、T1的初级绕组9-8构成充电回路,在R5两端建立启动电压。当R5两端电压达到0.7V时,Q1导通,电流由C6的正极通过Q1、T2的5-4绕组自下向上 流过T1的9-8绕组,再经C7到达C6的负极,给T1充磁;同时,T2的6-7、8-9绕组产生左正右负的感应电压,加速Q1导通,抑制Q2导通,直至流过T1的初级绕组的电流不再增长;此后,T2的6-7、8-9绕组产生左负右正的感应电压,使Q1迅速截止,并且加速Q2导通,电流由C5的正极通过C7、自上向下流过T1的初级8-9绕组,再经T2的4-5绕组、Q2到达C5的负极,给T1反向充磁。重复该过程,在T1的副边6-4-7绕组产生感应电压,经D9、D10整流,C9滤波,产生IC1的工作电压VCC。

当VCC高于8V时,IC1开始工作,内部振荡器产生的振荡脉冲,控制PWM脉冲发生器产生驱动信号,经放大后从8、11脚交替输出。

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