LED開關(guān)電源中各部分電路的原理與維修分析

1 引言

本 LED 開關(guān)電源是采用電源部分與LED 驅(qū)動部分二合一的方案。由交流100V~240V 電壓輸入，電源部分有3 路輸出，外加LED 驅(qū)動電源。

啟動時，由100V-240V 交流電壓輸入，首先將待機電源啟動，5V 輸出給CPU 供電，由CPU 根據(jù)整機設(shè)定情況發(fā)出ON/OFF（PS-ON）開機指令給電源電路，通過反饋回路將主電接通，100V-240V交流電壓經(jīng)整流輸出，通過PFC 電路將整流后的電壓升到380V 左右，通過LLC 電路，經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換輸出12V 和LED 驅(qū)動電源（LED 點亮?xí)r約200V 到210V）。同時，主板將根據(jù)情況輸出SW 信號和BRI 信號，電源板接到這兩個信號后，LED 驅(qū)動開始工作，背光點亮。

電源結(jié)構(gòu)框架如下圖所示：

2 各部分分解說明

2.1 待機電源部分

待機電源部分主控電源管理芯片采用的 STR-6059H，內(nèi)置650V 的MOS，變壓器為T901, STR-6059H 為準(zhǔn)諧振控制芯片，其啟動過程為：交流100V～240V 輸入電壓經(jīng)整流橋整流后，經(jīng)變壓器T901 副邊輸出端輸出電壓20V 進(jìn)入N831（STR-6059H）的5 腳（Vcc）端，外接47uF 的旁路電容，用于儲存啟動電壓，當(dāng)Vcc 電平達(dá)到芯片啟動電平時，N831 開始工作。（以上元器件及其位號請參考原理圖）當(dāng)待機5V（5V_S）無正常輸出時，首先用示波器檢測STR-6059H 的Vcc 供電是否正常，如Vcc 供電出現(xiàn)鋸齒波，請檢測開關(guān)電源是否開路。

本待機部分產(chǎn)生待機5V（5V_S）電壓，當(dāng)主板發(fā)過來STB 為高電平時，5V_S 通過光耦N833 來打通主電路，即只有待機電壓正常工作，其它電路才能工作。

STR-6259H 的各個引腳功能如下：

STR-6259H 具有過壓保護(hù)、過流保護(hù)、以及過熱關(guān)斷等保護(hù)電路。

2.2 PFC 部分

PFC（Power Factor Correction）即功率因數(shù)校正，主要用來表征電子產(chǎn)品對電能的利用效率。功率因數(shù)越高，說明電能的利用效率越高。該部分的作用為能夠是輸入電流跟隨輸入電壓的變換。

從電路上講為，整流橋后大的濾波電解的電壓將不再隨著輸入電壓的變化而變化，而是一個恒定的值。

PFC 部分主控部分采用安森美公司的NCP33262，NCP33262 臨界模式PFC 控制器。

2.3 LLC 部分

隨著開關(guān)電源的發(fā)展，軟開關(guān)技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，已研究出了不少高效率的電路拓?fù)?，主要為諧振型的軟開關(guān)拓?fù)浜蚉WM 型的軟開關(guān)拓?fù)?。近幾年來，隨著半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)管的導(dǎo)通電阻，寄生電容和反向恢復(fù)時間越來越小了，這為諧振變換器的發(fā)展提供了又一次機遇。對于諧振變換器來說，如果設(shè)計得當(dāng)，能實現(xiàn)軟開關(guān)變換，從而使得開關(guān)電源具有較高的效率。

LLC 諧振電路，是我們現(xiàn)在所說的LLC 諧振半橋電路的一個通俗的叫法，由于諧振時由于有兩個L 及一個C 發(fā)生諧振，故稱LLC 電路，因此并非是三個英文單詞首字母的縮寫。

圖3 和圖4 分別給出了LLC 諧振變換器的電路圖和工作波形。圖3 中包括兩個功率MOSFET（S1 和S2），其占空比都為0.5；諧振電容Cs，副邊匝數(shù)相等的中心抽頭變壓器Tr，Tr 的漏感Ls，激磁電感Lm，Lm 在某個時間段也是一個諧振電感，因此，在LLC 諧振變換器中的諧振元件主要由以上3 個諧振元件構(gòu)成，即諧振電容Cs，電感Ls 和激磁電感Lm；半橋全波整流二極管D1 和D2，輸出電容Cf。

LLC 變換器的穩(wěn)態(tài)工作原理如下

a〔t1，t2〕當(dāng)t=t1 時，S2 關(guān)斷，諧振電流給S1 的寄生電容放電，一直到S1 上的電壓為零，然后S1 的體二級管導(dǎo)通。此階段D1 導(dǎo)通，Lm 上的電壓被輸出電壓鉗位，因此，只有Ls 和Cs 參與諧振。

b〔t2，t3〕當(dāng)t=t2 時，S1 在零電壓的條件下導(dǎo)通，變壓器原邊承受正向電壓；D1 繼續(xù)導(dǎo)通，S2 及D2 截止。此時Cs 和Ls 參與諧振，而Lm 不參與諧振。

c〔t3，t4〕當(dāng)t=t3 時，S1 仍然導(dǎo)通，而D1 與D2 處于關(guān)斷狀態(tài)，Tr 副邊與電路脫開，此時Lm，Ls 和Cs 一起參與諧振。實際電路中因此，在這個階段可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。

d〔t4，t5〕當(dāng)t=t4 時，S1 關(guān)斷，諧振電流給S2 的寄生電容放電，一直到S2 上的電壓為零，然后S2 的體二級管導(dǎo)通。此階段D2 導(dǎo)通，Lm 上的電壓被輸出電壓鉗位，因此，只有Ls 和Cs 參與諧振。

e〔t5，t6〕當(dāng)t=t5 時，S2 在零電壓的條件下導(dǎo)通，Tr 原邊承受反向電壓；D2 繼續(xù)導(dǎo)通，而S1 和D1 截止。此時僅Cs 和Ls 參與諧振，Lm 上的電壓被輸出電壓箝位，而不參與諧振。

f〔t6，t7〕當(dāng)t=t6 時，S2 仍然導(dǎo)通，而D1 和D2 處于關(guān)斷狀態(tài)，Tr 副邊與電路脫開，此時Lm，Ls 和Cs 一起參與諧振。實際電路中因此，在這個階段可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。

LLC 諧振變換器是通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓的，也就是在不同的輸入電壓下它的占空比保持不變，與不對稱半橋相比，它的掉電維持時間特性比較好，可以廣泛地應(yīng)用在對掉電維持時間要求比較高的場合。

2.4 LED 驅(qū)動部分

本電源 LED 驅(qū)動部分采用降壓恒流元，共六路LED 驅(qū)動輸出。

1）驅(qū)動芯片OZ9986 內(nèi)部框圖以及介紹如下：

各管腳功能介紹如下表：

2） 驅(qū)動部分恒流控制的原理

a 當(dāng) MOSFET 3N40 導(dǎo)通時，在電感L902 中感應(yīng)出上“+”下“－”的感應(yīng)電動勢，續(xù)流二極管VD901 關(guān)閉。LED 的供電電壓通過LED 燈串后，通過電感L902，經(jīng)MOSFET 3N40 后經(jīng)電阻接地，形成回路。導(dǎo)通過程中，電感中電流線性上升（見右上圖）。

b 當(dāng) MOSFET 3N40 關(guān)閉時，由于電感電流不能突變，在電感L902 中感應(yīng)出上“－”下“+”的感應(yīng)電動勢，續(xù)流二極管VD901 導(dǎo)通。電流經(jīng)電感L902，續(xù)流二極管VD901，LED 燈串形成回路。在此過程中，電感中電流線性下降。

c 當(dāng) LED 燈串中的電流達(dá)到250mV 時，驅(qū)動脈沖關(guān)掉，MOS 截止。電路進(jìn)入續(xù)流狀態(tài)。由于芯片通過固定的頻率在工作。在下一個工作周期時，高脈沖重新將MOS 打開，從而進(jìn)入下一個工作周期。

d LED 燈串電流的計算公式為：

ILED （mA） = 250/RISEN（Ω） （其中RISEN 為R927 與R928 并聯(lián)）

e OZ9986A 正常工作時，需要ENA、BRI 處于高電平狀態(tài)。

f 由于26 寸只用到4 路驅(qū)動，所以芯片的第5 路、第6 路電平置高。

g 對于26 寸機器，LED 供電電平為145V 左右。燈條兩端的電壓為120V 左右。

h 由于0Z9986 的驅(qū)動脈沖為5V 的驅(qū)動，而電路中MOS 的驅(qū)動電平需要10V 左右，所有在電路中需要一個電平變換電路，如下圖所示。

工作原理為：

1. CM1 接OZ9986 芯片的COMP1 引腳，輸出驅(qū)動脈沖。

2. CMP1 引腳輸出低電平時， V901 2N7002 導(dǎo)通，將V902 2222 的基極電位拉低使其截止，此時V903 2907 導(dǎo)通，輸出低電平脈沖。

3. CMP1 引腳輸出高電平時，V901 2N7002 截止，將V902 2222 的基極電位拉高并使其導(dǎo)通，此時V903 2907 截止，輸出高電平脈沖。

此驅(qū)動部分的控制原理僅為原理介紹，其元件位號可能與原理圖不符，但原理圖中的驅(qū)動方式與此是一一對應(yīng)的，在此僅以一路作為原理介紹，實際原理圖中應(yīng)用為六路。