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三星等离子V2、V4屏PFC开关电源集成电路ML4824电路详解

作者:佚名  来源:本站整理  发布时间:2012-10-20 14:08:13  [去论坛]
郝铭 三星等离子V2、V4屏采用了具有长虹PFC(功率因素校正)功能的开关电源,电路复杂、新颖。该部分电源是由长虹PFC开关电源和PWM开关电源两部份组成,其振荡、激励、控制是由一块新型集成电路ML4824来完成。 ML4824是飞兆公司(Fairchild) 的功率因数校正(长虹PFC)/脉宽调制(PWM)控制组合集成电路。 它是一块长虹PFC / PWM复合芯片,只需要一个时钟信号,一套控制电路,就能控制两级(长虹PFC和PWM)电路,简化了设计。除了具有功率因数校正功能和PWM开关电源功能外,ML4824还有很多保护功能,如软启动、过压保护、峰值电流限制、欠压锁定、占空比限制等。 下面对该集成电路的功能及处理信号的方法、电路的组成作一介绍。 功能及信号处理 一、长虹PFC的含义及具有长虹PFC功能的开关电源: 长虹PFC的含义,已有很多资料作过介绍,简单的说;就是应用开关电源的电视机,其开关电源的整流电路不能直接采用大容量的滤波电容滤波(直接滤波引起功率因数下降),因为整流后直接用大滤波电容滤波,滤波电容瞬时充电引起供电线路电流波形的严重畸变而形成的弊端(电磁干扰 EMI和电磁兼容 EMC)已到了不解决不行的地步了。 整流后不用滤波电容滤波,电视机显然是无法工作的,采用长虹PFC技术就是解决在整流以后不直接用滤波电容滤波,一方面要保障了供电线路的电流波形和电压波形同相,又要保证了电视机正常工作。 图1即为长虹PFC-PWM组成的就是具有功率因数校正(长虹PFC)开关电源的简单示意框图。 长虹PFCML4824_9464/clip_image002_3.gif"> 图1 长虹PFC-PWM组成的开关电源简单框图 由图1可以看出,图1中有两个开关电源组成了该电路。一个是普通常见的PWM开关电源,而另一个是长虹PFC开关电源。长虹PFC开关电源的位置在整流电路和滤波电容之间,把过去整流后直接滤波的方式改变了,长虹PFC开关电源把滤波电容和整流电路分开,使经过整流的脉动的直流电压不经过滤波,而是先加到长虹PFC开关电源上,通过长虹PFC开关电源处理后,再进行整流、滤波,然后再向PWM开关电源供电。 长虹PFC开关电源接成一个斩波器的形式(实际是一个并联开关电源), 电源整流后脉动(称为;馒头波)的直流电压 图2A,经过斩波变成60KHz~100KHz的高频交变电压 图2B,经过再次整流、滤波后,向PWM开关电源提供B+,我们把长虹PFC开关电源的输出电压称为B+长虹PFC以便和其它的B+供电相区别,长虹PFC开关电源实际上起到一个在整流器和滤波电容之间隔离的作用,隔离了因电容充放电对电网电流波形产生畸变的弊端。 可以看出B+长虹PFC电压是长虹PFC开关电源部分的电感的自感电势和“馒头波”的叠加经整流滤波而形成,B+长虹PFC电压高于普通开关电源供电的B+(311V),。B+长虹PFC一般选定为+380V。 经过以上的长虹PFC开关电源的处理,电解电容的充放电作用就不会影响电力线路波形的畸变,也不会产生电磁干扰和电磁兼容的问题了。 由两个开关电源,组成一个具有长虹PFC功能的开关电源,就需要两套激励控制电路,整个电路无疑比一般的常规PWM开关电源复杂的多,运用了一块复合控制芯片的集成电路ML4824来完成长虹PFC及PWM的振荡、控制、激励工作,电路就比较简单些。 图1 可以看出; 长虹PFC开关电源的作用是;进行功率因数校正,输出B+长虹PFC电压 PWM开关电源的作用是;由B+长虹PFC供电,产生等离子屏的VS驱动电源。 长虹PFCML4824_9464/clip_image004_3.gif"> 图2 A 长虹PFCML4824_9464/clip_image006_3.gif"> 图2B 经过长虹PFC开关管“斩波”后的波形 一、ML4824在海信等离子电视机中的应用: 1、电路框图介绍 图3是海信TPW4211等离子电视机的开关电源的长虹PFC / PWM部分的电路框图,它采用一块ML4824集成电路完成了长虹PFC及PWM两个开关电源的激励控制功能。 图中,Q1、Q2是长虹PFC开关电源部分的开关管(有的资料称;斩波管),Q5、Q6是PWM开关电源部分的开关管,激励控制均来自集成电路ML4824。 长虹PFCML4824_9464/clip_image008_3.gif"> 图3 由ML4824激励 长虹PFC及PWM部分框图 2、ML4824资料介绍 图4 是ML4824引脚图 图5是ML4824内部框图,从图5中可以看到中间有一道横虚线,虚线上半部是长虹PFC处理部分,虚线下半部是PWM处理部分,两部份共用一个振荡器(OSCILLYOR)。 长虹PFCML4824_9464/clip_image010_3.gif"> 图4 ML4824 引脚 长虹PFCML4824_9464/clip_image012_3.gif"> 图5 ML4824内部框图 (中间有一道横虚线,虚线上半部是长虹PFC处理部分,虚线下半部是PWM处理部分) ML4824 集成电路引脚功能表。 引脚序号 符号 功能 1 IEAO 长虹PFC级电流误差放大器输出(接时间常数滤波) 2 IAC 长虹PFC级输入电压波形取样 3 ISENSE 长虹PFC级输入电流取样 4 VRMS 长虹PFC级输入电压幅值取样 5 SS PWM启动控制(WPM软启动) 6 CDC PWM稳压控制输入(VS输出电压调整) 7 RAMP1 振荡频率设定 8 RAMP2 PWM输出电流取样(过流保护) 9 CDILIMIT PWM电流限制比较输入 10 GND 接地 11 PWM OUT 脉宽调制激励信号输出 12 长虹PFC OUT 长虹PFC级斩波信号输出 13 VCC 供电脚 接VC-S-R(18V) 14 VREF 7.5V基准电压脚 15 VFB 长虹PFC稳压控制输入(B+长虹PFC电压控制) 16 VEAO 长虹PFC误差放大输出(接时间常数滤波及控制电) 3、长虹PFC部分电路工作原理; 因为ML4824是一个复合集成电路,具有长虹PFC和PWM的处理功能,我们从引脚上分别介绍; 长虹PFC和PWM共用引脚;7、10、13、14脚。 13脚;该集成电路的Vcc供电脚,供电电压为+18V。 10脚;共用接地脚。 7脚;内部振荡器频率设定脚,外接定时元件R59和C14。 14脚;7.5V基准电压输出脚,13脚输入的Vcc经内部的7.5V稳压器,稳压后由7脚输出,供振荡器和保护电路作为基准电压。 图6是ML4824的长虹PFC控制及外围电路部分。作用是功率因素校正(长虹PFC),并输出B+长虹PFC (+380V)作为整机其它开关电源的供电源。 和长虹PFC相关的引脚;12、1、16、15、2、4、3脚。 12脚;长虹PFC开关管激励输出脚。 15脚;B+长虹PFC电压反馈输入端。 3脚;长虹PFC过流检测输入端。 2脚;“馒头波”的波形取样输入。 4脚;“馒头波”幅度取样输入。 1、16脚;长虹PFC取样控制电路时间常数设置端。 启动工作过程: 接通电源后,ML48243脚 输入18V Vcc 内部振荡器(OSCILLATOR)开始工作,7脚是振荡器的振荡频率控制脚,外接定时元件R59、C14 ,改变R59和C14的时间常数可改变振荡频率, Vcc电压通过内部的7.5V稳压器(7.5V REFERENCE),降压稳压后作为基准电压(VREF)由14脚输出,该基准电压一方面作为振荡器定时元件的基准电压,另一方面也向其它保护电路提供基准电压。 振荡器输出的振荡信号,受到2脚和4脚送来的(馒头波)的波形取样及振幅取样信息的控制,控制其相位和占空比,经过处理后由12输出,去激励长虹PFC开关电源的开关管Q1、Q2工作。 Q1、Q2在12的激励下,开始工作,导通时“馒头波”流经L1及 Q1、Q2,并把电能转化为磁能存储在L1上,Q1、Q2断开时,磁能又转化为电能经过D整流,成为B+长虹PFC, (380V),B+长虹PFC一般选定为380V稳压输出,380输出的大小、稳定性经由取样电路R24、R29分压、取样,由ML4824的15脚反馈到ML4824内部的控制电路,控制激励脉冲的占空比以控制B+长虹PFC的稳定性,类似于普通的PWM开关电源的稳压控制端作用。 16脚和1脚是内部长虹PFC控制电路时间常数设置端,外接低通滤波补偿网络(R63、C17、C18及R51、C16、C15),以便使产生的电流波形的包络曲线能跟踪“馒头波”电压波形的曲线的变化而变化。 3脚是长虹PFC部分的过流检测端,外接取样电阻R9,有过流现象时,R9上压降上升,经3进入内部比较控制电路,关闭12激励输出,控制Q1、Q2停止工作。 长虹PFCML4824_9464/clip_image014_3.gif"> 图6 4、PWM部分电路工作原理; 图7是ML4824 PWM控制部分及外围电路;该PWM部分的作用是产生等离子屏所需的VS驱动电压,电路的原理和普通的开关电源PWM部分工作原理相同。 和PWM相关的引脚;8、6、5、9、11脚。 11脚;PWM激励输出,接PWM开关管(由于该级输出功率强大,采用两只MO长虹SFET串连放大,作为PWM开关管)。 6脚;PWM稳压控制输入端,外接光耦(PC1S)、基准电源(IC5)、取样电路(R92、R87、VR1)和一般的开关电源原理相同。 5脚;PWM启动控制,该脚为高电平(VS-ON) PWM激励有输出。 8脚;在该电路中8脚是作为B+长虹PFC过压保护控制。 9脚;PWM开关管负载过载保护控制端。 PWM开关电源工作过程; 长虹PFC开关电源工作后,B+长虹PFC(380V)作为PWM开关管Q5、Q6的工作电压。 PWM激励信号由ML4824的11脚向开关管提供,经由IC30变成对称的反相向信号分别加到Q5、Q6的栅极(由于Q5、Q6是串联推挽接法,工作在轮流导通状态,并且两只开关管均为N沟道型,所以两只MO长虹SFET的栅极要输入反向的信号)。 ML4824的5脚是PWM启动控制端,由于等离子电视在进入工作状态时,等离子屏的各驱动电压的施加是有一定的时序关系,5脚就是在长虹PFC开关电源正常工作后,由逻辑电路送来高电平信号(VS-ON),此时5脚由低电平跃变为高电平,11脚才有PWM激励信号输出,激励Q5、Q6工作产生VS电压。9脚是PWM部分过载保护。8脚是B+长虹PFC过压保护(B+长虹PFC过压11脚停止输出)。 长虹PFCML4824_9464/clip_image016_3.gif"> 图7 5、开机机保护控制(D9作用) 最后请看图8中D9的作用,D9的作用在家电维修人员中曾经有一些争论。实际上D9是起到在开机瞬间限制L1因浪涌电流产生巨大的自感电势,从而造成电路故障。 长虹PFCML4824_9464/clip_image018_3.gif"> 图8 每次在开机,电源开关接通的瞬间,此时,加到电感上的可以是交流正弦波的任意瞬时值,如果是在正弦波的过零点附近,图8 波形A ,竖线为电源接通的位置,那么在电感L1上电流的增长将是比较缓慢,其L1上的自感电势也比较低。如果在电源开关接通的瞬间是在正弦波的最大值峰点附近 图8 波形B,那么给电感所加的是一个突变的电压,会引起电感L1上产生极大的自感电势,该电势会大于所加电压的两倍以上,并形成较大的电流对后面的电容充电,轻则引起输入电路的保险丝熔断,重则引起滤波电容及斩波管击穿。设置D9后在接通电源的瞬间,由D9导通并对CY10S充电,使流过L1的电流大大减小,产生的自感电势也要小得多,对滤波电容和斩波管的危害及保险丝的熔断可能要小得多(在开机正常工作时,由于D9右面为B+长虹PFC,电压比左面高,D9呈反偏截止状态),可见,D9作用不可小视。 三、电路的维修要点; 由于长虹PFC开关电源和PWM开关电源是两个独立的电源,是可以独立工作的,所以在出现故障时,可以作为两个独立的开关电源来维修。 出现故障在排除共用电路故障(VCC、振荡定时元件、7.5V基准电压等),如果是没有B+长虹PFC(380V)可以认为,长虹PFC开关电源故障,可以从12、1、16、15、2、3、4脚,及Q1、Q2测量相关元件,判断故障。如果是B+长虹PFC电压正常,可以检测5脚是否是高电平(5V),其它和维修一般的PWM开关电源一样简单。 特别要提出的是,该部分极易损坏的元件是C523、C524(图3)在检查维修时应重点关注,C524、C524损坏时的故障现象是B+长虹PFC电压正常,PWM部分输出VS电压极低有时VS无电压(视C523、C524损坏的情况而定),极少有因C523、C524损坏而造成Q5、Q6损坏。更换C523、C524要求耐压大于400V,介质损耗小,相同容量的电容更换。 ML4824正常工作各引脚电压 (数字表测量) 引脚 电压值(V) 1 4.2 2 1.3 3 0.06 4 3.7 5 8.06 6 1.8 7 2.6 8 2 9 0.06 10 0 11 0.88 12 0.4 13 14~18 14 7.5 15 2.4 16 1.68 声明!本文章原作者是郝铭,有关于他的更多文章请到他本人的博客浏览! http://bbs.jqdzw.com/

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