显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修
版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513
第三章 显示器单元电路原理
3.1显示器电源电路
3.1.1电源电路的特点及分类
1.电源电路的特点
显示器的种类很多,不同显示器供电方式各有自已的特点,早期的部分单色显示器采用
了和黑白电视机电源类似的串联线性调整型电源,后期生产的单色显示器和绝大多数彩色显
示器都采用开关电源,有自激式的,也有它激式的,有脉宽调整型的,也有调频型的,但以
脉宽调整型为主;而且都采用变压器耦合的并联型开关电源,这主要是因为显示器和计算机
主机相接,显示器主板应为“冷底板”,不应带电,否则会损坏计算机主机。
对于屏幕较小的单色显示器,所需功率较小,供电电路比较简单,多采用低压电源,有
采用分离元件的串联直流稳压电源,有的采用集成串联稳压源,还有的采用开关电源。由于
单显示器的电源输出的电压一般为单一的12V或15V,并不能满足所有电路的需要,为此采
取了一些其他措施,如接口电路等部分数字电路所需的5V电压由三端稳压器提供,或直接
由稳压管稳压得到;行输出电路所需的较高的工作电压由自举升压电路得到,而视放输出级
的电压由行输出级提供,是由行逆程脉冲整流滤波得到的。
彩色显示器的供电电路要复杂些,彩色显示器内部包含多个不同功能的单元电路,它们
所需的电压是不同的,目前生产的多频彩显,其同步信号处理电路,模式识别电路一般需要
5V电源;灯丝电压一般为6.3V;视频信号处理,行场振荡电路一般需12V电源;行激励、
场扫描输出电路一般需20V~25V左右的电压;视放输出级需80V~100V的电压;行扫描输出
电路所需的工作电压是可变的,根据行频的不同而自动调整,一般在60V~150V之间变化。
而对于显像管的阳极则需2万多伏的高压;聚焦极需5KV~6KV的电压;加速级需200V~400V
左右的电压;栅极则大多需要-50V左右的负压。可见,显示器所需直流电压的变化范围是
相当大的。在实际的显示器电路中,对于品种如此繁多,而且功率大小又不一样的供电
,
并不都是由直流稳压电源提供的,行扫描输出级也能为一部分电路提供工作电压,行输出变
压器将行逆程脉冲进行变压,然后再经整流、滤波电路可得到多个不同的电压。
一般来说,无论是单色显示器还是彩色显示器,其显像管所需的中压、阳极高压都是由
行输出级提供的,早期生产的单频或双频显示器的视放输出级、灯丝、场扫描电路的电压有
时也是由行输出级提供的。但对于多频显示器,为了减小行输出电路的负担,视放输出级电
压和灯丝电压一般也由电源电路提供。另外,行输出级的电源、行振荡、同步信号处理及模
式识别电路的电源也必须由开关电源提供,因为它是保证行电路能够启动工作的前提条件。
2.电源电路分类
显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修培训版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513
(1)按开关控制器件的激励方式分类
① 自激式开关稳压电源:自激式开关稳压电源利用电源电路中的开关管、高频变
压器构成正反馈环路,来完成自激振荡,使开关稳压电源有直流电压输出。由于自激式
开关电源的开关管兼振荡管,不专设振荡器,也无专门的振荡启动电路,电路较简单,
只有少数显示器的电源电路采用了自激式开关电源。
② 它激式开关稳压电源,它激式开关稳压电源电路的开关管不参与激励脉冲的振
荡过程,必须附加有振荡启动电路和振荡器,振荡器产生开关脉冲,来控制电源中开关
管的导通与载止,让电源电路开关工作而有直流输出电压。激励脉冲的振荡电路产生,
可用分立元件,也可用集成电路。由于采用分立元件的振荡器,电路比较复杂,因此一
般都采用集成电路(如UC3842),整体电路比较简捷,而且功能比较强,能够完成振荡、
自动稳压、过流、过压保护等功能。
相对于自激式开关电源,它激式开关电源电路较复杂。现在生产的彩色显示器,绝
大多数采用了以UC3842集成电路为核心的它激式开关电源。
无论是自激式开关电源还是它激式开关电源,在工作时,都由行频脉冲同步,使开
关电源的振荡频率和行振荡的频率一至,这样做的好处是使这两部分电路相协调,不至
于互相干扰。对自激式电源,引入行逆程脉冲后,好像变为它激式了,实际上还是自激
式,因为振荡的维持还是由开关管和脉冲变压器或贮能电感上的正反馈绕组完成的,行
逆程脉冲只是起触发作用,使电路的振荡状态发生翻转。
不管采用何种激励方式,都要有足够的驱动功率,比如在开关管饱和期间,要求有
足够大的基极电流,以维持开关管的饱和导通,这时基极电流应满足 Ib>ICP/β(ICP为
开关管集电极的峰值电流)的条件,否则开关管就会因激励不足而不能完全饱和,压降增
大,功耗增大,开关管过热,容易造成损坏;而在开关管由饱和变为截止时,基极必须加反
向电压,形成足够的基极反向抽出电流,使开关管急剧地截止,以缩短开关管截止转换时
间,减小其关断损耗。
(2)按开关控制器件与负载的连接方式分类
① 串联型开关电源:串联型开关电源如图3-1所示。
取样
电路
基准电路
比较放
大电路U1 U0
开关器件
脉冲调
制电路
图3-1串联型开关电源示意图
显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修培训版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513
其开关控制器件和脉冲变压器串联在输入电路和负载之间。串联型开关电源
具有带负载能力强、开关管反峰电压低、元件少等优点;缺点是不能多路输出整
机所需的直流电压,需由行输出电路提供,这相对增加了行输出电路的故障率,
而且由于这种类型的开关电源的底板带电,显示器又直接和电脑主机相联,因此,
显示器的电源电路均不采用串联型开关电源。
② 并联型开关电源:并联型开关电源如图 3-2所示。
该类开关稳压电源的开关器件与输入电压和输出电压并联,通过不同的脉冲
变压器次级绕组抽头,产生几组不同的直流电压输出,以满足不同的电压要求。
图中的光电耦合器有的电路采用,有的电路不采用。
取样
电路
比较放
大电路
基准
电路
开关
器件
光耦隔离
脉冲调
制电路
启动
电路
稳定直流电
压脉
动
直
流
电
压
图3-2并联型开关电源示意图
并联型开关电源具有如下优点:
a.能向负载电路提供多组直流电压,这不但简化了行输出级电路,而且降低了行输出
变压器的故障率。
b.由于开关变压器的初级、次级是完全隔离的,使整机电路与开关电源不共地,这不
但提高了安全性,而且方便安装接口电路。因此,显示器所采用的电源均为并联型开关
电源。
c.稳压范围宽,只要略微改变一下开关脉冲的占空比,便能达到输出电压的稳定。
并联型开关电源也存在以下缺点:
a.开关管截止时,其开关管C极承受的最高峰值电压为Ui+UO;开关管饱和时次级整流
管承受的最高峰值电压也为 Ui+UO,所以对电源开关管及开关变压器次级所接的整流管
的耐压要求较高。
b.负载发生短路时,开关变压器绕组呈现低阻,这有可能导致开关管因开启损耗大而
损坏。
c.开关管饱和时开关变压器储存能量,开关管截止时开关变压器向负载释放能量,所
以要求开关变压器的电感量要足够大,才能满足负载在一个周期内所需要的能量。
显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修培训版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513
d.在开关管饱和期间,开关管C极电流几乎是线性增长的,开关管B极电流随着 C极
的充电而逐渐下降。为了保证截止前瞬间仍能饱和,正反馈脉冲电压必须达到规定值,
否则在开关管饱和后期,开关管会因激励不足而损坏。
正因为并联型开关电源存在这些缺点,所以除了由启动电路、振荡形成电路、误差
取样放大电路和脉宽调节电路组成的常规电路外,并联型开关电源为了保证开关电源和
负载电路可靠地工作,还设置许多附属电路。例如,为防止开关管因开启损耗大或关断
损耗大而损坏,设置了开关管恒流激励电路;为了防止负载短路使开关管因过流损坏,
设置了开关管过流保护电路;为了防止开关管和负载元器件因过压损坏,设置了过压保
护电路;为了防止开关管因二次击穿损坏,设置了尖峰吸收电路;为了防止市电过低,
使开关管因开启损耗大而损坏,设置了欠压保护电路。这些附属电路的加入使电源电路
工作的安全性及可靠大大提高,但同时也使电路的结构更加复杂,元件数量大大增多,
从而导致检修难度加大。
3.1.2开关电源电路的辅助电路
1.开关电源的稳压电路
为了使开关电源的输出电压不因市电电压、负载电流的变化而发生变化,必须通过稳压
调节电路对开关管的导通时间进行控制,达到稳定输出电压的目的,稳压电路主要由误差取
样、稳压调节电路构成。
(1)误差取样电路分间接和直接取样两种电路
① 间接取样电路:间接取样电路的特点是在开关变压器上专设一相取样绕组,由
于取样绕组和次取绕组采用紧耦合结构。所以,取样绕组被感应的脉冲电压的高
低就间接地反映了输出电压的高低。因此,这种取样方式称为间接取样方式。这
种取样方式的缺点是稳压瞬间晌应差,当输出电压因市电电压等原因发生变化时,
须经开关变压器的耦合才能反映到取样绕组,不但响应速度慢,而且不便于空载
检修,检修时,应在主电源输出端接假负载。
② 直接取样电路:顾名思义,直接取样电路的取样电压直接取自开关电源的主电
源输出端,通过光电耦合器再反馈到电源电路的脉宽或频率调节电路。直接取样
电路具有安全性能好、稳压反映速度快、瞬间响应时间短等优点,在彩色显示器
的电源电路中得到了广泛的应用。
(2)稳压调节电路
稳压调节电路的主要作用是,在误差取样电路的作用下,通过控制开关管激励脉冲
的宽度或周期,控制开关管导通时间的长短,使输出电压趋于稳定。
2.开关电源的保护电路
显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修培训版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513
开关电源的许多元件都工作在大电压、大电流条件下,为了保证开关电源及负载电路的
安全,开关电源设置了许多保护电路。
(1)尖峰吸收回路
由于开关变压器是感性元件。所以,在开关管截止瞬间,其C极上将产生尖峰极高
的反峰值电压,容易导致开关管过压损坏,为此,开关电源大都设置了如图3-4所示的尖峰
吸收回路。
(A)
Q
300V
R1
C1
T
+
C2
(B)
Q
300V
R1
C1
T
+
C2
D2
D1
(C)
300V
C1
Q
D1
R1
T
D2
+
C2
(A)尖峰脉冲吸收电路之一
(B)尖峰脉冲吸收电路之二
(C)尖峰脉冲吸收电路之三
图3-4尖峰脉冲吸收电路
如图 3-4(A)所示的电路中,开关管 Q截止瞬间,其 C极上将产生的反峰值电压,经
C1、R1构成充电回路,充电电流使尖峰电压被抑制在一定范围内,以免开关管被击穿,当
C1充电结束后,C1通过开关变压器T的初级绕组、300V滤波电容、地、R1构成放电回路,
因此,当R1取值小时,虽然利于尖峰电压的吸收,但增大了开关管的开启损耗,当R1取值
大时,虽然降低了开关管的开启损耗,但降低了尖峰电压的吸收。
如图3-4(B)所示的电路是针对以上电路改进的,在图(B)中,不但加装了二极管D1,
显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修培训版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513
而且加大了R1的值,这样,由于D1的内阻较小,利于尖峰电压的吸收,而R1的取值又较
大,降低了开启损耗大对开关管Q的影响。
如图3-4(C)所示的电路与(B)所示的电路工作原理是一样的,吸收效果要更好一些。
目前,彩色显示器的电源尖峰吸收回路基本上都采用了该电路形式。
(2)过压保护
为避免因各种原因引起的输出电压升高,而造成负载电路的元件损坏,一般都设置
过压保护电路,
有多种,如在输出电压和地之间并联晶闸管 SCR,一旦电压取样电
路检测到输出电压升高,就会触发晶闸管导通,起到过压保护的功能;也可以在检测到
输出电压升高时,直接控制开关管的振荡过程,使开关电源停止工作。
(3)过流保护
为了保护开关管因负载短路或过重而使开关管过流损坏,所以开关电源必须具有过
流保护功能。最简单的过流保护措施是在线路中串入保险管,显示器中所使用的保险管
比较特殊,具有瞬间承受大电流冲击不会熔断的性能,称为延迟保险。这主要是为配合
开机时的自动消磁特制的,因此在电流过大时,保险管的动作不会很及时,只能起慢速
保护作用。另外,在整流电路中常接有限流电阻,一般采用功率很大的水泥电阻,阻值
为几欧姆,能起一定的隔流作用。另一种比较有效的方法是在开关调整管的E极(对三
极管而言)或S极(对场效应管而言)串接一只过流检测小电阻,一旦由某种原因引起
饱和时的电流过大,则过流检测电阻上的压降增大,从而触发保护电路,使开关管B极
上的驱动脉冲消失或调整驱动脉冲的脉宽,使开关管的导通时间下降,达到过流保护的
目的。
3.软启动电路
开关电源一般在开机瞬间,由于稳压电路还没有完全进入工作状态,开关管将处于失控
状态,极易因关断损耗大或过激励而损坏。为此,一些显示器的开关电源中设有软启动电路,
其作用是在每次开机时,限制激励脉冲导通时间不至于过长,并使稳压电路迅速进入工作状
态。有些电源控制芯片(如TDA4605)中集成有软启动电路,有些开关电源则在外部专设有
软启动电路。
4.过激励保护电路
过激励保护电路的作用是在开机瞬间,限制激励脉冲的幅度,不至因激励脉冲幅度过高
而损坏开关管。图3-5为一种简单的过激励保护电路。
显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修培训版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513
图3-5过激励保护电路
当UC3842的6脚输出的驱动电压过高时,经R1限流后被D2稳压,避免了开关管Q因
启动瞬间稳压调节电路没有进入工作状态,6脚的输出电压过高引起开关管过激励损坏。
5.欠压保护电路
当市电电压过低时,将引起激励脉冲幅度不足,导致开关管因开启损耗大而损坏,因此,
有些开关电源设置了欠压保护电路。例如,对于多数彩显所采用的开关电源控制芯片
UC3842,在其内部就设置了欠压保护电路。当UC3842的7脚供电端低于11V时,内部的欠
电压保护电路动作,内部逻辑电路将关闭6脚的输出,开关管停止工作,从而避免了开关管
因开启损耗大而损坏。
3.1.3显示器电源电路原理及检修
1.显示器电源电路的组成(如图3-6所示)
图3-6开关电源组成方框图
显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修培训版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513
2.UC3842组成的开关稳压电源电路工作原理
如图3-7所示,以美格珑796FDII型彩色显示器为例,讲述目前普遍采用的显示器开关
稳压电源电路原理(其它品牌型号的显示器开关电源电路与此电路大同小异),显示器主电
源电路是由ICl01(UC3842)为核心构成的变压器耦合、它激式开关稳压电源,该电源主要为
微处理器、存储器、显示管灯丝、场扫描和二次电源等电路提供工作电压。下面简述该电源
的工作原理。
(1)启动与振荡
220V市电电压经C124、L102、R101、C101等元件滤除电网中的高频杂波后,分两
路输出:一路送到受控消磁电路;另一路经L103滤波→BDl01桥式整流→L104A滤波→
D102整流→C104滤波,在C104两端产生300V左右的直流电压。NTCl01、NTCl02是负
温度系数热敏电阻,其作用是防止开机瞬间的大电流(因C104较大)损坏保险管F101、
整流堆BDl01等元件。
300V电压不但经开关变压器T101初级绕组送到开关管Q104的D极,而且经R102、
经R12限流,对电源控制芯片ICl01(UC3842)供电端滤波电容C111充电。当C111两端
充电电压达到16V时,ICl01启动。ICl01启动后,其“8”脚输出的5V电压经VRl03、
R114、C116与ICl01“4”脚内的振荡器形成振荡,在ICl01“4”脚上形成锯齿波脉冲
电压,使ICl01的“6”脚输出激励电压。该电压经R121、R123、D122使Q104工作在
开关状态。
Q104工作后,由开关变压器 T101自馈电绕组产生的脉冲电压经 R128限流,D113
整流,C111滤波,获得17.8V直流电压,取代启动电路为ICl01供电。
显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修培训版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513
图3-7美格796FDII开关电源
(2)稳压调节电路
当市电电压升高或负载变轻引起输出端电压升高时,C125两端升高的电压经 R147
限流,使光电耦合器 ICl03“1”脚电位升高,同时,C137两端升高的电压经误差取样
电路R145、R124、VRl01、D119与R113取样后的电压超过2.51V,再经三端误差放大器
ICl04内部比较放大后,使 ICl03“2”脚电位下降。此时 Cl03内的发光管因导通电压
升高而发光加强,致使ICl03内的光敏管导通加强,使得ICl01误差放大器反相输入端
“2”脚输入的控制电压超过2.5V,最终使ICl01“6”脚输出的激励电压占空比下降,
开关管 Q104导通时间缩短,输出端电压下降到正常值,实现稳压控制。当输出端电压
下降时,稳压调节过程相反。
VRl01是可调电阻,调整其阻值的大小,可在一定范围内改变输出端电压的高低。
D119是隔离二极管。
(3)保护电路
显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修培训版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513
① 尖峰电压吸收:该电源电路在开关管Q104的D极设置了由R103、C106、D101和
C142构成的尖峰电压吸收回路,以免Q104在截止期间被过高的尖峰电压损坏。
② 开关管保护:ZDl01是防止开关管Q104过激励损坏的稳压管。D122、R123用作
防止Q104截止瞬间因存储效应损坏的释放电路。
③ 开关管击穿保护:开关管Q104击穿后,300V电压经D124、D125到地构成回路,
使保险管F101迅速熔断,避免了Q104击穿后,可能导致R104开路。R104开路后,
便可能损坏ICl01“3”脚内部电路。
④ 误差取样异常保护:当误差取样电路的R145、R124、VR101、D119异常引起输出
端电压升高时;当C125两端电压升高到一定值后,稳压管ZDl03导通加强,使R113
两端电压达到 2.51V时,输出端电压被限制在一定范围内,避免了误差取样电路异
常给负载电路带来的危害。
3.UC3842组成的开关稳压电源电路故障
和检修
电源电路异常引起的故障主要是无显示、指示灯不亮的全无故障;指示灯亮、无显示
故障等。
(1)输出端电压为0V
输出端电压为0V,说明开关电源未工作。该故障可通过保险管F101是否熔断,进
一步判断故障部位。若保险管F101熔断,说明开关电源有过流现象;若F101正常,说
明开关电源未启动或ICl03“3”脚和“4”脚之间短路。
(2)输出端电压低且波动
输出端电压低且波动的故障原因主要有三个:一是负载电路有元件短路;二是自馈
电电路异常;三是稳压调节电路异常。
(3)始终处于节能模式
若开关电源始终处于节能模式,可通过电源指示灯发光状态进一步判断故障部位。
若指示灯发光为橙色,说明同步信号输入电路或微处理器电路异常;若指示灯发光为绿
色,说明节能控制电路异常。
(4)输出端电压偏高
输出端电压偏高,说明稳压调节电路异常。由于该电源电路设置了误差取样电路异
常保护电路,所以该故障部位仅局限在误差放大器和PWM控制电路异常。对于该故障主
要检查R147、R111、D112、C125、ICl04、ICl03、ICl01是否正常即可。
输出端电压高的同时,开关管 Q104的 D极尖峰电压也相应升高,所以极易导致开
关管Q104过压损坏。因此,在检修过程中需要采取保护措施。方法是可取下保险管F101,
在其位置上串接一只150W灯泡或用调压器将市电电压降到100V左右。
4.故障部位判断技巧
显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修培训版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513
由于该开关电源采用了ICl01、ICl02、ICl04等多块集成电路,所以在没有同型号配件
时,会给维修人员的检修输出端电压高的故障带来一定的困难。下面介绍一下该开关电源的
故障部位判断技巧。
将两只发光管串联后接在ICl04两端(发光管负极接地)。通电后,若C137两端电压为
187V,C121两端电压为 71V,光电耦合器 ICl03的“1”、“2”脚分别为4.8V、3.7V,说明
故障部位在ICl04及误差取样电路。若电压仍然高,说明1C103、ICl01异常。确认R113、
R147、R110、R111是否正常后,采用模拟法判断 ICl03是否正常。采用该方法是:切断市
电电压后,将一节1.5V的5号电池串接一只56Ω电阻后,并在ICl03的“1”、“2”脚上(电
池负极接“2”脚),用数字万用表2k挡在路测ICl03的“3”、“4”脚之间的正向电阻的阻
值应为466Ω,反向电阻的阻值为无穷大。取下电池后,ICl03的“3”、“4”脚之间的正、
反向电阻的阻值均应为无穷大。
5.UC3842的好坏判断方法及代换原则
在国产的显示器中,电源PWM控制电路最常用的集成电路型号就是UC3842(或KA3842)。
下面简单介绍一下UC3842好坏的判断方法:
在更换完外围损坏的元器件后,先不装开关管,加电测UC3842的7脚电压,若电压在
10-17V间波动,其余各脚也分别有波动的电压,则说明电路已起振,UC3842基本正常;若
7脚电压低,其余管脚无电压或不波动,则UC3842已损坏。
开关管S极接地电阻R126的检查。此电阻的阻值一般在0.2-0.6欧姆之间,大于此值
会出现带不起负载的现象(就是次极电压偏低)。
由于UC3842(KA3842)的工作电压和输出功率均与UC3842(KA3842)相差甚远, 3842
系列和3843系列在启动电压和关闭电压方面也存在着较大的区别。前者的启动电压为16V,
关闭电压为10V;后者的启动电压为8.5V,关闭电压为7.6V。这两个系列的IC不能直接代
换。如确有必要用后者代
换前者时,要对电路加以改造方可。因此,这一点在维修工作中必须要注意。
显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修培训版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513
图3-8 UC3842公版电路
显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修培训版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513
图3-9 TDA4605构成的开关电源公版图
显示器芯片级维修教材 编辑:毛泽云
东方维修培训版权所有 www.eastrepair.com 技术支持:010-62102513