康佳KPS180-02（34006395）電源電路分析與維修方案

好大的太陽 · 發(fā)表于 2015-7-22 14:01

電源模塊KPS180-02主要適用在32、37英寸 LCD TV上，為LCD主板系統(tǒng)和LCD屏背光模組提供電能供應。已應用在康佳LC32DS60C、LC32FS81B、LC32FS82C、LC32GS80C，LC32TS86B/C/N、LC37DT08C、LC37FS81AB、LC37GS80B/C、LC37GS82B/C機型上，后續(xù)將有更多液晶電視應用該電源。該電源模塊電路主要由四部分組成：EMI 濾波整流、PFC 部分、主輸出PWM 部分、待機Standby 部分。PFC 線路采用Fairchild 的 FAN7530，CRM 模式控制，具有OCP/OVP/OTP各種保護功能，外圍線路簡單；待機Standby 部分采用Fairchild的芯片
FSQ0265R，是集成了的MOSFET和驅動IC的模塊控制芯片，直接驅動外接變壓器，模塊集成度高而且外圍線路簡單，對一致性和可靠性更容易控制；PWM 部分采用Fairchild 的芯FSFR1700SIP，是集成了MOSFET和LLC半橋諧振控制功能的芯片，通過對頻率的控制達到穩(wěn)定輸出電壓的作用，可以方便的調節(jié)軟啟動，內置了OVP/OCP/OTP等功能。本文簡要介紹該模塊電路特點與維修要點。

1、主要技術參數(shù)及要求

1.1 維修注意事項

1.1.1 請按指定維修步驟和測試儀器進行維修，否則將不能保證維修質量。在維修中必須保
證技術要求所指定的偏壓值。電源通電后，維修員不能碰到熱地端。

1.1.2 單獨進行電源項目檢測時，除了遙控開關機的檢測項目外，其他的檢測都要在5V 和
PSON間接一個簡易開關，控制ON/OFF。

1.1.3 維修之前請務必戴好靜電手套。

1.1.4 調試環(huán)境:溫度15～35℃；相對濕度45～75%；氣壓86～106kPa

1.2 主要技術參數(shù)：

1.2.1 輸入特性：電壓范圍：110~240VAC±10% 輸入電流：最大3.0A頻率范圍：50/60Hz 電源效率：大于82% 功率因數(shù)：≥0.9(110～240VAC輸入)

1.2.2 輸出特性：
待機Standby 部分：輸出電壓/電流：+5V±5%/2.0A 輸出紋波3：100mV max。
輸出電壓/電流1：+12V±5%/3.0A 輸出紋波1：120mV max；
輸出電壓/電流2：+24V±5%/5.5A 輸出紋波2：240mV max；

1.2.3 待機功率：待機狀態(tài)，當輸入電壓220VAC，+5Vsb輸出電流為OA時；電源的輸入功率不能超過0.5W；當負載功率為5V/80mA 時，輸入功率不大于1W；

1.2.4 遙控開/關機（PSON）

PS/ON信號為低電平（＜1 Vdc）的時候，整機處于待機狀態(tài)；
PS/ON信號為高電平（≥2Vdc）的時候，主輸出供電。

1．3 保護電路模擬技術參數(shù)

1.3.1 當各保護發(fā)生時，它們的保護模式為：

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SHUT OFF 為鎖定模式，當電源保護后，故障排除要重新開機才能恢復。
HICCUP 為自動恢復模式，當電源保護后，故障排除后可以自動恢復

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2、KPS180-02 電源框圖及電原理圖

KPS180-02電源方框圖見圖1， KPS180-02電源原理圖見圖2、圖3。

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3、開關機時序

待機Standby的供電取自整流后未濾波的脈動直流，產生Ｖcc啟動電壓及5V待機電壓；得到Ｖcc 啟動電壓后ＰＦＣ電路開始工作，為主電源PWM 電路提供PFC380V電壓。只有啟動Ｖcc 電壓，PFC電路及主輸出PWM才能正常工作，才能保證電源的時序關系。如果PFC電路出現(xiàn)故障，主輸出PWM也不可能正常工作。該電源共有3路輸出電壓。

1、待機電源5Ｖ／2Ａ，為ＣＰＵ、存儲器及ＦＬＡＳＨ，小信號電路及視頻前端電路供電。這一路輸出功率約10Ｗ。

2、主電路電源12Ｖ／3Ａ，為液晶屏邏輯電路及驅動電路、伴音功放輸出部分的供電。

3、背光電源24Ｖ／5.5Ａ，為背光Inverter 燈高壓變換器供電。

以上12V、24V均由主電源板輸出，輸出功率約170Ｗ。

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注：t1為5V的開機時間，t2為5V的爬升時間，t3為12V和24V的PSON開機時間，t4為12V和24V的PSON關機時間，t5為12V和24V的爬升時間，t6為5V的AC關機時間，t7為12V和24V的AC關機時間,t8為5V與12V和24V的掉電差異時間。

4、待機控制FSQ0265R 電路簡介

   待機 Standby部分采用Fairchild 的芯片F(xiàn)SQ0265R，是集成了的MOSFET和驅動IC的模塊控制芯片，直接驅動外接變壓器，模塊集成度高而且外圍線路簡單,對一致性和可靠性更容易控制,拓撲是采用傳統(tǒng)單端反激結構。

      在原理圖中DB904、RB911、RB912、RB913、RB917為過壓保護電路，通過FSQ0265R的第④腳同步端檢測輸入電壓；UB951 為穩(wěn)壓反饋環(huán)路，當輸出電壓發(fā)生變化時，反饋到FSQ0265R的第③腳電壓通過內部PWM比較，從而調整第⑥，⑦，⑧腳（Drain）輸出的占空比；其中①腳（GND）為接地端，②腳(Vcc)為Vcc供電，⑤腳(VSTr)為啟動（Start UP）。

      開機整流未經濾波的脈動直流經分壓電阻RB906、RB907 加到FSQ0265R 第⑤腳，使電路啟動，此時TB901次極線圈的感生電勢經過DB902整流、CB906 濾波，對UB901②腳提供Vcc，Vcc 的提供，振蕩加強，Vcc 逐步上升,當Vcc 達到16V 時電路趨于穩(wěn)定，正常工作時Vcc為12V～20V。

      DF901 的作用：每次在開機電源開關接通的瞬間，此時，加到電感上的可以是交流正弦波的任意瞬時值，如果是在正弦波的過零點附近，那么在電感LF902 上電流的增長將是比較緩慢，其LF902 上的自感電勢也比較低，如果在電源開關接通的瞬間是在正弦波的最大值峰點附近，那么給電感所加的是一個突變的電壓，會引起電感上產生極大的自感電勢，該電勢會大于所加電壓的兩倍，并形成較大的電流對后面的電容充電，輕則引起輸入電路的保險絲熔斷，重則引起濾波電容及斬波管DF902 擊穿。設置DF901后在接通電源的瞬間，由DF901導通并對CF903充電，使流過LF902的電流大大減小，產生的自感電勢也要小得多，對濾波電容和斬波管的危害及保險絲的熔斷可能性大大降低（在開機正常工作時，由于DF901后端為PFC電壓，電壓比前端高， DF901呈反偏截止狀態(tài)）。
5、PFC 功率因數(shù)校正FAN7530 電路簡介

PFC線路采用Fairchild 的FAN7530，PFC 工作模式是非連續(xù)臨界導通模式即CRM，具有OCP/OVP/OTP 各種保護功能。圖6 為PFC 電路簡圖，圖中R5 為零電流導通電路；R7為OCP 電路；R10、R11為輸出電壓穩(wěn)壓取樣電路。

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表1 FAN7530 各腳功能介紹

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第①腳：ＯＶＰ PFC電壓檢測及穩(wěn)壓控制（INV）

   這個腳輸入的是PFC（380V)的電壓的分壓，其電位反映了380V 電壓的高低．外接在分壓取樣電阻RF918、RF923、RF924的分壓點上，分壓點電位送入PFC 控制器第①腳作為PFC 輸出電壓的取樣，用以調整控制信號的占空比，調整第⑦腳的激勵輸出，穩(wěn)定PFC 輸出電壓。（其電路類似于普通開關電源的穩(wěn)壓控制電路）。

第②腳：開環(huán)占空比設置(MOT)

      這個腳是開環(huán)占空比設置腳。該腳通過對地電阻RF919 設置三角波斜率，確定開環(huán)最大占空比；通過調節(jié)與PFC 電感輔助繞組的電阻RF927，可以減小過零點時電流波形畸變，降低THD值（總諧波量）。

第③腳：誤差放大器的輸出端，相位補償（電壓/電流相位調整）(COMP)

      這個腳的作用是ＰＦＣ的相位校正，其外接元件是用于調整電壓和電流的波形之間的相位的（電流略滯后于電壓有利于控制電路的穩(wěn)定工作),當電源出現(xiàn)啟動不良，工作不穩(wěn)定時，就可以通過改變其外接低通濾波電路的時間常數(shù)來改善啟動穩(wěn)定性。

第④腳：斬波管源極電流檢測輸入端（CS）

      這個腳輸入的斬波管QF902源極（Ｓ）電阻端電壓，在斬波管QF902 的源極電阻RF911上進行源極電流取樣。當斬波管過流時，該取樣電壓上升，輸入第④腳電壓高于比較器的參考電壓0.8V，比較器發(fā)出保護信號，用以調整控制信號的占空比，調整第⑦腳的激勵輸出，使斬波管電流得以控制。

第⑤腳：過零檢測輸入（ZCD）

      PFC采用臨界電流檢測方式，這個腳是過零電流檢測輸入腳，PFC 開關就是在過零點時導通．LF902 是PFC 部分的儲能電感，由于該PFC 電路工作在CRM 方式，所以在電路中必須對被斬波電壓進行“過零識別”以控制PFC 激勵脈沖的“開通”，LF902輔助線圈并經RF926輸出，向FAN7530第⑤腳提供一識別信號，以控制內部振蕩器在過零時的“開通”。LF902中的黑點標明是線圈的同名端，千萬不能接反，否則無法工作，RF926 是限流電阻，通過調節(jié)接地電容CF907，達到谷底導通，能提高效率，優(yōu)化EMC。此是CRM 模式具有特性。當ZCD PIN的電壓上升到1.5VZVC被激活；ZVC電壓下降到1.4V時，MOSFET翻轉。

第⑦腳：斬波管QF902激勵輸出（OUT）

   第⑦腳輸出斬波激勵脈沖，經過“驅動電路”驅動QF902 工作，RF905 是限制QF902柵－源極初始充電的限流電阻，DF903、RF920 組成的激勵脈沖下降沿促使柵－源快速放電的放電電路。工作過程如下：在激勵脈沖上升沿（T1時間）；DF903 截止，激勵脈沖經RF905對柵－源充電，形成柵－源電場，斬波管迅速導通。在激勵脈沖平頂持續(xù)時間（T1-T2時間），由于電場的持續(xù)導通維持，此時導通呈阻性。在激勵脈沖下降沿（T3 時間）；通過DF903導通快速放電；斬波管快速關斷，完成一個斬波周期。

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QF902 場效應管輸入是容性，為了保證激勵脈沖的極性變換時柵極快沖放電，T2 時間脈沖下降，柵極積累的電荷經DF903 通過FAN7530 內的MOS 管組成的電路放電，使容性輸入特性的場效應管，快速導通/關閉。
6、FSFR1700（PWM）輸出電路簡介

主輸出PWM線路采用Fairchild 的芯片F(xiàn)SFR1700SIP，是集成了MOSFET和LLC半橋諧振控制功能的芯片，通過對頻率的控制達到穩(wěn)定輸出電壓的作用，可以方便的調節(jié)軟啟動，內置了OVP/OCP/OTP 等功能。

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圖9 PWM主輸出線路簡圖

圖10 FSFR1700引腳圖

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第①腳：內置上橋驅動MOSFET漏極電壓輸入(VDL)

   這個腳是內置上橋驅動MOSFET漏極電壓輸入端；內置上橋驅動電路采用共模噪聲消除技術,提供卓越的噪聲抗干擾能; MOSFET的快速恢復體二極管最大限度地減小反向恢復效應,防止出現(xiàn)異常運作狀態(tài);

第②腳：反饋電壓控制和保護（CON）

      這個腳是間歇工作模式門限，受反饋電壓控制，但電壓高于基準電壓0.6V 時，IC 開始工作，并處于靜止狀態(tài)，并且只有較小的靜態(tài)工作電流；當電壓降低到0.4V，IC 關機后重新啟動工作；當電壓上升超過5V，將觸發(fā)保護。

第③腳：設置開關頻率及反饋電壓控制（RT）

      這個腳是振蕩頻率設置端；③腳提供2V 基準電壓，從③腳到地接一只電阻RFmin（RW909），用于設置最低振蕩頻率。從③腳接一只電阻RFmax （RW908），通過反饋環(huán)路控制的光耦接地，將用于調整交換器的振蕩頻率。RFmax 是最高工作頻率設置電阻。③腳到地接一個RC，CW962、RW911 網絡實現(xiàn)軟啟動。當輸出電壓升高/降低，經光耦發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管導通，反饋電壓輸入到IC

第③腳，通過調節(jié)工作頻率，使輸出電壓保持穩(wěn)定。

第④腳：過流檢測（OCP）

   這個腳為過流保護端；通過電阻分流器（RW921）檢測主回路中的電流。外部增加RC電路用于濾波噪聲。當電壓低于－0.6V門限，就會觸發(fā)OCP 保護，除非Vcc降低到UVLO以下，就一直起作用；OCP 會延時1.5μS，防止啟動誤動作。在主電路短路的情況下，電流繼續(xù)增大，盡管頻率增加，當電壓低于另一比較器的基準電壓－0.9V 時，驅動器將關閉，IC鎖死能量損耗幾乎回到啟動之前的水平。檢測信息被閉鎖，只有IC的LVCC電壓低于5V時，芯片才會被重新啟動。

第⑤/⑥腳：IC內部共地腳（SG/PG）。

⑥腳為IC 地?；芈冯娏鳛榈投碎T極驅動電流和芯片偏置工作電流之和。所有相關的地都應該和這個腳連通，并且要同脈沖控制回路分開。

第⑦腳：Vcc供電腳（LVcc）

Vcc：電源包括芯片的信號部分和低端MOS管的門極驅動。接一只小的濾波電容（0.1uF）有利于芯片信號電路得到一個干凈的偏置電壓。

第⑨腳：內置上橋MOSFET驅動供電腳（HVcc）

第⑩腳：高端門極驅動的浮地（VCTR）

   這個腳為高端門極驅動的浮地端。為高端門極驅動電流提供電流返回回路。應仔細布局以避免出現(xiàn)太大的低于地的毛刺。串聯(lián)諧振電容Cs （CW911）作用：串聯(lián)諧振電容既是隔直電容又是諧振電容，它將儲存諧振的能量，由于諧振的能量取決于輸出功率，Cs的值越小，其電壓就越高。

7.維修項目及維修方法

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8、常見故障分析維修

8．1 PFC電路的場效應管擊穿原因分析

      原因有兩點：1、場效應管過流；2、場效應管過壓。場效應管過流會損壞，因為在過流時，兩個PN結會擊穿，而更多的原因是由于Ton周期過長，場效應管在截止時反向電壓過高而損壞。原因是在開關電路中，開關管的集電極加上吸收回路來降低開關管截止時形成的高壓，其電壓的大小與電流的變化率成正比（正比于di/dt），也就是當開關管截止時，開關管的反向電壓最高。對于軟開關的電源，所謂軟開關就是將開關管開關時的功耗降低趨向于0。我們知道MOSFET管開關時呈阻性，在其飽和導通時呈低阻特性。在維修電源時，我們會發(fā)現(xiàn)FAN7530 中MOSFET 管的d、s 兩端壓降用我們的萬用表是量不出來的，而普通三極管的飽和壓降為0.3V。對于使用場效應管的開關電源，開關管之所以發(fā)熱，其原因就是因為開關損耗嚴重。軟開關是指ZCS（zero current switching 零電流開關）和ZVS(zero voltage switching 零電壓開關)。由上可知，開關管在截止時若使用軟開關，只能使用ZCS；在使用軟開關時，開關在截止期間仍然有高壓存在，而這個高壓只有零電流時出現(xiàn)。因為在諧振電路中，只有零電流時，電容和電感兩端的電壓達到最高。
由此，我們可以知道，當電流超過正常值時，開關管截止的電壓比正常時會高。當這個電壓超過其極限值時，就會擊穿.也就是Ton 的周期過長，會損壞開關管。我們了解了MOSFET 損壞條件，因此知道如何去檢修：如反饋檢測電路有問題，其關鍵腳是第①腳（INV），該腳直接反映PFC 輸出電壓的高低，及其過壓保護。重點檢查電阻RF908、RF915、RF917 、RF918，阻值增大會出現(xiàn)PFC 電壓升高。還有一個關鍵的腳就是第⑩腳，該腳為CS，決定了它的功能是電流開關（CS 為current switching電流開關）該腳決定著Ton 的時間，參看前面圖6、圖7。

   圖6是PFC電源的原理圖，圖7 是PFC 電流波形。由圖6 可知，PFC 電源穩(wěn)壓主要是由輸出電壓經分壓后，作為反饋量進行穩(wěn)壓的。由此我們知道電阻RF908、RF915、RF917 、RF918，阻值增大，都會導致反饋量減小，PFC 輸出電壓升高。為了防止出現(xiàn)這種情況，可使用多個精密電阻分壓。右圖中，每一個鋸齒波就是一個開關周期，這個鋸齒波由峰值開始下降，就是開關管由導通變截止的轉折點。這個轉折點在很大方面是由電流峰值檢測控制，所以要重點檢查RF925、CF914。注意驅動電路，在通常情況下，場效應管擊穿，往往伴隨著驅動電路的損壞，這部分電路也要多查一下。通常限流電阻，激勵三極管會損壞，驅動電路的元件如檢查有誤，一般不會馬上就燒場效應管，會有較長的滯后過程；那是因為驅動電路不好，會造成激勵不足，時間長了才會燒開關管，這種情況在修普通電源時遇到過。如開機一段時間后，感覺開關管特別燙，這種情況多屬于激勵有問題，要多查一下驅動電路的元件，這些元件在線路基本能夠測量出來，但是DF903 不能在路測量，因為它并接了一個68Ω電阻，開關管損壞，這種二極管有時也會損壞。

   5V待機電源的故障率比較低，常常是整流二極管損壞，或是SR360帶負載能力弱，其它地方壞的比較少。

8．2 PWM 主輸出電路故障分析

   PWM 主輸出故障率比較高，因為這一部分占整個電源70％的輸出功率，高電壓、大電流是故障高發(fā)的主要原因，電源厚膜控制IC FSFR1700 損壞的比較多，此部分常常出現(xiàn)故障的地方：厚膜FSFR1700、CW911 的損壞幾率比較高。對于CW911 損壞的，在更換時要選取耐壓高的電容（最好是2KV 的），串聯(lián)諧振電容既是隔直電容又是諧振電容，它將儲存諧振的能量，由于諧振的能量取決于輸出功率，Cs 的值越小，其電壓就越高；而且還提供諧振回路，給軟開關提供最佳開關點，降低開關功耗。如果它損壞后， FSFR1700 很快會損壞。對于FSFR1700 ，還有幾個并發(fā)出現(xiàn)故障的地方，如DW905、光耦UW903。

   對于厚膜、場效應管的損壞，我們只要注意吸收回路、檢測反饋回路及限流電阻就可以了。為了提高一次維修的成功率，我們可以想一些其它的方法：比如說降壓維修，我們的電源是寬電源輸入（90－264V），降低輸入電壓會使開關管的反壓降低，開關管就不容易損壞，24V電源可單獨維修等等。關鍵點注意后，維修起來速度也會比較快，成功率也是很高的（一般不會有惡性的元器件損壞）。

9、重要電路波形參考圖

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