DP-5005I型DLP投影单元4V9电源工作原理及故障检修
某大屏幕投影屏由36个GQY公司生产的DP-5005I型DLP投影单元拼接而成，近期部分投影单元陆续出现黑屏故障，主要是由于电源模块故障引起。通过分析该型投影单元电源模块，发现电源模块由PFC电路、4V9电源电路和6V5电源电路3个单元构成。其中PFC电路将220V市电整流后，经UC3854N为核心的PFC控制电路调整后，产生约380V的直流高压，为4V9、6V5电源电路和UHP灯泡的点灯电路供电；4V9电源电路是以TOP245YN单片开关集成电路为核心的开关电源，对外提供4V9（4.9V）和12V供电；6V5电源电路是以TOP234单片开关集成电路为核心的开关电源，对外提供6V5（6.5V）、5Vs（+5V）以及12Vs（+12V）供电。
实际检修中发现，该型投影单元黑屏故障，大多由电源模块的4V9电源电路故障引起，为便于故障分析和今后的快速维修，笔者按实物绘制了其原理图，并分析了其工作原理。
一、4V9电源电路工作原理
该电源电路是一个以TOP245YN（IC101）单片开关集成电路为核心的开关电源，由线性光电耦合器SFH617A、精密三端稳压器431、开关变压器、初级反激电压保护电路以及输出整流滤波和稳压等电路构成(如附图所示)。
（1）TOP245YN简介
TOP245YN单片开关电源集成电路是美国PI公司生产的产品，它内含电流控制脉宽调制电路（PWM）、高耐压场效应功率开关管（MOSFET）、软启动电路以及环路补偿等电路。具有过欠压、过流和高温保护（140°C）以及轻负载时降频等功能。可选择132KHz或66KHz工作频率，最大占空比78%，输入电压为100～450V之间的直流电压。
该集成电路有6个引脚（控制端C、漏极D、源极S、线路电压检测端L、电流设定引脚X和频率选择端F），各引脚的功能和作用如下：
控制端C：①为芯片提供工作电能；②利用控制电流IC的大小来调节功率开关管工作频率的占空比；③通过外接旁路电容来决定自动重启动的延迟时间；④对控制回路进行补偿。
漏极D：与片内MOSFET的漏极相连，①用于驱动外部开关变压器的初级线圈；②通过片内与漏极相连的高压电流源，为芯片提供工作所需要的启动电流；③通过与漏极相连的过电流比较电路，实现芯片的过流保护功能。
源极S：与片内MOSFET的源极以及散热器相连，接地。
线路电压检测端L：通过外接电阻与线路电压连接，用于设定电路的过压和欠电压值。
电流设定引脚X：通过外接电阻与源极（S）连接，用于设定漏极的极限电流值，还可用于遥控开关和同步输入。
频率选择端F：用于选择芯片的工作频率。连接到源极S时，工作于132kHz，连接到C脚时，工作于66kHz。
（2）4V9电源电路工作原理
本电路为单端反激式开关电源，工作频率66kHz。工作过程如下：加电后，电源模块PFC电路产生的V0（380V）电压，经T102的初级加到芯片IC101（TOP245YN）的D引脚，芯片内部的高压恒流源向控制端C引脚所接电容C112充电，当C引脚的电压达到5.8V时，IC101开始进入软启动阶段，在10ms时间内，芯片内部的MOSFET功率场效应管以66KHz的频率通断工作。MOSFET的导通占空比从0逐渐提高到最大值（78%），芯片D脚驱动高频开关变压器T102的初级以脉冲宽度逐渐增大的方式逆变工作。变压器T102的各个次级绕组分别产生感应电压，其中，8-7绕组产生的感应电压经D202整流、C205滤波，再经由电感L202、C206及C208组成的滤波网络进一步滤波，产生4V9（4.9V）直流输出；8-10绕组产生的感应电压经D201整流、C202滤波，再经过一个12V稳压器（IC203）稳压，由电容C203、C207进一步滤波，产生12V直流输出。变压器T102的副边4-5绕组产生的感应电压，经D103整流，C109、C106滤波，产生一个直流电压，该电压经光耦IC102内的光敏三极管为芯片IC101供电。同时IC101自动切断内部的高压恒流源，结束软启动过程，进入正常工作阶段。如果外部稳压反馈电路或供电电路出现异常，使得IC101的C引脚的电压跌落到4.8V以下时，芯片将进入保护状态，并重新开始软启动过程。
稳压过程：当4V9输出因某种原因升高（高于4.9V）时，由R209、R210和VR201组成的分压电路，使精密三端稳压器IC201（431）的调整端电压随之升高（大于2.5V），IC201输出端的电压随之降低，使流过光耦合器IC102内发光二极管的电流增大，发光二极管的亮度增强，使流过IC102内光敏三极管的电流增大，流入IC101（TOP245YN）控制端C引脚的电流也增大。经IC101内部脉宽调制（PWM）电路的控制，使IC101的工作脉冲占空比（即D-S引脚的导通时间）下降，从而使得4V9输出降低。反之，当4V9输出因某种原因变低时，经过与上述相反的控制过程，使4V9输出提高。如此不断动态调整，使4V9输出保持稳定。调节可变电阻VR201可调整4V9的电压值。
保护与自启动：IC101（TOP245YN）芯片具有过/欠电压和过流保护功能，当输入的线路电压V0（380V）超出L引脚所接电阻设定的UV/OV（150V/450V）范围，或流过S引脚的电流大于X引脚电阻设定的允许最大电流（1.44A）时，IC101芯片将进入保护状态，芯片内的MOSFET截止。同时，由于IC101芯片内部逻辑电路的电流损耗，C引脚所接电容C112开始放电，C引脚的电压也随C112的放电缓慢下降，当C引脚的电压下降到4.8V时，IC101芯片将再次开始软启动过程。
二、故障检修
打开故障投影单元控制箱外壳并加电，发现控制箱后的电源指示灯微亮，散热风扇转动但转速很慢，这可能是电源为风扇提供的电压（12V）较低的原因。关电，并从控制箱内拆下电源模块，然后空载加电，用万用表测得电源输出插头各路电压值如下：PFC输出为375V， 4V9输出在1.7-1.8V之间变化，12V输出在1.8-3V之间变化，6V5输出为6.5V，5Vs和12Vs输出分别为4.9V和11.5V。从上面测量的数据看出：PFC电路和6V5电源电路正常，而提供4.9V和12V两路输出电压的4V9电源电路不正常，从4V9和12V输出电压不断跳动变化的情况看，很可能该电源电路处于间歇工作状态。
从附图所示电路中看出，4V9和12V两路输出，分别由变压器T102的2个次级绕组经过各自的整流滤波及稳压电路产生。根据经验，两路整流滤波电路同时发生故障的可能性较小。因此，暂且排除这两路整流滤波电路故障的可能，先将故障范围限定在稳压控制电路和IC101（TOP245YN）的外围元件中，查找故障点的工作也从检测这两部分电路的相关元件开始。第一步，检测稳压控制电路的元件，光耦IC102（SFH617A）和精密三端稳压器IC201（431）均正常；电阻R208-210、R213以及微调电位器VR201均正常；稳压控制电路无损坏的元件。第二步，测IC101的外围元件，开关电源集成芯片IC101控制端C脚所接元件，C111、C112、R131及稳压管DZ101均正常，R121-123及R126也正常。当测量变压器T102初级反激电压保护电路的C105、R127、R128及D104时，发现高耐压快恢复二极管D104（UF4006）正反向均呈现短路状态，见附图中圆圈所示。用同型号的二极管代换D104，空载加电试机，4V9和12V两路输出恢复正常。恢复并安装好电源模块，将控制箱还原到投影单元内，加电并连续工作，投影单元工作正常。故障排除。
故障现象及原因分析：单片开关集成电路IC101（TOP245YN）以PWM方式直接驱动开关变压器T102的初级绕组，工作频率为66KHz（因为F脚与C脚相连接）。IC101的X脚所接电阻R126（9.09K）所设定的MOSFET源极最大电流为1.44A，超过此值芯片将进入保护状态。芯片IC101进入保护状态后，随着其C脚所接电容C112的放电，当C脚电压低于4.8V时，输入线路高压V0（380V）将通过片内的高压恒流源再次对C112充电，芯片重新开始软启动过程。据此，如果二极管D104被击穿短路，电容C105和R127、R128 相当于直接并联到了T102的初级线圈上，一旦芯片IC101内的MOSFET导通，输入线路高压V0（380V）将经过C105、R127、R128以及T102的初级同时流入IC101片内的MOSFET功率场效应管，瞬时电流将远大于最大允许电流1.44A，从而使芯片IC101迅速进入保护状态，同时IC101的C脚所接电容C112也开始放电，经过一定时间，当C脚电压低于4.8V时，芯片IC101又开始软启动。所以IC101始终处于在启动→保护→再启动→再保护的间歇工作状态，使该电源电路的4V9和12V输出变为脉动电压，表现为电源指示灯发暗，风扇转速变慢，用数字万用表测电压时显示数值不断变化。
青岛 孙海善蒋海燕林鹏
