DP-5005I型DLP投影单元4V9电源工作原理及故障检修

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曹兰怡|责任编辑|2021-02-26 09:43:26

某大屏幕投影屏由36GQY公司生产的DP-5005IDLP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4V96V5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4V94.9V)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6V56.5V)、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TOP245YNIC101)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132KHz66KHz工作频率,最大占空比78%,输入电压为100450V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

24V9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V0380V)电压,经T102的初级加到芯片IC101TOP245YN)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L202C206C208组成的滤波网络进一步滤波,产生4V94.9V)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C203C207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,C109C106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IC101C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:4V9输出因某种原因升高(高于4.9V)时,由R209R210VR201组成的分压电路,使精密三端稳压器IC201431)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IC101TOP245YN)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:IC101TOP245YN)芯片具有过/欠电压和过流保护功能,当输入的线路电压V0380V)超出L引脚所接电阻设定的UV/OV150V/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6.5V5Vs12Vs输出分别为4.9V11.5V。从上面测量的数据看出:PFC电路和6V5电源电路正常,而提供4.9V12V两路输出电压的4V9电源电路不正常,从4V912V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4V912V两路输出,分别由变压器T1022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IC101TOP245YN)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IC102SFH617A)和精密三端稳压器IC201431)均正常;电阻R208-210R213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,C111C112R131及稳压管DZ101均正常,R121-123R126也正常。当测量变压器T102初级反激电压保护电路的C105R127R128D104时,发现高耐压快恢复二极管D104UF4006)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,4V912V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IC101TOP245YN)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)。IC101X脚所接电阻R1269.09K)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V0380V)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C105R127R128 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V0380V)将经过C105R127R128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IC101C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4V912V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

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