Источники питания и инверторы задней подсветки – это то, что вызывает повышенный интерес у специалистов по ремонту LCD-мониторов. И это вполне объяснимо, ведь данные модули дают наибольший процент отказов. Схемотехника этих модулей не является слишком уж сложной – опытный специалист вполне может разобраться в ней и без принципиальной схемы, а уж при наличии описания на элементную базу и подавно. Тем не менее, принципиальная схема на ремонтируемый узел еще никому и никогда не мешала. Таким образом, схема на блок питания и инвертор является самой ценной частью сервисных руководств. Но многие производители, и среди них Samsung, в своих руководствах по диагностике и ремонту мониторов крайне редко приводят эту, наиболее востребованную информацию, что в значительной степени затрудняет жизнь неавторизованных сервисов. Надеемся, что представленный здесь результат изучения инвертора монитора Samsung SyncMaster 943N, поможет вам в вашей работе.
Как и в большинстве современных мониторов, в Samsung SyncMaster 943N принята концепция, согласно которой в мониторе имеется две печатные платы: плата скалера/микропроцессора и комбинированная плата источников питания, на которой размещен источник питания монитора (Power Supply) и инвертор задней подсветки (Back Light Inverter).
В данном обзоре мы рассматриваем такую, достаточно известную, комбинированную плату инвертора и блока питания для мониторов семейства SyncMaster 943N,
Хотя мониторы этой модели могут оснащаться и другими типами комбинированной платы. Плата PWI1904SJ (она еще получила название McKinley 17″/19″ Normal) претерпела несколько модификаций (ревизий). Мы же рассмотрим плату версии 1.1 (Rev.1.1). Следует отметить, что номер этой платэ по каталогу Samsung – BN44-00123L.
Итак, как уже говорилось, плата состоит из двух, практически независимых, частей. Дадим краткую характеристику каждой из них.
Источник питания
Блок питания обеспечивает формирование двух выходных напряжений постоянного тока: +15В и +5В. Источник питания представляет собой классический однотактный импульсный преобразователь обратноходового типа. В качестве основного элемента этого источника можно выделить ШИМ-контроллер со встроенным силовым ключом – микросхему DM0456R. Именно эта микросхема и определяет схемотехнику всего источника, кстати сказать, очень простую (если не употребить слово примитивную).
Инвертор задней подсветки
Инвертор обеспечивает формирование высокочастотного переменного напряжения 650В на четырех лампах задней подсветки. Величина тока ламп находится на уровне 7.5 мА. В инверторе используется достаточно передовой вариант схемотехники – резонансный преобразователь. Инвертор поддерживает все основные варианты защиты (защиту от превышения напряжения, защиту от обрыва ламп), управление инвертором обеспечивает контроллер FAN7314 (см. предыдущую статью). В качестве питающего напряжения инвертора используется напряжение +15В.
Принципиальная схема платы
PWI1904SJ (М) Rev.1.1 представлена далее. Основные электрические характеристики платы (входные и выходные напряжения, мощность тока) указаны на самой плате. А мы переходим к детальному описанию основных элементов представленной схемы.
Источник питания
Источник питания, являясь импульсным, состоит из стандартного набора узлов, каждый из которых выполняет соответствующую функцию. Мы не будем давать детальное описание каждого узла, ведь, как уже говорилось выше, источник питания построен по классической схеме, а мы не ставим целью данного обзора изучение основ импульсных преобразователей. Остановимся на том, что сопоставим основные узлы источника питания и электронные элементы представленной схемы.
Входные цепи
Входным разъемом, на который подается переменное сетевое напряжение, является разъем IN101. Защита от превышения входного тока обеспечивается предохранителем F101 (3.15 Ампер).
|
Входной сетевой фильтр образован следующими элементами: конденсаторами Cx101, Сх102, Cx01, Сх02, резисторами R101, R102, R103, дросселем L101, термистором ТН101.
Выпрямление сетевого напряжения обеспечивается интегральным диодным мостом DB101, а сглаживание электролитическим конденсатором С101.
Импульсный преобразователь
Основным элементом преобразователя является ШИМ-контроллер со встроенным силовым ключом – интегральная 5-контактная микросхема на радиаторе, имеющая позиционное обозначение U101. В данной схеме используется очень популярная в последнее время микросхема – DM0465R. Обсуждать этот контроллер мы не будем, так как найти его описание не составляет труда.
Пусковая цепь ШИМ-контроллера DM0465R образована резисторами R104, R106, R106 сопротивлением по 24 кОм каждый.
Цепь питания ШИМ-контроллера DM0465R в установившемся режиме образована резистором R108, диодом D102, конденсаторами С104 и С105. Источником энергии для питания ШИМ-контроллера в рабочем режиме, является обмотка импульсного трансформатора TF101 (конт.1-конт.2). Ограничение питающего напряжения осуществляется стабилитроном ZD101.
Снаббер, обеспечивающий подавление резонансных выбросов напряжения в первичной обмотке импульсного трансформатора TF101 при переключении силового транзистора, состоит из диода D101, резистора R107 и конденсатора С102.
Сигнал обратной связи, позволяющий стабилизировать выходные напряжения источника питания, подается на конт.4 ШИМ-контроллера DM0465R. Величина сигнала обратной связи на конт.4 управляется оптроном РС101.
Вторичные выпрямители
Вторичные выпрямители выполнены по однополупериодной схеме.
Выпрямительные диоды каждого канала состоят из пары параллельно включенных диодов. Это позволяет увеличить токовую нагрузку каналов.
Сглаживание выпрямленных импульсов в канале +15В обеспечивается конденсатором С209 и конденсаторами С206, С207, С31, которые мы отнесли к схеме инвертора.
Сглаживание импульсов в канале +5В обеспечивается конденсаторами С201, С202, С203, а также дросселем L202.
Сигнал обратной связи для обеспечения стабилизации выходных напряжений формируется из напряжения канала +5В с помощью делителя R205/R20S. Полученное этим делителем напряжение, управляет микросхемой U201 типа TL431 (управляемый регулятор). Эта микросхема, в свою очередь, управляет током через светодиод оптрона РС101, что в итоге, изменяет величину сигнала обратной связи на конт.4 ШИМ-контроллера DM0465R.
Инвертор задней подсветки
Нагрузкой инвертора задней подсветки являются четыре лампы CCFL, подключенные к четырем разъемам: CN1, CN2, CN3, CN4. Высоковольтным трансформатором является Т1 с двумя первичными и двумя вторичными повышающими обмотками.
Инвертор выполнен по резонансной схеме. Резонансный контур образован первичными обмотками трансформатора Т1 и двумя параллельными SMD-конденсаторами: С32 и СЗЗ. Таким образом, резонансный контур является последовательным.
Питающим напряжением инвертора является +15В, которое подается на инвертор через предохранитель F201 (3 Ампер). Это напряжение используется и для питания управляющей микросхемы, и для питания силового каскада -резонансного контура.
Колебания в резонансном каскаде обеспечиваются синхронным переключением двух силовых транзисторов в интегральном исполнении (транзисторная сборка типа STU407DH). Транзисторы являются полевыми: один из них Р-канальный (верхний ключ), а другой N-каналъный (нижний ключ). Управление транзисторами осуществляет контроллер задней подсветки FAN7314.
Так как контроллер предназначен для управления мостовым преобразователем, а в данной схеме используется всего два транзистора, а не четыре, то два выхода (OUTC и OUTD) микросхемы не используются (конт.14 и конт.15). Противофазные импульсы формируются на выводах OUTA и OUTB (конт.18 и конт.19). Импульсы следуют с частотой в несколько десятков кГц (но последовательность импульсов прерывается, образуя, так называемые, «пачки» – см. ниже про регулировку яркости). Эта частота задается конденсаторами С5, С24, С25. В зависимости от модификации платы, конденсаторы С24 и С25 могут включаться в разных комбинациях. Для этих целей предусмотрены перемычки. Кроме того, частота внутреннего генератора задается еще и номиналом резистора R5.
Обратная связь по току Для стабилизации тока ламп, т.е. для стабилизации их яркости, в инверторах применяется отрицательная обратная связь по току. Для обеспечения обратной связи по току, последовательно с лампами включается токовой датчик – резистор, сопротивлением от нескольких сотен Ом до 1 кОм. Эти резисторы, традиционно, являются прецизионными (с допуском на отклонение номинала в 1%). С резистора обратной связи снимается напряжение, величина которого прямопропорпионально величине тока, протекающего через лампы, а, значит, пропорционально яркости лампы.
В представленной схеме такими токовыми датчиками являются R16, R17, R18, R19, номиналом по 1 кОм. Сигналы, снимаемые со всех четырех датчиков, сводятся в одну точку, в которой и образуется результирующее напряжение обратной связи. Суммирование сигналов токовых датчиков осуществляется посредством развязывающих диодов диодных сборок D6, D7, D8, D9. Результирующее напряжение обратной связи подается на конт.9 контроллера FAN7314 через цепь согласующих резисторов R15, R9, R8.
К сигналу обратной связи еще добавляется сигнал A-DIM, который является аналоговым сигналом регулировки яркости. Сигнал A-DIM формируется микропроцессором монитора и изменяет свою величину при пользовательской регулировке яркости. Сигнал представляет собой напряжение постоянного тока, увеличение сигнала А-DIM приводит к увеличению напряжения обратной связи, и, как следствие, к уменьшению тока ламп. И наоборот.
Зашита от превышения напряжения
Защита от превышения напряжения на лампах обеспечивается сигналом обратной связи по напряжению. К «горячему» контакту каждого разъема ламп подключен емкостной делитель напряжения (С8/С29, С7/С15, С9/ С30, С10/С14). В средней точке каждого делителя формируется переменное синусоидальное напряжение, пропорциональное напряжению на лампах. Далее все четыре напряжения выпрямляются и суммируются с помощью диодов, диодных сборок D3 и D4. Результирующее напряжение прикладывается к конт.2 (OLR) контроллера FAN7314. Сглаживание суммирующего напряжения обеспечивается конденсатором С16. За счет диодов D3 и D4 на контакте OLR устанавливается напряжение, являющееся максимальным из четырех сигналов обратной связи по напряжению. Другими словами, превышение напряжение на любой из четырех ламп приводит к срабатыванию данной защиты.
Захист від обриву ламп
Обрыв цепи лампы является опаснейшей ситуацией для инвертора. Это становится причиной выхода из строя силовых ключей инвертора, т.к. инвертор, являющийся импульсным преобразователем, начинает работать в режиме холостого хода без нагрузки. Обрыв ламп в данной схеме, как впрочем, и в большинстве других, определяется по отсутствию напряжения на резисторах токового датчика лампы (R16…R19).
При протекании тока через лампы, на резисторах R16…R19, формируется напряжение, которое сглаживается конденсаторами С17, C16, C19, С20. В результате, на этих конденсаторах устанавливается напряжение, обеспечивающее запирание диодов диодных сборок D10 и D11. Закрытое состояние всех этих четырех диодов обеспечивает открытое состояние транзистора Q1, т.к. база этого транзистора смещена на величину опорного напряжения VREF, вырабатываемого контроллером FAN7314.
Если обрывается хотя бы одна лампа, то тут же открывается один из четырех диодов сборок D10 и D11, т.к. на стороне катода соответствующего диода пропадает запирающее напряжение. Это, в свою очередь, приводит к закрыванию транзистора Q1 и блокировке контроллера FAN7314.
Регулировка яркости
В рассматриваемом инверторе приме няется метод регулировки яркости Burst Dimming (метод прерывистой регулировки), предполагающий, что ток ламп представляет собой «пачки» высокочастотного переменного тока (рис.2). «Пачка» соответствует включенному состоянию лампы, а между пачкам, соответственно, лампа выключается. Ширина этих пачек, т.е. соотношение включенного и выключенного состояния ламп, определяет яркость заднейподсветки. При увеличении яркости, ширина «пачек» увеличивается, а при максимальном уровне яркости, ток в лампах становится, фактически, непрерывным.
Регулировка яркости в данной схеме осуществляется двумя сигналами: A-DIM и B-DIM, формируемыми микропроцессором монитора.
Сигнал B-DIM подается на вход инвертора через конт.1 разъема CN201. Сигнал В-DIM представляет собой низкочастотные импульсы, следующие с частотой примерно 200 Гц. При регулировке яркости, ширина этих импульсов изменяется. Именно ширина этих импульсов определяет ширину «пачек» переменного тока в лампах.
Сигнал A-DIM подается на вход инвертора через конт.7 разъема CN201, и представляет собой напряжение постоянного тока. Этот сигнал подмешивается к сигналу обратной связи, подаваемому на конт.9 микросхемы FAN7314. При регулировках яркости, сигнал A-DIM, практически, не изменяется. Значительное скачкообразное изменение уровня сигнала A-DIM происходит при изменении цветовой палитры через меню Magic Bright, и только при выборе некоторых установок этого меню.
Неисправности инвертора
Для инверторов семейства PWI1904SJ(M) характерны две неисправности:
выход из строя транзисторной сборки STU407DH;
выход из строя трансформатора Т1.
Отказы других элементов схемы являются крайне маловероятными, поэтому говорить о них не имеет смысла, а вот обсудить наиболее вероятные отказы необходимо.
Транзисторная сборка Сборка STU407DH представляет собой пару полевых транзисторов разной проводимости: N-канальный и Р-канальный. Внутренняя архитектура сборки и ее внешний вид представлены на рис.3.
Основные электрические характеристики транзисторов сборки следующие:
напряжение сток-исток: 40В;
напряжение затвор-исток: 20В;
ток стока (для Р-канального): -12А;
ток стока (для N-канального): 16А;
ток стока импульсный: 50А;
прямой ток демпферного диода (для Р-канального транзистора): -6А;
прямой ток демпферного диода (для N-канального транзистора): 8А;
Неисправность сборки заключается в пробое одного или двух транзисторов сборки. Диагностика сборки, естественно, проводится тестером (омметром), и заключается в поочередной проверке двух полевых транзисторов (как проверять полевые транзисторы мы здесь распространяться не будем). Следует также отметить, что аналоги этой транзисторной сборки не известны, поэтому при отказе STU407DH придется приобретать именно ее.
Трансформатор
Тип используемого в данном инверторе трансформатора – TMS92515CT.
Типовая неисправность данного трансформатора заключается в обрыве (или в «подгорании», т.е. в увеличении активного сопротивления) одной из двух вторичных высоковольтных обмоток.
Параметры этих вторичных обмоток исправного трансформатора следующие:
активное сопротивление: 1120…1130 Ом;
индуктивность : 1.93…1.95 Гн.
Исходя из представленных данных. Можно сказать, что диагностика трансформатора – дело весьма посредственное, осуществимое с помощью самого простого тестера. Достаточно лишь измерить сопротивление вторичных высоковольтных обмоток. Но хотелось бы отметить, что значение сопротивления обмотки может быть и другим, поэтому при проверке трансформатора лучше сравнить сопротивление его двух высоковольтных обмоток. Если сопротивления одинаковы, то трансформатор исправен. А если сопротивления различаются на 100 Ом и более, то можно говорить о неисправности трансформатора, причем неисправной обмоткой следует считать ту, у которой сопротивление больше.
Что же делать, если одна из обмоток в обрыве, или ее сопротивление увеличилось ?
Первое решение. Самым простым решением является замена трансформатора. Его приобретение в настоящий момент времени не должно составить особого труда. На рынке широко представлены «совместимые» трансформаторы с аналогичными характеристиками. Однако, следует иметь в виду, что при покупке «совместимого» трансформатора вполне можно столкнуться с ситуацией, когда при замененном трансформаторе инвертор не работает совсем, или через некоторое время срабатывает зашита.
Второе решение. Другим решением проблемы неисправного трансформатора является переделка схемы инвертора на работу с двумя лампами.
Для этого придется проделать следующее:
удалить неисправную высоковольтную обмотку;
заблокировать защиту от обрыва ламп;
выпаять резистор R31.
Неисправную обмотку придется полностью удалить (рис.4). Отключение нагрузки с неисправной обмотки (т.е. двух ламп), результата не дает, и при работе на холостом ходу (при заблокированной защите) трансформатор очень сильно нагревается. Защита от обрыва ламп, как указывалось ранее, организована посредством двух диодных сборок: D10 и D11. Поэтому блокировка защиты предполагает выпаивание одной диодной сборки, соответствующей тому «плечу» инвертора, в котором была удалена высоковольтная обмотка. Далее для надежности запуска инвертора, удаляем из схемы резистор R31.
После этого схему можно запускать, и к оставшейся обмотке нужно подключить две лампы. Для обеспечения равномерности засветки экрана, желательно сделать так, чтобы к оставшейся обмотке была подключена одна верхняя лампа и одна нижняя. Длина соединительных проводов ламп в мониторах с инвертором PWI1904SJ(M), позволяет проделать такую коммутацию без проблем.