目录
一、背光灯管的特性介绍
二、背光灯驱动电路介绍
三、保护电路的原理
前言
     液晶背光灯驱动电路、保护电路是故障多发部 位,通过对背光灯管及驱动电路的特性、构造、组 成、要求、电路原理分析,可以帮助我们更好地理 解并维修液晶电视背光板。

背光灯驱动电路介绍
冷阴极液晶灯管要求高效率、长寿命,那么对其灯管的供电、激 励部分是要符合灯管的特性,供电源必须是交流正弦波,频率为 40K~60KHZ左右,触发电压在 1200~1600V,维持电压约是触发电压 的三分之一到二分之一(由灯管的长度和直径决定)。由于每一只灯 管的电压/电流特性并不是完全一样,灯管不能直接并联使用(串联 应用虽然可以点亮,由于特性的差异造成相串联的灯管的亮度不同, 会使得整个屏幕的亮度不均匀),所以在多灯管液晶屏中,每一只灯 管均配单独一只高压变压器,图 1 是三星 32 寸屏的背光灯高压驱 动板,该屏有 16只灯管,其驱动板上就有 16 个高压输出变压器, 图 2 是高压变压器,图 3 是三星32 寸液晶屏背光灯高压驱动电路的信号流程及简单框图。
图一
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图二
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图三
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目前冷阴极液晶灯管的亮度控制均采用脉冲调光,具体方法是;用 30~200Hz 的低频 PWM 脉冲波(PWM 脉冲波的宽度受控于 CPU)对加在 灯管上的连续振荡正弦波进行调制,使连续振荡波变成断续振荡波,从 而达到控制亮度的目的。如图四、图五
三星 32 寸液晶屏有 16 根灯管,分为 4 组,每组 4 根灯管(24 根灯管液晶屏的就每组 6 根灯管)。
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图六
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功率放大器的作用是把调制器调制的高频断续脉冲波,经过放大到足 够点亮灯管的功率。输出电路是利用变压器对功率放大后的激励信号进 一步的升压,以达到激励并点亮灯管,输出电路还有一重要的作用,即 是把功率放大输出的方波转化为冷阴极荧光灯管工作所必须的正弦波。功率放大器目前各厂家生产的背光灯高压驱动电路中均采用 MOSFET 组成的功率输出电路,电路形式有所不同,总的不外以下四 种形式:
1、全桥架构: 全桥架构功率放大电路如图七所示,放大元件由4 只 MOSFET(两只N 沟道及两只P 沟道)组成,应用的供电电压范围宽 (6V~24V),最适合在低电压的场合应用。适合低电压的设备,如笔 记本电脑等低压供电的设备。
2、半桥架构: 半桥架构功率放大电路如图八所示,和全桥架构相比, 节省了两只功率放大管(一只N 沟道和一只P 沟道的MOSFET)。 在相同的输出功率和负载阻抗情况下,供电电压比全桥架构要提高一 倍(电流为全桥架构的一半),用在供电电压较高的设备上(大于 12V)。 以上两种架构的功率输出电路,每一个桥臂的放大元件是 N 沟道和P沟道MOSFET 组成的串连推挽功率输出电路。
3、推挽架构: 这种架构的功率放大电路如图九所示,只用两只廉价低导通电阻的N 沟道MOSFET,使电路的效率更高(P 沟道的 MOSFET 价格高、由于导通电阻大,电路的效率较低)。对于 MOSFET 的筛选要求也低,电路所用元件也少,有利于最大限度降 低成本。
该推挽架构对电源的稳定要求较高(如稳定的12V、24V 供电的电路。
4、Royer 架构(自激振荡): 自激振荡器方式如图十所示,不需要激励 控制电路,主要两只功率管和变压器加反馈电路组成的最简单应用方 式,是在不需要严格控制灯频率和亮度的设计中。由于Royer 架构是自 激式设计,受元件偏差的影响,很难严格控制振荡频率和输出电压 的稳定,而这两者都会直接影响灯的亮度、使用寿命,并且无法对液晶 屏进行亮度控制,一般应用在廉价的节能灯上。正因如此,Royer 架构 一般不被应用于液晶显示屏上,尽管它是本文所述四种架构中最简单、 廉价的。

液晶常见的四种驱动电路形式
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背光板驱动电路中,前级(振荡器和调制器)和功率输出部分基 本上是工作在开关状态(开关状态工作效率高、输出功率大),输出 基本也是开关信号。前面已经提到灯管的最佳供电电压波形是正弦 波,为了保证背光灯管工作在最佳状态(对于发光亮度及寿命是非常 重要的),还必须把功率输出级输出的信号变换为正弦波。[Page]
1、正弦波的转换: 整个背光灯驱动电路我们可以把它看成是一个它激 振荡器,作为一个振荡器输出什么波形,完全取决于振荡器的输出电 路特性。输出电路如果是谐振电路输出必然是正弦波。我们只要把背 光灯高压驱动输出电路做成一个谐振电路,就可以输出正弦波;如果 谐振电路的谐振频率就是振荡器的振荡频率,那么该背光灯驱动电路 就能做到最大限度的、高效的把能量传输给灯管。
2、输出电路的处理方式:
在高压变压器的输出端(输入端也可以)和灯管连接处串连一只 电容器C 如图11 所示,电容器C 和输出高压变压器输出端L 及负载 R(灯管)组成了一个低Q 值的串连谐振电路,等效电路如图12 所 示。电感L 和电容C串联谐振电路,谐振时电流达到最大值,此最大 电流即是流过灯管的电流。其谐振时达到的最大值,也意味着功率输 出的能量,最大限度的输送给了灯管,由于灯管也是串联在电路中的 一部分,形成了串联谐振电路的电阻分量,所以该谐振电路是低Q 值 电路,即使是振荡频率略有偏差,也能保证能量的传输。在维修中,电感L 是比较容易损坏的元件,如有损坏,一定要用 和原来接近的电感代换,否则其性能会大幅下降,甚至不能使用。
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该屏内置灯管16 只,灯管驱动电路板随屏配套。该灯管驱动电路 由两块BD9884 及8 组全桥架构功率输出电路组成,功率输出采用 SP8M3 MOSFET N 沟道、P 沟道模块。两只SP8M3 模块及输出高压 变压器组成一个桥式输出架构,变压器有初级绕组X,X 接功率输出模 块;次级高压绕组X,X 接冷阴极荧光灯管,次级低压绕组X,X 作为取样电压送往BD9884 的电压检测部分。
BD9884 有两路激励输出,#26 脚、#27 脚输出一路,#23 脚、 #24 脚输出一路。每一路激励输出向两个全桥功率电路提供激励信号, 每一组全桥功率输出向两个高压变压器输出驱动电压(点亮两只冷阴极 荧光灯管);这样,每一块BD9884 可以驱动8 只灯管,两只BD9884 共驱动16 只灯管。
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2、SP8M3: SP8M3 是N 沟道+ P 沟道组合功率放大MOSFET 模 块,具有体积小、功率大、导通电阻小、对称性好、无需散热器的贴 片元件。Vds为30V,ID 最大达到7A。
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图十四 SP8M3内部N沟道及P沟道

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图十五

三星32 寸液晶屏采用了两块BD9884FV 完成对16灯管背光灯的激 励驱动,电路比较复杂,为了便于对三星32 寸液晶屏16 灯管背光灯高 压驱动电路的理解,先介绍图16所示的采用一块BD9884FV 构成的两 灯管驱动电路的基本方案。
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图十六

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图十七

BD9884FV 是具有两通道输出的驱动集成电路,图16方案是两个 通道分别点亮各自一只背光灯管的激励驱动,两个通道均同时受 #16 脚输入的on/off 启动信号及#1 脚输入的PWM 亮度控制信号的控 制。由#26 脚、#27 脚输出第一通道激励信号,#23 脚、#24 脚输出 第二通道激励信号。
1、第一通道高压激励驱动:
BD9884FV 的#26 脚、#27 脚输出激励信号,Q1、Q2、T1、C1、 CCFL1、R1 组成第一通道激励驱动电路,#18 脚是该通道背光灯管工 作状态取样反馈输入端,#10 脚是输出高压取样反馈输入端,起到输出 电压异常和灯管工作异常时,即进入停止激励输出的保护作用。
2、电路特点: Q1、Q2为SP8M3 功率输出模块,组成了全桥架构功 率输出模式,等效电路如图18 所示(BD9884FV 的设计是支持半桥 架构功率输出模式,在本电路中增加了Q507、Q508 电路,使其具有 支持全桥架构功率输出的功能),输出电路由T1、C1、CCFL1 及 R1 组成一个低Q值串联谐振电路。
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图十八

3、工作过程:在液晶电视开机后,24V电源即加于背光灯驱动电路板 上,该电压直接加于Q1~Q4 功率输出模块,并经过降压、稳压为 6V 后,加到BD9884FV 的#28 脚作为VCC 电压。此时CPU 送来开 机on/off 信号进入#16脚,BD9884FV 内部振荡器开始工作,产生 100KHz 方波信号送入调制器,并和CPU送来经过BD9884FV的#1 脚输入的PWM亮度控制信号进行调制、放大。由#26 脚、#27脚输 出激励信号,加到全桥架构功率输出电路Q1、Q2 的两只N 沟道 MOS 管的栅极(G1)上;从图18等效电路中可以看到,Q1、Q2 中 的四只MOS 管组成了全桥架构的四个桥臂,由#26 脚、#27 脚输 出激励信号,分别加到Q1 和Q1 功率模块的N沟道MOS 管上,使 其轮流导通。[Page]
放大后的激励信号则经过L1 流通,经过T1 升压加到背光灯管并点 亮灯管;T1 的L3、C1 和CCFL1 组成一个低Q 值的串联谐振电路。谐 振频率和激励振荡频率相同时,输出波形进行了正弦化的矫正;在 CCFL1 灯管点亮后,其T1 的感抗和C1 的容抗起到了灯管限流作用。 R1 为CCFL1 灯管工作电流取样电阻,该电压反映了灯管的工作状态是 否正常;当灯管工作异常时,灯管电流产生变化,在R1 上产生的压降 Ui也相应变化,该灯管工作电流取样电压Ui 反馈到BD9884FV 的#18 脚,控制振荡激励电路停止工作(在多灯管的液晶屏中,当某一只灯管 出现故障或启动性能有差异时,即会出现屏不能启动点亮的故障)。
T1 的L2 为输出电压过压、欠压取样绕组,取样电压Uv 反馈到振 荡、控制集成电路BD9884FV 的#10 脚,该取样电压Uv的变化反映点 亮灯管高压输出的正常与否。当电路出现故障引起该电压异常时,由# 10脚内部的比较控制电路控制振荡电路停止工作,高压变压器外形及接 线图如图19、20所示。
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三星32 寸液晶屏的高压驱动电路采用了两只BD9884FV,支持 16 只背光灯管,每只BD9884FV 支持8 只背光灯管,如图22所示。 在图21 中,可以看到BD9884FV 的#26 脚、#27 脚输出通道同时 激励两组全桥架构功率输出电路;其中,Q1、Q2 为一组,Q3、Q4 为一组,这两组的激励输入端并联后接于 BD9884FV 的#26 脚、# 27 脚,一个BD9884FV 输出激励通道支持两组功率输出电路。再看 图中,由Q1、Q2 组成的一路输出电路,在输出端连接两只高压输出 变压器,并支持两只背光灯管,这样每一路通道即可以支持4 只背光 灯管,一块BD9884FV 的两路通道即可以完成支持8只灯管。
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16 只背光灯管32 寸液晶屏采用如图22 所示的方案,两块 BD9884FV 并联应用,采用一套控制信号控制,支持16 只背光灯管 点亮。在两块BD9884FV 的16 灯管支持方案中,要求两块 BD9884FV 的四通道输出激励信号的PWM调制脉冲,依次移相 900;这样四组灯管则达到轮流断电、供电,使亮度更均匀,干扰最 小。为了达到此目的,两块BD9884FV 的通讯连接移相控制在两块 BD9884FV的#2 脚、#3 脚、#4 脚、#5 脚、#6 脚之间进行, 使四通道输出的PWM 调制信号的相位关系如图5 所示。
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背光灯驱动电路向背光灯管供电,并点亮背光灯管;要求液晶屏整个屏幕 亮度均匀、稳定。在实际应用中,由于电源、灯管特性、温度等原因的影响,会 造成发光亮度不稳定。此时,要求背光灯高压驱动电路要有自动稳压、稳流功 能;由于液晶屏是多灯管点亮,当某只背光灯管异常损坏或者性能不良时,该灯 管不亮或亮度极低,液晶屏即出现亮度不均匀甚至出现暗区,这是不能允许的, 此时要求背光灯高压驱动电路能进行保护性关机。
为了解决上述问题,在背光灯高压驱动电路上设置了自动检测输出电压、自 动检测灯管电流,并稳定电压、电流的自动检测控制电路。当某只背光灯管异常 损坏或者性能不良出现暗区时,有故障的灯管会无电流或电流极小,此时背光灯 高压驱动电路设置检测控制电路,检测灯管异常电流,并控制整个背光灯高压驱 动电路停止工作(黑屏),等待检修。
图23所示是该背光灯驱动电路的电压、电流稳定控制及自动检测保护电 路的示意图。图中,高压变压器的L3 是输出电压的取样绕组、电阻R 是灯管 电流取样电阻;L3 的取样电压,经过电压反馈电路加到BD9884FV  的电压 反馈输入引脚#10 脚,R  上的取样电压Ui (经D502、C1 整流滤波,反映 灯管工作电流大小),经过电流反馈电路加到BD9884FV的电流反馈输入引 脚#9 脚,这两路反馈电压进入BD9884FV 后,和#1 脚来的亮度工作PWM 信号一起加到PWM 亮度调制电路,完成亮度控制及亮度稳定的作用。
同时,R 上的取样电压进入比较控制电路IC502 和基准电压进行比较; 当灯管衰老、损坏时,取样电压大幅变化,比较控制电路动作输出控制电压 进入BD9884FV 的引脚#17脚,使振荡器停止工作,整个电路停止工作。[Page]
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图二十三
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图二十四
具体电路如图24所示,下面以第一通道为例,详细介绍其工 作原理。一、电压、电流反馈电路:
1、电压反馈电路: T1  的L2、R553、R554、D510、BD9884FV  的# 10 脚组成电压反馈电路。工作时,由于某些原因造成输出电压幅度变化 不稳定时,L2 输出的电压Uv 即相应的变化不稳定,该电压经过R553、 R554 分压取样后,经D510 加到BD9884FV 的#10 脚电压反馈控制输入端。
2、电流反馈电路:R1、D502、C1、R537、R538、BD9884FV的#9  脚组成电流反馈电路。当灯管在点亮后,由于温度变化等原因引起电流变 化造成亮度不稳定时,变化的电流在取样电阻上的压降Ui 也随之变化, 经D502、C1  整流滤波,该电压经过R537、R538  分压取样后,经 D502 加到BD9884FV 的#9 脚电流反馈输入端。
电压和电流反馈电路把反馈信号输入后,进入BD9884FV  内部的调 制电路,和经由#1 脚送来的PWM 亮度控制信号,在调制电路中共同 作用完成亮度控制和对灯管的电压、电流稳定性控制。
二、灯管电流异常保护控制电路:
由取样电路、基准比较电路及控制输出两部分组成。
1、取样电路:由Q105、R540、D530  组成,取样电压仍取自Ui 。灯管 工作正常时,Ui 流入Q105的基极,Q105 的集电极电流Ic 上升并饱和 导通,集电极电压Uc 下降约为零,此时D530截止。当灯管损坏或衰 老,Ui 很小甚至无电压,此时Q105 的集电极电流Ic 下降到很小甚至无 电流,则集电极电压Uc 上升;当上升电压大于IC502 的#2 脚电压时, D530 导通,此电压经过D530 加于基准比较电路IC502 的输入引脚#2 脚上.
2、基准比较电路:
电路采用了一块比较器集成电路 IC502(10393),控制精度 高,且控制门槛可调,等效电路如图25 所示。IC502        的#3 脚是基 准电压输入端,#2 脚是电流取样电压输入端,#1 脚是控制信号输出 端,R571、R572 的分压比决定了基准电压的设置(门槛)大小。
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3、比较器的工作条件:
当#3 脚为高电平,#2 脚为低电平时,输出引脚#1 脚为高电平。当 引脚#3 脚为低电平,引脚#2 脚为高电平时,输出引脚#1 脚为低 电平。 在正常工作时,由于取样电路送来的是低电平(电压小于 1V),加于IC502 的#2 脚,#3 脚的电压由R571、R572(10K)分压设置为3V,#2 脚电压小于#3 脚电压,此时#1 脚为 高电平输出。在背光灯管损坏时,取样电路送来的是高电平(约 6V),#2  脚电压大于#3 脚电压,此时#1 脚为低电平输出。
4、控制输出部分:
IC501 (BD9884FV )的#17 脚为保护控制输入端,连接受控于 IC502  的控制输出引脚#1 脚。BD9884FV 正常工作时,#17 脚电 压为1~1.5V  (由R529、R530 设定);当背光灯管出现故障时, IC502 的#1 脚为低电平,把#17 脚的电压下拉为小于1V 的低电 平,经过IC501   (BD9884FV)内部的控制,停止振荡及激励输 出。 由于大屏幕液晶屏是多灯管方式,所以在电路上每一个灯管均 设一个取样电路,多个取样电路的输出端经过隔离二极管(D530、 D830 )接在一个基准比较电路的控制端(IC502的#2 脚)。多个 灯管在工作时,只要有任意一个灯管工作异常,其升高的Uc 即会通 过隔离二极管加于基准比较电路上,保护电路即会动作,如图26所示.
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