三星510N型顯示器黑屏故障分析

單位多臺三星510N型顯示器近年出現(xiàn)了黑屏故障，這些故障均由顯示器的電源故障引起，為此我們對其電源電路的工作原理進行了分析，并根據(jù)實物繪制的原理圖（如附圖所示）。該電源與背光燈高壓電路一起位于同一塊電路板上，是一個電流控制型反激式開關(guān)電源，由EMI及市電整流濾波電路、DC-DC變換電路、穩(wěn)壓控制電路以及保護電路構(gòu)成。它將輸入的220V交流市電進行交直流變換，為顯示器的控制電路板、液晶屏和背光燈高壓電路提供穩(wěn)定的+5V和+13V兩路直流電壓。

一、EMI及市電整流濾波電路

220V交流市電經(jīng)3.15A保險管F101和溫敏電阻TH101 進入防電磁輻射（EMI）電路。R101～103為三個串聯(lián)的510k電阻，是C101和C102的放電電阻。C101、C102及電感LF101構(gòu)成EMI電路，其作用有二：一是防止外部線路的高頻干擾進入電源；二是抑制電源工作時產(chǎn)生的高頻脈沖信號進入電網(wǎng)，防止污染市電網(wǎng)絡。整流全橋D101和電解電容C106構(gòu)成高壓整流濾波電路，輸入的220V交流電，經(jīng)D101整流后在C106兩端產(chǎn)生約310V直流高壓，是電源進行直流變換（DC-DC）電路的工作電壓。R22-R24三個串聯(lián)電阻是C106的放電電阻。

二、直流變換（DC-DC）電路

DC-DC電路是一個反激式開關(guān)電源電路，由單片開關(guān)電源管理芯片IC101（5L0365）、光電耦合器PC101（PC817）、高頻開關(guān)變壓器T101等器件構(gòu)成。其中單片開關(guān)電源管理芯片IC101（5L0365）為該電路的核心器件，是一個TO-220F封裝的4引腳集成電路。1腳為接地端（GND），2腳為用于驅(qū)動開關(guān)變壓器初級的漏極（Drain），3腳為電源端（VCC），4腳為反饋控制端（FB）。芯片內(nèi)含耐壓高達650V的N溝道MOSFET功率管（源極接地、漏極為芯片的2腳）、5V參考電壓電源電路、50kHz固定頻率的振蕩電路、脈寬調(diào)制（PWM）控制電路、前沿消隱電路以及過壓、欠壓、過溫度（160℃）保護等電路。當VCC電壓高于15V時芯片開始工作；低于9V時產(chǎn)生欠電壓保護，芯片停止工作。電源VCC最大32V。

1、工作過程：市電整流濾波電路產(chǎn)生的直流高壓（約310V）經(jīng)高頻開關(guān)變壓器T101的初級加到IC101的漏極（2腳）。市電經(jīng)電容C103、C116限流、二極管D104整流，對接在IC101電源引腳（VCC）的電容C108和C02充電，經(jīng)過一定時間，當C108正極電壓達到15V以上時，IC101啟動工作，IC101內(nèi)部的MOSFET開始以50KHz的頻率交替導通和截止，其漏極（2腳）驅(qū)動變壓器T101初級線圈中產(chǎn)生交替工作電流。當IC101中MOSTET導通時，T101的初級中有電流流過，310V高壓電給T101充磁，這時T101的3個次級繞組上產(chǎn)生反相感應電壓，整流二極管D107、D106和D103截止；當IC101中MOSTET截止時，T101的3個次級繞組上產(chǎn)生正向感應電壓u1、u2和u3，通過D107、D106和D103向外輸出電流釋放T101中儲存的磁能。其中u1經(jīng)D107整流，由C113、C114、L101、C115構(gòu)成的濾波網(wǎng)絡濾波，向外輸出+5V直流電壓；u2經(jīng)D106整流，C111和C112濾波，對外提供+13V直流電壓；u3經(jīng)D103整流，R04限流，C108和C02濾波，為IC101芯片提供工作電壓。R07//R08、C05是+5V整流濾波電路的消振蕩電路，R05//R06、C03是+13V整流濾波電路的消振蕩電路，R17和R19為兩個輸出電路的假負載電阻。

2、穩(wěn)壓過程：穩(wěn)壓控制電路由精密基準電壓集成電路IC102（431）、光電耦合器PC101（PC817）、電阻R11～R17以及電容C010、C01、C08等組成。+5V輸出經(jīng)R15、R16和R17組成的分壓電路分壓，在IC102的控制端（1腳）產(chǎn)生約2.5V的電壓，當由于某種原因引起+5V輸出電壓升高時，IC102的控制端電壓跟隨升高，IC102的輸出端（3腳）電壓下降，使得經(jīng)R12流過光耦PC101內(nèi)發(fā)光二極管的電流增大，發(fā)光管亮度增強，導致其內(nèi)部的光敏三極管的導通電流加大，將IC101的FB（4腳）電位拉低，并使IC101的FB引腳流出的電流增大，經(jīng)過IC101內(nèi)部的脈寬調(diào)制（PWM）邏輯電路的控制，IC101內(nèi)部MOSFET功率管的導通時間縮短（占空比下降），其漏極（2腳）輸出的負脈沖寬度變窄，變壓器T101初級的導通時間減小，使得T101儲存的磁能減少，三個次級繞組的感應電壓u1、u2、u3隨之降低，最終使+5V和+13V輸出的電壓下降。反過來，當+5V輸出電壓因某種原因變低時，經(jīng)過與上述相反的控制過程，使+5V和+13V輸出電壓上升。如此不斷地動態(tài)調(diào)整，從而保持了+5V和+13V輸出電壓的穩(wěn)定。

三、保護電路

該電源的保護電路有下述四個部分。

1、尖峰脈沖保護電路：該保護電路由接在變壓器T101初級的D102、R104、C107組成。其作用是：在IC101內(nèi)部MOSFET功率管截止時，將T101初級產(chǎn)生的反向尖峰高壓脈沖快速泄放掉，以保護IC101不被高壓擊穿。

2、電源管理芯片電源過壓保護電路：電路主要由三極管Q01、穩(wěn)壓管ZD103、電阻R20和R21組成。當IC101的供電電壓大于ZD103的穩(wěn)壓電壓（24V）時，R21、R20中有電流流過，當流過R21的電流達到一定值，使得Q01管導通時，使IC101的VCC電壓經(jīng)Q01的CE極加到FB引腳上，當這個電壓值到達7.5V時，IC101內(nèi)部的過壓保護電路起作用，將內(nèi)部的MOSFET功率管保持在截至狀態(tài)，使變壓器T101停止充磁。此時IC101將失去變壓器T101次級（u3）的供電，電容C108上所儲存的電能將很快被IC101消耗，當其電壓下降到9V以下時芯片停止工作。在這種情況下，交流220V市電將再次通過電容C103、C116、二極管D104，對電容C108和C02充電，一段時間后，當電容C108上的電壓再次上升到15V時，IC101又開始工作。

3、+13V過壓保護：由于穩(wěn)壓控制電路取樣的是+5V輸出電壓，因此電路只能保證+5V輸出電壓穩(wěn)定，而+13V輸出電壓會因為+5V輸出負載的變化發(fā)生一定的波動。在+5V輸出的負載加重的情況下，穩(wěn)壓控制電路會使IC101內(nèi)MOSFET的導通時間增大，將變壓器T101獲得的磁能增加，這時+13V輸出電壓將會有所升高；反之，在+5V輸出的負載變輕的情況下，+13V輸出電壓將會有所下降。另外，如果+13V輸出的負載變輕，比如背光燈損壞不工作的情況下，+13V輸出也會有所上升。為了使+13V輸出不至于出現(xiàn)過分升高到損壞相關(guān)電路的情況出現(xiàn)，由中功率三極管Q102、穩(wěn)壓管ZD01（15V）、R10、R09及功率電阻R102等元件構(gòu)成了+13V過壓保護電路。當+13V輸出高于15V時，ZD01導通，R10、R09中有電流流過，當+13V輸出進一步升高，使得R09兩端電壓達到0.6V以上時，Q102導通，功率電阻R102（180Ω）成為+13V輸出的負載，將升高的+13V輸出拉低。

4、輸出過流（短路）保護：當+5V輸出電流過大或發(fā)生短路時，穩(wěn)壓控制電路會使IC101漏極輸出脈沖負電平寬度增大，變壓器T101初級導通時間變長，達到一定程度時，變壓器T101次級的感應電壓大幅度u3升高，從而引發(fā)前面2的電源管理芯片電源過壓保護。

此外，單片開關(guān)電源管理芯片5L0365（IC101）具有過溫度保護功能，當芯片結(jié)溫超過160℃時，芯片進入保護狀態(tài)；當IC101的VCC電壓低于9V時，芯片自動進入欠壓保護狀態(tài)。

四、典型故障

故障現(xiàn)象：顯示器黑屏，電源指示燈亮5秒滅4秒，不斷重復循環(huán)。

分析與檢修：引起液晶顯示器黑屏的原因分兩種情況，一是顯示器電源電路故障或不工作，二是顯示器電源正常，背光燈損壞或背光無高壓。判斷屬于上述哪一種故障，可用如下方法：將顯示器接入工作的電腦，開顯示器電源后，用外部光源照射液晶屏，如果從屏幕的斜側(cè)面能隱約觀察到畫面，說明顯示器的電源正常，有可能背光燈或背光高壓故障；如果顯示屏幕完全黑屏，則有可能故障發(fā)生在顯示器的電源電路。經(jīng)判斷該故障屬于上述第一種情況。打開顯示器外殼，給顯示器加電，用萬用表測量+5V和+13V輸出電壓，發(fā)現(xiàn)+5V輸出電壓保持5.02V大約5秒時間，然后下降到1V左右，大約4秒后，又上升到5.02V；+13V輸出保持16V大約5秒時間，然后下降到10V左右，大約4秒后，又上升到16V，重復循環(huán)。似乎電源電路進入了保護狀態(tài)。測量IC101的供電VCC電壓，發(fā)現(xiàn)該電壓在7V至19V之間變化，懷疑在點亮背光燈時+13V輸出負載突然加重時，IC101發(fā)生了欠電壓保護，從而引發(fā)IC101進入了“啟動→保護→重啟動→再保護”的循環(huán)狀態(tài)。測量市電整理濾波后的310V高壓，發(fā)現(xiàn)該電壓值在208V至320V之間循環(huán)變化，判定高壓整流濾波電路發(fā)生了故障。斷電后，拆下主濾波電解電容C106，測得電容容量為0，顯然該電容已經(jīng)完全失效。試用一只100μF/400V電解電容代換，加電試機，故障消除。

事后拆開這些損壞電容，發(fā)現(xiàn)電容的電解液并未干涸，全部是電容的正極引腳在電容內(nèi)部斷開，不知是被電解液腐蝕斷了還是被充電的大電流燒斷，在此還希望借助《電子報》，請讀者中的專家能夠給予賜教。
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