Opis działania zasilacza OTVC LCD Vestel chassis 17PW15
Transkrypt
Opis działania zasilacza OTVC LCD Vestel chassis 17PW15
Opis działania zasilacza OTVC LCD Vestel chassis 17PW15, 17PW20, 17MB22 Opis działania zasilacza OTVC LCD Vestel chassis 17PW15, 17PW20, 17MB22 (cz.1) Karol Świerc Z asilacz wymieniony w tytule gościł już na łamach „Serwisu Elektroniki” kilkukrotnie. Drukowaliśmy porady ułatwiające jego naprawę („SE” 10/2010 i 11/2010), także dwukrotnie publikowaliśmy schemat (w dodatkowej wkładce do „SE” 5/2010 – schemat chassis 17MB22 oraz wewnątrz numeru 10/2010 – schemat zasilacza chassis 17PW20). Najtrudniejszą, lecz najlepszą poradą w tym zakresie jest, jak zawsze, gruntowny opis działania. Tę lukę ma wypełnić bieżący artykuł. Odwołamy się do publikowanych schematów i skorygujemy błędy, których na nich wyjątkowo dużo. Zachęcamy do równoczesnej lektury artykułu „Zasilacz 17PW20 stosowany w OTVC TFT przez firmy Sanyo i Vestel – diagnozowanie usterek, opis” opublikowany w „SE” 10-11/2010. Szczególnie przydatna wydaje się publikacja topologii zasilacza z zaznaczeniem najistotniejszych elementów i punktów pomiarowych. 1. Schemat blokowy Konstrukcja zasilacza jest typowa jak na rozwiązania stosunkowo młode. Opis działania zaczniemy od pokazania jego schematu blokowego. Został on pokazany na rysunku 1.1. Zasilacz trybu standby wykonany jak najprościej, na sprawdzonym, prostym i tanim elemencie, Tiny-Switchu (w wersji 17PW20 – układ scalony DL321). Wytwarza napięcia +3.3V, 5V (za pośrednictwem stabilizatora liniowego), +12V izolowane i +19V nieizolowane. Przetwornica główna, jak się należy – rezonansowa. Zasilacz poprzedzony aktywnym obwodem PFC, na którego wyjściu pozyskujemy napięcie +400V zasilające pozostałe przetwornice. Zasilacz odbiornika Vestel omawianego chassis, choć pretenduje do konstrukcji typowych dla młodej generacji zasilaczy odbiorników LCD, nie jest wykonany technologią „najmłodszą”. Jego sercem jest sterownik SG2525A, który należy do starszej już generacji. Owocem tego jest spora ilość elementów dyskretnych, drobnicy SMD. Wśród tych elementów jest także wiele, klasycznych już, należnych obwodów AC PFC D824 C819 220µF/450V R971 RESONANT TR806 +24V LM317 PFC 0/12V IC807 Q803 CT TR803 PFC-OFF +5V +12V Q814 OUT B +12V Tiny Switcher +33V SG2525 STAB. IC806 TR804 OUT A ON/OFF Q813 IC802 RT SS IC801 Q832 R870 IC824 – s.z. OPTO TR805 3.3V ON 3.3V STBY ST-BY AC Control PROT PFC PROT „RESONANT” OPTO IC809 PROT +24V, +5V OPTO ON/OFF STBY IC811 +400V +24V +5V Rys.1.1. Schemat blokowy zasilacza Vestel 17PW15, 17PW20, 17MB22 SERWIS ELEKTRONIKI +24V +5V Opis działania zasilacza OTVC LCD Vestel chassis 17PW15, 17PW20, 17MB22 zabezpieczeń, które szczególnie warto poznać. Na ten temat rozpiszemy się w kolejnych punktach. Należy także dodać uwagę, iż artykuł odnosi się do schematów których lokalizację wymieniliśmy wyżej. Wśród nich są wersje dla chassis 17MB22, 17PW15 i 17PW20 stosowanego też przez firmę Sanyo. Bardzo niewielkie różnice między nimi występują (większe są w sposobie rysowania schematu), dlatego artykuł odnosi się do nich wszystkich. Oscylogramy zamieszczone w punkcie 5 zdjęto z modelu 17PW20. 2. Zasilacz standby To klasyczna aplikacja Tiny-Switcha, jedynie błędów na schemacie sporo. Także sposób rysowania schematu nie zachęca do jego analizy. Z uwagi na szereg informacji poświęconych elementom Tiny w artykule publikowanym w ‚SE” nr 6/2009 do 9/2009, tutaj opis będzie krótki. Na wszystkich schematach wymienionych w tytule w zasilaczu standby wrysowano element TNY266. W wersji chassis 17PW20 powinien być DL321. Taki jest w rzeczywistości. To element bliźniaczy, sterownik zintegrowany z kluczem MOSFET. Jego aplikacja jest bardzo podobna, zaś kolejność wyprowadzeń zupełnie inna. Elementy nie są absolutnie zamienne. Co do „Tiny”, aktywne są 4 nóżki, choć obudowa zawiera ich osiem. Nóżka 1 pełni funkcję bypassu oraz zewnętrznego zasilania. Nóżki 2, 3, 7, 8 to masy. Nóżka 4 zamyka obwód sprzężenia zwrotnego, zaś 5 to dren, węzeł kluczujący uzwojenie pierwotne transformatora flyback. Należą się wątpliwości, co do wartości rezystorów tłumiącego obwodu snubber. To rezystory SMD o faktycznej wartości 200k, nie 20R. Strona wtórna i feedback Głównym napięciem wytwarzanym przez przetwornicę standby jest +3.3VSTBY. To dostarcza najwięcej mocy i to objęte jest pętlą stabilizacji. W charakterze diody prostowniczej pracuje element STP5L25B. To nie tyrystor jak sugeruje schemat, w którym bramkę połączono z katodą i element nigdy się nie załączy. STP5L25B to LowDrop Shottky Power Rectifier w obudowie „tranzystora” (3-nóżkowej). Aktywne są jednak tylko, jak przystało na diodę, dwie nóżki. STP25L25B gwarantuje niski spadek napięcia w kierunku przewodzenia i nadaje się do pracy w przetwornicach kluczujących z wysoką częstotliwością, szczególnie prostując niskie napięcia, jak tu – 3.3V. W razie uszkodzenia, nie miejmy obawy z wlutowaniem diody dwunóżkowej, lecz koniecznie Shottky’ego. Tradycyjny dwójnik RC (wlutowany wprost na „tyrystor”) tłumi strome zbocza napięcia minimalizując zakłócenia. Zasilacz standby dostarcza także napięcia 12V i za pośrednictwem stabilizatora liniowego (w chassis 17PW15 tranzystora BC548 podpartego diodą Zenera 5.6V) +5V. To ma obciążalność nieznaczną. W przeciwnym razie skromny 78L05 uległby rychło przegrzaniu. Pętla feedbacku, tradycyjna. Duet transoptor-TL431. Jak przystało na Tiny-Switcha feedback jest raczej obwodem ON/OFF aniżeli porządną pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego. Taki obwód jest z zasady stabilny, mimo to, w obrębie „431” tradycyjna lokalna pętelka RC (zero-biegun). O wartości napięcia, napięć wyjściowych decyduje jedynie dzielnik R879-R883-R884. 3.3VSTBY faktycznie powinno przyjąć wartość 3.25V. 2.1 Obwód klucza napięcia 3.3VSTBY Ten punkt wyodrębniono, mimo iż jest on w istocie niepozorny. Powodem jest fakt, iż jego ranga urosła na skutek sposobu rysowania schematu. Robi on wrażenie czwartego istotnego bloku zasilacza (po Standby, PFC i zasilaczu głównym). Dwa scalaki IC824 i IC826, to w istocie tranzystory polowe w obudowie 6-nóżkowej. Połączone są równolegle, z czego fizycznie jest tylko jeden klucz. Drugi jest nie obsadzony. Jest tak mały, że trudno na niego znaleźć na płytce miejsce. Pora powiedzieć, co przełącza. To statyczny „kluczyk” napięcia 3.3V pozyskanego z przetwornicy standby’owej. Klucz jest zamknięty, gdy obecne jest +5V, otwarty, gdy go brak. Ponieważ, dla porządnego włączenia tranzystora MOSFET, potrzebne jest (na jego bramce) napięcie wyższe od tych, które w obwodzie są przełączane, zaangażowano 12V z drugiego wyjścia przetwornicy standby. Dzięki temu można liczyć na niski RDSON tranzystora, czyli na niski spadek napięcia na samym kluczu. Działanie tranzystorków Q806-Q843 sprowadza się do funkcji logicznej, która „puszcza” napięcie na bramkę tranzystora MOSFET, gdy jest obecne +12V_2 i +5V, przyblokuje je zaś obecność +3.3VSTBY (bądź sygnał SW1) przy braku +5V. Tą rozbudowaną metodą zrealizowano jedynie prosty cel, sekwencję napięć. +3.3VSTBY jest obecne zawsze (gdy tylko pracuje „Tiny”). Napięcie 3.3VON (oraz „zbite” na diodach D840, D841 2.5V), jest jednak obecne tylko wtedy, gdy pracuje przetwornica rezonansowa (choć pochodzą z standby’owej). 3. Przetwornica PFC Klasyczny step-up boost converter, których już kilka opisywaliśmy na łamach naszego pisma. Oczywiście nie na układzie scalonym IRF7314, jak to uwidacznia schemat. Układ scalony IRF7314 to para tranzystorów polowych (Dual P-channel MOSFET), które w odbiorniku LCD mogą znaleźć zastosowanie w inwerterze. Według analizy kolejności i funkcji wyprowadzeń można odszyfrować, iż sterownikiem może tu być L6561, L6562, bądź MC33262, FAN7529 lub inny scalak z tej rodziny. Schemat pokazuje aktywację multipliera, lecz w obwodzie fizycznym stwierdzono brak odpowiednich rezystorów (jednak również brak możliwości odczytu oznaczenia układu scalonego, element SMD). Wtedy należy się spodziewać zastosowania np. SG6961 firmy Fairchild lub „czegoś” podobnego (wszystkie mają kompatybilne wyprowadzenia i przy pewnej ostrożności aplikacji mogą pracować zamiennie). Podobnie jak w punkcie poprzednim, ten także potraktujemy skrótowo, odsyłając po szersze informacje do „Serwisu Elektroniki” 3÷5/2002 lub 4÷5/2009. Nóżka 1, to feedback. Na tym wejściu zamyka się ujemne sprzężenie zwrotne stabilizacji napięcia wyjściowego. Wyznacza je dzielnik R817, R818, R819, R813, R931 wraz z napięciem referencyjnym układu scalonego na wartość około 392V. Nóżka 2, to wyjście wzmacniacza operacyjnego, którego wejściem odwracającym jest n.1. Tu podwie- SERWIS ELEKTRONIKI Opis działania zasilacza OTVC LCD Vestel chassis 17PW15, 17PW20, 17MB22 sza się elementy kompensacji częstotliwościowej, dość sporej wartości kondensatory z uwagi na wąskie pasmo wzmacniacza wymagane w przetwornicy PFC. Z uwagi na usytuowanie zworek S813, S814 układ scalony może zawierać wzmacniacz transkonduktancyjny, bądź „zwykły” napięciowy. Lokalizacja elementów na płytce PCB zasilacza ujawnia wzmacniacz napięciowy, co w tym przypadku należy do rozwiązań rzadziej spotykanych. Nóżka 3, wejście multipliera, informacja o aktualnym kącie, fazie sieci. Informacja o charakterze podstawowym dla działania wielu kontrolerów PFC. Konsternacja, oględziny płytki ujawniają, iż elementów R805, R806, R807 brak. Oznacza to, iż zastosowano układ scalony którego działanie opiera się na stałym czasie włączenia klucza. Wyjaśnialiśmy w artykule poświęconym zasilaczowi LCD Sharp LC-42SB55E („SE” nr 2÷4/2011), że taki obwód także będzie korygował Power Factor. Nóżka 4 – Current Sense, informacja o prądzie klucza pozyskana ze źródła tego tranzystora. Nóżka 5 – to Zero Current Detect. Informacja, która ma zapewnić przewodność krytyczną prądu w indukcyjności (na granicy między ciągłą i nieciągłą). Sygnał ZCD pozyskany jest z uzwojenia dodatkowego indukcyjności TR806. W omawianym zasilaczu nie było potrzebne wykorzystanie tego uzwojenia do zasilania układu scalonego, +VIN GROUND 12 SYNC 3 RT 6 CT DISCHARGE 5 VREF VC 16 13 U.V. LOCKOUT REFERENCE REGULATOR 15 mimo to, informacja z niego jest jeszcze wykorzystana do poinformowania przetwornicy głównej, czy pracuje PFC. Jeśli nie pracuje, obwody zabezpieczeń wstrzymują także pracę przetwornicy rezonansowej. Piszemy o tym w następnym punkcie artykułu. Oprócz klasycznego przeznaczenia nóżki 5 jako ZCD, jest tu także realizowana funkcja PFC_OFF sygnałem z obwodu zabezpieczenia. Taka (dodatkowa) aplikacja jest możliwa z uwagi na stosunkowo wysoki próg rozpoznania „przejścia przez zero” ZCD. Nóżka 6 to masa, połączona z masą gorącą zasilacza. Nóżka 7 jest wyjściem wzmacniacza totem pole, przystosowanego do bezpośredniego sterowania kluczującym tranzystorem MOSFET. Nóżka 8 – to zasilanie układu scalonego. W omawianym zasilaczu sterownik PFC zasilany jest napięciem +12V z wyjścia stabilizatora liniowego LM317. To stabilizator włączany bądź wyłączany sygnałem ON/OFF odbiornika. Oznacza to, iż przetwornica PFC pracuje tylko w trybie ON. Ponieważ zasilacz standby zasilany jest zza przetwornicy PFC, oznacza to, iż w trybie czuwania pracuje on na napięciu niższym (ok. 310V). Fakt, iż Power Factor jest wtedy nieskorygowany ma mniejsze znaczenie. Poza sterownikiem, głównymi elementami przetwornicy PFC są: ulokowane na radiatorze, tranzystor NOR 11 TO INTERNAL CIRCUITRY OUTPUT A OSC OUTPUT 4 Q NOR OSCILLATOR 7 S 9 1 N. I. INPUT 2 SOFT-START 8 SHUTDOWN 10 R VC PWM S LATCH VIN INV. INPUT OUTPUT B SG1525A OUTPUT STAGE COMP. COMPENSATION 14 Q FLIP FLOP 13 V REF OUTPUT A ERROR AMP 50µA OR 11 OR 14 5k OUTPUT B 5k SG1527A OUTPUT STAGE Rys.4.1. Schemat blokowy układu scalonego SG2525A SERWIS ELEKTRONIKI Opis działania zasilacza OTVC LCD Vestel chassis 17PW15, 17PW20, 17MB22 kluczujący Q803 i dioda D824 oraz oczywiście indukcyjność TR806. Te elementy oddzielają mostek Graetz’a i filtrujący kondensator elektrolityczny 220µF/450V pozwalając na symulację obciążenia rezystancyjnego. 4. Przetwornica główna Jak już wspomniano – rezonansowa. Na temat idei pracy, nie powiemy nic. Ten temat także był już „maglowany”. Opis konkretnego rozwiązania podzielimy na kilka podpunktów. 4.1. Sterownik SG2525A ro ono steruje tranzystorami półmostka. Powyższy opis odwoływał się do schematu struktury którą pokazujemy na rysunku 4.1. Układ scalony SG2525 produkowany jest w kilku wersjach. Wersja kompatybilna to SG2527 (3527, 1527). Ta ma zanegowane wyjścia. W układzie SG2525 aktywnym stanem wyjścia jest stan wysoki, w SG2527 – stan niski. To na ogół skutecznie eliminuje zamienność wyżej wymienionych układów scalonych. W opisywanym rozwiązaniu zasilacza jednak, SG2527 powinien działać, aczkolwiek autor artykułu prób takich nie przeprowadził. 4.2. Obwód półmostkowy i jego drivery Układ scalony SG2525 jest elementem dość uniwersalnym i zawiera typowe podzespoły zarówno dla przetwornicy rezonansowej, jak i regulującej na zasadzie modulacji współczynnika impulsów kluczowania. Zawiera, przede wszystkim oscylator. Częstotliwość programowana zewnętrznymi elementami R i C. Zawiera klucz rozładowujący CT, jednak obwód rozładowania należy połączyć na zewnątrz układu scalonego. Konfiguracja taka daje szeroki zakres aplikacji w których istotna jest częstotliwość oraz czas narastania i opadania referencyjnego zbocza piłozębnego. Tak jest w przetwornicy rezonansowej. Układ scalony zawiera modulator PWM z należnym komparatorem i przerzutnikiem typu Latch oraz wzmacniacz błędu. Wzmacniacz operacyjny o dostępnych (na nóżkach układu scalonego) wszystkich jego wyprowadzeniach. W aplikacji zasilacza Vestel, niewykorzystany jest zarówno error amplifier (wzmacniacz błędu), jak i PWM-modulator. Te bloki, także z uwagi na budowę kolejnych (nieomówionych) jeszcze podzespołów, nadają się szczególnie do budowy sterownika zasilaczy typu push-pull, mostkowych czy półmostkowych, nie wykluczając też typowych (prostych) regulatorów PWM. Układ SG2525 zawiera także przerzutnik typu flip-flop (typu T), który „sprawiedliwie” (po równo) dzieli wypracowany sygnał PWM na dwa wyjścia układu scalonego. To budowa szczególnie pożądana dla push-pull’i. Ten blok także pełni istotną rolę w zastosowanej przetwornicy rezonansowej. Układ scalony zawiera dwa komplementarne wyjścia. Oba identyczne, typu totem-pole. Do obwodów pomocniczych należy obwód soft-startu, Shutdown, a także Under Voltage Lock Out. Jak powiedziano wyżej, budowa układu scalonego jest w dużym zakresie elastyczna i uniwersalna. Nadaje się jako sterownik przetwornicy rezonansowej, choć prawdopodobnie jego konstruktorzy nie przewidywali takiej aplikacji. Prawdopodobnie w czasie konstruowania układu scalonego topologia rezonansowa nie była jeszcze znana. Mimo to, aplikacja SG2525 dla resonant convertera jest bardzo prosta. Zawiera niewielką liczbę elementów zewnętrznych. Error amplifier jest „nie obsadzony”. Tę rolę przejął TL431 po stronie izolowanej. Sprzęgnięcie obwodu sprzężenia zwrotnego – bardzo proste. Podstraja (prądem) częstotliwość oscylatora. Wszystkie obwody zabezpieczeń skupiają się na nóżce soft-startu. I tu jedynie widzimy dużą ilość elementów dyskretnych. Pewną niedogodnością jest typ wyjścia. Totem pole, czy to źle? To dobrze, ale niewygodnie dla sterowania high side switcha. Dlatego zastosowano transformatorek impulsowy. Dopie- Kluczujący obwód półmostkowy tworzą tranzystory polowe Q813-Q814. Półmostek zasilany jest z wysokiego napięcia, wyjścia obwodu PFC - 400V. Pracuje on na obwód rezonansowy utworzony z uzwojenia pierwotnego transformatora TR805 i kondensatorów C877-C878. Rozdzielenie tych kondensatorów nie jest bardzo istotne dla działania obwodu, podyktowane jest raczej symetrią obwodu (szczególnie w fazie startu). Driver bramek tranzystorów MOSFET jest złożony. Komplikacja wynika z ułomności sterownika SG2525, który „nie obsługuje” High Side Switcha. Wybrano zatem rozwiązanie z transformatorkiem impulsowym. Najbardziej nie lubiane, lecz mogące pełnić pożyteczną funkcję izolacji w stopniu drivera. Nawet tej funkcji nie pełni. Izoluje dopiero transformator obwodu rezonansowego. Transformatorek TR804 zawiera 3 uzwojenia. Pierwotne napędzane ze stopnia wyjściowego układu scalonego. Symetria obwodu powinna zapewnić jednakową składową stałą na obu wyjściach OUT (A i B). Mimo to, „dla pewności”, zastosowano kondensator separujący – C836. Zabieg ten jest uzasadniony, gdyż najmniejsze nawet niezrównoważenie doprowadzi do destrukcji obwodu. W obwodzie pierwotnym jeszcze dwójnik tłumiący R975-C895, w rzeczywistości „nie obsadzony”. Obsadzone natomiast diody D859 i D860 wymagane zawsze, gdy mamy do czynienia z obciążeniem indukcyjnym. Oba obwody wtórne są identyczne, mimo że jeden z nich odniesiony względem masy, drugi „pływa”. Pływa wysoko, bo między potencjałami 0 i 400V (odniesiony jest względem wyjścia półmostka). Niezależnie od tej istotnej różnicy, działanie obu driverów jest identyczne, opiszemy je dla Low Side Switcha. Przeładowanie pojemności bramki „w górę”, włączenie tranzystora MOSFET następuje wystarczająco szybko samym prądem indukowanym w uzwojeniu wtórnym transformatorka. Wyłączenie tranzystora MOSFET wspomagane jest tranzystorkami bipolarnym. Prąd uzwojenia powyżej około 100mA, uruchamia tranzystor Q840. Tradycyjne wysterowanie tranzystora bipolarnego z kondensatorem „przyspieszającym” C900 (którego w fizycznym układzie brak). Obwód emitera tranzystora Q840 odprowadza ładunek bramki tranzystora MOSFET wspomagając w tym zakresie działanie samego transformatora. Wypełnienie pracy driverów, a tym samym PWM kluczowania półmostka wynosi 50%. Tym sygnałem karmiony jest obwód rezonansowy. Zmienna jest jedynie częstotliwość, parametr regulacyjny skutkujący wędrowaniem punktu pracy po krzywej rezonansowej obwodu wykonawczego. SERWIS ELEKTRONIKI Dokończenie w następnym numerze