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