剖析液晶顯示屏(液晶屏)邏輯板TFT偏壓電路

品牌電視維修 · 發表于 2015-12-19 19:29:00

目前液晶電視已經普及了，故障率也日益攀升，液晶電視故障出現的極大部分屏幕故障例如：圖像花屏、馬賽克、彩色失真、灰度失真、對比度不良、亮度暗淡、圖像灰暗等等等；故障都與此電路有關。我們維修人員在維修此類故障時往往的面對液晶屏圖像故障都束手無策，而介紹此電路、無疑對類似故障的分析提供了極大的幫助，目前在一般的期刊書籍介紹分析此電路的文章極少。
什么是TFT屏偏壓電路？現代的液晶電視都是采用TFT屏作為圖像終端顯示屏，由于我們現在的電視信號（包括各種視頻信號）是專門為CRT顯示而設計的，液晶屏和CRT的顯示成像方式完全不同，液晶屏要顯示專門為CRT而設計的電視信號，就必須對信號的排列順序、時間關系進行轉換，以便液晶屏能正確顯示。
圖像信號的轉換，這是一個極其復雜、精確的過程；先對信號進行存儲，然后根據信號的標準及液晶屏的各項參數進行分析計算，根據計算的結果在按規定從存儲器中讀取預存的像素信號，并按照計算的要求重新組合排列讀取的像素信號，成為液晶屏顯示適應的信號。這個過程把信號的時間過程、排列順序都進行了重新的編排，并且要產生控制各個電路工作的輔助信號。重新編排的像素信號在輔助信號的協調下，施加于液晶屏正確的重現圖像。
每一個液晶屏都必須有一個這樣的轉換電路，這個電路就是我們常說的“時序控制電路”或“T-CON（提康）電路”，也有稱為“邏輯板電路”的。這個電路包括液晶屏周邊的“行、列驅動電路”構成了一個液晶屏的驅動系統。也是一個獨立的整體。這個獨立的整體是由時序電路、存儲電路、移位寄存器、鎖存電路、D/A變換電路、譯碼電路、伽馬（Gamma）電路（灰階電壓）等組成，這些電路的正常工作也需要各種不同的工作電壓，并且還要有一定的上電時序關系；；不同的屏，不同的供電電壓。為了保證此電路正常工作，一般對這個獨立的驅動系統單獨的設計了一個獨立的開關電源供電（這個向液晶屏驅動系統供電的開關電源一般就稱為：TFT偏壓電路）；由整機的主開關電源提供一個5V或12V電壓，給這個開關電源供電，并由CPU控制這個開關電源工作；產生這個獨立的驅動系統電路提供所需的各種電壓，就好像我們的電視機是一個獨立的系統他有一個單獨的開關電源，DVD機是一個獨立的系統他也有一個單獨的開關電源一樣。是非常重要也是故障率極高的部分（開關電源都是故障率最高的部分，要重點考慮）。圖1所示是液晶屏驅動系統框圖。從圖中可以看出，其中的“TFT偏壓供電開關電源”就是這個獨立系統電路的供電電源它產生這個驅動系統電路需要的各種電壓，有VDD、VDA、VGL和VGH電壓供各電路用。

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這個獨立的液晶屏驅動電路的供電系統；主要產生4個液晶屏驅動電路所需的電壓：
1 VDD 屏驅動電路工作電壓；；類似一般模擬集成電路的VCC。一般電壓為3.3V。
2 VGL 屏TFT薄膜開關MOS管的關斷電壓，一般為 -5V。
3 VGH 屏TFT薄膜開關MOS管的開通電壓，一般為20V~30V。
4 VDA 屏數據驅動電壓，VDA經基準處理后，由伽馬電路用以產生灰階電壓，一般為14V~20V。
以上電壓不同的屏；電壓值不同。這些輸出的任一電壓出現問題，都會出現不同的圖像顯示故障，可見其重要性。并且也是故障多發部位。也是液晶電視維修人員必須掌握的部分，這個電路在某些文章、資料里稱為：液晶屏邏輯板TFT偏壓電路；
TPS65161集成電路是美國德州儀器公司（Texas Instruments）出品的一款專門為 32寸以上尺寸TFT液晶屏驅動電路提供偏置電壓的開關電源芯片。內部有一個高于500K振蕩頻率的振蕩激勵電路，該芯片12V供電；可以支持4組經過穩壓的輸出電壓；即 VDD、VGL、VGH、VDA電壓，特別是能提供較大的電流容量，并且電壓幅度可以調整以適應不同類型的液晶屏。集成電路具有短路保護及過溫度保護。下面對VDD、VDA、VGH、VGL產生的原理及過程進行分析，原理圖就仍然采用上面作者繪制的電路原理圖。（上面圖4中原作者把Q2 P溝道誤繪制成N溝道）。
VDD電壓產生：
圖3所示（仍舊采用原文圖片序號）是 TPS65161芯片的VDD電壓產生部分原理圖；

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在圖3中，TPS65161內部的MOS管Q3、外部的LP2及DP3組成了一個串聯型的開關電源，由TPS65161內部的振蕩激勵信號控制Q3開關電源工作。等效電路如圖3.1所示。

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在圖中可以發現；串聯開關電源的開關管是集成電路TPS65161內部的Q3，工作過程如下；在T1 時間：圖3.2 所示；集成電路的22腳輸入12V電壓經Q3、LP2流通向負載供電，

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由于LP2內部自感電勢的作用（自感電勢方向為：左正右負），由于流經LP2的電流線性的增長，輸出端電壓逐步上升，并且線性增長的電流在LP2內部以磁能的形式存儲起來，圖3.2中紅色箭頭所示是電流方向、藍色箭頭所示是LP2的自感電勢方向。
在T2時間；輸出端電壓上升到3.3V時經過分壓取樣電路排阻RP20、RP12、RP22、RP14組成的分壓取樣電路的取樣電壓反饋至TPS65161的穩壓控制15腳，控制Q3斷開，這時12V輸入電壓形成的電流被切斷；LP2內部的電流也被切斷，電流被切斷LP2內部存儲的磁能也無法繼續維持，磁能即迅速轉換成方向為左負右正的感生電勢（楞次定律）圖 3.3中藍色箭頭所示感生電勢方向，這個左負右正的感生電勢的方向正好繼續維持著在T1時間流過RP23的電流方向，由于Q3的斷開，這個左負右正的感生電勢經過LP2、RP23、DP3（續流二極管）流通繼續維持著對負載的供電。這就是供電VDD產生的過程，其中由于輸出電壓較低電壓3.3V，續流2極管DP3采用了低壓降的肖特基管，此管故障率比較高，維修過程中應特別加以注意，此管絕不是穩壓管。
VDA電壓的產生：
VDA電壓是列驅動電路的數據驅動電壓；該電壓最終要經過一定的處理產生非線性的階梯電壓以控制液晶屏的分子不同扭曲角度，這個電壓就叫灰階電壓，如果沒有這個電壓或者電壓不正常，圖像就會沒有或者出現嚴重的層次失真（灰度失真）。不同特性的屏這個電壓的高低不同，一般在14V至20V左右的范圍內。
VDA電壓是先由12V供電電壓經過升壓成為20V 左右的VAA_FB電壓(不能超過電壓23V；否則過壓保護電路啟控工作)，再經過控制就成為VDA電壓（VAA_FB電壓就是VDA電壓）。原文的圖4所示：該VAA_FB電壓再經過QP1開關控制由L11輸出VDA電壓，原文中的圖5所示：

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VAA_FB電壓產生電路
VAA_FB電壓產生電路由UP1(TPS65161)的1—5、28腳內部電路及外圍電路構成，其電路如圖四所示。
UPl(TPS65161)12腳為主升壓轉換器工作方式設置，決定其內部電路是工作在脈沖寬度調制或500／750kHz固定開關頻率方式。本方案中，12腳經RP25(0Ω電阻)接12V輸入電壓，工作在750kHz固定開關頻率。
主升壓轉換器有1個可調節的軟啟動電路，以防止在啟動過程中的高涌流。軟啟動時間是由連接到28腳的外部電容器CP26設置。28腳內部連接一恒流源，與內部電流限制與軟啟動腳電壓成正比。在達到內部軟啟動的閾值電壓時，比較器被釋放電流限制。軟啟動電容器值愈大，軟開始時間越長。
上電后，12V輸入電壓經CP5、CP6、LP3濾波后，一路加到DP1、CP7、CP8、CP9、CPl0組成的濾波電路，產生VAA_FB電壓；另一路加到UPl(TPS65161)的4、5腳。VAA_FB電壓經CPl6濾波后加到UPl(TPS65161)的3腳，3腳內接一個過電壓保護開關Q2和過電壓保護比較器，過電壓保護比較器將3腳電壓與內部基準電壓進行比較，當3腳電壓上升到23V時，TPS65161內部驅動控制器關掉N通道MOSFET，只有輸出電壓低于過電壓閾值后，內部驅動控制器才會再開始工作。
在上面的圖4中，VDA電壓是如何產生的？
圖中的關鍵是 LP3、Q1、DP1的組合是一個典型的并聯型開關電源（圖4所示），其中LP3是開關電源的儲能電感，Q1是開關電源的開關管，DP1是開關電源的整流二極管。圖4所示是組成的并聯型開關電源的等效電路；集成電路TPS65161的1(FB)腳是這個并聯型開關電源的穩壓控制端，由輸出端RP2、RP5、RP4、RP3組成的取樣電路送來取樣信號，控制激勵Q1開關管激勵信號的脈沖寬度，以達到穩壓的目的。。。。。。。。。。。。。
并聯型的開關電源一般都是升壓型的；在這個并聯型的開關電源中輸出電壓(VAA_FB)等于供電電壓12V和LP3上面感生電勢(ULP3)的疊加。
下面圖4.1是上面圖4 升壓部分電路的等效電路圖。
圖4中所示12V的供電壓經過LP3輸入開關電源后由DP1輸出近20V的VDA電壓。

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工作原理及升壓過程如圖4所示：
集成電路TPS65161內部的激勵電路向開關管提供激勵開關信號；
在T1時間：如圖所示；；；；正的激勵信控制Q1；Q1閉合導通；此時的12V電源經流過LP3的電流呈近似線性的逐步增大并且以磁能（集聚大量的磁力線）的形式存儲在LP3內部。
在T2時間：圖4.3所示：負的激勵信號控制三極管 Q1；Q1截止斷開；由于Q1的截止斷開，12V流經LP3、Q1的電流被切斷，LP3電流被切斷；LP3在T1時間存儲的磁能即無法維持（集聚的大量磁力線瞬間逃走），此時LP3因切割磁力線產生的感生電勢ULP3；；方向為左負~~~右正，圖4.3中藍色箭頭表示感生電勢方向（楞次定律），LP3兩端的感生電勢為ULP3，這個感生電勢的方向和12V外加電壓正好是1個疊加的串聯關系，疊加電壓的幅度是：12V+ULP，這個疊加的電壓正好符合！二極管D1正向導通的方向，這個電壓經過CP7等濾波后輸出為VAA_FB，經過開關QP1控制輸出為VDA電壓。
由于供電電壓是12V的，那么設計電路時，可以控制LP3的電感量及 Q1的導通占空比，使其LP3兩端產生的感生電勢ULP3為8V左右，這樣12V+8V(ULP)=20V 這就是后面Gamma電路產生灰階電壓所需的驅動電壓。