LED-драйверы задней подсветки ЖК панелей. Схемотехника на примере ИМС ADD5201
Буквально несколько лет назад в качестве задней подсветки ЖК панелей широко применялись флуоресцентные лампы различных типов (CCFL — Cold Cathode Fluorescence Lamp, EEFL — External Electrode Fluorescent Lamp). В настоящее время практически все панели, за очень редким исключением, в качестве источника света задней подсветки используют белые светодиоды (White LED — WLED). Так как размеры светодиодов малы, то для создания светового потока соответствующей мощности требуется большое количество светодиодов, как правило, исчисляемое несколькими десятками. Чаще всего их размещают на подложке в виде узкой светодиодной линейки (рис. 1).
Все множество светодиодов разбивается на несколько групп последовательно включенных светодиодов — WLED-линеек. В каждой такой группе находится от 6 до 10 WLED. Таким образом, если для задней подсветки необходимо, например, 64 WLED, то их можно распределить на 8 линеек, каждая из которых будет состоять из 8 последовательно включенных светодиодов (рис. 2).
Ток каждого WLED, используемого в задней подсветке, как правило, находится в диапазоне 20…40 мА. Поэтому в каждой линейке должен протекать ток именно этой величины. Также следует напомнить, что падение напряжения на открытом WLED находится, чаще всего, в диапазоне 3…4 В. Таким образом, к WLED-линейке необходимо приложить напряжение, приблизительно равное произведению количества светодиодов на величину падения напряжения на одном из них (именно поэтому на рис. 2 указано напряжение питания 34 В).
Еще на один аспект работы задней подсветки необходимо обратить внимание — это стабилизация и регулировка тока светодиодов. Без стабилизации тока невозможно говорить о качественной подсветке, так как без обратной связи световой поток будет изменяться под действием различных факторов, например, в зависимости от температуры WLED. Потому необхо-
димо контролировать величину тока, протекающего через светодиоды, и в случае изменения тока его необходимо стабилизировать.
Теперь несколько слов о регулировке. Любой дисплей предполагает регулировку такого параметра изображения, как яркость. Регулировка яркости в ЖК панелях традиционно осуществляется изменением мощности светового потока задней подсветки, т.е. изменением яркости источника света. Поэтому в системе задней подсветки необходимо предусмотреть возможность изменения тока светодиодов в ответ на некоторое внешнее управляющее воздействие (например, вращение ручки регулировки яркости). При этом изменение тока светодиодов должно осуществляться пропорционально величине входного управляющего сигнала. Процесс регулировки яркости в зарубежной литературе называют диммингом (Dimming).
Таким образом можно отметить, что корректная работа светодиодов невозможна без соответствующего управления, осуществляемого специализированными микросхемами-контроллерами. Эти ИМС называются драйверами светодиодов (LED Driver). К функциям LED Driver также можно отнести и включение-выключение светодиодов по внешнему управляющему сигналу (рис. 3). Под термином LED Driver понимают, с одной стороны, микросхему, а с другой стороны, весь модуль, включающий и микросхему, и ее внешние элементы.
В настоящее время для управления светодиодами разработаны микросхемы LED-драйверов, выполняющие абсолютно все необходимые функции. Интегральное исполнение этих микросхем позволяет сделать схему управления LED чрезвычайно компактной.
Отметим основные функции интегральных LED-драйверов:
- контроль (регулировка) и стабилизация тока LED;
- программирование величины тока LED;
- ограничение тока LED на безопасном уровне;
- формирование, контроль и стабилизация питающего напряжения LED;
- защита от превышения напряжения на LED;
- термическая защита;
- регулировка яркости LED-линеек (Dimming);
- защита от низкого напряжения питания ИМС;
- защита от обрыва в цепи LED-линеек.
Выше уже отмечалось, что для работы LED-подсветки требуется относительно высокое напряжение — от 20 до 40 В, в зависимости от количества светодиодов в одной линейке. Откуда берется это напряжение, ведь на ЖК панель оно не подается? Оказывается, это напряжение формирует из какого-либо низковольтного напряжения (обычно из 12 В) повышающий DC/DC-преобразователь, установленный на плате ЖК панели. Этот повышающий DC/DC-преобразователь также является элементом LED-драйвера (рис. 4). Существуют разные варианты схемотехники повышающих преобразователей для LED, но в большинстве современных ЖК панелей применяется так называемый Boost-регулятор, эквивалентная схема которого представлена на рис. 5.
Рис. 4. Структура LED-драйвера
В современных ИМС LED-драйверов узел DC/DC-преобразователя интегрирован в ИМС. Это позволяет значительно упростить схему подсветки за счет снижения количества внешних элементов, а также за счет использования единой схемы управления. Традиционным решением для современных LED-драйверов является интегральное исполнение силового транзистора BOOST-регу ля то ра и наличие встроенной схемы ШИМ контроллера, управляющего этим силовым транзистором (рис. 6). Такое исполнение позволяет LED-драйверу контролировать напряжение светодиодов, управлять им и осуществлять защиту от превышения данного напряжения.
Теперь перейдем к рассмотрению реальной схемы LED-драйвера. В настоящее время LED-драйверы и DC/DC-преоб ра зо ватели напряжения светодиодов физически размещаются на управляющей плате ЖК панели. Существуют и другие варианты, например, когда LED-драйвер расположен на основной плате монитора (рис. 7). Но такое решение не носит массового характера, поэтому остановимся на традиционных подходах.
Сегодня производители микросхем предлагают различные LED-драйверы в количестве, достаточном для выпуска справочника по ним на многие сотни страниц. В матрице, которая попала к автору на ремонт, для управления задней подсветкой используется контролер ADD5201, выпускаемый компанией Analog Devices. Сама же панель типа LP173WD1(TL) (N2) производится компанией LG. ИМС LED-драйвера находится недалеко от микросхемы TCON и рядом с разъемом, к которому подключается модуль задней подсветки (рис. 8).
На ЖК панель поступают цифровые данные о цвете в формате LVDS через внешний 40-контактный однорядный разъем CN1. Кроме сигналов LVDS через контакты 31-40 разъема CN1 на матрицу подаются сигналы управления LED-подсветкой.
Разъем для подключения светодиодных линеек CN2 является 9-контактным, однако два из них не задействованы. В данной модели матрицы все светодиоды объединены в пять цепочек (рис. 9).
Принципиальная электрическая схема LED-драйвера ЖК панели LP173WD1 на основе ИМС ADD5201 приведена на рис. 10. Количество внешних элементов ИМС минимально. Пояснения к принципиальной схеме представлено в виде описания назначения выводов ADD5201, приведенного в таблице. ИМС ADD5201 предназначена для управления восемью LED-линейками, в то время как в рассматриваемой схеме она управляет пятью LED-линейками. Остальные выводы, соответствующие управлению светодиодами (выв. 13-15) подключены к «земле», и неясно, то ли эти контакты не используются, то ли они могут быть задействованы для управления светодиодами, но выключены только в данной схеме.
Лучшее понимание того, как функционирует ADD5201, дает ее блок-схема, она приведена на рис. 11.
Типовые неисправности LED-подсветки на основе ИМС ADD5201
Хочется отметить, что микросхема ADD5201 достаточно часто применяется для построения драйверов, управляющих LED-подсветкой ЖК панелей. Ее можно встретить на панелях самых разных производителей и самых разных размеров. Также следует упомянуть, что из-за большой популярности этой микросхемы и ее широкого применения, количество упоминаний ADD5201 при описании неисправностей LED-подсветки достаточно велико.
При неработающей LED-подсветке, в первую очередь, необходимо обратить внимание на токовый предохранитель, установленный в цепи питания LED-драйвера (F2 на рис. 10). Сгоревший предохранитель — далеко не редкость в подобных схемах.
Если предохранитель в обрыве, то в обязательном порядке следует убедиться в исправности силового транзистора BOOST-регулятора, интегрированного в ADD5201. Типовой проблемой этого транзистора является его пробой. Убедиться в отсутствии пробоя транзистора можно измерением сопротивления между выводами 23, 24 микросхемы ADD5201 и «землей». Наличие низкого сопротивления (единицы Ом) указывает на неисправность транзистора и на необходимость замены микросхемы.
Если предохранитель цел, но LED-подсветка при этом не работает, а на светодиоды подается напряжение около 12 В (равно входному напряжению VLED), то можно говорить о неисправности микросхемы ADD5201.
Интернет-ресурсы
1. ссылка скрыта от публикации
Алексей Конягин
Журнал «Ремонт и Сервис»
FAN7320, DIP24
Информация для заказа
Номенклатурный номер 2010021620
| Наименование | Цены, руб. с НДС | Условие поставки | Наличие | Купить |
|---|---|---|---|---|
| FAN7320, DIP24 ONSemiconductor 2010021620 | от 20 — 85.36 от 8 — 92.19 от 4 — 98.95 от 3 — 106.59 от 1 — 113.35 Потребуется 100% предоплата | 1-2 недели |
Цены указаны с НДС, наличие указано на 25.12.2021 06:03
Представленная техническая информация носит справочный характер и не предназначена для использования в конструкторской документации. Для получения актуализированной информации отправьте запрос на адрес techno.ru
Посмотреть еще
Нужна помощь в выборе продукции или подборе аналога?
Обратитесь к нашему консультанту webmaster@platan.ru
Указано наличие на складе. Цены даны с учетом НДС. Приведенная информация носит справочный характер и не является публичной офертой в соответствии с пунктом 2 статьи 437 ГК РФ. При заказе товара через сайт Вам будет выставлен счет на оплату в режиме онлайн, товар по фиксированной цене забронирован на 3 рабочих дня.
- Банковским переводом
- Электронными деньгами Яндекс.Деньги
- Наличными при получении товара (для клиентов из Москвы и Санкт-Петербурга)
- Наличными через офисы Евросеть, Связной или через любой платежный терминал, принимающий Яндекс.Деньги
- Пластиковой картой Visa/MasterCard (кроме клиентов из Санкт-Петербурга)
Мы работаем с разными грузовыми компаниями:
- экспресс-доставка Major Express
- Деловые линии
- ТК Энергия
- почта России
- терминалы доставки InPost
Забрать заказ можно в наших офисах:
- Москва, м.Молодежная, ул.Ивана Франко, д.40, стр.2 (через 2 раб.дня)
- Москва, м.Электрозаводская, Семеновская наб., д.3/1, к.5 (через 2 раб.дня)
- С.-Петербург, ул.Зверинская, д.44 (через 5 раб.дней)
Платан проводит строгую политику в области качества поставляемой продукции:
- мы являемся официальным дистрибьютором более 20 мировых производителей комплектующих
- на товар, подлежащий гарантийному обслуживанию, срок гарантии составляет 6 месяцев
- мы предоставляем все необходимые сертификаты
- мы поддерживаем собственный сервисный центр
Контроллер задней подсветки LCD-дисплеев FAN7314. Архитектура, функционирование и диагностика Оставить комментарий
Продолжаем рассказывать о микросхемах контроллеров, управляющих лампами CCFL в блоке задней подсветки LCD-мониторов. Сегодня в поле нашего зрения попала микросхема FAN7314, которая получила достаточно широкое применение в инверторах задней подсветки.
Микросхема FAN7314 является полнофункциональным контроллером, предназначенным для управления преобразователем (инвертором), который построен по схеме последовательного резонансного контура, управление напряжением на лампах обеспечивается методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при этом частота генерации задается внешними элементами, и может находиться в диапазоне от 30 кГц до 250 кГц, в зависимости от характеристик ламп CCFL и параметров импульсного трансформатора.
К основным особенностям микросхемы можно отнести следующие ее возможности:
дает возможность построения одно ступенчатого преобразователя с высоким КПД;
имеет широкий диапазон питающих на пряжений (от 6В до 25.5В);
позволяет обойтись минимальным количеством внешних элементов для построения полноценного инвертора;
имеет встроенный прецизионный формирователь опорных напряжений с точностью до 2%;
поддерживает полумостовую топологию ZVS (переключение при нулевомнапряжении);
обеспечивает функцию «мягкого старта» (Soft-Start);
поддерживает ШИМ-управление на фиксированной частоте;
поддерживает регулировку яркости аналоговым методом или импульсным методом Burst-Dimming;
позволяет программировать частоту генерации во время процесса «поджига» памп;
обеспечивает защиту от обрыва ламп;
обеспечивает регулировку при обрыве ламп;
обеспечивает термическую защиту.
Микросхема FAN7314 выпускается в 20-контактном корпусе типа SOIC (рис.1). На рис.2 представлена ее внутренняя блок-схема. Назначение контактов FAN7314 приводится в табл.1. Мы не будем детально и подробно описывать работу микросхемы, т.к. объем информации, представленной в табл.1, мы считаем, достаточным для общего понимания основ функционирования контроллера. А для всех интересующихся деталями и подробностями, можно рекомендовать обращение к первоисточнику – Data Sheet’y на микросхему.
Таблица 1. Описание контактов контроллера FAN7314
Вход защиты от обрыва ламп (Open Lamp Protection). Микросхема блокируется, если напряжение на этом контакте достигает значения 2.5В.
Вход регулировки при обрыве ламп (Open Lamp Regulation). Функция регулировки представляет собой промежуточное состояние перед тем, как сработает защита от обрыва ламп. Если напряжение на этом контакте становится выше 2.0 В, микросхема начинает осуществлять регулировку напряжения на лампах с целью его ограничения. А в это время, конденсатор подключенный к контакту OLP начинает заряжаться внутренним источником тока 1.4 мкА. Когда напряжение на этом конденсаторе достигнет 2.5В, микросхема заблокируется.
Вход разрешения работы микросхемы. Подача на этот контакт напряжения более 2 В приводит к запуску микросхемы. Если же напряжение контакта становится мене 0.7 В, то микросхема выключается, и работа инвертора прекращается.
Мягкий старт (Soft Start). Этот контакт должен быть подключен к «земле» через конденсатор. Емкость этого конденсатора определяет длительность периода мягкого старта, в течение которого длительность выходных импульсов микросхемы плавно нарастает (что позволяет обеспечить плавное нарастание и напряжения на лампах). Внешний конденсатор мягкого старта заряжается внутренним источником тока 6 мкА Мягкий старт длится до тех пор. пока напряжение на данном контакте не достигнет величины 2.65 В.
Выход опорного напряжения. Контакт является выходом внутреннего прецизионного источника опорного напряжения. На контакте после запуска микросхемы устанавливается напряжение 2.5 В.
Вход аналоговой регулировки яркости ламп. На этот контакт должно подаваться напряжение постоянного тока, величина которого определяет яркость ламп.
Вход импульсной регулировки яркости Burst Dimming. На это контакт подается аналоговое напряжение, которое будет изменять длительность прерывающихся «пачек» высокочастотных импульсов на выходах микросхемы, что, в итоге, будет определять яркость ламп.
Вход сигнала обратной связи. На этот контакт подается напряжение, снимаемое с резистора обратной связи, который измеряет величину тока ламп. Изменение напряжения на этом входе приводит к обратно-пропорциональному изменению длительности выходных импульсов микросхемы, а, соответственно, н к обратно-пропорциональному изменению яркости ламп. Контакт является входом внутреннего усилителя ошибки.
Выход внутреннего усилителя ошибки. На этом контакте формируется напряжение, пропорциональное входному сигналу обратной связи на контакте ЕА_ГМ. Однако этот вывод редко используется в практических схемах. Вывод чаще всего используется для задания частотной характеристики обратной связи (между выводом и «землей» включается конденсатор). Контакт, в принципе, может быть использован н для других различных целей (блокировок, дополнительных регулировок яркости, и т.п.).
Контакт к которому подключается частотозадающий конденсатор блока импульсной регулировки яркости Burst Dimming. Емкость конденсатора определяет длительность периода импульсной регулировки яркости- т.е. задает период следования «пачек высокочастотных импульсов» на выходах микросхемы. На контакте BCT формируется пилообразное напряжение низкой частоты (несколько сотен Гц). Для устранения видимых мерцаний задней подсветки на данном контакте необходимо задавать частоту не ниже 120 Гц. Заряд конденсатора, подключенного к контакту ВСТ, осуществляется внутренним источником тока, который программируется резистором, подключенным к контакту RT. Таким образом, частота импульсов Burst Dimming настраивается подбором емкости на контакте ВСТ и подбором резистора на контакте RT
Контакт для подключения частотозадающего резистора внутреннего генератора. Резистор, подключенный к этому контакту, определяет частоту сразу двух генераторов: основного генератора и генератора Burst Dimming.
Контакт для подключения частотозадающего конденсатора основного генератора. На данном контакте формируется пилообразное напряжение частотой несколько десятков кГц.
Выходы, на которых формируются высокочастотные импульсы, управляющие внешними полевыми транзисторами. OUTC и OUTD образуют пару, предназначенную для управления одним полумостом. Внутренний выходной каскад микросхем построен таким образом, что выходы OUTA, OUTB, OUTC и OUTD никогда не включаются одновременно.
Выходы, на которых формируются высокочастотные импульсы, управляющие внешними полевыми транзисторами. OUTC и OUTD образуют пару, предназначенную для управления одним полумостом. Внутренний выходной каскад микросхем построентаким образом, что выходы OUTA, OUTB, OUTC и OUTD никогда не включаются одновременно.
Силовая «земля» (общий для цепи питания).
Вход питающего напряжения. Микросхема включается, если напряжение на этом контакте достигает величины 5В.
Выходы, на которых формируются высокочастотные импульсы, управляющие внешними полевыми транзисторами. OUTA и OUTB образуют пару, предназначенную для управления вторым полумостом. Внутренний выходной каскад микросхем построен таким образом, что выходы OUTA, OUTB. OUTC и OUTD никогда не включаются одновременно.
Выходы, на которых формируются высокочастотные импульсы, управляющиевнешними полевыми транзисторами.OUTAиOUTBобразуют пару, предназначеннуюдля управления вторым полумостом. Внутренний выходной каскад микросхемпостроен таким образом, что выходы OUTA, OUTB, OUTC и OUTD никогда не включаются одновременно.
Контакт для подключения внешнего резистора, задающего частоту генерации ламп во время «поджига». Резистор, подключенный к этому контакту включается параллельно резистору на контакте RT только лишь на время поджига. Это приводит к снижению эквивалентного сопротивления, и, к следствие, к увеличению частоты на лампах. Через некоторое время после запуска микросхемы, внутренний транзистор закрывается, и изолирует резистор RT1 от «земли», в результате чего, далее частоту ламп определяет только лишь резистор RT. Таким образом, эквивалентное сопротивление увеличивается, что приводит к снижению частоты на лампах.
Мы также не станем приводить схему типового включения микросхемы – все это также можно с успехом найти в описании микросхемы. В качестве же примера, иллюстрируюшего практическое применение FAN7314, мы предлагаем обратиться к следующей публикации данного номера журнала, в которой представлена принципиальная схема платы инвертора монитора Samsung SyncMaster 943N.
Сейчас же, мы переходим к обсуждению вопросов диагностики контроллера FAN7314. Хотя отказ микросхемы и нельзя считать распространенной проблемой инверторов, иногда, все-таки, возникает необходимость убедиться в ее исправ ности. Предлагаемая ниже методика является очень простой, и не требует выпаивания микросхемы. Методика будет интересна всем специалистам, предпочитающим «семь раз отмерить и один раз отрезать», а также будет единственно-возможным вариантом получения информации при отсутствии «доноров» и запасных микросхем.
Для диагностики микросхемы нам понадобится следующее оборудование:
– лабораторный источник питания постоянного тока;
– осциллограф (можно, конечно, обойтись и без него – общую работоспособность микросхемы можно будет оценить и по показаниям тестера, но мы считаем это непрофессиональным подходом).
Проверка контроллера FAN7314 осуществляется так же, как и большинства других ШИМ-контроллеров. Основная идея диагностики заключается в том, что бы подать на соответствующий контакт микросхемы питающее напряжение, приводящее к ее запуску. После этого проводится проверка работы источников опорных напряжении, генераторов тактовой частоты, выходных ключей и т.п. И именно поэтому так важно знать внутреннюю архитектуру контроллера и назначение его контактов.
Подобную диагностику очень удобно проводить при условии, что проверяемая микросхема не выпаивается, т.е. проверка проводится непосредственно в схеме. При этом все необходимые внешние элементы (конденсаторы и резисторы) присутствуют и имеют соответствующие номиналы. Вероятность того, что микросхема не будет работать из-за неисправности внешних элементов, конечно же, существует, но статистика отказов электроники такова, что данная вероятность ничтожна, и ею можно спокойно пренебречь (но «держать в уме» возможность отказа внешних элементов, оггытный специалист, все-таки, должен).
Итак, приступаем к пошаговой диагностике FAN7314.
От лабораторного источника питания подаем напряжение величиной +12В на КОНТ.17 (VIN). При этом ничего значительного не происходит, так как подачи только лишь питающего напряжения не достаточно для нормального запуска контроллера. В этот момент времени можно оценить величину потребляемого микросхемой тока. Величина входного тока не должна быть сколько-нибудь значимой (в описании микросхемы указано значение стартового тока не более 180 мкА). Большое значение входного тока на этом этапе диагностики однозначно будет указывать на неисправность микросхемы, и это, естественно, будет сопровождаться достаточно значительным разогревом корпуса микросхемы. Также можно отметить, что выходы микросхемы устанавливаются в неактивное состояние, которому соответствует следующая комбинация уровней:
на конт.18 (OUTА) – напряжение, равное VIN (т.е. +12В);
на конт.15 (OUTC) – напряжение, равное VIN (т.е. +12В);
От второго лабораторного источника подаем напряжение величиной около +5В на конт.З (ЕХА). Именно в этот момент времени микросхема и должна будет нормально запуститься. Штатный запуск контроллера FAN7314 можно определить по следующим признакам:
на конт.6 (REF) появляется опорное напряжение постоянного тока величиной 2.5В;
на конт.13 (СТ) появляется высокочастотное пилообразное напряжение, амплитудой около 2 В (при проверке тестером на этом контакте измеряется напряжение около 1.25 В, т.е. действующее значение пилообразного напряжение равно именно 1.25 В).
на конт.12 (RT) устанавливается постоянное напряжение около 1.25В;
на конт.4 (SS) устанавливается постоянное напряжение, величиной около 2.65В;
на конт.1 (OLP) напряжение начинает плавно нарастать, и в итоге достигает величины 3.6В;
на конт.1’1 (ВСТ) появляется низкочастотное пилообразное напряжение, амплитудой примерно 2В (действующее значение, измеряемое тестером, равно примерно 1.25 В);
на конт.10 (EAOUT) устанавливается постоянное напряжение, величиной около 2.36В которое удерживается на этом уровне в течение всего времени, пока активен сигнал ENA;
на выходных контактах (OUTA, OUTB, OUTC, OUTD) в момент активизации сигнала ENA появляются импульсы, которые достаточно скоро пропадают (пропадание импульсов – это нормальная реакция контроллера на отсутствие тока ламп).
Добавить комментарий Отменить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.