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一个二极管引起的液晶显示器电源故障分析及处理
来源:本站整理  作者:佚名  2015-10-22 10:01:25

    单位的5台液晶显示器,故障现象都是不能开机,蓝色电源指示灯闪烁不停。此批液晶显示器型号为19英寸普屏西门子富士通显示器,由西门子公司随自控系统一并提供,一共有近百台的数最,是西门子工控机的标准配置。
    从以往维修经验来看,液晶显示器出现这种不能开机故障,一般是电源的故障。拆开一台显示器外壳,将电源板拆出,发现几个电容有鼓胀现象,将电容更换后,通电测量电源12V和5V输出电压都正常,认为故障已排除。但将电源板装回,故障依旧。再次将电源板拆出,仔细检查发现在电路板反面,在12V和5V电源直接有一个贴片二极管烧坏,从名称ZD920可以看出是一个稳压二极管。一般显示器上没有这个二极管,从一个正常工作的显示器上拆了一个立极管装上后,显示器恢复正常,但大约半个小时后,听到显示器发出轻微“啪,的一声,故障又出现,蓝色电源指示灯又开始闪烁。拆开显示器一看,这个二极管又烧坏了。一时找不到原因,上网查看,答案五花八门,有的说是普通的整流二极管;有的说是稳压二极管;有人说,可以用5W/10V稳压二极管1N5347代换修好。考虑到12V和5V只有7V的压差,潜意识认为用5W/7.5V稳压二极管1N5343代换要保险些,为保险起见,1N5347和1N5343各买了 10只。
将一只1N5343换上后,奇迹出现了,显示器马上恢复正常,连续几个小时都没有问题。为了验证网友的做法,又用一只1N5347更换上,显示器也可以正常工作,而且也是可以连续几个小时工作,看来这个稳压二极管是非常关键的元件。为了分析此稳压二极管的作用,根据电路板绘制出此电源的原理图如图1所示。

    从图1可以看出,此开关电源采用LD7552作为电源控制芯片,其中①脚接地端、②脚误差信号检测、③脚和⑦脚为电源供给、④脚振荡器外接电阻元件、⑤脚为空脚、⑥脚开关管电流检测信号输入、⑧脚开关管激励脉冲输出。用此芯片的开关电路使用元件较少,电路简单明了。但保护电路齐全,过压、过流、短路保护功能都具备,其中稳压二极管ZD921和二极管D922为12V电源提供过压保护,ZD921稳压值为12.2V,通过计算可知,当12V电源电压超出约16.5V时,IC921(TL431)R极电压超2.5V, IC921导通,使IC902光祸中发光二极管电路形成通路从而进行电压调节;稳压二极管ZD922和二极管D923为5V电源提供过压保护,ZD922稳压值为4.2V,通过计算可知当5V电源电庄超出约8.5V时,IC921(TL431)R极电压超过2.5V,IC921导通,使IC902光祸中发光二极管电路形成通路而进行电压调节。IC902和IC903及相关元件组成负载短路保护电路,无论是12V还是5V输出短路,因为两路电源共用开关变压器T901次级绕组,都会导致5V输出电压为零,R922不能取得电压,致使IC902输出处于高祖状态,LD7552的②脚开路电压输出5V,为IC903(TL431 )R极提供电压超过2.5V,IC903导通,LD7552的⑦脚电源电压被迅速拉低,⑧脚输出停止。过流保护由电阻R916提供,保护原理这里不再赘述。

    此电源和其他显示器电源不同的是在12V和5V输出端跨接一个稳压二极管ZD920,为了检验此稳压二极管作用,将电源板进行带载试验,采用卡车的24V灯泡作为负载,其中12V的负载为24V/90W灯泡,折合功率12V时的功率为22W左右,其中5V的负载为24V/21W灯泡,折合功率5V时的功率为1W左右,基本与显示器的轻载情况相符,测试的情况见表1。
    从表1中数据可以看出,无论加装10V或者7.5V的稳压管,在各种带负载的情况下,5V电源输出基本正常,特别是在12V和5V电源两路都带负载的情况下,12V和5V输出都在正常范围内。但在不加装稳压管的情况下,只有5V电源输出带载测试的结果,却是12V和5V两路电源输出偏差很大,分别达到了33.3V和3.3V,严重偏离了正常电压范围。但是,无论是否加稳压管,如果 5V和12V两路电源都带负载,两路电源输出的电压又都很正常,而显示器正常工作情况下,是5V和12V两路电源都带负载工作的,那为什么不加稳压管显示器不能工作呢?

    从液晶显示器开机控制顺序以及此开关电源工作原理,可以分析出此故障产生的原因。
    液晶显示器工作所需电源电压一般有3种:12V、5V、3.3V。其中12V为背光板用电源,而5V和3.3V为控制板用电源,一般情况下,如果液晶显示器电源只有12V和5V两路输出的情况下,3.3V电源在控制板上由5V电源进行转换所得。在液晶显示器接通电源开机时,控制板首先正常工作进行显示器的参数读取及处理,然后发出显示器开机命令。控制背光板的背光开启以及液晶屏驱动电路工作。当检测到没有视频信号输入的情况下,延时几秒后,发出背光板及液晶驱动电路关闭命令,随即显示器处于待机节能状态。从显示器电源控制上可以看出,12V和5V电源在开机时是5V电源先有负载,然后是12V电源有负载。从此显示器电源测试表中已经看到,没有稳压管的情况下,5V的电源带载能力很弱,1W的负载功率会使其最终降低到3.3V、3.3V的情况下,控制板是无法工作的,不能发出显示器开机命令,最终导致12V无法带负载,在12V和5V两路电源不能同时带负载的情况下,12V和5V两路电源是不能恢复正常电压范围内。
    是什么原因导致在不加稳压管只有5V电源带负载的情况下,12V和5V两路电源输出达到了33.3V和3.3V,严重偏离了正常电压范围呢?这要从此电源结构特点分析,由于12V和5V两路电源共用开关变压器次级绕组,小型开关电源的内阻较大,体现在变压器的短路阻抗上,当12V和5V两路电源空载时,两路电源的内阻分担的电压较低,为了防止输出电压过高,电源PWM控制芯片通过稳压电路使开关管激励脉冲的占空比减小,实现稳压控制。当只有一路5V电源的输出时,随着5V一路电源的负载增加,5V电源所在的变压器绕组内阻分担电压增大导致5V的输出电压降低,由于稳压电路的电压取样取自5V电源输出,一旦检测5V电源电压降低,电源控制芯片LD7552增大开关管激励脉冲的占空比,提升5V电源输出,由于12V和5V共用次级绕组,而且12V没有负载,内阻较小,最直接的反应,是12V电压迅速提高,而12V提升的幅度又远大于5V的提升的幅度,由于5V的次级绕组内阻分担电压较大,又直接导致5V的输出电压进一步降低,最后电压降到稳压电路达到调节范围上限为止。加了稳压二极管后,由于稳压二极管的钳位作用,提升5V输出的电压同时降低12V端输出的电压,又因为此稳压二极管自身耗散功率较大,本身又是一个负载,使12V变压器次级绕组内阻消耗电压增加,进一步降低12V输出端电压,这样使5V和12V输出的电压趋于平衡,达到正常的范围内。
    这种电源设计存在一个缺陷,随着显示器使用年限增加,对24小时连续使用的工业计算机来讲,电源的次级直流滤波电容漏电流会增加,5V的负载会变重,如果计算机电源管理中设置了电脑不操作情况下,一段时间后会关闭显示器,显示器在操作系统电源管理下的关闭,不是完全意义上的切断电源,显示器中5V电源是一直处于有负载情况,此种负载虽小但加上电源滤波电容劣化所带来的负载上升,这种情况的待机状态下,会导致稳压管的负担很重,如果电源在设计时没有考虑到电源劣化带来的影响,一般选用的稳压二极管的功率非常小,这带来的直接后果是,采用这种电源设计的显示器,工作了几年后,都会陆续出现此类故障。

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