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电压比较器在平板电视保护电路中的应用

2009年10月16日 郝铭 发表评论 阅读评论

在平板电视中 电压比较器在保护电路中的应用

现代的平板电视机的屏幕大、亮度高、功能多、电路复杂;耗电量也比较大。由于采用了数字技术并应用了超大规模的数字集成电路来处理信号;内部的电源供电系统部分为低压大电流供电,在显示部分等离子屏的屏驱动是脉冲高压驱动、液晶的高压背光供电又是大功率高压供电。这些数字部分、驱动部分、背光高压部分的供电;均是由大功率的开关电源供电,对供电的要求很高;要求供电的电压稳定、精确、电流容量大;一旦供电、或者开关电源本身出现偏差危机后续电路的安全;或者后续电路有过流、短路、开路现象;要求供电电源立即切断供电;进入保护性的待机状态,并且保护项目繁多、电路复杂。尤其是等离子电视中的等离子屏的X Y D 驱动电路的供电VS\VE\VSET\VSCAN\VA电压,要求精确到±0.1V,对于电视机的开关电源,这么高的要求;采用过去的一般的过压、过流保护电路已经不能胜任了,特别是过流保护电路;要控制检测电路的电流精度非常困难的。目前的平板电视;特别是供电要求较高的等离子电视;其开关电源的保护检测采用的集成比较器电路LM339,他是由4个比较器集成在一个芯片上,四个比较器是独立的可以单独应用。图1是外形及内部4个比较器的排列方式图,四个比较器是共用电源VCC(12脚)及共用地(3脚)。

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                                                  图1

例如;过去的大屏幕比较高档的CRT电视机;在行扫描供电电路都设置了行供电电流检测保护电路,当行输出部分出现过流、漏电、短路现象时;行供电电流检测电路就输出一个电压;送往保护控制电路;控制开关电源停止工作而起到保护作用,图2所示。

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                                         图2                           图3

在图2中 开关电源行供电输出经过R1;输出去行输出电路;R1的阻值约0.2~0.8欧姆

索尼29寸 为0.47欧姆,

电路的工作原理是当有行输出级电流流过电阻R1时;在电阻R1两端就会产生压降U ,方向是左正 右负,从图中可以看出;压降U 也是三极管T的偏置电压,三极管T是硅NPN型,其电压方向是正偏。图3 是该硅三极管的输入特性曲线,下面的横坐标是基极、发射极电压Ube,纵坐标是基极电流Ib,坐标上的曲线是;三极管发射极—基极的电压电流曲线。可以看出;当基极、发射极电压Ube达到0.5V时,就会产生基极电流Ib,并且Ube超过0.5V时;基极电流Ib就会急剧上升;也就是三极管T的集电极电流也会急剧上升。

如果R的阻值是0.47欧姆,行输出级的电流为1安培,也就是流过R1的电流是1安培,那么根据欧姆定律的计算U=0.47×1=0.47V此电压还不足于使T产生基极电流Ib,三极管T不会导通,也没有电流经过T和R2去触发保护控制电路。如果行输出级出现;局部短路、漏电等故障;电流上升到1.2安培;那么电阻R1上的压降U=0.47×1.2=0.564V,显然0.564V的压降作为三极管T的偏置电压;已经足以促使其导通;开关电源的行输出供电可以通过T和R去触发保护电路;使整机进入保护状态。

这种过流保护检测电路在CRT高档机中应用较为普片,但是该电路的电流控制精度较差;主要是晶体三极管的输入特性是非线性的,基极电流的起始部分尤为突出,另一方面;三极管输入特性的一致性太差,批量生产很难保证控制精度的一致性,所以在高精度控制方面;不采用此电路。

保护电路的电压、电流保护控制的精度(灵敏度)主要取决于检测电路,有了异常;首先必须要检测得出来;再进行控制。现代的平板电视的保护检测为了达到高精度的检测均采用了集成电压比较器电路来进行。现在运用较多的电压的型号是 LM339。

什么是电压比较器?

电压比较器主要是对两个模拟电压比较其大小,并判断出其中哪一个电压高,那一个电压低;并以输出高电平或低电平以显示比较的结果 如图4比较器符号所示。它有两个输入端:同相输入端Va(“+”),及反相输入端Vb(“-”),输出端Vout,输出端是输出;两个输入端比较的结果的电平信号。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)。

比较器输入和输出的比较关系:

当Vb为低电平,Va为高电平时,Vout为高电平输出

当Vb为高电平,Va为低电平时,Vout为低电平输出

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                                                                 图4

比较器的应用极为广泛;在平板电视机中一般只把它作为电压、电流取样电路送来的取样信号和基准电压进行比较;比较的结果去控制电路;控制是否要进入保护待机状态。

比较器在平板电视机中;一般是作为单限比较器应用。也就是两个输入端;一端接基准电压;一端接误差检测电压,图5所示。

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图5

在图5中;把输入端Vb作为基准电压端;接由R1、R2组成的分压电路,图中的基准电压为6V;Va为被比较电压输入端,接电压或电流取样电路送来的取样信号。当取样电压小于6V时;比较器Vout输出端为低电平输出。当取样电压大于6V时;比较器Vout输出端为高电平输出。这个Vout的输出就可以去控制相应的受控电路。在具体的应用中也可以把把输入端Va作为基准电压端;Vbz作为被比较电压输入端。改变R1、R2的比值;可以改变基准电压的大小;也就是改变了比较器的门限电压以适合不同的控制场合。

图6是一个采用比较器的比较精密的电流过流保护电路,该电路也是三星等离子V2屏过流保护电路。

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                                                              图6

在图6是12V过流保护电路,图中;LM是比较器;Va作为比较器的基准电压输入端;R2、R3是基准电压的分压电路,根据图中R2、R3的分压比(51欧/10K欧);Va端电压为11.939V。R1是负载电流取样电阻;R1串联在负载的电流电路中,R1两端A和B之间的电位差Uab随负载电流的变化而变化。由于A端是开关电源的12V输出;是稳定的,当负载电流发生变化时B点点位随之相应变化。负载电流大;B点电位下降,负载电流减小;B点电位上升。负载电流为零时;B点电位等于A点电位。B点这个变化的电位作为取样信号;经过R4加到比较器的输入端Vb端。

从图6中可以看出;在负载电流为零时;A点电压、B点电压均为12V。此时Vb输入端电压为12V;在Va输入端;由于Va是经过R2、R3分压电路接12V。根据R2、R3的比值(51欧/10K欧)Va输入端的电压为11.939V,显然Va电位低于Vb电位,输出端Uout为低电平,此时;可控硅DZ不被触发导通,光耦PC无电流通过,晶体管由R5提供正偏饱和导通;12V电压经过晶体管T输出去主板电路。

当负载电流很大时;由于流过取样电阻R1的电流上升,R1两端的压降也上升;此时;R1的A 点电位不变;R1的B点电位;因为R1的压降上升而下降;这个下降的电压;经过R4加到比较器的Vb输入端,当负载电流继续上升,Vb电位继续下降;当Vb下降低于Va的11.939 V时;Va大于Vb;输出由低电平转换为高电平,这个高电平加到可控硅DZ的触发极;可控硅导通;电流经过光耦PC、可控硅DZ流通;同时光耦PC内部的三极管B E极导通;由于光耦PC的导通;12V供电回路的三极管T的基极正偏电压被光耦导通;而旁路入地;三极管T失去偏置,由导通变为截止,去主板的12V电压被切断;进入保护状态。

下面定量的分析一下;图6过流保护电路;安全工作电流和保护电流的具体数值;

1、在12V电路没有电流的情况下 Va为11.939V Vb为12V Vout为低电平输出。

2、当主板12V供电为1A电流时Va为11.939V;Vb为12V-0.03×1=11.97V 输出为低电平。

3、当主板12V供电为2A电流时 Va为11.939V;Vb为12V-0.03×2=11.94V 输出为低电平。 4、当主板12V供电为2.05A电流时Va为11.939V; Vb为 12V-0.03×2.05=11.9385V 输出 为高电平。

可见 Va是基准电压;为11.939V 由R2、R3分压比设定。当流过电流为2A时;R1上的压降为0.06V;Vb电压为12V—0.06V=11.94V 大于 Va电压 输出Vout为低电平。当流过的电流为2.05A时(增加0.05A)Vb电压为12V—0.0615V=11.9385V 小于Va的11.939V 输出Vout为高电平;触发保护电路工作;切断12V供电(大电流供电线路,电流仅增加0.05A保护电路即动作)。

由此可见,采用了电压比较器电路来作为保护电路的检测比较电路后,其控制精度大大的提高,由于是集成电路,其可靠性、一致性也极大的改善,目前被广泛的应用在要求较高的等离子电视机的保护电路上(较高性能的液晶电视也采用了比较器作为保护检测原件)。

图7是三星V3屏的保护检测电路,整机所有的保护检测均由电压比较器来完成,所以平板电视的维修技术人员;比较器的了解、相关电路的原理也是必须要掌握的。

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                                                                     图7

  1. 东海李沛东
    2009年10月17日20:10 | #1

    请问郝老师:当a,b端电位相等时如何啊

  2. 匿名
    2009年10月17日20:33 | #2

    @东海李沛东

    问的好 你是用心思考了 以图6 来解释 当负载电流由小逐渐上升 开始 a小于 b 输出为低电平 当负载电流逐渐上升 当a 点 电位等于 b 点电位时 输出 仍然为 低电平 只有a点电位继续上升超过b点电位5mV(不同型号的比较器这个电压不同,这就是灵敏度)时,比较器电路才开始反转 变成高电平。 反之 同样当b点电位小于a点 输出为高电平 b点电位上升 等于a 点时 输出仍为高电平 只有b点电位继续上升超过a点电位5mV时,比较器电路才开始反转 变成低电平。 还有一种情况; 就是 一接通电源 a就等于b 此时 输出为 高电平

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