液晶屏邏輯板TFT偏壓電路

1、在國內(nèi)某知名刊物2010年12月份期刊看到一篇關(guān)于介紹液晶屏邏輯板TFT偏壓電路的文章，文章的標(biāo)題是：“剖析液晶屏邏輯板TFT偏壓電路”這是一篇選題極好的文章、目前液晶電視出現(xiàn)的極大部分屏幕故障例如：圖像花屏、彩色失真、灰度失真、對比度不良、亮度暗淡、圖像灰暗等等故障都與此電路有關(guān)，維修人員在維修此類故障時往往的面對液晶屏圖像束手無策，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(xiàn)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(xiàn)在的電視信號（包括各種視頻信號）是專門為CRT顯示而設(shè)計的，液晶屏和CRT的顯示

2、成像方式完全不同（CRT是掃描成像、液晶屏是矩陣成像），液晶屏要顯示專門為CRT而設(shè)計的電視信號，就必須對信號的排列順序、時間關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便液晶屏能正確顯示。圖像信號的轉(zhuǎn)換，這是一個極其復(fù)雜、精確的過程；先對信號進(jìn)行存儲，然后根據(jù)信號的標(biāo)準(zhǔn)及液晶屏的各項參數(shù)進(jìn)行分析計算，根據(jù)計算的結(jié)果在按規(guī)定從存儲器中讀取預(yù)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(yīng)的信號。這個過程把信號的時間過程、排列順序都進(jìn)行了重新的編排，并且要產(chǎn)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(xié)調(diào)下，施加于液晶屏正確的重現(xiàn)圖像。每一個液晶屏都必須有一個這樣的轉(zhuǎn)換電路，這個

3、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(qū)動電路”構(gòu)成了一個液晶屏的驅(qū)動系統(tǒng)。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(guān)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(qū)動系統(tǒng)單獨的設(shè)計了一個獨立的開關(guān)電源供電（這個向液晶屏驅(qū)動系統(tǒng)供電的開關(guān)電源一般就稱為：TFT偏壓電路）；由整機(jī)的主開關(guān)電源提供一個5V或12V電壓，

4、給這個開關(guān)電源供電，并由CPU控制這個開關(guān)電源工作；產(chǎn)生這個獨立的驅(qū)動系統(tǒng)電路提供所需的各種電壓，就好像我們的電視機(jī)是一個獨立的系統(tǒng)他有一個單獨的開關(guān)電源，DVD機(jī)是一個獨立的系統(tǒng)他也有一個單獨的開關(guān)電源一樣。是非常重要也是故障率極高的部分（開關(guān)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(qū)動系統(tǒng)框圖。從圖中可以看出，其中的“TFT偏壓供電 開關(guān)電源”就是這個獨立系統(tǒng)電路的供電電源它產(chǎn)生這個驅(qū)動系統(tǒng)電路需要的各種電壓，有VDD、VDA、VGL和VGH電壓供各電路用。圖1這個獨立的液晶屏驅(qū)動電路的供電系統(tǒng)；主要產(chǎn)生4個液晶屏驅(qū)動電路所需的電壓：1 VDD 屏驅(qū)動電路工作電壓，類似一般

5、模擬集成電路的VCC。一般為3.3V。2 VGL 屏TFT薄膜開關(guān)MOS管的關(guān)斷電壓，一般為 -5V。3 VGH 屏TFT薄膜開關(guān)MOS管的開通電壓，一般為20V30V。4 VDA 屏數(shù)據(jù)驅(qū)動電壓，VDA經(jīng)基準(zhǔn)處理后，由伽馬電路用以產(chǎn)生灰階電壓，一般為14V20V。以上電壓不同的屏；電壓值不同。這些輸出的任一電壓出現(xiàn)問題，都會出現(xiàn)不同的圖像顯示故障，可見其重要性。并且也是故障多發(fā)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。這篇文章的推出；顯然是“及時雨、雪中送碳”，并且此文是介紹的目前普片采用的TFT偏壓供電芯片TPS65161作為典型

6、進(jìn)行分析，懷著欣喜的心情細(xì)細(xì)的閱讀此文章，看完后感到非常的遺憾、失望，此文把VDD、VDA、VGL和VGH四種電壓產(chǎn)生的原理闡述錯了，對關(guān)鍵電壓的產(chǎn)生過程沒有任何交代（模糊詞匯一語而過），例如圖6中CP22、DP8組成的半波負(fù)壓整流電路（產(chǎn)生VGL）的工作原理、CP18、DP5組成的半波正壓整流電路（產(chǎn)生VGH）的工作原理，這些都是這個TFT偏壓電路的重點，文中并把產(chǎn)生VDA電壓的并聯(lián)型的開關(guān)電源誤認(rèn)為是濾波電路（12V電壓莫名其妙的經(jīng)過濾波電路就能上升成為近20多伏的VDA電壓？）、把產(chǎn)生VDD電壓的串聯(lián)型的開關(guān)電源的蓄能電感（LP2）也誤認(rèn)為是濾波電感、把串聯(lián)開關(guān)電源的續(xù)流二極管DP3誤認(rèn)

7、為是穩(wěn)壓二極管等，這樣的敘述無法正確的分析故障，也容易誤導(dǎo)維修人員對電路、故障進(jìn)行分析。便于對照，以下是復(fù)制原文：也請精通此電路的師傅們參加討論，把液晶的維修技術(shù)廣為傳播。 （以上是某雜志某一段原文復(fù)制）下面把我們分析的結(jié)果提供給大家以便對照參考（如有不對也請指正）。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(qū)動電路提供偏置電壓的開關(guān)電源芯片。內(nèi)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(jīng)過穩(wěn)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

8、幅度可以調(diào)整以適應(yīng)不同類型的液晶屏。集成電路具有短路保護(hù)及過溫度保護(hù)。下面對VDD、VDA、VGH、VGL產(chǎn)生的原理及過程進(jìn)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(chǎn)生：圖3所示（仍舊采用原文圖片序號）是TPS65161芯片VDD電壓產(chǎn)生部分原理圖；圖3 原文中VDD電壓產(chǎn)生插圖圖3 原文中VDD電壓產(chǎn)生插圖（局部放大）在圖3中，TPS65161內(nèi)部的MOS管Q3、外部的LP2及DP3組成了一個串聯(lián)型的開關(guān)電源，由TPS65161內(nèi)部的振蕩激勵信號控制Q3開關(guān)電源工作。等效電路如圖3.1所示。圖3.1在圖3.1中；串聯(lián)開關(guān)

9、電源的開關(guān)管是集成電路TPS65161內(nèi)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(jīng)Q3、LP2流通向負(fù)載供電，由圖3.2圖3.3于LP2內(nèi)部自感電勢的作用（自感電勢方向為：左正右負(fù)），由于流經(jīng)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(nèi)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(lán)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(jīng)過分壓取樣電路RP20、RP12、RP22、RP14組成的分壓取樣電路的取樣電壓反饋至TPS65161的穩(wěn)壓控制15腳，控制Q3斷開，這時12V輸入電壓形成的電流

10、被切斷；LP2內(nèi)部的電流也被切斷，電流被切斷LP2內(nèi)部存儲的磁能也無法繼續(xù)維持，磁能即迅速轉(zhuǎn)換成方向為左負(fù)右正的感生電勢（楞次定律）圖3.3中藍(lán)色箭頭所示感生電勢方向，這個左負(fù)右正的感生電勢的方向正好繼續(xù)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(fù)右正的感生電勢經(jīng)過LP2、RP23、DP3（續(xù)流二極管）流通繼續(xù)維持著對負(fù)載的供電。這就是VDD產(chǎn)生的過程，其中由于輸出電壓較低3.3V，續(xù)流二極管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(yīng)特別加以注意，此管絕不是穩(wěn)壓管。VDA電壓的產(chǎn)生：VDA電壓是列驅(qū)動電路的數(shù)據(jù)驅(qū)動電壓；該電壓最終要經(jīng)過一定的處理產(chǎn)生非線性

11、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(xiàn)嚴(yán)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(nèi)。在“剖析液晶屏邏輯板TFT偏壓電路”一文中介紹；VDA電壓是先由12V供電電壓經(jīng)過升壓成為20V左右的VAA_FB電壓(不能超過23V否則過壓保護(hù)電路啟控工作)，再經(jīng)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(jīng)過QP1開關(guān)控制由L11輸出VDA電壓，原文中的圖5所示。 圖4 原文中圖4（圖中Q2應(yīng)為P溝道MOS）（圖4中上面的V12表示

12、主板送來的12V電壓） 原文 圖4的局部圖 原文 由VAA_FB產(chǎn)生VDA原理圖 （原文中的圖5 所示是VAA_FB電壓經(jīng)過QP1控制后成為VAA經(jīng)過RP9、L11成為VDA）以下是原文中對VAA_FB產(chǎn)生的原理及過程的一段敘述(黑體字是原文)：VAA_FB電壓產(chǎn)生電路VAA_FB電壓產(chǎn)生電路由UP1(TPS65161)的15、28腳內(nèi)部電路及外圍電路構(gòu)成，其電路如圖4所示。UPl(TPS65161)12腳為主升壓轉(zhuǎn)換器工作方式設(shè)置，決定其內(nèi)部電路是工作在脈沖寬度調(diào)制或500750kHz固定開關(guān)頻率方式。本方案中，12腳經(jīng)RP25(0電阻)接12V輸入電壓，工作在750kHz固定開關(guān)頻率。主升

13、壓轉(zhuǎn)換器有一個可調(diào)節(jié)的軟啟動電路，以防止在啟動過程中的高涌流。軟啟動時間由連接到28腳的外部電容器CP26設(shè)置。28腳內(nèi)部連接一恒流源，與內(nèi)部電流限制與軟啟動腳電壓成正比。在達(dá)到內(nèi)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(jīng)CP5、CP6、LP3濾波后，一路加到DP1、CP7、CP8、CP9、CPl0組成的濾波電路，產(chǎn)生VAA_FB電壓；另一路加到UPl(TPS65161)的4、5腳。VAA_FB電壓經(jīng)CPl6濾波后加到UPl(TPS65161)的3腳，3腳內(nèi)接一個過電壓保護(hù)開關(guān)Q2和過電壓保護(hù)比較器，過電壓保護(hù)比較器將3腳電壓與內(nèi)部

14、基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)3腳電壓上升到23V時，TPS65161內(nèi)部驅(qū)動控制器關(guān)掉N通道MOSFET，只有輸出電壓低于過電壓閾值后，內(nèi)部驅(qū)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(chǎn)生的？ 以上原文中的失誤在于：12V電壓經(jīng)過電感LP3 (文中誤認(rèn)為是濾波元件）及DP1就莫名其妙的上升為近20V的VAA_FB電壓？，原文；根本沒有看到LP3、Q1、DP1的組合實際上是一個并聯(lián)型的開關(guān)電源，LP3在此處是一個儲能電感的作用，所以原文的電路的分析也不能是合理的。 圖中的關(guān)鍵是 LP3、Q1、DP1的組合是一個典型的并聯(lián)型開關(guān)電源（圖4.1所示），其中LP3是開關(guān)電源的儲能電感，Q1是開關(guān)

15、電源的開關(guān)管，DP1是開關(guān)電源的整流二極管。圖4.1所示是組成的并聯(lián)型開關(guān)電源的等效電路，集成電路TPS65161的1(FB)腳是這個并聯(lián)型開關(guān)電源的穩(wěn)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(guān)管激勵信號的脈沖寬度，以達(dá)到穩(wěn)壓的目的。 并聯(lián)型的開關(guān)電源一般都是升壓型的，在這個并聯(lián)型的開關(guān)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(jīng)過LP3輸入開關(guān)電源后由DP1輸出近20V的VDA電壓。 圖4.1工作原理及升壓過程如圖4.2、圖

16、4.3所示：集成電路TPS65161內(nèi)部的激勵電路向開關(guān)管提供激勵開關(guān)信號； 在T1時間：圖4.2所示；正的激勵信控制Q1；Q1閉合導(dǎo)通；此時12V電源經(jīng)LP3、Q1流通形成電流（圖中紅色箭頭所示），LP3內(nèi)部感生電勢的方向為左正右負(fù)（圖4.2中藍(lán)色箭頭表示感生電勢方向），感生電勢對抗12V外加電勢引起電流的增加（楞次定律）；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(nèi)部。 在T2時間：圖4.3所示；負(fù)的激勵信號控制Q1；Q1截止斷開；由于Q1的截止斷開，12V流經(jīng)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

17、大量磁力線瞬間逃走），此時LP3因切割磁力線產(chǎn)生的感生電勢ULP3，方向為左負(fù)右正，圖4.3中藍(lán)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外加電壓正好是一個疊加的串聯(lián)關(guān)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?qū)ǖ姆较颍@個電壓經(jīng)過CP7等濾波后輸出為VAA_FB，經(jīng)過開關(guān)QP1控制輸出為VDA電壓。 由于供電電壓是12V，那么設(shè)計電路時，可以控制LP3的電感量及Q1的導(dǎo)通占空比，使其LP3兩端產(chǎn)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(chǎn)生灰階電壓所需的驅(qū)動

18、電壓。圖4.3所示、 圖4.2 圖4.3VGH、VGL電壓的作用：液晶屏控制光線是依靠液晶分子的扭曲控制光線的透過，以產(chǎn)生一個像素的亮點,眾多的像素亮點在組合成圖像。在電視信號的顯示過程中;這個像素光點的點亮?xí)r間必須持續(xù)到電視信號一幅圖像在屏幕上出現(xiàn)的時間(SDTV的信號一幅圖像重現(xiàn)時間標(biāo)準(zhǔn)為20毫秒)標(biāo)準(zhǔn),在CRT電視顯示中,這個時間主要是依靠CRT熒光屏上面熒光粉的余暉來實現(xiàn)的。而液晶顯示屏是沒有余暉的（所以早期的液晶屏只能用于字符顯示，無法顯示電視圖像信號；直到TFT液晶屏發(fā)明才能把液晶屏應(yīng)用于電視圖像信號重現(xiàn)）?，F(xiàn)代的液晶屏；光點顯示持續(xù)時間的控制是依靠；像素信號通過一個開關(guān)對電容充電

19、，依靠電容電壓形成的電場再控制液晶分子的扭曲，由于電容上面的電壓可以長時間維持就可以控制亮點長時間點亮，那么我們只要在這個電容上面安裝一個“開關(guān)”，每過20毫秒由圖像信號通過“開關(guān)”對電容充放電一次，就可以達(dá)到采用液晶屏顯示目前的電視圖像信號的目的,圖3.1所示。 圖3.1 這樣在控制每一個通過一個像素的光點的電場都必須安裝一個“開關(guān)”一個顯示SDTV信號標(biāo)準(zhǔn)的液晶屏就要有150萬個這樣的“開關(guān)”，這些開關(guān)就是一個個在生產(chǎn)液晶屏?xí)r一并制作上的“薄膜場效應(yīng)開關(guān)管”，薄膜場效應(yīng)管的英語為： Thin Film Transistor ，都取第一個字母，即為TFT。TFT液晶屏是指液晶顯示屏上的每一液

20、晶象素點都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動。由于TFT屏的研制發(fā)明成功，才能把液晶屏作為電視信號的圖像顯示。每一個場周期；此TFT都要打開一次，以便對電容沖放電一次，那么這個打開TFT的電壓就是VGH。關(guān)閉TFT的電壓就是VGL。TFT是N溝道MOS管，所以VGH是正電壓約20V30V，以便充分打開。VGL是負(fù)電壓約；-5V以便充分關(guān)閉。在購買液晶電視時，如果在液晶屏的某區(qū)域始終有一個“亮點”或“黑點”就是對應(yīng)這個像素點的薄膜場效應(yīng)管短路或者斷路，這種故障是不可逆轉(zhuǎn)的，這個屏的含金量就大大下降了。VGH、VGL電壓的產(chǎn)生電路：VGL電壓和VGH電壓產(chǎn)生電路：在TFT液晶屏驅(qū)動電路供電中VGH電

21、壓和VGL電壓擔(dān)負(fù)著；開通TFT（薄膜場效應(yīng)管）對電容充電（修正電容兩端電壓），和關(guān)閉TFT,使電容電壓保持（一場周期時間）的作用。如果此VGH和VGL電壓出現(xiàn)問題，電壓丟失或者電壓幅度變化，都會引起圖像故障而且故障現(xiàn)象繁多。由于產(chǎn)生VGH和VGL電壓的電路較為特殊、元件較多、電壓相互牽制影響，所以是故障率較高的部位，也是維修的重點。圖3.2所示是原文中繪制的集成電路TPS65161的VGH和VGL電壓產(chǎn)生的電原理圖（原文中是圖6）。 圖3.2下面所示的是原文中VGH和VGL電壓產(chǎn)生的敘述部分摘錄：（文章中對VGL電壓的產(chǎn)生過程只字未提及，VGH電壓產(chǎn)生的過程含糊不清一語帶過）VGL電壓的產(chǎn)生

22、電路：圖3.3所示圖中；紅色框線內(nèi)部是VGL電壓的產(chǎn)生部分，按液晶屏的要求；VGL電壓為-5V至-6V左右。下面紅色框線內(nèi)部的CP22、DP8(1)、DP8(2)、CP24即組成了一個“負(fù)壓半波整流電路”TPS65161的11腳輸出幅度為5V左右的方波開關(guān)信號，加到此負(fù)壓半波整流電路的CP22。這個電壓經(jīng)DP8(1) 對CP24進(jìn)行上正下負(fù)的充電輸出約-5V 上負(fù)下正的VGL電壓。 圖3.3圖3.4所示是上述電路的等效電路圖；圖中11腳是TPS65161輸出的約5V幅度的激勵開關(guān)信號，此信號經(jīng)過整流后輸出為VGL電壓。 圖3.4工作原理及升壓過程；圖3.5所示在T1時間: 圖3.5所示: 集成電路TPS65161的11腳的信號為“正”5V，此“正”電壓經(jīng)過CP22、DP8（2）流通；并對CP22充電,電壓為UC2幅度5V,方向為左正右負(fù)。在T2時間: 圖3.6所示: 集成電路TPS65161的11腳的信號為“0V”，此“0”電壓等效于把CP22的左邊接地，此時CP22右邊的負(fù)電壓經(jīng)過DP8（1）對CP24進(jìn)行上負(fù)下正的充電；電壓為負(fù)5V,此電壓就是VGL電壓。在圖3.7中；TPS65161的13（FB）腳；由VGL輸出電壓經(jīng)過RP15、RP18取樣電路送來的取樣信號和 24（REF）腳；