三星510N型显示器黑屏故障分析

单位多台三星510N型显示器近年出现了黑屏故障，这些故障均由显示器的电源故障引起，为此我们对其电源电路的工作原理进行了分析，并根据实物绘制的原理图（如附图所示）。该电源与背光灯高压电路一起位于同一块电路板上，是一个电流控制型反激式开关电源，由EMI及市电整流滤波电路、DC-DC变换电路、稳压控制电路以及保护电路构成。它将输入的220V交流市电进行交直流变换，为显示器的控制电路板、液晶屏和背光灯高压电路提供稳定的+5V和+13V两路直流电压。

一、EMI及市电整流滤波电路

220V交流市电经3.15A保险管F101和温敏电阻TH101 进入防电磁辐射（EMI）电路。R101～103为三个串联的510k电阻，是C101和C102的放电电阻。C101、C102及电感LF101构成EMI电路，其作用有二：一是防止外部线路的高频干扰进入电源；二是抑制电源工作时产生的高频脉冲信号进入电网，防止污染市电网络。整流全桥D101和电解电容C106构成高压整流滤波电路，输入的220V交流电，经D101整流后在C106两端产生约310V直流高压，是电源进行直流变换（DC-DC）电路的工作电压。R22-R24三个串联电阻是C106的放电电阻。

二、直流变换（DC-DC）电路

DC-DC电路是一个反激式开关电源电路，由单片开关电源管理芯片IC101（5L0365）、光电耦合器PC101（PC817）、高频开关变压器T101等器件构成。其中单片开关电源管理芯片IC101（5L0365）为该电路的核心器件，是一个TO-220F封装的4引脚集成电路。1脚为接地端（GND），2脚为用于驱动开关变压器初级的漏极（Drain），3脚为电源端（VCC），4脚为反馈控制端（FB）。芯片内含耐压高达650V的N沟道MOSFET功率管（源极接地、漏极为芯片的2脚）、5V参考电压电源电路、50kHz固定频率的振荡电路、脉宽调制（PWM）控制电路、前沿消隐电路以及过压、欠压、过温度（160℃）保护等电路。当VCC电压高于15V时芯片开始工作；低于9V时产生欠电压保护，芯片停止工作。电源VCC最大32V。

1、工作过程：市电整流滤波电路产生的直流高压（约310V）经高频开关变压器T101的初级加到IC101的漏极（2脚）。市电经电容C103、C116限流、二极管D104整流，对接在IC101电源引脚（VCC）的电容C108和C02充电，经过一定时间，当C108正极电压达到15V以上时，IC101启动工作，IC101内部的MOSFET开始以50KHz的频率交替导通和截止，其漏极（2脚）驱动变压器T101初级线圈中产生交替工作电流。当IC101中MOSTET导通时，T101的初级中有电流流过，310V高压电给T101充磁，这时T101的3个次级绕组上产生反相感应电压，整流二极管D107、D106和D103截止；当IC101中MOSTET截止时，T101的3个次级绕组上产生正向感应电压u1、u2和u3，通过D107、D106和D103向外输出电流释放T101中储存的磁能。其中u1经D107整流，由C113、C114、L101、C115构成的滤波网络滤波，向外输出+5V直流电压；u2经D106整流，C111和C112滤波，对外提供+13V直流电压；u3经D103整流，R04限流，C108和C02滤波，为IC101芯片提供工作电压。R07//R08、C05是+5V整流滤波电路的消振荡电路，R05//R06、C03是+13V整流滤波电路的消振荡电路，R17和R19为两个输出电路的假负载电阻。

2、稳压过程：稳压控制电路由精密基准电压集成电路IC102（431）、光电耦合器PC101（PC817）、电阻R11～R17以及电容C010、C01、C08等组成。+5V输出经R15、R16和R17组成的分压电路分压，在IC102的控制端（1脚）产生约2.5V的电压，当由于某种原因引起+5V输出电压升高时，IC102的控制端电压跟随升高，IC102的输出端（3脚）电压下降，使得经R12流过光耦PC101内发光二极管的电流增大，发光管亮度增强，导致其内部的光敏三极管的导通电流加大，将IC101的FB（4脚）电位拉低，并使IC101的FB引脚流出的电流增大，经过IC101内部的脉宽调制（PWM）逻辑电路的控制，IC101内部MOSFET功率管的导通时间缩短（占空比下降），其漏极（2脚）输出的负脉冲宽度变窄，变压器T101初级的导通时间减小，使得T101储存的磁能减少，三个次级绕组的感应电压u1、u2、u3随之降低，最终使+5V和+13V输出的电压下降。反过来，当+5V输出电压因某种原因变低时，经过与上述相反的控制过程，使+5V和+13V输出电压上升。如此不断地动态调整，从而保持了+5V和+13V输出电压的稳定。

三、保护电路

该电源的保护电路有下述四个部分。

1、尖峰脉冲保护电路：该保护电路由接在变压器T101初级的D102、R104、C107组成。其作用是：在IC101内部MOSFET功率管截止时，将T101初级产生的反向尖峰高压脉冲快速泄放掉，以保护IC101不被高压击穿。

2、电源管理芯片电源过压保护电路：电路主要由三极管Q01、稳压管ZD103、电阻R20和R21组成。当IC101的供电电压大于ZD103的稳压电压（24V）时，R21、R20中有电流流过，当流过R21的电流达到一定值，使得Q01管导通时，使IC101的VCC电压经Q01的CE极加到FB引脚上，当这个电压值到达7.5V时，IC101内部的过压保护电路起作用，将内部的MOSFET功率管保持在截至状态，使变压器T101停止充磁。此时IC101将失去变压器T101次级（u3）的供电，电容C108上所储存的电能将很快被IC101消耗，当其电压下降到9V以下时芯片停止工作。在这种情况下，交流220V市电将再次通过电容C103、C116、二极管D104，对电容C108和C02充电，一段时间后，当电容C108上的电压再次上升到15V时，IC101又开始工作。

3、+13V过压保护：由于稳压控制电路取样的是+5V输出电压，因此电路只能保证+5V输出电压稳定，而+13V输出电压会因为+5V输出负载的变化发生一定的波动。在+5V输出的负载加重的情况下，稳压控制电路会使IC101内MOSFET的导通时间增大，将变压器T101获得的磁能增加，这时+13V输出电压将会有所升高；反之，在+5V输出的负载变轻的情况下，+13V输出电压将会有所下降。另外，如果+13V输出的负载变轻，比如背光灯损坏不工作的情况下，+13V输出也会有所上升。为了使+13V输出不至于出现过分升高到损坏相关电路的情况出现，由中功率三极管Q102、稳压管ZD01（15V）、R10、R09及功率电阻R102等元件构成了+13V过压保护电路。当+13V输出高于15V时，ZD01导通，R10、R09中有电流流过，当+13V输出进一步升高，使得R09两端电压达到0.6V以上时，Q102导通，功率电阻R102（180Ω）成为+13V输出的负载，将升高的+13V输出拉低。

4、输出过流（短路）保护：当+5V输出电流过大或发生短路时，稳压控制电路会使IC101漏极输出脉冲负电平宽度增大，变压器T101初级导通时间变长，达到一定程度时，变压器T101次级的感应电压大幅度u3升高，从而引发前面2的电源管理芯片电源过压保护。

此外，单片开关电源管理芯片5L0365（IC101）具有过温度保护功能，当芯片结温超过160℃时，芯片进入保护状态；当IC101的VCC电压低于9V时，芯片自动进入欠压保护状态。

四、典型故障

故障现象：显示器黑屏，电源指示灯亮5秒灭4秒，不断重复循环。

分析与检修：引起液晶显示器黑屏的原因分两种情况，一是显示器电源电路故障或不工作，二是显示器电源正常，背光灯损坏或背光无高压。判断属于上述哪一种故障，可用如下方法：将显示器接入工作的电脑，开显示器电源后，用外部光源照射液晶屏，如果从屏幕的斜侧面能隐约观察到画面，说明显示器的电源正常，有可能背光灯或背光高压故障；如果显示屏幕完全黑屏，则有可能故障发生在显示器的电源电路。经判断该故障属于上述第一种情况。打开显示器外壳，给显示器加电，用万用表测量+5V和+13V输出电压，发现+5V输出电压保持5.02V大约5秒时间，然后下降到1V左右，大约4秒后，又上升到5.02V；+13V输出保持16V大约5秒时间，然后下降到10V左右，大约4秒后，又上升到16V，重复循环。似乎电源电路进入了保护状态。测量IC101的供电VCC电压，发现该电压在7V至19V之间变化，怀疑在点亮背光灯时+13V输出负载突然加重时，IC101发生了欠电压保护，从而引发IC101进入了“启动→保护→重启动→再保护”的循环状态。测量市电整理滤波后的310V高压，发现该电压值在208V至320V之间循环变化，判定高压整流滤波电路发生了故障。断电后，拆下主滤波电解电容C106，测得电容容量为0，显然该电容已经完全失效。试用一只100μF/400V电解电容代换，加电试机，故障消除。

事后拆开这些损坏电容，发现电容的电解液并未干涸，全部是电容的正极引脚在电容内部断开，不知是被电解液腐蚀断了还是被充电的大电流烧断，在此还希望借助《电子报》，请读者中的专家能够给予赐教。
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