Управление LED-подсветкой в ЖК мониторах Samsung
Принципы работы LED-подсветки в мониторах Samsung
Приведем основные принципы управления LED-подсветкой, которые используются в настоящее время в ЖК мониторах:
- ток светодиодов управляется (регулируется и стабилизируется) методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на частоте 100…400 Гц;
- светодиоды управляются с помощью специализированной микросхемы — LED-драйвера, к функциям которого относятся формирование напряжения питания для массива светодиодов и регулировка тока светодиодов, т.е. яркости подсветки (англ., Dimming);
- конструктивно LED-драйвер физически размещается на плате TCON ЖК панели;
- управление LED-драйвером осуществляется, как минимум, двумя сигналами (включения/выключения и регулировки яркости), которые на ЖК панель подаются через дополнительные контакты интерфейсного разъема ЖК панели;
- для питания LED-драйвера и всей LED-подсветки на плату TCON подается еще одно дополнительное питающее напряжение, как правило, номиналом +12 В, которое не имеет никакого отношения к самой ЖК панели;
- линейка светодиодов подключается к плате TCON, т.е. к плате ЖК панели (рис. 1).
Эти основные принципы могут быть выражены графически, в виде блок-схемы, описывающей архитектуру LED-подсветки (рис. 2).
Однако в мониторах Samsung имеется совершенно другой подход к управлению LED-подсветкой.
Во-первых, во многих панелях Samsung LED-линейка имеет специфический соединительный разъем (рис. 3), выведенный на тыльную сторону ЖК панели.
Во-вторых, узел LED-подсветки подключается не к управляющей плате ЖК панели, а к основной плате монитора, часто называемой платой скалера (рис. 4).
В-третьих, светодиоды управляются микросхемой скалера, точнее комбинированной микросхемой процессор-скалер. Другими словами, во многих мониторах Samsung не применяются специализированные LED-драйверы. Разработчики этой концепции решили не увеличивать количество микросхем, и, соответственно, стоимость изделия, так как наличие в составе процессора-скалера цифровых программируемых портов вполне позволяет организовать полноценное управление LED-подсветкой и без дополнительных контроллеров (ИМС). Общая архитектура монитора Samsung с LED-подсветкой представлена на рис. 5.
Здесь необходимо сделать важное дополнение — в рамках данного обзора речь идет лишь о мониторах с внешними блоками питания (сетевыми адаптерами). Возможно, что мониторы со встроенными блоками питания имеют такую же концепцию построения, однако автору это доподлинно неизвестно.
Итак, в LED-мониторах Samsung присутствует всего одна печатная плата, на которой размещены несколько функциональных модулей:
- понижающие DC/DC-преобразователи, необходимые для формирования питающих напряжений для всех электронных элементов монитора;
- микросхема процессора-скалера, которая обрабатывает входные аналоговые или цифровые видеосигналы (в том числе и масштабирует их к физическому разрешению ЖК панели), а также обеспечивает оперативное управление монитором;
- микросхема EEPROM, предназначенная для хранения программного обеспечения монитора (Firmware EEPROM);
- микросхема EEPROM, предназначенная для хранения идентификационной информации (EDID);
- повышающий DC/DC-преобразователь, формирующий напряжение для питания светодиодов.
В качестве источника света в рассматриваемых мониторах используется LED-подсветка, состоящая из четырех параллельно соединенных сегментов (линеек). Таким образом, каждый сегмент LED-лампы состоит из 8-10 последовательно включенных светодиодов, а общее количество светодиодов может составлять от 32 до 40 штук. Напряжение питания линеек светодиодов равно 32…40 В ? около 4 В на каждый светодиод. Питающее напряжение LED-лампы на схеме обозначается как VLED. Разъем для подключения LED-лампы является 6-контактным, и на рассматриваемых схемах чаще всего обозначается как CN801. Общая конфигурация LED-лампы мониторов Samsung и традиционная цоколевка разъема CN801 приводятся на рис. 6.
Принципиальная схема модуля, управляющего LED-подсветкой (LED-драйвера) в мониторах Samsung, представлена на рис. 7.
Обзор схемы LED-драйвера
Схему управления светодиодами можно разделить на два крупных узла (рис. 8):
- повышающий DC/DC-преобразователь, формирующий напряжение VLED;
- силовые транзисторные ключи, управляющие током светодиодов.
Обе схемы контролируются микросхемой скалера, которая, кроме функций обработки цветовых сигналов, выполняет еще и другие вспомогательные функции с помощью программируемых портов ввода-вывода.
Напряжение VLED составляет около 31 В и формируется из напряжения 14 В, подаваемого на вход монитора от внешнего сетевого адаптера на разъем CN600.
Повышение напряжения осуществляется схемой типа Boost, основными элементами которой являются:
- дроссель L800;
- ключ на силовом транзисторе Q802;
- диод D801;
- контроллер ШИМ, в качестве которого используется один из портов ввода-вывода скалера IC400.
Так как силовой ключ управляется не специализированной микросхемой, а процессором через универсальный выходной порт, работающий в режиме ШИМ, то потребовалось введение буфера для корректного переключения транзистора Q802. Входной каскад схемы на транзисторе Q821 представляет собой эмиттерный повторитель, а выходной выполнен по двухтактной схеме на транзисторах Q822, Q823.
Силовой транзистор управляется импульсами, которые формируются выходным цифровым портом скалера (выв. 96). Управление выходным напряжением VLED осуществляется по принципу ШИМ методом Burst Mode (режим прерывающейся модуляции). Это означает, что на выв. 96 скалера генерируются пачки высокочастотных импульсов с частотой заполнения при-мерно 330 кГц и частотой пачек около 160 Гц. При этом ширина пачек изменяется при регулировке яркости, т.е. зависит от величины нагрузки DC/DC-преобразователя. При максимальной яркости высокочастотные импульсы следуют практически не прерываясь (100% коэффициент заполнения D (Duty Cycle)), и ширина пачек становится максимальной. Форма управляющих импульсов и форма напряжения на стоке Q802 представлены на рис. 9.
Здесь следует отметить, что изменение ширины пачек управляющих импульсов DC/DC-преобразователя при регулировке яркости является лишь следствием увеличения тока через светодиоды LED-линейки, а не способом регулировки яркости. Характерно, что величина VLED практически не изменяется при регулировке яркости, и напряжение всегда остается стабильным на уровне около 31 В. Увеличение тока светодиодов, фактически, является увеличением мощности нагрузки DC/DC-преобразователя. Поэтому для поддержания стабильности выходного напряжения DC/DC-преобразователь должен увеличить свою мощность, и делается это именно увеличением ширины управляющих пачек.
Важным элементом преобразователя является токовый датчик R831 R832 R833, измеряющий величину тока силового ключа Q802. Напряжение, формируемое на этих резисторах (сигнал ISEN), прямо пропорционально величине тока, протекающего через Q802. Это напряжение подается на вход скалера (выв. 92), который является входным аналоговым портом. Когда напряжение на этом выводе превышает запрограммированный уровень, транзистор Q802 закрывается, в результате чего предотвращается его пробой.
Для контроля и стабилизации выходного напряжения преобразователя имеется цепь обратной связи из элементов R811-R814, C804. Напряжение, пропорциональное VLED (сигнал VSEN), прикладывается к аналоговому входному порту скалера (выв. 97). Это аналоговое напряжение оцифровывается внутренним АЦП, и полученное значение используется для управления шириной импульсов на выходном цифровом порте (выв. 96).
Коммутация тока каждой из четырех LED-линеек осуществляется независимо. В рассматриваемой схеме каждая линейка коммутируется парой параллельно-включенных MOSFET-транзисторов, например Q811 и Q812. Параллельное включение, по видимому, здесь необходимо лишь для снижения мощности, рассеиваемой на каждом из транзисторов. Таким образом, для управления четырьмя LED-линейками применяется восемь MOSFET-транзисторов Q811-Q818. Все они управляются абсолютно синхронно импульсами, следующими с частотой около 160 Гц. Таким образом, светодиоды задней подсветки питаются импульсным током, включаясь и выключаясь с частотой 160 Гц, незаметной для человеческого зрения. Изменение ширины импульсов, т.е. времени свечения светодиодов, приводит к изменению яркости задней подсветки.
Все восемь транзисторов имеют достаточно необычное включение по схеме с общим затвором, на затворы транзисторов подается постоянное напряжение смещения 4 В. При этом ток LED-линеек коммутируется ключами внутренних портов скалера. Такое включение внутренних и внешних транзисторов можно считать каскодной схемой (рис.10).
Контроль функционирования силовых транзисторов и их защита осуществляется подачей на входные порты скалера сигналов, пропорциональных импульсам на стоках силовых ключей (сигналы LED1…LED4). Сигналы обратной связи подаются через резисторыR851-R858 номиналом 1 МОм.
Возможные неисправности LED-драйвера
Неисправности схемы LED-драйвера — явление достаточно редкое, но, тем не менее, вполне вероятное, и случается в практике ремонта. Существующая в настоящее время статистика отказов ЖК мониторов указывает на три характерные проблемы.
Монитор не включается. Внешний блок питания монитора периодически «цыкает», что говорит о срабатывании защиты от короткого замыкания. При этом, когда внешний блок питания включается без нагрузки, на его выходе появляется напряжение +14 В (+14V)
Такое поведение монитора может говорить о неисправности (пробое) силового транзистора Q802 (AP9997GH). Следует отметить, что такое поведение монитора может быть вызвано и неисправностью другого элемента — микросхемы IC600 (BD9329), которая является импульсным DC/DC-преобразователем, формирующим напряжение +5 В (+5V_MAIN).
Монитор не включается. Задняя подсветка не светится
Блок питания нормально вырабатывает напряжение +14V. Напряжение +5V_MAIN формируется и соответствует номиналу. Все остальные постоянные напряжения 3,3 и 1,8 В (+3.3V и +1.8V) также формируются. Напряжение VLED равно +14V. Такое поведение монитора говорит, скорее всего, о неработоспособности скалера, что может быть вызвано самыми разными причинами.
Монитор включается. Но экран не светится, т.к. не работает задняя подсветка. При этом изображение на экран выводится, о чем можно узнать, если приглядеться к экрану
Напряжение VLED равно +14V. Такая неисправность однозначно указывает на неработающую заднюю подсветку. В данном случае следует обратить внимание на скалер, транзисторы Q802, Q821-Q823.
Источник
Как отремонтировать монитор
В этой статье мы рассмотрим как можно своими силами отремонтировать монитор.
Модули монитора
Современный ЖК-монитор состоит всего из двух плат: скалера и блока питания
Скалер — это плата управления работой монитора. Его мозг. Здесь монитор преобразует цифровой сигнал в цвета на дисплее, а также содержит в себе различные настройки. На ней содержатся процессор, flash-память, куда записывается прошивка монитора, и EEPROM-память, в которой сохраняются текущие настройки.
Блок питания. Он обеспечивает питанием цепи монитора. Может в себе также содержать инвертор для мониторов с LCD подсветкой. В мониторах с LED подсветкой инвертора нет. (Статья про LED)
Блок питания для монитора выглядит примерно вот так:
Есть также и существенное различие. В блоках питания для мониторов с LCD подсветкой можно увидеть высоковольтную часть. Он же инвертор. О его присутствии говорят надписи типа «High Voltage» и клеммы, для подключения ламп. Имейте ввиду, что напряжение, подаваемое на лампы, составляет более 1000 Вольт! Лучше не трогать и тем более не лизать эту часть при включении монитора в сеть.
Вздутые конденсаторы
Это, конечно же, электролитические конденсаторы в фильтре блока питания.
Это одна из самых распространенных поломок ЖК-мониторов. Перепаиваются конденсаторы легко и просто. Иногда на платах стоит не стандартный номинал конденсаторов, например 680 или 820 мкФ х 25 вольт. Если вы столкнулись со вздувшимися конденсаторами такого номинала и их не оказалось в вашем радиомагазине, не спешите обходить все радиомагазины вашего города в поисках точно такого же номинала. Это как раз тот случай, когда “много не вредно”. Это вам скажет любой электронщик. Смело ставьте 1000 мкф х 25 вольт и все будет нормально работать. Можно даже больше.
В связи с тем, что блок питания при работе излучает тепло, которое вредно сказывается на сроке службы конденсаторов, ставьте обязательно конденсаторы с обозначением «105С» на корпусе. Также после перепаивания конденсаторов не помешает проверить предохранитель вторичных цепей, в роли которого часто выступает простой SMD резистор с нулевым сопротивлением, типоразмером 0805, находящийся с обратной стороны платы со стороны трассировки.
Выход из строя стабилитрона
И еще один нюанс, на выходе блока питания, перед самим разъемом питания идущим на скалер, часто ставят SMD стабилитрон
В случае, если напряжение на нем превышает номинальное, он уходит в короткое замыкание и тем самым отключает через цепи защиты наш монитор. Заменить его можно на любой, подходящий по номиналу напряжения. Можно даже использовать с выводами
После того, как все сделали и отремонтировали, проверяем мультиметром напряжения на разъеме питания, который идет на скалер. Там все напряжения подписаны. Убеждаемся, что они совпадают с показаниями мультиметра.
Проблемы в высоковольтной части блока питания (инверторе)
Если есть возможность, то в первую очередь, всегда отыскивайте схемы ремонтируемого устройства. Давайте рассмотрим высоковольтную часть одного из мониторов
Если вы видите, что предохранитель блока питания монитора сгорел, это означает, что сопротивление между проводами питания шнура монитора (входное сопротивление), на какой-то момент стало очень низким (короткое замыкание). Где-то около 50 Ом и меньше, что в свою очередь, по закону Ома, вызвало повышения тока в цепи. От большой силы тока у нас и сгорел проводок предохранителя.
Если предохранитель в металлическо-стеклянном корпусе, мы можем вставить абсолютно любой предохранитель в крепление и прозвонить мультиметром в режиме Омметра 200 Ом сопротивление между штырьками вилки. Если у нас сопротивление равно нулю и до 50 Ом, то ищем пробитый радиоэлемент, который звонится на ноль или на землю.
Шаги будут такие:
Вставляем предохранитель, переключаем мультиметр на 200 Ом и подключаем его к вилке шнура питания. Убеждаемся, что сопротивление очень маленькое. Далее не торопимся вынимать предохранитель.
Итак давайте по схеме посмотрим, какие радиодетали у нас могут коротнуть. На фото выделены цветными рамками те детали, которые необходимо будет проверить при коротком замыкании в высоковольтной части
Все эти процедуры для измерения сопротивления, делаются для того, чтобы вызвонить перечисленные детали по одной. То есть выпаиваем и снова замеряем через вилку сопротивление. Как только мы получим на входе вилки высокое сопротивление, заменив или убрав дефектный радиоэлемент, то можно смело включать вилку в розетку и копать уже дальше.
Нет подсветки монитора
Чем же отличаются мониторы с LCD подсветкой от мониторов с LED подсветкой? В LCD мониторах для подсветки у нас используются лампы CCFL. На русский язык эта аббревиатура звучит как «люминесцентная лампа с холодным катодом» .
Такие лампы располагаются сверху и снизу дисплея и подсвечивают изображение.
В LED мониторах используются для подсветки светодиоды, которые располагаются либо по бокам дисплея, либо за ним.
Сейчас все производители мониторов и ТВ перешли на LED подсветку, так как она почти в половину сокращает энергопотребление и намного долговечнее чем LCD подсветка.
Если нет подсветки, то дело может быть либо в лампах CCFL, либо в LED-ленте. Если они вообще не горят, то изображение будет настолько тусклым, что на дисплее ничего не будет видно. Только внимательный осмотр включенного монитора под освещением может показать, что изображение все-таки есть. Поэтому, если изображения вообще нет, то первым дело осмотрите включенный монитор под потоком света. Если изображение хоть немного видно, то дальше принимайте меры, либо менять лампы, либо дело в инверторе.
Пропадает подсветка монитора
Монитор у нас включается, работает секунд 5-10 и тухнет. Это говорит о том, что одна из ламп CCFL подсветки дисплея пришла в негодность. Перед этим часть экрана может также немного моргать. Инвертор в этом случае будет уходить в защиту, что и будет проявляться в автоматическом отключении подсветки монитора.
Для того, чтобы мы могли проверить лампы и исключить дефектную, надо купить в радиомагазине высоковольтный конденсатор. 27 пикофарад х 3 киловольта для мониторов диагональю 17 дюймов, 47 пф для монитора 19 дюймов и 68 пф для 22 дюйма.
Данный конденсатор нужно припаять к контактам разъема, к которому подключается лампа подсветки. Саму лампу, разумеется, при этом нужно отключить. Соединяя конденсатор поочередно к каждому разъему, мы добиваемся того, что инвертор у нас перестает уходить в защиту. Монитор заработает, хотя будет немного тусклым.
Конечно, редко кто так делает. Самая фишка — это отключить защиту на самой микросхеме ШИМ ))). Для этого гуглим «снять защиту инвертора xxxxxxx» Вместо «хххххх» ставим марку нашей микросхемы ШИМ. Как-то я отключал защиту на мониторе с микросхемой ШИМ TL494 по схеме ниже, припаяв резистор на 10 КилоОм. Моник работает до сих пор. Нареканий нет).
Источник
