LED开关电源中各部分电路的原理与维修分析

1 引言

本 LED 开关电源是采用电源部分与LED 驱动部分二合一的方案。由交流100V~240V 电压输入，电源部分有3 路输出，外加LED 驱动电源。

启动时，由100V-240V 交流电压输入，首先将待机电源启动，5V 输出给CPU 供电，由CPU 根据整机设定情况发出ON/OFF（PS-ON）开机指令给电源电路，通过反馈回路将主电接通，100V-240V交流电压经整流输出，通过PFC 电路将整流后的电压升到380V 左右，通过LLC 电路，经变压器转换输出12V 和LED 驱动电源（LED 点亮时约200V 到210V）。同时，主板将根据情况输出SW 信号和BRI 信号，电源板接到这两个信号后，LED 驱动开始工作，背光点亮。

电源结构框架如下图所示：

2 各部分分解说明

2.1 待机电源部分

待机电源部分主控电源管理芯片采用的 STR-6059H，内置650V 的MOS，变压器为T901, STR-6059H 为准谐振控制芯片，其启动过程为：交流100V～240V 输入电压经整流桥整流后，经变压器T901 副边输出端输出电压20V 进入N831（STR-6059H）的5 脚（Vcc）端，外接47uF 的旁路电容，用于储存启动电压，当Vcc 电平达到芯片启动电平时，N831 开始工作。（以上元器件及其位号请参考原理图）当待机5V（5V_S）无正常输出时，首先用示波器检测STR-6059H 的Vcc 供电是否正常，如Vcc 供电出现锯齿波，请检测开关电源是否开路。

本待机部分产生待机5V（5V_S）电压，当主板发过来STB 为高电平时，5V_S 通过光耦N833 来打通主电路，即只有待机电压正常工作，其它电路才能工作。

STR-6259H 的各个引脚功能如下：

STR-6259H 具有过压保护、过流保护、以及过热关断等保护电路。

2.2 PFC 部分

PFC（Power Factor Correction）即功率因数校正，主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高，说明电能的利用效率越高。该部分的作用为能够是输入电流跟随输入电压的变换。

从电路上讲为，整流桥后大的滤波电解的电压将不再随着输入电压的变化而变化，而是一个恒定的值。

PFC 部分主控部分采用安森美公司的NCP33262，NCP33262 临界模式PFC 控制器。

2.3 LLC 部分

随着开关电源的发展，软开关技术得到了广泛的发展和应用，已研究出了不少高效率的电路拓扑，主要为谐振型的软开关拓扑和PWM 型的软开关拓扑。近几年来，随着半导体器件制造技术的发展，开关管的导通电阻，寄生电容和反向恢复时间越来越小了，这为谐振变换器的发展提供了又一次机遇。对于谐振变换器来说，如果设计得当，能实现软开关变换，从而使得开关电源具有较高的效率。

LLC 谐振电路，是我们现在所说的LLC 谐振半桥电路的一个通俗的叫法，由于谐振时由于有两个L 及一个C 发生谐振，故称LLC 电路，因此并非是三个英文单词首字母的缩写。

图3 和图4 分别给出了LLC 谐振变换器的电路图和工作波形。图3 中包括两个功率MOSFET（S1 和S2），其占空比都为0.5；谐振电容Cs，副边匝数相等的中心抽头变压器Tr，Tr 的漏感Ls，激磁电感Lm，Lm 在某个时间段也是一个谐振电感，因此，在LLC 谐振变换器中的谐振元件主要由以上3 个谐振元件构成，即谐振电容Cs，电感Ls 和激磁电感Lm；半桥全波整流二极管D1 和D2，输出电容Cf。

LLC 变换器的稳态工作原理如下

a〔t1，t2〕当t=t1 时，S2 关断，谐振电流给S1 的寄生电容放电，一直到S1 上的电压为零，然后S1 的体二级管导通。此阶段D1 导通，Lm 上的电压被输出电压钳位，因此，只有Ls 和Cs 参与谐振。

b〔t2，t3〕当t=t2 时，S1 在零电压的条件下导通，变压器原边承受正向电压；D1 继续导通，S2 及D2 截止。此时Cs 和Ls 参与谐振，而Lm 不参与谐振。

c〔t3，t4〕当t=t3 时，S1 仍然导通，而D1 与D2 处于关断状态，Tr 副边与电路脱开，此时Lm，Ls 和Cs 一起参与谐振。实际电路中因此，在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。

d〔t4，t5〕当t=t4 时，S1 关断，谐振电流给S2 的寄生电容放电，一直到S2 上的电压为零，然后S2 的体二级管导通。此阶段D2 导通，Lm 上的电压被输出电压钳位，因此，只有Ls 和Cs 参与谐振。

e〔t5，t6〕当t=t5 时，S2 在零电压的条件下导通，Tr 原边承受反向电压；D2 继续导通，而S1 和D1 截止。此时仅Cs 和Ls 参与谐振，Lm 上的电压被输出电压箝位，而不参与谐振。

f〔t6，t7〕当t=t6 时，S2 仍然导通，而D1 和D2 处于关断状态，Tr 副边与电路脱开，此时Lm，Ls 和Cs 一起参与谐振。实际电路中因此，在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。

LLC 谐振变换器是通过调节开关频率来调节输出电压的，也就是在不同的输入电压下它的占空比保持不变，与不对称半桥相比，它的掉电维持时间特性比较好，可以广泛地应用在对掉电维持时间要求比较高的场合。

2.4 LED 驱动部分

本电源 LED 驱动部分采用降压恒流元，共六路LED 驱动输出。

1）驱动芯片OZ9986 内部框图以及介绍如下：

各管脚功能介绍如下表：

2） 驱动部分恒流控制的原理

a 当 MOSFET 3N40 导通时，在电感L902 中感应出上“+”下“－”的感应电动势，续流二极管VD901 关闭。LED 的供电电压通过LED 灯串后，通过电感L902，经MOSFET 3N40 后经电阻接地，形成回路。导通过程中，电感中电流线性上升（见右上图）。

b 当 MOSFET 3N40 关闭时，由于电感电流不能突变，在电感L902 中感应出上“－”下“+”的感应电动势，续流二极管VD901 导通。电流经电感L902，续流二极管VD901，LED 灯串形成回路。在此过程中，电感中电流线性下降。

c 当 LED 灯串中的电流达到250mV 时，驱动脉冲关掉，MOS 截止。电路进入续流状态。由于芯片通过固定的频率在工作。在下一个工作周期时，高脉冲重新将MOS 打开，从而进入下一个工作周期。

d LED 灯串电流的计算公式为：

ILED （mA） = 250/RISEN（Ω） （其中RISEN 为R927 与R928 并联）

e OZ9986A 正常工作时，需要ENA、BRI 处于高电平状态。

f 由于26 寸只用到4 路驱动，所以芯片的第5 路、第6 路电平置高。

g 对于26 寸机器，LED 供电电平为145V 左右。灯条两端的电压为120V 左右。

h 由于0Z9986 的驱动脉冲为5V 的驱动，而电路中MOS 的驱动电平需要10V 左右，所有在电路中需要一个电平变换电路，如下图所示。

工作原理为：

1. CM1 接OZ9986 芯片的COMP1 引脚，输出驱动脉冲。

2. CMP1 引脚输出低电平时， V901 2N7002 导通，将V902 2222 的基极电位拉低使其截止，此时V903 2907 导通，输出低电平脉冲。

3. CMP1 引脚输出高电平时，V901 2N7002 截止，将V902 2222 的基极电位拉高并使其导通，此时V903 2907 截止，输出高电平脉冲。

此驱动部分的控制原理仅为原理介绍，其元件位号可能与原理图不符，但原理图中的驱动方式与此是一一对应的，在此仅以一路作为原理介绍，实际原理图中应用为六路。