液晶顯示屏背光驅(qū)動集成電路工作原理方案

1、液晶顯示屏背光驅(qū)動集成電路工作原理20XX年XX月峯年的企業(yè)咨詢咸問經(jīng)驗.經(jīng)過實戰(zhàn)驗證可以藩地執(zhí)行的卓越萱理方案.值得您下載擁有對“剖析液晶屏邏輯板TFT偏壓電路”壹文的壹點見法（此文為技術探討）于國內(nèi)某知名刊物2010年12月份期刊見到壹篇關于介紹液晶 屏邏輯板TFT偏壓電路的文章，文章的標題是：“剖析液晶屏邏 輯板TFT偏壓電路”這是壹篇選題極好的文章、 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、圖像灰暗等等故障均和此電路有關，維 修人員于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，

2、目前于壹 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)代的液晶電視均是采用TFT屏作為 圖像終端顯示屏， 由于我們當下的電視信號 （包括各種視頻信號） 是專門為CRT顯示而設計的，液晶屏和CRT的顯示成像方式完 全不同，液晶屏要顯示專門為CRT而設計的電視信號，就必須 對信號的結(jié)構、像素排列順序、時間關系進行轉(zhuǎn)換，以便液晶屏 能正確顯示。圖像信號的轉(zhuǎn)換，這是壹個極其復雜、精確的過程；先對信號進 行存儲，然后根據(jù)信號的標準及液晶屏的各項參數(shù)進行分析計 算，根據(jù)計算的結(jié)果于按規(guī)定從存儲器中讀取預存的像素信號， 且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 示適應的信

3、號。這個過程把信號的時間過程、排列順序均進行了 重新的編排，且且要產(chǎn)生控制各個電路工作的輔助信號。重新編 排的像素信號于輔助信號的協(xié)調(diào)下，施加于液晶屏正確的重現(xiàn)圖 像。每壹個液晶屏均必須有壹個這樣的轉(zhuǎn)換電路，這個電路就是我們 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”構成了壹個液晶屏的驅(qū)動系統(tǒng)。也是壹個獨立的整體。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，且且 仍要有壹定的上電時序

4、關系，不同的屏，不同的供電電壓。為了 保證此電路正常工作，壹般對這個獨立的驅(qū)動系統(tǒng)單獨的設計了 壹個獨立的開關電源供電（這個向液晶屏驅(qū)動系統(tǒng)供電的開關電 源壹般就稱為：TFT偏壓電路）；由整機的主開關電源提供壹個5V或12V電壓，給這個開關電源供電，且由CPU控制這個開 關電源工作；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是壹個獨立的系統(tǒng)他有壹個單獨的開關 電源，DVD機是壹個獨立的系統(tǒng)他也有壹個單獨的開關電源壹 樣。是非常重要也是故障率極高的部分（開關電源均是故障率最 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 圖中能夠見出，其中的“TFT偏壓供電開

5、關電源”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：1VDD屏驅(qū)動電路工作電壓，類似壹般模擬集成電路的VCC。壹 般為3.3V。2VGL屏TFT薄膜開關MOS管的關斷電壓，壹般為-5V。3VGH屏TFT薄膜開關MOS管的開通電壓，壹般為20V30V。4VDA屏數(shù)據(jù)驅(qū)動電壓，VDA經(jīng)基準處理后，由伽馬電路用以 產(chǎn)生灰階電壓，壹般為14V20V。之上電壓不同的屏； 電壓值不同。 這些輸出的任壹電壓出現(xiàn)問題， 均會出現(xiàn)不同的圖像顯示故障，可見其

6、重要性。且且也是故障多 發(fā)部位。也是液晶電視維修人員必須掌握的部分，這個電路于某 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” ，且且此文是介 紹的目前普片采用的TFT偏壓供電芯片TPS65161作為典型進 行分析，懷著欣喜的心情細細的閱讀此文章，見完后感到非常的 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，對關鍵電壓的產(chǎn)生過程沒有任何交代（模糊詞 匯壹語而過），例如圖6中CP22、DP8組成的半波負壓整流電 路（產(chǎn)生VGL）的工作原理、CP18、DP5組成的半波疊加整流 電路（產(chǎn)生VGH）的工作原理，這些均是這

7、個TFT偏壓電路的 重點，文中且把產(chǎn)生VDA電壓的且聯(lián)型的開關電源誤認為是濾 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)型的開關電 源的蓄能電感（LP2）也誤認為是濾波電感、把串聯(lián)開關電源的 續(xù)流二極管DP3誤認為是穩(wěn)壓二極管等，這樣的敘述無法正確 的分析故障，誤導讀者、也容易誤導維修人員對電路、故障進行 分析。便于對照， 以下是復制原文： 也請精通此電路的師傅們參加討論， 把液晶的維修技術廣為傳播。（之上是某雜志某壹段原文復制） 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

8、公司 （TexasInstruments） 出品的壹款專門為32寸之上尺寸TFT液晶屏驅(qū)動電路提供偏置 電壓的開關電源芯片。內(nèi)部有壹個高于500K振蕩頻率的振蕩激 勵電路，該芯片12V供電；能夠支持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，且且電壓幅度能夠調(diào)整以適應不同類型的液晶屏。集成電路 具有短路保護及過溫度保護。下面對VDD、VDA、VGH、VGL產(chǎn)生的原理及過程進行分析，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Q2P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V

9、DD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）于圖3中，TPS65161內(nèi)部的MOS管Q3、外部的LP2及DP3組成了壹個串聯(lián)型的開關電源， 由TPS65161內(nèi)部的振蕩激勵信 號控制Q3開關電源工作。等效電路如圖3.1所示。圖3.1于圖3.1中；串聯(lián)開關電源的開關管是集成電路TPS65161內(nèi)部的Q3，工作過程如下；于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） ，由 于流經(jīng)LP2的電流線性的增長， 輸出端電壓逐步上升， 且且線性 增

10、長的電流于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、藍色箭頭所示是LP2的自感電勢方向。于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 右正的感生電勢（楞次定律）圖3.3中藍色箭頭所示感生電勢方 向，這個左負右正的感生電勢的方向正好繼續(xù)維持著于T1時間 流過RP23的電流方向，由于Q3的斷開，這個左負右正

11、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，維修過程中應特別加以注意，此管絕不是穩(wěn)壓管。 由于篇幅太長關于VDA、VGL、VGH電壓產(chǎn)生的原理和原文不 同的認識之處下篇繼續(xù)敘述借此且整理出壹套完整的電路分析 及故障檢修方法 剖析液晶屏邏輯板TFT偏壓電路”壹文的壹點見法（中）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)過壹 定的處理產(chǎn)生非線性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

12、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，壹般于14V至20V左右的范圍 內(nèi)。于“剖析液晶屏邏輯板TFT偏壓電路”壹文中介紹；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應為P溝道MOS）（圖4中上面的V12表示主板送來的12V電壓）原文圖4的局部圖原文由VAA

13、_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)生的原理及過程的壹段敘述（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)換器工作方式設置，決定其內(nèi) 部電路是工作于脈沖寬度調(diào)制或500750kHz固定開關頻率方 式。本方案中，12腳經(jīng)RP25（0Q電阻）接12V輸入電壓，工作 于750kHz固定開關頻率。主升壓轉(zhuǎn)換器有壹個可調(diào)節(jié)的軟啟動電路，以防止于啟動過程

14、中 的高涌流。 軟啟動時間由連接到28腳的外部電容器CP26設置。28腳內(nèi)部連接壹恒流源，和內(nèi)部電流限制和軟啟動腳電壓成正 比。于達到內(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，壹路加到DP1、CP7、CP8、CP9、CPl0組成的濾波電路，產(chǎn)生VAA_FB電壓；另壹路加到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)接壹個過電 壓保護開關Q2和過電壓保護比較器，過電壓保護比較器將3腳 電壓和內(nèi)部基準電壓進行比較，當3腳電壓上升到2

15、3V時，TPS65161內(nèi)部驅(qū)動控制器關掉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。 于上面的圖4中，VDA電壓是如何產(chǎn)生的？ 之上原文中的失誤于于：12V電壓經(jīng)過電感LP3(文中誤認為是 濾波元件)及DP1就莫名其妙的上升為近20V的VAA_FB電 壓？，原文；根本沒有見到LP3、Q1、DP1的組合實際上是壹個且聯(lián)型的開關電源，LP3于此處是壹個儲能電感的作用，所以 原文的電路的分析也不能是合理的。圖中的關鍵是LP3、Q1、DP1的組合是壹個典型的且聯(lián)型開關 電源(圖4.1所示)，其中LP3是開關電源的儲能電感，Q1是 開關電源的開關管，DP1是開關電

16、源的整流二極管。 圖4.1所示 是組成的且聯(lián)型開關電源的等效電路，集成電路TPS65161的1(FB)腳是這個且聯(lián)型開關電源的穩(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開關管激勵信號的脈沖寬度，以達到穩(wěn)壓的目的。 且聯(lián)型的開關電源壹般均是升壓型的， 于這個且聯(lián)型的開關電源 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4.3所示：集成電路T

17、PS65161內(nèi)部的激勵電路向開關管提供激勵開關信 號；于T1時間：圖4.2所示；正的激勵信控制Q1；Q1閉合導通； 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（圖4.2中藍色箭頭表示感 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且且以磁能 （集 聚大量的磁力線）的形式存儲于LP3內(nèi)部。于T2時間：圖4.3所示；負的激勵信號控制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于T1時間存儲的磁能即無法維持（集聚的大 量

18、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，方向為左負右正，圖4.3中藍色箭頭表示感生電勢方向（楞次定律），LP3倆端的感生電勢為ULP3,這個感生電勢的方向和12V外加電壓正好是壹個疊加的串聯(lián)關系， 疊加電壓的幅度 是：12V+UL P， 這個疊加的電壓正好符合二極管D1正向?qū)?的方向， 這個電壓經(jīng)過CP7等濾波后輸出為VAA_FB，經(jīng)過開 關QP1控制輸出為VDA電壓。由于供電電壓是12V，那么設計電路時，能夠控制LP3的電感 量及Q1的導通占空比，使其LP3倆端產(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

19、電壓所需的驅(qū)動電壓。 圖4.3所示、圖4.2圖4.3待續(xù)后面壹篇介紹產(chǎn)生VGH和VGL電壓的半波倍壓整流電路的 工作原理。對“剖析液晶屏邏輯板TFT偏壓電路”壹文的壹點見法（下）前壹天此文已經(jīng)寫好， 由于我對TPS65161的產(chǎn)生VGL和VGH輸出端的輸出特性了解不夠，誤把單向脈沖電壓的輸出信號作為 雙向脈沖輸出信號見待（倍壓整流電路分析雙向信號能夠，用來 分析單向信號是不恰當?shù)模?）經(jīng)過善意的朋友的提醒（”方建”和 “龍” 朋友），我又糾正了重寫了壹遍， 于此再次感謝善意的倆位 朋友。VGH、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 壹個像素的亮點,眾多的

20、像素亮點于組合成圖像。 于電視信號的顯示過程中;這個像素光點的點亮時間必須持續(xù)到 電視信號壹幅圖像于屏幕上出現(xiàn)的時間（SDTV的信號壹幅圖像 重現(xiàn)時間標準為20毫秒）標準,于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； 像素信號通過壹個開關對電容充電，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能夠長時間維持就能 夠控制亮點長時間點亮，那么我們只要于

21、這個電容上面安裝壹個 “開關”，每過20毫秒由圖像信號通過“開關”對電容充放電壹 次，就能夠達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這樣于控制每壹個通過壹個像素的光點的電場均必須安裝壹個 “開關”壹個顯示SDTV信號標準的液晶屏就要有150萬個這 樣的“開關” ，這些開關就是壹個個于生產(chǎn)液晶屏時壹且制作上 的 “ 薄 膜 場 效 應 開 關 管 ”，薄 膜 場 效 應 管 的 英 語 為 ：ThinFilmTransistor,均取第壹個字母， 即為TFT。TFT液晶屏是指液晶顯示屏上的每壹液晶象素點均是由集成于其后的薄膜 晶體管來驅(qū)動。由于TFT屏的研制發(fā)明成功，

22、才能把液晶屏作為 電視信號的圖像顯示。每壹個場周期；此TFT均要打開壹次，以便對電容沖放電壹次， 那么這個打開TFT的電壓就是VGH。關閉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是負電壓約；-5V以便充分關閉。于購買液晶電視時，如果于液晶屏的某區(qū)域始終有壹個“亮點” 或“黑點”就是對應這個像素點的薄膜場效應管短路或者斷路， 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：于TFT液晶屏驅(qū)動電路供電中VGH電壓和VGL電壓擔負著；開通TFT（薄膜場效應管）對電容充電（修

23、正電容倆端電壓） ， 和關閉TFT,使電容電壓保持（壹場周期時間）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，均會 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 含糊不清壹語帶過）VGL電壓的產(chǎn)生電路：圖3.3所示圖中；紅色框線內(nèi)部是VGL電

24、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即組成了壹個“負壓半波整流 電路”TPS65161的11腳輸出幅度為5V左右的方波開關信號， 加到此負壓半波整流電路的CP22。這個電壓經(jīng)DP8（1）對CP24進行上正下負的充電輸出約-5V上負下正的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所示于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；且對CP22充電，電壓為UC2幅度5V,方向為左正右負。于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右邊的負電壓經(jīng)過DP8（1）對CP24進行上負下正的充電；電壓為負5V,此電壓就是VGL電壓。于圖3.7中；TP