Ремонт ЖК-мониторов (с инвертором ламп подсветки). 

Для того, чтобы  на профессиональном уровне выполнять ремонт ЖК- монитора, необходимо в первую очередь понимать, из каких основных электронных узлов и блоков состоит данное устройство и какие функции выполняет каждый элемент электронной схемы. Многие считают, что успех в ремонте любого прибора заключается в наличии принципиальной схемы конкретного аппарата, но надо помнить, что «знание некоторых основных принципов заменяет нам незнание множества мелких фактов» (на самом деле, при определенном уровне подготовки принципиальная схема нужна не всегда).

Жидкокристаллический монитор состоит из нескольких основных функциональных блоков: ЖК-панель, плата управления, блок питания и инвертор ламп подсветки.  

Жидкокристаллическая панель. Жидкокристаллическая панель представляет собой завершённое устройство. Производители жидкокристаллических мониторов, как правило, используют в своих изделиях ЖК-панели выпускаемые небольшим числом производителей, как готовые комплектующие изделия для ЖК-мониторов. В ЖК-панель, кроме жидкокристаллической матрицы, встраивают люминесцентные лампы подсветки, матовое стекло, поляризационные цветовые фильтры и электронную плату дешифраторов, формирующих из цифровых сигналов RGB напряжения для управления затворами тонкоплёночных транзисторов (TFT). ЖК-панель является завершённым функциональным устройством компьютерного монитора и, как правило, при ремонте разбирать её не следует (за исключением необходимости замены вышедших из строя ламп подсветки). Например, рассмотрим (рис. 1, а) ЖК-панель CHUNGHWA  CLAA170EA. Как видим на рис. 1, на задней стороне ЖК-панели расположена довольно большая печатная плата, к которой от основной платы управления подключен многоконтактный шлейф (сама печатная плата обычно защищена металлической планкой).

      Рис. 1                                                             

На печатной плате (рис. 1, б) установлена  микросхема NT7168F-00010. Данная микросхема подключена к TFT матрице и участвует в формировании точечного растра изображения на экране дисплея. От контактов микросхемы NT7168F-00010 отходит множество линий связи, которые образуют десять шлейфов S1-S10 (см. рис. 1, б). Проводники этих шлейфов очень тонкие и на внешний вид они как бы приклеены к печатной плате.

Плата управления. Рассмотрим один из типовых вариантов построения платы управления. Плату управления (рис. 2) обычно называют основной платой (Main board), на основной плате размещены два микропроцессора (специализированных микроконтроллера), один из них управляющий 8-битный микроконтроллер SM5964 с ядром типа 8052 и 64 кбайт программируемой Flash-памяти.

Микропроцессор SM5964 выполняет довольно ограниченное число управляющих функций, он обслуживает кнопочную панель и индикаторы работы ЖК-монитора. Микропроцессор SM5964 управляет включением/выключением монитора, запуском инвертора ламп подсветки, а для хранения пользовательских настроек к нему (по шине I²C) подключена микросхема памяти (обычно, это микросхемы энергонезависимой памяти серии 24LCxx).

Рис. 2

Мониторный скалер – это второй специализированный микропроцессор на плате управления (его еще называют - контроллер ЖКИ) типа TSU16AK (рис. 2). Данный микроконтроллер выполняет большинство функций, связанных с преобразованием и обработкой аналогового видеосигнала (или цифрового) и подготовке его к подаче на панель ЖКИ.

Жидкокристаллический монитор является цифровым устройством, в котором всё управление пикселями ЖК-дисплея выполняется в цифровом виде. Если видеосигнал, приходящий с видеоадаптера компьютера является аналоговым, то для его корректного отображения на ЖК-матрице необходимо произвести множество преобразований. Именно для этого и предназначен этот графический контроллер (или иначе говоря мониторный скалер, или контроллер ЖКИ). В основные функции скалера входят такие как пересчёт (масштабирование) изображения для различных разрешений, формирование экранного меню OSD, обработка аналоговых сигналов RGB и синхроимпульсов. В контроллере аналоговые сигналы RGB преобразуются в цифровые посредством 3-х канальных 8-битных АЦП, которые работают на частоте 80 МГц. Мониторный скалер TSU16AK взаимодействует и с управляющим микроконтроллером SM5964 по цифровому интерфейсу (шине). Для работы ЖК-панели графический контроллер формирует сигналы синхронизации, тактовой частоты и сигналы инициализации матрицы. Микроконтроллер TSU16AK на плате управления ЖК-панели через шлейф связан и с микросхемой NT7168F-00010.

При неисправностях скалера монитора, обычно появляются дефекты, связанные с неправильным отображением картинки на экране дисплея (на экране могут появляться полосы, рябь и т.п). В некоторых простых случаях эти дефекты устраняются пропайкой выводов скалера (обычно это встречается в мониторах, работающих круглосуточно в жёстких условиях). При длительной работе монитора происходит нагрев компонентов плат, что отрицательно сказывается на качестве соединений пайкой, что и может привести к неисправностям. Дефекты, связанные с качеством пайки нередки и встречаются и у других устройств, причиной неисправности так же служит либо деградация либо некачественная пайка многовыводных планарных микросхем.

Блок питания и инвертор ламп подсветки. Наиболее ремонтопригодным и поэтому интересным в плане изучения, является блок питания ЖК-монитора. Назначение его элементов и схемотехника более конкретны и легче в понимании. По статистике ремонта неисправности блоков питания, особенно импульсных, занимают лидирующие позиции среди всех остальных. Практические знания по принципам построения и работы блоков питания, его элементной базы и схемотехники будут особенно полезны и востребованы в практике ремонта подавляющего большинства электронных устройств и различной радиоаппаратуры.

Блок питания ЖК-монитора состоит из двух функциональных частей (по сути это два преобразователя):

 - AC/DC адаптер или по-другому сетевой импульсный блок питания;

 - DC/AC инвертор, обеспечивающий питание люминесцентных ламп подсветки.

AC/DC адаптер служит для преобразования переменного напряжения сети 220 В в постоянное напряжение небольшой величины (обычно на выходе импульсного блока питания формируются напряжения от 3,3 до 12 вольт). Инвертор DC/AC преобразует полученное постоянное напряжение (DC) в переменное (AC) величиной около 600 - 700 В и частотой около 50 кГц, которое подаётся на электроды люминесцентных ламп, встроенных в ЖК-панель.

AC/DC адаптер. Большинство импульсных блоков питания строится на базе специализированных микросхем контроллеров, например, в блоке питания ЖК монитора Acer AL1716 (рис. 3) применена микросхема TOP244Y (в документации на микросхему TOP244Y можно найти типовые примеры принципиальных схем блоков питания, что можно использовать при ремонте блоков питания ЖК мониторов, так как схемы во многом соответствуют типовым, которые указаны в описании микросхемы). На рис. 3 и рис. 4 рассмотрены два примера принципиальных схем импульсных блоков питания на базе микросхем серии TOP242 - 249.

 Рис. 3

В схеме на рис. 4 применены сдвоенные диоды с барьером Шоттки (MBR20100). Аналогичные диодные сборки (SRF5-04) применены в блоке питания (рис. 5) монитора Acer AL1716 (приведённые принципиальные схемы являются примерами, а реальные схемы импульсных блоков питания могут несколько отличаться).

 Рис. 4

Микросхема TOP245Y (рис. 5) представляет собой законченный функциональный прибор, в корпусе которого имеется ШИМ-контроллер и мощный полевой транзистор, который переключается с частотой от десятков до сотен килогерц и формирует импульсы в первичной обмотке трансформатора (отсюда пошло и название блок питания – импульсный).

Рис. 5

Процесс работы такого импульсного блока питания сводится к следующему:

  1) Выпрямление переменного сетевого напряжения 220В.

Выпрямление сетевого напряжения 220В выполняет диодный мост и фильтрующий конденсатор. После выпрямления на конденсаторе формируется напряжение немного больше чем сетевое. На рис. 5 показан диодный мост, а рядом фильтрующий электролитический конденсатор (емкостью 82 мкФ 450 В).

  2) Преобразование напряжения и его понижение с помощью трансформатора.

Коммутацию постоянного напряжения 220-240В с частотой в несколько десятков – сотен килогерц в обмотку высокочастотного импульсного трансформатора выполняет микросхема TOP245Y (рис. 5). Импульсный трансформатор выполняет ту же роль, что и обычный трансформатор, но работает он на более высоких частотах, во много раз больше, чем 50 герц (поэтому для изготовления его обмоток требуется меньшее число витков, а, следовательно, и меди). В импульсном трансформаторе необходим сердечник из феррита, а не из трансформаторной стали как у трансформаторов на 50 герц. В результате трансформатор получается очень компактным. Кроме того,  импульсные блоки питания очень экономичны и у них высокий КПД.

  3) Выпрямление пониженного трансформатором переменного напряжения.

Для выпрямления пониженного переменного напряжения используют мощные выпрямительные диоды, в нашем примере (см. рис. 5) использованы диодные сборки с маркировкой SRF5-04. Для выпрямления токов высокой частоты используют диоды Шоттки и обычные силовые диоды с p-n переходом (обычные низкочастотные диоды для выпрямления токов высокой частоты менее предпочтительны, но часто используются для выпрямления повышенных напряжений (20 – 50 вольт), что нужно иметь ввиду при замене дефектных диодов.

У диодов Шоттки тоже есть некоторые особенности, которые необходимо учитывать. Эти диоды имеют малую ёмкость перехода и способны быстро переключаться (переходить из открытого состояния в закрытое). Это положительное свойство и используется для работы на высоких частотах. Диоды Шоттки имеют малое падения напряжения около 0,2-0,4 В (против 0,6 – 0,7 В у обычных диодов). Это свойство повышает их КПД. Но есть у диодов Шоттки и негативные свойства, которые ограничивают их более широкое использование в электронной технике - они очень чувствительны к превышению обратного напряжения (при превышении обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя). Обычный же диод переходит в режим обратимого пробоя и может восстановиться после превышения допустимого значения обратного напряжения. Именно это обстоятельство и является ахиллесовой пятой, которое служит причиной выгорания диодов Шоттки в выпрямительных цепях всевозможных импульсных блоков питания. Об этом надо помнить и учитывать при проведении работ по диагностики и ремонте.

Для устранения опасных для диодов Шоттки всплесков напряжения, образующихся в обмотках трансформатора на фронтах импульсов, применяются так называемые демпфирующие цепи (на схеме рис. 3 она обозначена как R15- C14). На печатной плате  блока питания ЖК монитора Acer AL1716 (рис. 6) также имеются демпфирующие цепи, состоящие из smd резистора номиналом 10 Ом (R802, R806) и конденсатора (C802, C811),  которые защищают диоды Шоттки (D803, D805).

Рис. 6

Как правило, диоды Шоттки используются в низковольтных цепях с обратным напряжением, не выше 10 – 18 вольт, а если требуется получение напряжения в несколько десятков вольт (от 20 до 50В), то применяются диоды на основе p-n перехода. Диоды Шоттки чувствительны к перегреву, в связи с этим их, как правило, для отвода тепла устанавливают на алюминиевый радиатор (отличить диод на основе p-n перехода от диода Шоттки можно по условному графическому обозначению на схеме (рис. 7).

Рис. 7

После выпрямительных диодов всегда ставятся электролитические конденсаторы, обеспечивающие  сглаживание пульсаций постоянных выходных напряжений (12 В; 5 В; 3,3 В) которые, запитывают все блоки LCD-монитора.

Инвертор DC/AC. По своему назначению инвертор схож с электронными пуско-регулирующими аппаратами, применяемыми в осветительной технике для питания бытовых осветительных люминесцентных ламп, но у инверторов ЖК мониторов есть существенные отличия. Инвертор ЖК-монитора, как правило, построен на специализированной микросхеме, которая значительно расширяет набор функций и повышает надёжность схемы (например, инвертор ламп подсветки ЖК-монитора Acer AL1716 построен на базе ШИМ контроллера OZ9910G,  который запаян на печатной плате планарным монтажом (см. рис. 8).

Рис. 8

Инвертор преобразует постоянное напряжение (значение которого обычно составляет 12 вольт -  это зависит от варианта схемотехники инвертора) в переменное 600-700 вольт  частотой 50 кГц. Контроллер инвертора может управлять яркостью люминесцентных ламп. Сигналы изменения яркости ламп поступают от контроллера ЖКИ (специализированный микропроцессор - мониторный скалер). К микросхеме-контроллеру подключены полевые транзисторы или их сборки. На рис. 9 показана плата инвертора, на которой к контроллеру OZ9910G подключены две сборки комплементарных полевых транзисторов AP4501SD (сборка полевых транзисторов AP4501SD и её цоколёвка показаны на рис. 10,  назначение выводов мощной комплементарной пары МДП-транзисторов AO4600 в корпусе SOIC-8 см. в табл. 1). На плате установлено два высокочастотных трансформатора, служащих для повышения переменного напряжения и подачи его на электроды люминесцентных ламп. Кроме основных элементов, на плате установлены всевозможные радиоэлементы, служащие для защиты от короткого замыкания и неисправности ламп.

Рис. 9

Рис. 10

Таблица 1. Назначение выводов мощной комплементарной пары МДП-транзисторов AO4600 в корпусе SOIC-8

 Количество, размеры и мощность ламп подсветки в ЖК-панелях (LCD-панелях) различны. Это значит, что должны различаться схемы и конструкции инверторов - узлов, обеспечивающих «поджиг» и стабильное свечение этих ламп. Эта тема весьма актуальна, так как инвертор - это один из самых ненадежных узлов ЖК-мониторов. В качестве ламп подсветки TFT LCD-панелей используются люминесцентные лампы CCFL. Отличием ламп CCFL от привычных люминесцентных ламп является то, что напряжение поджига (1100 … 1430 В) больше рабочего напряжения почти в полтора раза (850…1100 В), а рабочая частота ламп CCFL лежит в пределах 40…80 кГц (см. табл. 2).

Схемы инверторов для ламп подсветки разных LCD-панелей могут быть абсолютно разные. Различия определяются мощностью и количеством ламп подсветки (см. табл. 2), а также производителями этих инверторов. В любом случае узел инвертора обеспечивает режим «поджига» с «мягким запуском» и стабилизацию тока люминесцентных ламп в установившемся режиме свечения, а значит, обеспечивает стабилизацию яркости подсветки.

Таблица 2. Параметры ламп подсветки в TFT LCD-панелях

В состав любого инвертора для питания ламп подсветки входят следующие узлы:

 - повышающий преобразователь постоянного напряжения питания в высокое переменное напряжение;

 - балансные схемы;

 - широтно-импульсный модулятор (ШИМ) и его схема управления;

 - схема запуска;

 - схема защиты от перегрузки по току и напряжению.