LED-драйверы задней подсветки ЖК панелей. Схемотехника на примере ИМС ADD5201
Буквально несколько лет назад в качестве задней подсветки ЖК панелей широко применялись флуоресцентные лампы различных типов (CCFL — Cold Cathode Fluorescence Lamp, EEFL — External Electrode Fluorescent Lamp). В настоящее время практически все панели, за очень редким исключением, в качестве источника света задней подсветки используют белые светодиоды (White LED — WLED). Так как размеры светодиодов малы, то для создания светового потока соответствующей мощности требуется большое количество светодиодов, как правило, исчисляемое несколькими десятками. Чаще всего их размещают на подложке в виде узкой светодиодной линейки (рис. 1).
Все множество светодиодов разбивается на несколько групп последовательно включенных светодиодов — WLED-линеек. В каждой такой группе находится от 6 до 10 WLED. Таким образом, если для задней подсветки необходимо, например, 64 WLED, то их можно распределить на 8 линеек, каждая из которых будет состоять из 8 последовательно включенных светодиодов (рис. 2).
Ток каждого WLED, используемого в задней подсветке, как правило, находится в диапазоне 20…40 мА. Поэтому в каждой линейке должен протекать ток именно этой величины. Также следует напомнить, что падение напряжения на открытом WLED находится, чаще всего, в диапазоне 3…4 В. Таким образом, к WLED-линейке необходимо приложить напряжение, приблизительно равное произведению количества светодиодов на величину падения напряжения на одном из них (именно поэтому на рис. 2 указано напряжение питания 34 В).
Еще на один аспект работы задней подсветки необходимо обратить внимание — это стабилизация и регулировка тока светодиодов. Без стабилизации тока невозможно говорить о качественной подсветке, так как без обратной связи световой поток будет изменяться под действием различных факторов, например, в зависимости от температуры WLED. Потому необхо-
димо контролировать величину тока, протекающего через светодиоды, и в случае изменения тока его необходимо стабилизировать.
Теперь несколько слов о регулировке. Любой дисплей предполагает регулировку такого параметра изображения, как яркость. Регулировка яркости в ЖК панелях традиционно осуществляется изменением мощности светового потока задней подсветки, т.е. изменением яркости источника света. Поэтому в системе задней подсветки необходимо предусмотреть возможность изменения тока светодиодов в ответ на некоторое внешнее управляющее воздействие (например, вращение ручки регулировки яркости). При этом изменение тока светодиодов должно осуществляться пропорционально величине входного управляющего сигнала. Процесс регулировки яркости в зарубежной литературе называют диммингом (Dimming).
Таким образом можно отметить, что корректная работа светодиодов невозможна без соответствующего управления, осуществляемого специализированными микросхемами-контроллерами. Эти ИМС называются драйверами светодиодов (LED Driver). К функциям LED Driver также можно отнести и включение-выключение светодиодов по внешнему управляющему сигналу (рис. 3). Под термином LED Driver понимают, с одной стороны, микросхему, а с другой стороны, весь модуль, включающий и микросхему, и ее внешние элементы.
В настоящее время для управления светодиодами разработаны микросхемы LED-драйверов, выполняющие абсолютно все необходимые функции. Интегральное исполнение этих микросхем позволяет сделать схему управления LED чрезвычайно компактной.
Отметим основные функции интегральных LED-драйверов:
- контроль (регулировка) и стабилизация тока LED;
- программирование величины тока LED;
- ограничение тока LED на безопасном уровне;
- формирование, контроль и стабилизация питающего напряжения LED;
- защита от превышения напряжения на LED;
- термическая защита;
- регулировка яркости LED-линеек (Dimming);
- защита от низкого напряжения питания ИМС;
- защита от обрыва в цепи LED-линеек.
Выше уже отмечалось, что для работы LED-подсветки требуется относительно высокое напряжение — от 20 до 40 В, в зависимости от количества светодиодов в одной линейке. Откуда берется это напряжение, ведь на ЖК панель оно не подается? Оказывается, это напряжение формирует из какого-либо низковольтного напряжения (обычно из 12 В) повышающий DC/DC-преобразователь, установленный на плате ЖК панели. Этот повышающий DC/DC-преобразователь также является элементом LED-драйвера (рис. 4). Существуют разные варианты схемотехники повышающих преобразователей для LED, но в большинстве современных ЖК панелей применяется так называемый Boost-регулятор, эквивалентная схема которого представлена на рис. 5.
Рис. 4. Структура LED-драйвера
В современных ИМС LED-драйверов узел DC/DC-преобразователя интегрирован в ИМС. Это позволяет значительно упростить схему подсветки за счет снижения количества внешних элементов, а также за счет использования единой схемы управления. Традиционным решением для современных LED-драйверов является интегральное исполнение силового транзистора BOOST-регу ля то ра и наличие встроенной схемы ШИМ контроллера, управляющего этим силовым транзистором (рис. 6). Такое исполнение позволяет LED-драйверу контролировать напряжение светодиодов, управлять им и осуществлять защиту от превышения данного напряжения.
Теперь перейдем к рассмотрению реальной схемы LED-драйвера. В настоящее время LED-драйверы и DC/DC-преоб ра зо ватели напряжения светодиодов физически размещаются на управляющей плате ЖК панели. Существуют и другие варианты, например, когда LED-драйвер расположен на основной плате монитора (рис. 7). Но такое решение не носит массового характера, поэтому остановимся на традиционных подходах.
Сегодня производители микросхем предлагают различные LED-драйверы в количестве, достаточном для выпуска справочника по ним на многие сотни страниц. В матрице, которая попала к автору на ремонт, для управления задней подсветкой используется контролер ADD5201, выпускаемый компанией Analog Devices. Сама же панель типа LP173WD1(TL) (N2) производится компанией LG. ИМС LED-драйвера находится недалеко от микросхемы TCON и рядом с разъемом, к которому подключается модуль задней подсветки (рис. 8).
На ЖК панель поступают цифровые данные о цвете в формате LVDS через внешний 40-контактный однорядный разъем CN1. Кроме сигналов LVDS через контакты 31-40 разъема CN1 на матрицу подаются сигналы управления LED-подсветкой.
Разъем для подключения светодиодных линеек CN2 является 9-контактным, однако два из них не задействованы. В данной модели матрицы все светодиоды объединены в пять цепочек (рис. 9).
Принципиальная электрическая схема LED-драйвера ЖК панели LP173WD1 на основе ИМС ADD5201 приведена на рис. 10. Количество внешних элементов ИМС минимально. Пояснения к принципиальной схеме представлено в виде описания назначения выводов ADD5201, приведенного в таблице. ИМС ADD5201 предназначена для управления восемью LED-линейками, в то время как в рассматриваемой схеме она управляет пятью LED-линейками. Остальные выводы, соответствующие управлению светодиодами (выв. 13-15) подключены к «земле», и неясно, то ли эти контакты не используются, то ли они могут быть задействованы для управления светодиодами, но выключены только в данной схеме.
Лучшее понимание того, как функционирует ADD5201, дает ее блок-схема, она приведена на рис. 11.
Типовые неисправности LED-подсветки на основе ИМС ADD5201
Хочется отметить, что микросхема ADD5201 достаточно часто применяется для построения драйверов, управляющих LED-подсветкой ЖК панелей. Ее можно встретить на панелях самых разных производителей и самых разных размеров. Также следует упомянуть, что из-за большой популярности этой микросхемы и ее широкого применения, количество упоминаний ADD5201 при описании неисправностей LED-подсветки достаточно велико.
При неработающей LED-подсветке, в первую очередь, необходимо обратить внимание на токовый предохранитель, установленный в цепи питания LED-драйвера (F2 на рис. 10). Сгоревший предохранитель — далеко не редкость в подобных схемах.
Если предохранитель в обрыве, то в обязательном порядке следует убедиться в исправности силового транзистора BOOST-регулятора, интегрированного в ADD5201. Типовой проблемой этого транзистора является его пробой. Убедиться в отсутствии пробоя транзистора можно измерением сопротивления между выводами 23, 24 микросхемы ADD5201 и «землей». Наличие низкого сопротивления (единицы Ом) указывает на неисправность транзистора и на необходимость замены микросхемы.
Если предохранитель цел, но LED-подсветка при этом не работает, а на светодиоды подается напряжение около 12 В (равно входному напряжению VLED), то можно говорить о неисправности микросхемы ADD5201.
Интернет-ресурсы
1. ссылка скрыта от публикации
Алексей Конягин
Журнал «Ремонт и Сервис»
Источник
Меняем лампы подсветки монитора (сами)
Доброго времени суток!
В данном посте, я бы хотел рассмотреть такую болячку LCD мониторов, как вышедшие из строя лампы подсветки, попытаться разобраться почему это происходит, ну и соответственно поменять их. Заинтересовавшихся прошу проследовать за зелёным человечком.
P.S.
Под катом содержится 27 фото
—Уважаемые, я заранее извиняюсь за качество последующих фотографий, фотографировал на тостер.
—Ещё, хочу заметить, что мониторы по своему принципиальному устройству не сильно различаются, так что не пугайтесь, если вдруг не обнаружите винтиков аль ещё чего в том месте, что показано меня на фото, они где-то рядом…
Итак, имеется у нас монитор, работающий практически в романтичных, красно-розовых тонах. Время работы такого монитора непредсказуемо… но как правило не превышает 2-3-х часов, после чего вашим глазам даётся время на передышку, а мозгу на обдумывание вопросов бытия.
Проблема заключается в вышедшей из строя лампе подсветки матрицы монитора, но почему же это произошло?
Причин возникновения такой ситуации достаточно много:
— производственный брак,
— замыкание металлических частей лампы на металлическую рамку матрицы,
— физическое повреждение и т.д
Но давайте все же немножко вникнем в теорию.
ЖК-матрицы работают на просвет, то есть у монитора должен работать источник света, который насквозь просвечивает матрицу. От источника света качество монитора зависит довольно существенно. Для стационарных ЖК-дисплеев и телевизоров обычно используют прямую подсветку, когда источники света (лампы или светодиоды) распределены по всей площади панели. ©
Но почему же он тогда продолжает работать? и столь короткий промежуток времени?
Все просто.
Стоит отметить, что в мониторах чаще всего используется 2 блока по 2 лампы (сверху и снизу монитора), которые равномерно должны распределять свет по световоду под матрицей.
При выходе из строя одной или нескольких ламп, остальные продолжают работать. Но инвертор (который запитывает их) штука умная, и если он «видит» что с одной или несколькими его подопечными что-то не так, то решает прекратить свою работу, дабы не навредить.
Ну что же, преступим к разборке?
Начинаем мы с того, что отсоединяем все шлейфы от блока инвертора и контроллера монитора,
Далее берём в руки отвертку и начинаем тыкаться ей во все возможные винтики, располагающиеся по периметру нашего, ещё целого монитора. Раскручиваем их!
снимаем заднюю панель с блоком питания и контроллером
Сняли? отлично… Что мы видим, цифрой 1 у нас отмечены провода питания, идущие к заветным лампам.
2 — шлейф, идущий к нашей матрице.
Звёздочками отмечены места, которые необходимо подковырнуть, дабы можно было продолжить разборку
Панель слева мы пока что убираем, она нам сейчас не нужна 
И вновь разбираем нашу «матрёшку» 
Отлично, практически пол пути прошли,
теперь поясним:
5—наша матрица (та самая штуковина с цифрами 640х480
1920х1080)
6—дешифратор сигналов соединённый с матрицей линией данных строк\столбцов
7—световод со светофильтрами
Далее мы вновь углубляемся в «дебри монитора» и снимаем пластиковую рамку по периметру… 
Под чёрной рамкой находятся 2 тонкие плёнки, лежащие друг на дружке, а под ними световод.
8—светофильтр
9—поляризационная плёнка
10—световод 
Теперь вынимаем большую акриловую штуку (10) и наконец таки можем лицезреть виновников торжества…
Тех засранцев из-за которых мы проделали такой путь (11)
Господа. Представляю вашему вниманию поломатые неисправные лампы подсветки!
Кстате о лампах.
А знаете ли вы:
что в ЖК панелях применяются CCFL лампы, что на русском означает флуоресцентная лампа с холодным катодом. Принцип ее почти такой же, как и горячей (в простонародье «лампы дневного света»). Отличие лишь в том, что для получения плазмы в горячей используется первоначальный разогрев катодов, а в холодной плазма получается за счет высокого напряжения прикладываемое к катодам. Дальше плазма, имеющая ультрафиолетовый спектр излучения попадает на люминофор, белое покрытие которое вы видите через колбу, и преобразуется последним в видимое излучение (белый свет) ©
Как мы видим, они действительно перегорели. (об этом нам намекают «чёрные метки» вокруг катодов) 
Выкручиваем их, предварительно вытащив светоотражающую подложку (а может, в вашем мониторе и не придётся это делать)
Далее, мы берём заведомо исправные, рабочие лампы…
… и меняем их местами (хочу заметить, что стоит быть аккуратными, ибо они довольно хрупкие. Так же советую надёжно закреплять провода и бдить, дабы не было пробоя в дальнейшем. Изолируем все по максимуму!)
Теперь мы вернём наши лампы на место, прикрутим их, вернём светоотражающую штуковину и уложим световод на место.
Подключаем — все работает! (До этого тоже работало, но не корректно, горели лишь 1.5 лампы, запечатлеть сие действие в разобранном виде я не удосужился. Каюсь)
Ну чтож… самое сложное позади, осталось все собрать обратно.
Приступаем. 
Возвращаем плёнки на место, закрываем их пластиковой рамкой и укладываем сверху нашу матрицу, фиксируем её металлической рамкой.
(Тут не стоит забывать о такой штуке как пыль… прежде чем все собрать, стоит продуть воздухом все составляющие монитора, времени займет не долго, а на качество изображения повлияет)
Переворачиваем и возвращаем на место последнюю «деталь»
Подключаем к «стенду» и радуемся!
Все работает, следов неравномерной подсветки не замечено,
Что хочется сказать в заключении.
0.Заменить лампы самому оказывается не так уж и сложно, было бы желание.
Так же можно поэкспериментировать, и заменить лампы на светодиодную ленту. Но нужно помнить, что светодиодная лента не совсем равномерный свет дает + ко всему очень даже может быть что у вас перегорит\станет чуть более тускло светить 1 или более светодиодов, и тогда подсветка станет неравномерной. Так же не стоит забывать про цветовую температуру светодиодов
1.При замене ламп необходимо точно знать их размеры, я ориентировался по данной таблице.
2. Почему я решил написать данную статью?
Столкнувшись с ремонтом монитора впервые, я полез в «некий поисковик», и не увидел подробных инструкций…
нееет, я не говорю что я их не нашел, они были, но мне они показались не полными, потому и было решено собрать данный материал и разместить тут. Мало ли, кому пригодится…
Источник