что такое инвертор в мониторе
Ремонт ЖК монитора. Замена инвертора подсветки
Содержание статьи:
Из чего состоит ЖК монитор
В статье Как подключить монитор к блоку питания компьютера мы уже касались темы восстановления работоспособности компьютерного монитора. Сегодня поговорим о другой проблеме, а именно о том, как починить монитор, если на нём не горят лампы подсветки.
Дело в том, что изображение на ЖК мониторах подсвечивается при помощи специальных устройств:
Давайте рассмотрим, из чего состоит компьютерный монитор.
На картинке мы видим, как устроен монитор, оснащённый встроенным блоком питания, то есть такой монитор, который соединяется с электрической розеткой проводом питания без дополнительных блоков на нём. Монитор без блока питания выглядит аналогично, только у него отсутствует плата питания, а инвертор напрямую соединён с контроллером дисплея.
Контроллер дисплея часто называют скалер, но это не совсем верно, так как, на самом деле понятие скалер гораздо уже:
Что такое инвертор подсветки монитора
Если на экране монитора изображение отображается, а подсветки нет, то есть две основные вероятные причины этой проблемы:
А испортиться в инверторе есть чему: выйти из строя может как простой элемент сопротивления в цепи, так и более сложный. Это могут быть резисторы, транзисторы, конденсаторы, ну и сами высоковольтные трансформаторы. Зачастую, вышедшие из строя детали можно определить по характерным чёрным следам на электронной плате.
ВНИМАНИЕ! Ни в коем случае не допускайте прикосновений к инвертору монитора и к другим платам, если устройство подключено к сети. Напряжение на некоторых элементах монитора может достигать 1500 вольт и даже больше!
Что же делать, если лампы подсветки целы, а изображения на экране всё равно не видно? Возможны две ситуации (напоминаем, что в рамках настоящей статьи мы не рассматриваем тонкости компонентной диагностики и ремонта):
Определение контактов соединения инвертора с блоком питания
В первую очередь нам также потребуется найти подходящий инвертор. Купить инвертор можно и в интернет-магазинах, и на барахолках.
Теперь нам необходимо определиться с подключением.
Плата инвертора с блоком питания имеет лишь один разъём подключения для коннекта с платой контроллера матрицы. Зная, какие контакты есть на выходе этой платы и платы внешнего инвертора, мы можем соединить их проводами.
Рассматриваем плату монитора ViewSonic с блоком питания и видим там схему контактов разъёма
На картинке выше у нас следующая расшифровка разъёма:
Теперь посмотрим, что у нас есть на выходе с платы внешнего инвертора
Здесь контакты расположены одним рядом и имеют следующее назначение слева направо:
В нашем случае мы будем соединять попарно одним проводом контакты плюса и массы, и по одному проводу на включение/выключение платы и на управляющий контакт. В идеале, можно на каждый контакт цеплять отдельный провод.
Подключение внешнего инвертора к плате блока питания монитора
Теперь, когда мы определились с контактами на платах, можно приступать к их соединению. Реализовать коннект между платами можно разными способами, наиболее простые из них:
Воспользуемся третьим способом, но, если у вас нет паяльника, то второй вариант в этом случае может быть предпочтительнее.
Припаиваем с обратной стороны платы блока питания монитора по проводу к плюсовому, минусовому, управляющему контакту и контакту включения/выключения монитора.
Контакты в обязательном порядке заизолировать друг от друга термоусадочной трубкой на каждый провод или обычной изолентой.
Теперь от разъёма инвертора отрезаем обратку и попарно соединяем провода с теми, что мы припаяли к плате питания.
Соединения для надёжности и порядка тоже пропаиваем.
Готово, уже можно подключать платы, соединять монитор с компьютером и включать его, проверяя работу.
Сборка монитора после ремонта
Дело в том, что под задней крышкой монитора на самом деле не так много места, как может показаться. Внешнему инвертору там просто может не найтись пристанища. Что же делать? Вырезать отверстие в самой крышке? Вовсе не обязательно. Мы можем установить внешний инвертор на место старого, нужно лишь освободить для него пространство. Чтобы это сделать, взглянем на плату блока питания с испорченным инвертором подсветки с обеих сторон:
Та часть платы, что выделена на картинке выше, отвечала как раз за работу инвертора. Под некоторыми элементами платы мы можем видеть значительные потемнения, говорящие о выходе из строя этих компонентов. Дабы освободить место в корпусе монитора для внешнего инвертора, мы отпаяем от платы основные компоненты, которые не имеют отношения к блоку питания. Вот что у нас получилось
Вы можете удалить больше элементов, но в нашем случае и этого вполне достаточно. После выпаивания высоковольтных трансформаторов, катушек, конденсаторов и диодов места для внешнего инвертора подсветки освободилось достаточно.
Внешний инвертор можно прикрепить как к плате, так и к защитному корпусу монитора. Мы закрепим инвертор на хомуты, подсоединим к нему провода от ламп подсветки монитора и соберём всю конструкцию
Подключаем уже восстановленный монитор к компьютеру и проверяем его работу
Что ж, данный монитор после ремонта прослужит нам ещё не одну тысячу рабочих часов.
Инверторы LCD мониторов
Инвертор.
В интернете от сайта к сайту, кочует статья об инверторах, найти ее довольно легко, в Google наберите «схема инвертора LCD монитора».
Рис. Скрин статьи про инвертора LCD мониторов.
Статья очень интересная, сам с удовольствием прочитал, однако рассмотренные схемы, лично я, давно не встречал при ремонте LCD мониторов, это не умаляет достоинства рассматриваемой статьи, теория не может устареть, устарела элементная база. Поэтому речь будет идти только о тех инверторах, с которыми сталкивались в процессе ремонта в нашей мастерской в текущее время.
Цепи фильтрации инвертора LCD монитора.
Рис. Структурная схема классического инвертора
Рассматриваемый рисунок представляет собой лишь структурную схему, котороя может отличаться от реального исполнения. Например: питание некоторых типов ШИМ-контроллеров инвертора равно 5В, или цепь обратной связи берется из точки «B» и т.п., но для упрощения структурной схемы эти нюансы мы рассматривать не будем.
Следует отметить, структурная схема рассматриваемого инвертора, на самом деле является упрощенным вариантом схемы, «так как должно быть на самом деле». Часть мониторов не имеет на своем борту даже установочные отверстия под элементы Lфильтр, Cинв, Cкт1, Cкт2, другая часть имеет на плате установочные отверстия под эти элементы, но на их место ни чего не устанавливается, а вместо Lфильтра устанавливается перемычка.
Рассмотрим каждый элемент отдельно. По опыту скажу, уже после некоторого количество ремонтов Вы будете видеть все элементы схемы даже не переворачивая плату, чтобы посмотреть расположение дорожек и не открывая схемы на инвертор. Как правило неисправными элементами, при поломке монитора являются конденсаторы, и характерным признаком неисправности является вздутие.
Конденсатор на выходе блока питания Cбп.
В самом жестком режиме работает конденсатор Cбп, вне зависимости исправный или неисправный блок питания. Ни один технолог, какой бы он не был экономист не исключит конденсатор Cбп из схемы, без конденсатора Сбп инвертор просто не запустится на старте, поэтому этот элемент всегда есть на плате даже самого дешевого монитора. Вопрос только в его емкости и напряжении.
Выход из строя (вспучивание) конденсатора Сбп можно отнести к прогнозируемой поломке монитора.
 | Наличие керамического конденсатора несколько увеличивает срок службы конденсатора Сбп, использование LOW ESR конденсаторов, также продляет срок службы конденсатора в этом участке цепи. Какой бы емкости конденсатор не стоял на этом месте (220мкФ, 470мкФ, 680мкФ) и напряжением (10В,16В) на место этого конденсатора рекомендуется ставить 1000мкФ*25В. Внимание если рабочее напряжение можно увеличивать (35В, 50В,63В), то емкость этого конденсатора свыше 1000мкФ увеличивать не рекомендуется, есть шанс, что пусковому конденсатору блока питания просто не хватит емкости для запуска блока питания, в некоторых вариантах блока питания. |
В реальности перед конденсатором Сбп стоит еще один конденсатор, который работает еще более в жестких условиях, но про него мы поговорим в другом материале.
Катушка индуктивности Lфильтр.
Катушка хорошо справляется с выбросами на входном питающем напряжении с блока питания. В современных мониторах установка такой катушки является непозволительной роскошью, и вместо нее стоит перемычка. Схемотехнически катушка индуктивности Lфильтр разделяет блок питания от инвертора, а практически сглаживает выходное напряжение с БП. При удалении катушки индутивности у нас появляется возможность нагрузить блок питания на эквивалентную нагрузку, лично я использую автомобильную лампу дальний/ближний свет. Если блок питания проваливается на эквивалентной нагрузке, то начинаем ремонтные работы с блоком питания, для дальнейшей диагностики можно временно подключить инвертор от внешнего блока питания (само собой Lфильтр удален).
| Если на плате установлена катушка индуктивности Lфильтр и мы наблюдаем вспученные конденсаторы со стороны инвертора, то есть конденсаторы установленные после Lфильтр, а конденсаторы установленные до Lфильтр не вспученные, есть повод задуматься на исправностью инвертора. В таком случае Lфильтр защищает конденсаторы блока питания от ВЧ составляющей инвертора. |
Конденсаторы фильтра питания инвертора Синв, Скт1, Скт2.
| Замена неисправных конденсаторов Скт1, Скт2, в некоторых случаях, может привести у выходу из строя ключевого транзистора. Такое развитие событий характерно для транзисторов в SMD исполнении, поэтому перед включением обязательно запишите для себя название ключевого транзистора, иначе если транзистор сгорит, то название будет прочесть сложно. Это не очень большая проблема, так как второй транзистор имеет такую же маркировку. |
Ключевые транзисторы КТ1, КТ2.
Рассматривать будем только сдвоенные транзисторы в одном корпусе, корпус SMD. Горят они чаще, и чаще приходится искать к ним аналоги. Зная принцип построения схем инверторов аналоги подбирать совсем несложно.
Рис. Типы применяемых транзисторных сборок в инверторах LCD мониторов
Виды исполнения инверторов LCD мониторов.
Инвертор выполненный по принципу двухтактного преобразователя. На цикле 1 ток течет по одной обмотке, на цикле 2 ток течет по второй обмотке.
Рис. Двухтактный инвертор
Реализация двухтактного инвертора на примере инвертора ILPI-014.
Рис. Инвертор ILPI-014.
Инвертор выполнен на основе специализированного ШИМ-контроллера OZ9938 разработанного для управления инвертором с CCFL лампами. В инверторе 4 лампы и четыре ключевых транзистора. Нас интересуют конденсаторы С509 (150мкф*35В) и С522 (150мкф*35В). Это как раз те самые Скт1 и Скт2. На схеме не видно, но на плате они стоят в непосредственной близости от ключевых транзисторов.
Рис. Плата ILPI-014 (блок питания и инвертор).
Устройство, описание принципа работы узлов монитора.
Для того чтобы починить ЖК монитор своими руками, необходимо в первую очередь понимать, из каких основных электронных узлов и блоков состоит данное устройство и за что отвечает каждый элемент электронной схемы. Начинающие радиомеханики в начале своей практики считают, что успех в ремонте любого прибора заключается в наличии принципиальной схемы конкретного аппарата. Но на самом деле, это ошибочное мнение и принципиальная схема нужна не всегда.
Итак, вскроем крышку первого попавшегося под руку ЖК монитора и на практике разберёмся в его устройстве.
ЖК монитор. Основные функциональные блоки.
Жидкокристаллический монитор состоит из нескольких функциональных блоков, а именно:
Жидкокристаллическая панель представляет собой завершённое устройство. Сборкой ЖК-панели, как правило, занимается конкретный производитель, который кроме самой жидкокристаллической матрицы встраивает в ЖК-панель люминесцентные лампы подсветки, матовое стекло, поляризационные цветовые фильтры и электронную плату дешифраторов, формирующих из цифровых сигналов RGB напряжения для управления затворами тонкоплёночных транзисторов (TFT).
Рассмотрим состав ЖК-панели компьютерного монитора ACER AL1716. ЖК-панель является завершённым функциональным устройством и, как правило, при ремонте разбирать её не надо, за исключением замены вышедших из строя ламп подсветки.
Маркировка ЖК-панели: CHUNGHWA CLAA170EA
На тыльной стороне ЖК-панели расположена довольно большая печатная плата, к которой от основной платы управления подключен многоконтактный шлейф. Сама печатная плата скрыта под металлической планкой.
ЖК-панель компьютерного монитора Acer AL1716
На печатной плате установлена многовыводная микросхема NT7168F-00010. Данная микросхема подключается к TFT матрице и участвует в формировании изображения на дисплее. От микросхемы NT7168F-00010 отходит множество выводов, которые сформированы в десять шлейфов под обозначением S1-S10. Эти шлейфы довольно тонкие и на вид как бы приклеены к печатной плате, на которой находиться микросхема NT7168F.
Печатная плата ЖК-панели и её элементы
Плату управления по-другому называют основной платой (Main board). На основной плате размещены два микропроцессора. Один из них управляющий 8-битный микроконтроллер SM5964 с ядром типа 8052 и 64 кбайт программируемой Flash-памяти.
Микропроцессор SM5964 выполняет довольно небольшое число функций. К нему подключена кнопочная панель и индикатор работы монитора. Этот процессор управляет включением/выключением монитора, запуском инвертора ламп подсветки. Для сохранения пользовательских настроек к микроконтроллеру по шине I2C подключена микросхема памяти. Обычно, это восьмивыводные микросхемы энергонезависимой памяти серии 24LCxx.
Основная плата (Main board) ЖК-монитора.
Вторым микропроцессором на плате управления является так называемый мониторный скалер (контроллер ЖКИ) TSU16AK. Задач у данной микросхемы много. Она выполняет большинство функций, связанных с преобразованием и обработкой аналогового видеосигнала и подготовке его к подаче на панель ЖКИ.
В отношении жидкокристаллического монитора нужно понимать, что это по своей сути цифровое устройство, в котором всё управление пикселями ЖК-дисплея происходит в цифровом виде. Сигнал, приходящий с видеокарты компьютера является аналоговым и для его корректного отображения на ЖК матрице необходимо произвести множество преобразований. Для этого и предназначен графический контроллер, а по-другому мониторный скалер или контроллер ЖКИ.
В задачи контроллера ЖКИ 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 с управляющим микроконтроллером SM5964 по цифровой шине. Для работы ЖК-панели графический контроллер формирует сигналы синхронизации, тактовой частоты и сигналы инициализации матрицы.
Микроконтроллер TSU16AK через шлейф связан с микросхемой NT7168F-00010 на плате ЖК-панели.
При неисправностях графического контроллера у монитора, как правило появляются дефекты, связанные с правильным отображением картинки на дисплее (на экране могут появляться полосы и т.п). В некоторых случаях дефект можно устранить пропайкой выводов скалера. Особенно это актуально для мониторов, которые работают круглосуточно в жёстких условиях.
При длительной работе происходит нагрев, что плохо сказывается на качестве пайки. Это может привести к неисправностям. Дефекты, связанные с качеством пайки нередки и встречаются и у других аппаратов, например, DVD плееров. Причиной неисправности служит деградация либо некачественная пайка многовыводных планарных микросхем.
Блок питания и инвертор ламп подсветки.
Наиболее интересным в плане изучения является блок питания монитора, так как назначение элементов и схемотехника легче в понимании. Кроме того, по статистике неисправности блоков питания, особенно импульсных, занимают лидирующие позиции среди всех остальных. Поэтому практические знания устройства, элементной базы и схемотехники блоков питания непременно будут полезны в практике ремонта радиоаппаратуры.
Блок питания ЖК монитора состоит из двух. Первый – это AC/DC адаптер или по-другому сетевой импульсный блок питания (импульсник). Второй – DC/AC инвертор. По сути это два преобразователя. 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 наоборот преобразует постоянное напряжение (DC) в переменное (AC) величиной около 600 — 700 В и частотой около 50 кГц. Переменное напряжение подаётся на электроды люминесцентных ламп, встроенных в ЖК-панель.
Вначале рассмотрим AC/DC адаптер. Большинство импульсных блоков питания строится на базе специализированных микросхем контроллеров (за исключением дешёвых зарядников для мобильного, например).
Так в блоке питания ЖК монитора Acer AL1716 применена микросхема TOP245Y. Документацию (datasheet) по данной микросхеме легко найти из открытых источников.
В документации на микросхему TOP245Y можно найти типовые примеры принципиальных схем блоков питания. Это можно использовать при ремонте блоков питания ЖК мониторов, так как схемы во многом соответствуют типовым, которые указаны в описании микросхемы.
Вот несколько примеров принципиальных схем блоков питания на базе микросхем серии TOP242-249.
В следующей схеме применены сдвоенные диоды с барьером Шоттки (MBR20100). Аналогичные диодные сборки (SRF5-04) применены в рассматриваемом нами блоке монитора Acer AL1716.
Рис 2. Принципиальная схема блока питания на базе микросхемы из серии TOP242-249
Заметим, что приведённые принципиальные схемы являются примерами. Реальные схемы импульсных блоков могут несколько отличаться.
Микросхема TOP245Y представляет собой законченный функциональный прибор, в корпусе которого имеется ШИМ – контроллер и мощный полевой транзистор, который переключается с огромной частотой от десятков до сотен килогерц. Отсюда и название — импульсный блок питания.
Блок питания ЖК монитора (AC/DC адаптер)
Схема работы импульсного блока питания сводится к следующему:
Выпрямление переменного сетевого напряжения 220В.
Эту операцию выполняет диодный мост и фильтрующий конденсатор. После выпрямления на конденсаторе напряжение чуть больше чем сетевое. На фото показан диодный мост, а рядом фильтрующий электролитический конденсатор (82 мкФ 450 В) – синий бочонок.
Преобразование напряжения и его понижение с помощью трансформатора.
Коммутация с частотой в несколько десятков – сотен килогерц постоянного напряжения (>220 B) через обмотку высокочастотного импульсного трансформатора. Эту операцию выполняет микросхема TOP245Y. Импульсный трансформатор выполняет ту же роль, что и трансформатор в обычных сетевых адаптерах, за одним исключением. 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. Но необходим сердечник из феррита, а не из трансформаторной стали как у трансформаторов на 50 герц. Те, кто не знает, что такое трансформатор и зачем он применяется, сперва ознакомьтесь со статьёй про трансформатор.
В результате трансформатор получается очень компактным. Также стоит отметить, что импульсные блоки питания очень экономичны, у них высокий КПД.
Выпрямление пониженного трансформатором переменного напряжения.
Эту функцию выполняют мощные выпрямительные диоды. В данном случае применены 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 используются для выпрямления больших напряжений (20 – 50 вольт). Это нужно учитывать при замене дефектных диодов.
У диодов Шоттки есть некоторые особенности, которые нужно знать. Во-первых, эти диоды имеют малую ёмкость перехода и способны быстро переключаться – переходить из открытого состояния в закрытое. Это свойство и используется для работы на высоких частотах. Диоды Шоттки имеют малое падения напряжения около 0,2-0,4 вольт, против 0,6 – 0,7 вольт у обычных диодов. Это свойство повышает их КПД.
Есть у диодов с барьером Шоттки и нежелательные свойства, которые затрудняют их более широкое использование в электронике. 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 блоках питания. Это стоит учитывать в проведении 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 обозначена как R15C14 (см.рис.1).
При анализе схемотехники блока питания ЖК монитора Acer AL1716 на печатной плате также обнаружены демпфирующие цепи, состоящие из smd резистора номиналом 10 Ом (R802, R806) и конденсатора (C802, C811). Они защищают диоды Шоттки (D803, D805).
Демпфирующие цепи на плате блока питания
Также стоит отметить, что диоды Шоттки используются в низковольтных цепях с обратным напряжением, ограниченным единицами – несколькими десятками вольт. Поэтому, если требуется получение напряжения в несколько десятков вольт (20-50), то применяются диоды на основе p-n перехода. Это можно заметить, если просмотреть datasheet на микросхему TOP245, где приводятся несколько типовых схем блоков питания с разными выходными напряжениями (3,3 B; 5 В; 12 В; 19 В; 48 В).
Диоды Шоттки чувствительны к перегреву. В связи с этим их, как правило, устанавливают на алюминиевый радиатор для отвода тепла.
Отличить диод на основе p-n перехода от диода на барьере Шоттки можно по условному графическому обозначению на схеме.
Условное обозначение диода с барьером Шоттки.
Условное обозначение диода на основе p-n перехода.
После выпрямительных диодов ставятся электролитические конденсаторы, служащие для сглаживания пульсаций напряжения. Далее с помощью полученных напряжений 12 В; 5 В; 3,3 В запитываются все блоки LCD монитора.
По своему назначению инвертор схож с электронными пуско-регулирующими аппаратами (ЭПРА), которые нашли широкое применение в осветительной технике для питания бытовых осветительных люминесцентных ламп. Но, между ЭПРА и инвертором ЖК монитора есть существенные различия.
Инвертор ЖК монитора, как правило, построен на специализированной микросхеме, что расширяет набор функций и повышает надёжность. Так, например, инвертор ламп подсветки ЖК монитора Acer AL1716 построен на базе ШИМ контроллера OZ9910G. Микросхема контроллера смонтирована на печатной плате планарным монтажом.
Микросхема контроллера OZ9910G
Инвертор преобразует постоянное напряжение, значение которого составляет 12 вольт (зависит от схемотехники) в переменное 600-700 вольт и частотой 50 кГц.
Контроллер инвертора способен изменять яркость люминесцентных ламп. Сигналы для изменения яркости ламп поступают от контроллера ЖКИ. К микросхеме-контроллеру подключены полевые транзисторы или их сборки. В данном случае к контроллеру OZ9910G подключены две сборки комплементарных полевых транзисторов AP4501SD (На корпусе микросхемы указано только 4501S).
Сборка полевых транзисторов AP4501SD и её цоколёвка
Также на плате блока питания 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.
Плата инвертора и её элементы
Информацию по ремонту ЖК мониторов можно найти в специализированных журналах по ремонту. Так, например, в журнале “Ремонт и сервис электронной техники” №1 2005 года (стр.35 – 40), подробно рассмотрено устройство и принципиальная схема LCD-монитора “Rover Scan Optima 153”.
Среди неисправностей мониторов довольно часто встречаются такие, которые легко устранить своими руками за несколько минут. Например, уже упомянутый ЖК монитор Acer AL1716 пришёл на стол ремонта по причине нарушения контакта вывода розетки для подключения сетевого шнура. В результате монитор самопроизвольно выключался.
После разборки ЖК монитора было обнаружено, что на месте плохого контакта образовывалась мощная искра, следы которой легко обнаружить на печатной плате блока питания. Мощная искра образовывалась ещё и потому, что в момент контакта заряжается электролитический конденсатор в фильтре выпрямителя. Причина неисправности — деградация пайки.
Деградация пайки, вызвавщая неисправность монитора
Также стоит заметить, что порой причиной неисправности может служить пробой диодов выпрямительного диодного моста.