联想一体机B540背光灯条电源电路分析与故障排查

电子报 

联想B540一体机液晶显示器的背光灯使用了4个LED灯条，由一个专门的电源电路板驱动。该电源电路由一体机的+12V电源供电，背光灯的开关和亮度调节由主板控制，其核心器件为OZ9998AGN芯片。

一、OZ9998AGN简介

OZ9998AGN是由凹凸科技有限公司（O2Micro）生产的一种用于驱动液晶电视机、显示器背光LED灯条的DC/DC升压恒流电源控制芯片，采用 SOP 24脚封装，芯片内部含有参考电压模块、HFOSC高频振荡模块、脉宽调制（RS触发器）控制电路、输出驱动单元、LED电流平衡模块以及保护电路等(内部框图如图1所示)。它有两个功能，一是产生驱动外部MOSFET功率管开关工作的脉冲信号，使MOSFET配合电感、电容、高频整流二极管等器件工作，将输入的低电压提升到能点亮LED灯条的较高电压（Vout）；二是对外提供最多8路LED灯条的驱动电流。芯片的电源电压（VIN）范围为4.5V～33V，工作频率100kHz～1MHz。

各引脚功能：

1脚（PWM）：亮度控制端。接收外部输入的100Hz-20kHz脉冲信号。通过调节该脉冲信号的占空比（0%～100%）来调节流过各路LED灯串的电流大小，实现液晶显示器的亮度调节。

2脚、3脚、4脚、5脚、15脚、8脚、9脚、7脚（IS1～IS8）：1-8路LED灯串的电流驱动端，每个引脚可为LED灯串提供最大60mA的吸入电流。

6脚（GNDA）：信号地。

10脚（OVP）：过欠压保护检测端。当该引脚电压低于0.1V或高于2V时，禁止芯片的LDR引脚输出脉冲驱动信号，使外部MOSFET功率管停止工作。

11脚（ISET）：通过外接电阻来设定每路LED灯串的电流，ILED（毫安）=600/RISET（kΩ）。

12脚（RT）：通过外接电阻设定芯片的工作频率。fop（MHz）=50/RT（KΩ）。

13脚（ENA）：芯片的使能控制端。当该引脚电压高于2.4V时（最大7V），芯片工作，低于0.7V时芯片停止工作。

14脚（ISW）：外部MOSFET功率管的漏极电流监测端。电压高于0.5V时，禁止LDR引脚的脉冲驱动信号输出。

16脚（LDR）：外部MOSFET管的脉冲驱动信号输出端。连接到MOSFET管的栅极。

17脚（VREF）：参考电压输出端。芯片内部的参考电压电路产生约5V的参考电压，为芯片内逻辑电路和外部电路提供工作电源。最大可提供30mA电流，电压高于3.8V时芯片工作，低于3.6V时芯片停止工作。

18脚（GNDP）：电源地。

19脚（VIN）：芯片的电源输入端。电压范围4.5V～33V。

20脚（SEL）：用于设定LED灯串的输出路数。接地时，IS1～IS8驱动8路LED灯串；接VREF时，IS1～IS6驱动6路；悬空时，IS1～IS4驱动4路。

21脚（COMP）：多片并行工作控制端。多片并行工作时，需将各个芯片的该引脚接到一起。

22脚（SSTCMP）：软启动控制和补偿电路接入端。

23脚（NC）。

24脚（STATUS）：工作状态输出端。正常时输出逻辑电平高（+5V），当发生过欠压保护、过温度保护以及LED灯串短路或开路保护时，输出低电平。

图1

二、电路工作原理

图2是根据实物绘制的联想B540一体机显示背光灯条电源电路原理图。左侧CN801插头用于和主板连接，右侧CN804插头用于和4路LED灯条相连接。

1.DC/DC升压原理

从主板来的+12V电经插座CH801的1脚、2引脚加到电感L801、C801、C817以及OZ9998AGN（U1）的电源端（19脚）。当主板来的“开机”控制信号ENA（高电平有效）经CN801的3脚、电阻R803加到U1的13脚时，U1内部的参考电压电路工作，12脚输出参考电压VREF（正常时为+5V），当VREF达到+3.8V以上时，U1内部各逻辑电路开始工作，片内HFOSC模块产生一定频率（fsoc）的时钟和锯齿波信号。其中，时钟信号作为触发信号将片内RS触发器的Q端置高，经输出驱动器单元使U1的16脚（LDR）输出高电平，该高电平经R802控制Q1（MOSFET）导通，电感L1经Q1的漏源极、电阻R805和R820接地，使+12V电源给电感L1充磁；同时，锯齿波信号和Q1的漏极电流检测信号Uisw经U1的14脚（ISW）共同作用于RS触发器的复位端，当达到条件（即Uisw高于0.5V）时，将片内RS触发器的Q端清零（置低），使U1的16脚（LDR）输出低电平，该低电平通过R827和D31控制Q1截止，电感L1中已储存的磁能转换为电能经整流二极管D23对电容C802和C803充电。这样，随着U1的LDR引脚以fsoc频率输出脉冲信号，功率管Q1不断地交替导通和截止，电感L1被不断地充磁和放电，电路将+12V电压升压到能点亮LED灯串所需的电压Vout。Vout的电压值由LED灯串的发光二极管数量及其流过的电流大小决定（正常时实测为47.5V）。

U1的工作频率fsoc由U1的12脚所接电阻R817决定，本电路中fsoc=50/R817≈151kHz。

Q1（MOSFET）漏极最大电流=0.5V/（R805//R820）=0.5A。

2.LED灯串驱动电路

如图2所示，U1的20脚（SEL）经R818接地，因此U1提供了8路LED灯串驱动电流；U1的11脚所接电阻R816为50kΩ，因此U1的IS1～IS8引脚每路最大可提供600/50=12mA的吸入电流。4个LED灯串的正极经插座CH804的3脚、4脚一起接在电源Vout上，负极分别经插座CH804的6脚、1脚、2脚、5脚接在U1的（2脚、3脚）、（4脚、5脚）、（7脚、9脚）和（8脚、15脚）上，每路LED灯串由2个IS引脚驱动，所以流过每个LED灯串的最大电流为24mA。

亮度控制：由主板产生的PWM亮度控制信号经插座CH801的4脚、电阻R801接到U1的1脚，经U1内部的LED电流平衡模块作用，控制每路（IS1-IS8引脚）的吸入电流的大小，如果PWM的占空比增大，则流过LED灯串的电流增加，所有LED灯串的亮度提高。反之，如果PWM的占空比降低，所有LED灯串的亮度下降。

3.软启动功能

U1的22脚（SSTCMP）经电阻R811和电容C810串联后接地，+12V电源开始对U1供电时，片内参考电压模块产生高于3.8V的VREF后，首先要对C810充电，使得SSTCMP引脚在一定时间内保持低电平，在片内逻辑电路的作用下，RS触发器在此期间始终处于复位状态，U1的16脚（LDR）输出保持低电平，MOSFET管Q1保持截止。一定时间后，当C810充满电时，22脚变为高电平，RS触发器的复位端开始只受HFOSC模块产生的锯齿波和Q1漏极电流检测信号Uisw的共同控制，U1开始正常工作。

4.保护功能

1）MOSFET功率管Q1的过流保护。U1通过14脚（ISW）监视Q1的漏极电流，该引脚电压Uisw为Q1漏极电流在R805//R820上产生的压降，当Uisw高于0.5V时，即Q1的漏极电流大于0.5A时，U1将LDR引脚输出置低，使外部MOSFET功率管Q1截止。

2）Vout过压保护：该过压保护电路由R813、R815、C807及U1构成。其电压值为（R815/（R813+R815））*Vout≈0.03475*Vout，当该值大于2.0V，即Vout大于57.5V时U1保护，使MOSFET保持截止。

3）外接LED灯串短路保护。当流过任一外接LED灯串的电流增大，使得其所在U1引脚（IS1～IS8中任意）的电压超过门限值（7.0V）时，相应的LED灯串被关断且被锁死。

4）外接LED灯串开路保护。如果任意外接LED灯串开路，LED灯串的电源电压（Vout）会有所上升，但只要U1的OVP引脚电压不高于2.0V这个门限，芯片照常工作；当所有外接LED灯串开路时，Vout升高使得芯片U1的OVP引脚电压高于2.0V时，U1的16脚（LDR）被禁止输出脉冲信号（且锁死），外部MOSFET功率管停止工作。

（5）外部电源（Vout）短路保护。当LED灯串的供电（Vout）发生短路或其整流二极管D23开路，使得U1的OVP引脚的电压低于0.1V时，芯片U1将禁止16脚（LDR）输出脉冲信号，以保护芯片不被热击穿。

（6）过温度保护。当芯片的温度高于140℃时，芯片停止工作，当温度下降到110℃以下时，芯片恢复工作。

图2

三、典型故障

故障现象：开机后一体机面板下方指示灯正常，喇叭能发出操作系统正常启动后的声响，但显示器不亮。

分析与检修：从上述现象看，一体机主板与操作系统能正常工作，故障很可能发生在显示器上。引起显示器不显示的可能原因有电源故障、屏故障、视频控制板故障、背光灯不亮故障等，其中背光灯不亮的故障较为常见。而背光等不亮的原因又分为背光LED灯条损坏和灯条供电异常两种情况。

打开机器外壳，可以看到主板固定在一体机后背板上，背光灯条电源电路板固定在显示器后面支架上，CH801插头经扁平电缆和主板相连， CH804插头经扁平电缆和4个LED背光灯串连接。拔出CH804插头，在一外部60V电源的正极引线串接一只510Ω功率电阻，将电阻的另一端点接触CH804插头的3（4）脚上，地线依次接触1脚、2脚、5脚、6脚，分别检测4路LED灯串是否正常，发现4路LED灯串均能点亮。因此判定LED灯条电源板异常。

恢复CH804插头，将一体机加电开机，分别测量CH801插座1脚、2脚、3脚、4脚对地电压，测得1脚、2脚对地为+12V（VIN）正常，3脚对地为+5V（ENA）正常，4脚（PWM）对地为+2.6V左右正常；测量CH804插座各引脚对地电压，结果为3（4）脚（Vout）对地为+12V不正常，其它各引脚均为0V异常；测量U1（OZ9998AGN）19脚（VIN）为+12V供电正常，U1的17脚（VREF）为0V不正常，显然U1未正常工作。考虑到集成电路一般不易损坏，且U1的外部元件数量不多，于是断电后重点对U1的外围元件逐个检测，最终发现电阻R803（10kΩ）开路。R803开路使得从主板来的用于开启LED灯串电源的控制信号ENA不能到达U1的13脚（ENA），电路无法工作。由于手头没有10kΩ的贴片电阻，试用一只5.6kΩ贴片电阻代换R803。加电开机，显示器恢复正常，故障排除。

青岛  孙海善 陈巍 丛涛