Переделка подсветки телевизора (устранение ШИМ-мерцания)

Автор: SSMix
Опубликовано 23.09.2019
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2019!"

В статье описана несложная процедура переделки телевизора LG 32LN570V в части устранения ШИМ-пульсаций подсветки экрана.

     Есть в современных ЖК-телевизорах со светодиодной подсветкой такая типичная неприятная неисправность, как перегорание одного из светодиодов этой самой подсветки. Визуально это проявляется в отсутствии свечения экрана (хотя подсветка может периодически кратковременно появляться после включения с очень малой яркостью). Если посветить на экран внешним источником света, то можно рассмотреть какое-то изображение. Звук при этом присутствует.
     Всё дело в том, что несколько десятков мощных светодиодов подсветки соединены последовательно, как в гирлянде, и перегорание одного из них приводит к увеличению напряжения питания цепочки светодиодов схемой управления в попытке застабилизировать заданный ток подсветки. В модели телевизора LG 32LN570V в подсветке стоит 21 светодиод LATWT470RELZK по 1 Вт каждый. При нормальной работе на цепочке светодиодов падает напряжение около 75…80 В. При обрыве одного из светодиодов напряжение увеличивается до 135 В и срабатывает защита. При этом может наблюдаться кратковременное периодическое засвечивание экрана при протекании небольшого тока через неисправный светодиод.
     Ремонт такой неисправности в телевизорах с задней подсветкой – удовольствие не из приятных. Чтобы добраться до светодиодных линеек, необходимо разобрать матрицу полностью – со всеми светофильтрами, поляризационными и прочими плёнками. При этом есть риск повредить саму матрицу механически, по неосторожности отслоив от неё приклеенные шлейфы. После ремонта подсветки необходимо собрать всё назад в такой же последовательности. Видеоролики по процедуре ремонта подсветки в данной модели телевизора можно найти на Youtube. Там же был найден интересный ролик «Переводим LED монитор на технологию Flicker-Free (без мерцания)», в котором автор использует фильтр и внешний мощный транзистор, на котором рассеивается избыточная мощность подсветки.
     В данной же статье речь пойдёт о том, как работает регулировка тока подсветки, как предотвратить возникновение подобной неисправности и убрать ШИМ-мерцание подсветки более экономичным способом.
Физически схема управления подсветкой расположена в блоке питания телевизора:

     Вот фрагмент электрической схемы управления подсветкой:

     Специализированная микросхема IC801 MAP3202SIRH включает в себя:
     - контроллер повышающего преобразователя (Q801, Q803, L801, D801, C801) со встроенным генератором и с обратной связью по напряжению (R831, R830, R813) и току (R820),
     - схему управления ключевым транзистором Q802 с обратной связью по току (R822…R829),
     - внутренний источник опорного напряжения 5В с током нагрузки до 10 мА, схему ШИМ-модуляции (вход PWMI),
     - схемы защиты:
     - от пониженного напряжения питания (<8В),
     - от повышенного тока повышающего преобразователя (>0,36В на входе CS),
     - от превышения напряжения питания цепочки светодиодов (>3В на выводе OVP),
     - от превышения тока подсветки (по выводу FBN).
     Вот типовая схема включения MAP3202:

     Vin – это входное напряжение повышающего преобразователя, обозначенное на схеме блока питания как DD (+33В). Цепочка резисторов обратной связи по напряжению (R831, R830, R813) ограничивает выходное напряжение на уровне 135В.
     Резисторы в истоке ключевого транзистора Q802 (R822…R829) с результирующим сопротивлением RLED=2,05 Ом определяют ток через светодиоды подсветки как ILED= VFBP/ RLED. Опорное напряжение VFBP задано резистивным делителем R811, R814 и составляет VFBP=R814*UREF/(R811+R814)=10к*5В/(51к+10к)=0,81967В.
     Отсюда максимальный ток подсветки ILED=0,81967В/2,05 Ом=400мА.
     Если принять, что падение напряжения на одном светодиоде LATWT470RELZK составляет 3.05-3.65V, то в худшем случае при токе 400 мА на нём будет рассеиваться мощность 3.65В*0,4А=1,46Вт.
     Для уменьшения максимального тока через светодиоды была выпаяна одна цепочка резисторов R826, R827, в результате чего результирующее сопротивление RLED стало равным 2,73В, а максимальный ток подсветки уменьшился до ILED=0,81967В/2,73 Ом=300мА.   Рассеиваемая мощность каждым светодиодом также уменьшилась до 1Вт.
     Субъективно яркость экрана снизилась не слишком заметно, запас остался значительным, так что в принципе можно оставлять только 2 пары токозадающих резисторов для увеличения надёжности работы светодиодов.
     Регулировка тока подсветки в рассматриваемой модели телевизора выполнена путём ШИМ-модуляции тока через светодиоды. Частота ШИМ во время работы составляет 120Гц (в отсутствие сигнала частота может уменьшаться до 100 Гц) . Скважность регулируется из меню ПОДСВЕТКА, а также в небольших пределах автоматически в зависимости от сюжета изображения. Сигнал ШИМ размахом 3,3В и частотой 120 Гц подаётся на вывод PWMI микросхемы MAP3202. По выходу PWMO происходит ШИМ-управление ключевым транзистором Q802. Причём, ШИМ-модуляция на входе PWMI имеется даже при установленном на 100% уровне подсветки из меню.
     Вот как выглядит при этом пульсация экрана телевизора (сигнал белое поле, подсветка 100%, контрастность 55%, яркость50%):

     Для эксперимента был вынут контакт с проводом PWMI из разъёма P201, а параллельно резистору R804 10к подпаян переменный резистор 22к. ШИМ-мерцание полностью пропало, а ток подсветки стало возможно регулировать при помощи дополнительного переменного резистора по выводу FBP микросхемы MAP3202, уменьшая на этом выводе опорное напряжение.
     Можно было бы так всё и оставить (рабочий, самый простой и быстрый вариант), прикрепив дополнительный резистор внутри телевизора с выведенной наружу ручкой через заднюю крышку, но хотелось сохранить возможность оперативной регулировки уровня подсветки непосредственно с пульта ДУ телевизора. Тем более, что в данной модели для каждого источника сигнала запоминаются свои настройки.
     Для этой цели была разработана небольшая схема, преобразующая ШИМ-сигнал управления подсветкой в шунтирующее резистор R804 сопротивление. При этом ни при каких обстоятельствах напряжение на входе FBP микросхемы MAP3202 не должно превышать заданного делителем R811, R814 напряжения 0,81967В, дабы не повредить светодиоды подсветки повышенным током.
     Вот данная схема:

     ШИМ- сигнал уровня подсветки размахом 3,3В поступает на ограничитель R1, DA1 для устранения влияния размаха управляющего сигнала на ток подсветки. Ограниченный на уровне 2,5 В ШИМ-сигнал делится в К=3,12 раз и сглаживается элементами R2, R3, C1, после чего подаётся на неинвертирующий вход ОУ DA2.1 MCP6002. С его выхода напряжение подаётся на вторую цепочку RC-фильтра R4, C2 и повторитель напряжения на DA2.2. Выход повторителя через ограничительный резистор R5 1к и защитный диод VD1 поступает на вход FBP микросхемы MAP3202 блока питания телевизора. На инвертирующий вход первого ОУ подано напряжение обратной связи с FBP. Таким образом происходит поддержание входного напряжения на неинвертирующем входе первого ОУ (т.е. на выходе схемы), равным выходному напряжению на входе FBP MAP3202. При 100% установленном уровне подсветки входное напряжение ОУ составит 2,5В/3,12=0,801В, т.е. не превысит штатного уровня +0,8196В на входе FBP. Диод VD1 препятствует попаданию повышенного напряжения на вход FBP в нештатных ситуациях. Фактически, схема через диод VD1 лишь шунтирует нижний резистор R804 10к в штатном делителе на входе FBP. Также диод VD1 выполняет ещё одну важную функцию. При минимальном уровне подсветки он препятствует понижению напряжения на входе FBP микросхемы MAP3202 до нулевого значения, иначе изображение на экране становится слишком тёмным.
     Дополнительная схема собрана на односторонней печатной плате размерами 16х17мм:

     К плате блока питания телевизора подключение производится 4-мя проводками.
     До переделки:

     После переделки:

     Вход PWMI берется от перемычки J3, которая выпаивается, разрывая цепь к PWMI MAP3202.
     Вид с лицевой стороны в собранном виде:

     После переделки было произведено измерение управляющего напряжения на входе FBP MAP3202 и вычислены токи через светодиоды подсветки с учётом сопротивления RLED=2,733 Ом:

     Сама дополнительная платка была заключена в термоусадку и оставлена висеть на 4-х проводках:

     После переделки получилось полное отсутствие пульсаций во всём диапазоне регулировок (сигнал белое поле, подсветка 45%, контрастность 100%, яркость50%):

     Причём, если до переделки для уменьшения влияния ШИМ-мерцания на зрение приходилось устанавливать уровень подсветки на 100%, уменьшая излишнюю яркость экрана уменьшением контрастности (т.е. уменьшая светопропускание матрицы), то теперь контрастность можно устанавливать на 100%, а регулировать уровень подсветки и яркости. Как видно на первом фото, уровень яркости экрана до переделки при поднесении вплотную к экрану составлял 96 люкс при токе подсветки 400мА (100% уровень подсветки). После переделки при токе 151мА уровень яркости составил 81 люкс при 45% подсветки.
     Таким образом, комфортный ток подсветки был уменьшен в 2,65 раз, что благоприятно сказалась на тепловом режиме светодиодов и долговечности их работы, а также было полностью устранено ШИМ-мерцание подсветки экрана.
     Нагрев задней стенки телевизора после доработки заметно уменьшился.
     Подобную доработку возможно произвести и на других моделях телевизоров, использующих микросхему MAP3202 или аналогичную.

Файлы:
Файлы к статье

Все вопросы в Форум.