TFT—LCD电源电路的设计与仿真

王振

摘 要： 针对TFT-LCD驱动板代换后存在的因电源带负载能力差、液晶屏显示存在异常的问题，对原有电源电路的设计进行改进了，特别添加了增流电路，以提高电源带负载能力，预先对所设计电路用EDA仿真技术进行可行性验证，解决了液晶显示器配板后显示不正常的问题。

关键词： TFT-LCD； 带载能力； 扩流电路； 仿真

中图分类号： TN 873.93 文献标志码： A 文章编号： 1671-2153（2015）05-0091-03

0 引 言

某高校计算机实验室配备了一批惠普宽屏19英寸宽屏TFT-LCD显示器，已经过了保修期，该型号液晶显示器通病是A/D驱动板（也叫主板主控芯片MCU）损坏，为了缩短维修周期和降低维修成本，目前最有效的方法是用市场上成本较低的通用驱动板代换维修。系统电路板改装重新连接之后，发现这一批次的宽屏液晶显示器能显示，但显示画面异常，有时会出现凝固现象。经技术分析，故障是由于所更换的驱动电路板集成度低、功耗大，导致原电源板输出端+3.3 V带负载带能力不足，需要对驱动板电路进行改进，以增强其带负载能力。本文运用Protel DXP2004 中的仿真功能，从电路参数设计，电路功能仿真验证可预先对设计电路进行参数调整，从而缩小研发成本。

1 待改进的液晶显示器电源电路

由于学校计算机房有几百台型号为HP19L02 19英寸宽屏液晶显示器，该种TFT-LCD液晶屏驱动板有个通病，设备的损坏率很高。要更换原厂电路板的成本太高，经综合比较和研究后，决定用低价的通用驱动板来替换原来的驱动板。而新更换的驱动板功耗远大于原来驱动板，会出现画面显示异常现象，经研究后表明该现象是由于电源带负载能力不足造成的，需要设计改进原电源带负载能力。本文主要研究如何改进原有的+3.3 V的电源电路，以提高其带载能力。

根据宽屏液晶显示器的PCB图，绘制出了+3.3 V输出端的局部电路图，如图1所示。

图1中，LM1117为3.3 V三端稳压器，其最大输出电流1 A[3]。3处为开关电源输入，一般为5 V；2脚输出为3.3 V，RL为电源的负载，实际上是驱动板电路模块。该电路为原来液晶驱动板供电电路，厂家原有设计，现在换电路板后，原来设计不可能满足现在的实际应用要求，随着外接元件数值的变化，原有电源电路的稳定精度将受到影响。

下面介绍对电源电路的增流设计，以便解决更换驱动板后出现的液晶屏显示不正常的问题。

2 液晶显示器电源电路的带载能力设计

该设计方案是在原来+5 V电源电路的基础之上，在电路外围新增加了部分电路，来增强电路输出电流（远大于1 A），提高其带负载能力。

改进电源电路中应考虑的问题：

（1） 更换更合适的滤波电容。主要是起到抑制纹波，减小噪声，保正电源直流输出电压稳定。

（2） 在稳压IC外增加扩流电路。设计增加三极管、电阻、二极管等部件，以增强电源带载能力，达到定输出电压的效果。

图2为经过笔者改进后的带扩流功能的电路。图2中，Q处增加了一个外接扩流大功率三极管，为了改善散热效果，在电路设计中增加了散热片。经过改进后该设计不仅增大电路的输出电流，而且提高了电源的带负载能力。C1为输入滤波电容；C4为输出滤波电容；R1为Q1的偏置电阻；C2和C3为了去除高频，以防止高频自激[4]。

电源电路扩展输出电流的工作原理：

设三端稳压器LM1117的最大输出电流为Imax，则晶体管Q的最大基极电流Ib=Imax-IRL，则负载电阻RL上的最大电流I可表示为

I=（1+β）（Imax-IRL）。

三极管Q导通时，电容C4和R1以及Q的发射结与RL组成闭合回路；二极管D1用于消除Q对输出电压的影响（发射结的导通电压为0.7 V）。

一般三极管的基极电流Ib很小，与Imax相比可忽略不计，I比Imax大许多，可见输出电流提高了，元件电参数选择可根据负载（约1.5～2 A）的变化且留有一定裕量，从而可提高电源的带负载能力[5]。

3 两种电路带载能力的对比仿真

为了节约电路设计和制作成本，额外增加部分电路参数选择可用EDA仿真方法。本文用Protel DXP2004的仿真功能，对改进后的电路图2与原来电路图1进行仿真验证，比较二者的带负载能力的差异。

3.1 仿真参数设置

首先，在在仿真模块中设置仿真参数，可对电路进行傅里叶分析和瞬态分析[6]，仿真参数设置对话框的界面如图3所示。

为了方便查看实验效果，实验中显示器上只设置显示两个波形，设置中只突出显示了输入端（in）和输出端（out）两个波形。

3.2 仿真波形对比分析

实验中负载加大（RL变小）后输出的仿真波形如图4所示。由图4可以看出，当负载增大到超过LM1117的最大输出电流（1A）时，输出电压明显不稳定，图中输出电压（out）下降，且纹波明显增大，5 V下降为3 V左右（3.500与-0.500之间压差为4 V），波形明显凸凹不平[7]。

为了增加电源的带负载能力，在原电路的设计基础之上添加增流三极管Q后，经反复实验，在相同的负载情况之下，改进后的输出直流电压稳定在+3.3 V，加扩流三极管后仿真波形如图5所示。由图5可以看出，经过改进后的设计输出波形没有纹波，输出电压也稳定在3.3 V。

4 结束语

本文通过对HP19英寸宽屏TFT-LCD液晶显示器原有的电源电路进行改进，扩展其输出电流，以增强+5 V电源带负载能力。首先用EDA仿真软件，对所设计电路进行了仿真，大大降低了更换电源模块的成本，然后用实际电路进行验证，解决了电源带负载能力。改进后的电源电路，增加的电子元件很少，所有组件制作在一块很小的PCB板上，通过增加引线连接原有电路，该改进电路被用于HP19L02显示器上，未发现显示画面死机凝固现象，验证了电路设计的正确性。该设计理念及解决方案可为其他类似问题的解决提供借鉴。

参考文献：

[1] 伏家才. EDA原理与应用[M]. 北京：化学工业出版社，2010.

[2] 孙承庭. 计算机硬件维修[M]. 北京：清华大学出版社，2009.

[3] 刘午平，刘建清. 液晶彩显从入门到精通[M]. 北京：国防工业出版社，2010：311-312.

[4] 赵贺. 三端集成稳压器扩流方法分析[J]. 电子测试，2012（1）：81-82.

[5] 周绍庆. 模拟电子技术基础[M]. 北京：北京交通大学出版社，2008.

[6] RUDNICK E M，PATEL J H. Methods for reducing events insequential circuit fault simulation[J]. Pro Conf on CAD，2005：546-549.

[7] 代国定，胡波. 提高峰值电流模DC/DC带载能力的限流设计[J]. 华中科技大学学报：自然科学版，2011，4（39）：30-31.