HP4951Aの電源回路の故障原因がちっぽけな0.1uFのセラミックコンデンサのリークだったというのを経験して、もしや液晶のバックライトインバーター回路の発振停止も実はもっと単純な原因だったのかもしれないと思うようになった。

もともと冷陰極管インバーター回路はPWMコントローラーとスイッチング回路から構成されていてスイッチング回路はMOSFETとトランスだけの単純な構成。PWMコントローラーの周辺にはたくさんの受動部品がついている。そのどれかがリークとかを起こせば発振に影響を与えることは十分可能性がある。

しかし基板の半田面に面実装されているのではがして調べるのも難儀ではある。

もともと温度条件とかが厳しいので温度サイクルによって部品が劣化するのは十分予想できる。

たかが小容量のコンデンサのリークごときで電源が死んでしまうというのは想像もしなかった。今度同じようなものに出会ったらそのあたりも要チェックである。

ちょうどヤフオクで２灯式のバックライトインバーターが出ていたので購入。

ちゃんと動作した。けれども基板が剥き出しのままだったので金属フレームに接触した際にどっかショートしたらしく煙りが出た。

どうも２灯分ある回路の一灯側のFETが破裂しているようで１灯式になってしまったらしい（；´Д｀）

ううむどうしようか、また買おうかと悩んだが。コンデンサでカップリングしてある部分にもう一方の冷陰極管をコンデンサと並列につないでみたところ２灯とも点灯ししかも１灯だけの場合よりも明るくなった。

このインバーターは自励式といってスイッチング用のFET自身が発振回路も兼ねているという簡単なもの。液晶モニターに備え付けのものは他励式といってスイッチング用のFETとは別に発振駆動用のICや回路がある。他励式の良い点は発振を自在に制御できるので明るさや省電力動作時の発振停止、再開とかを安定した発振を保ちながら外部から制御できる点。

今回は自励式のもので備え付けのインバーター回路を殺して置き換えた感じだが、明るさの調整はもう効かない。省電力モードでもバックライトは点いたままで約１Wぐらいの電力を消費する。



なんとか昼間でも画面が見えるので夜間に使う分には明るすぎることもなくちょうど良いかもしれない。

これでこのスレッドは終了。

オリジナルのインバーターを使わずにバックライトだけを外付けインバーターで点灯させる実験をしてみることに。

まず基板上のインバーターが動作しないようにインバーター回路の基板実装フューズを取り外す。

次に２つある冷陰極管の片方のコネクタケーブルを途中で切断しそれを秋月のインバーターの冷陰極管コネクタにケーブルをハンダ付けしてつなぐ。

秋月のインバーターに24V電源を与えて点灯してみる。

右半分がうっすら白くなった。点灯はしているくさい。

試しにビデオ信号を入れて表示の具合を見てみたら悪くない。片側だけでもとりあえず画面全体は見える。

欲を言えば12V電源の２管用のインバーターがあれば基板から電源がとれるのでちょうどよいのだが。もしくは12V電源のものを２つ使うか。

また後日考えてみよう。これが使えると解像度が大きいのでかなりうれしい。

発振停止前後の波形に共通する特徴に気づいてもう一度問題のFETのドレイン電圧波形とその時の励起ICに対するデジタルボードからの励起ON入力信号を動じに観測してみた。



最初に気づいたのは発振停止直前にのみ電源電圧を遙かに超えるスパイクが連続的に発生している点である。程度の差こそあれどのFETにも同じ傾向はある。これがそのまま抵抗分圧でゲートに乗っているためゲート電位にも比例した大きさのスパイクが乗るという理屈だった。

問題は何故発振が止まるかという点だった。これが励起ICに対する励起ONの入力信号を観測することで原因が明らかになった。

励起ONは電源ボタンをONにするとデジタルボードからTTLレベルでHightが出力され励起ICに入力され発振が開始される。フロントの電源ボタンを押すと電源は供給されたままで発振だけ停止させバックライトを消灯させるために励起ON信号はlowが入力される。

波形を見ると発振停止直前のわずかな間励起ON入力にスパイクが乗り始めminレベルでは0Vに達してしまっているのがわかる。これが発振を停止するトリガーとなっていたのである。

そうすると問題は何故発振が開始して一定時間たつとドレイン電圧に過剰なスパイクが乗るかという点。これはもともと発振トランスの逆起電力によるものと思われる。明らかに異常発振が起こってそのノイズがあちこちに伝搬してしまっていると思われる。

と思ってあちこちにコンデンサでバイパスしてみるとある箇所で発振が停止しなくなった。問題のスパイクが発生しているFETのドレインである。電解コンデンサをデカップリング用に近い場所に試しに付けてみたところ発振は止まらずバックライトが点きっぱなしになった。しかし電解コンデンサは過剰なリップル電流でたちまち熱くなっていった。

しかし直接その電解コンデンサだけをつなぐと以前と変わりなく。オシロの長いグランドを途中に介してつなぐとずっと発振しつづけてくれる。インダクタンスと電解コンデンサが直列になってうまくいっているのだろうか？

オシロの片方のチャネルのプローブのグランドともう一方のチャネルのプローブのグランドを電解コンデンサと直列に接続してFETのドレインをバイパスすると発振が止まらずにバックライトが点灯し続ける。

しかしそのうちFETが加熱して面の紙エポキシ基板が茶色に変色し始めたと思ったらもう連続では点灯しなくなってしまった。

とどめを刺したくさい。

間欠的にバックライトは点いたり消えたりしているので発振が間欠的になっている。やはり励起ICが次の段階まで劣化してしまったのだろうか。間欠的には点灯するのでその間だけ画面が見える。

波形も以前とはだいぶ変わってしまった。電源電圧が発振中はがくっと下がってしまい、それに応じて励起ICのゲート制御信号もレベルが下がってしまって発振が続かない。

これはもうインバーター回路が完全にだめくさい。

外付けインバーターにするしかないか。

よく考えたら答えはnegativeだった。

もともとゲートドライブ信号のレベルは電源電圧の半分ぐらいなのでショットキークランプを入れても電源電圧までのスパイクは残ってしまう。

あるとするとゼナーダイオードをグランドの間に入れて定常時の最大値レベルを超えるスパイクを押さえるしかない。

最初交換したNichiconのFine Gold電解コンデンサーは高温になりながらもそれほど容量抜けはなかった。

1kHzでのESRを測定するとNichiconのPWシリーズと同じぐらい低かった。

もともとFine Goldはオーディオ用なのでオーディオ帯域でのインピーダンスは低い仕様なのだろう。スイッチング電源とかの高い周波数(100kHz)ではPWシリーズの方が伸びが良いのかもしれない。オーディオ用はそれ以外に遅延とかが或程度フラットであるとかいうのがあるかもしれないが電源用など関係ない。

もともとこのAdtecの液晶ディスプレイのインバーターはFETが異常に発熱するなどの設計不良があったのは確か。オシロで見てもFETが同時にONとなっている期間があるので励起IC側の問題かもしれない。直ってもやはり発熱するだろうからなんか考えないといけない。

励起ICのFETドライブ信号を観測するともともと電源電圧よりも高いスパイクが出ている

片方のFETドライブ信号だけがおかしいのでおかしいほうでIC内部のショットキークランプダイオードがオープンになってしまっているのではとふと思いついた。

ならばICの外でクランプすればよいのではと思ったがショットキーダイオードの持ち合わせが無いので出来ずじまい。

波形を見ると低い方の電位はFETのゲートにつながっているゼナーダイオードがONすることで一定電位に保たれている。

そのうち適当なショットキーダイオードを買ってきてつないでみよう。

ついふらふらと秋月の店舗の中に入り込んだら見つけてしまった冷陰極管＋専用インバーターセット、300円とは魅力。秋月とかはちょっとしたお小遣いで買えるキットが豊富なのがうれしい。子供の頃に数百円のプラモデルなんかを買うのと似た感覚。

電源が24Vと高めなのが難点。手持ちの実験用電源は21Vが最大。まあ動くだろうとつないでみたら点灯した。

冷陰極管といいながら点灯している時はうっすら透けて見える片方の電極が赤熱している様子がうかがえる。子供の頃に大きな蛍光灯管をつかって実験した時もそうだったけど電極部が赤熱する。それだけ高周波電流が流れているということだろう。

高圧プローブをつないで冷陰極管に印可されている電圧波形を観測してみた。やはり1.55kVp-pぐらいの正弦波がでている。24Vで動作すればもう少し高圧になるのかも。



これを壊れた液晶モニターの内部に仕込めば少しは使いものになるかもという。冷陰極管を入れるのが大変そう。

かといって液晶モニターについている冷陰極管をこのインバーターで点灯させるのは難しいかもしれない。インバーターというのが冷陰極管の特性に合わせて設計されているので、異なる特性の冷陰極管をつないでも正常に発振するかどうかは謎。それに液晶モニターのそれは２つのトランスで４つの冷陰極管を点灯させているように見える。コンデンサを使ってうまいこと１つのトランスに２つの冷陰極管をつないでいる。ある種のパワーディバイダーだろうか。

発振が開始して140msec後に停止してしまう挙動は、どうも励起ICが異常発振と見なして発振を停止している動作のようにも見える。

だとするとどっか異常な発振の兆候があるのではと先の回路図を眺めながらポイントの波形を観測してみた。

すると２組あるスイッチ回路のP型MOSFETのゲート電圧波形を見比べると違いがあることが判明。



上側のは最大値が割となだらかに保たれているが、下側のはかなり発振停止時の電位よりも激しく飛び出ている。

本来はゲート電位はそんなに高い電位にはならないはずが発振開始直後からかなり高い電圧が出ている。上側のとは対照的である。

結局ゲート制御信号はOZ960Gのピンから直接出力されているのでその信号にスパイクノイズが乗っているということになる。電源等からの回りこみではないことは電源レベルを同時観測して明らか。

ということでOZ960G自身が熱で劣化してしまったか何かくさい。

もともとこの状態に陥ったのは電解コンデンサを交換して安定して動作するようになったのでカバーを元に戻してしまったことに原因があるような気がする。依然としてコンデンサやFETが著しく発熱しカバーを元に戻して使用開始してすぐに今の状態に陥ってしまった。

所詮この調査は、もったいない精神からちょっとしたパーツの故障であれば交換すればという発想で始めたので、ちょっとした交換ですまなければ当初の前提から外れてしまう。

熱で劣化したOZ960Gが内部で発生するスパイクノイズによって誤動作し発振を停止してしまっているという気がする。

電源ボタンを入れた直後一瞬の間バックライトが点灯し画面が表示されるだけになんとも悔しい限りである。バックライトが消えてしまった状態でも昼間ならば何か表示しているのはうっすら見えるのでバックライトだけ別のインバーターで点灯させればいいのかもしれない。

また何かアイデアが出たらやってみることにしてひとまず終了。

基板を調べてインバーターのFETスイッチング回路を起こしてみた。

割と単純で波形を観測する限りはスイッチング動作は正常と思われる。ただ正常に動作していた頃はFETと電源デカップリング電解コンデンサが異常に発熱していて紙エポキシ基板が茶色に変色していた。



興味深いことに発振トランスはDCカットされているという点。それとP型MOSFETのゲート制御信号もDCカットされているということ。

FETが発熱していたということはどっかでN型とP型が同時にONになっていてどちらかが中途半端にONになっている期間が定常的に存在していたということだろう。それによって短絡電流が流れて電解コンデンサが充放電を繰り返し発熱というシナリオだったのかもしれない。とすると今のところこの部分については問題無いという結論になる。

とするとやはり駆動用ICであるOG960Gの動作が怪しい。