desarrollo del manual de mantenimiento preventivo y correctivo en
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL CULHUACAN DESARROLLO DEL MANUAL DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y CORRECTIVO EN TELEVISIONES CON PANTALLA DE LCD T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA PRESENTA: JORGE LUIS HERNÁNDEZ CÁRDENAS ASESORES: ING. CELEDONIO ENRIQUE AGUILAR MEZA ING. CARLOS AQUINO RUÍZ MÉXICO D.F. 2015 IPN ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN TESIS INDIVIDUAL Que como prueba escrita de su Examen Profesional para obtener el Título de INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA deberá desarrollar el C.: JORGE LUIS HERNANDEZ CARDENAS “ DESARROLLO DEL MANUAL DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y CORRECTIVO EN TELEVISIONES CON PANTALLA DE LCD.” Justificación del trabajo: En México gran parte de la tecnología electrónica de consumo de audio y video son importados de países Asiáticos y de Norteamérica, marcas principales como son Sharp, LG, Samsung, Mitsui, Polaroid y otras, para poder dar mantenimiento preventivo y reparar los televisores con pantalla LCD se requiere personal profesional, capacitado y con conocimientos actualizados en los circuitos electrónicos de última generación y también que tengan habilidades en procedimientos de reparación específicamente con circuitos de montaje superficial. CAPITULADO I.II.III.IV.- ESTADO DEL ARTE. MARCO TEÓRICO. DESARROLLO. PROCESO DE REINGENIERIA México D. F., a 6 de julio de 2015 ING. CELEDONIO ENRIQUE AGUILAR MEZA PRIMER ASESOR ING. CARLOS AQUINO RUIZ SEGUNDO ASESOR ING. FELICIANO PRIMO ISIDRO CRUZ JEFE DE LA CARRERA DE I.C.E. M. EN C. HECTOR BECERRIL MENDOZA SUBDIRECTOR ACADEMICO Agradecimientos A Dios por permitirme lograr este objetivo y porque me ha mostrado lo que debo hacer de aquí en adelante, ahora he empezado a encontrar mucho de lo que había estado buscando. Lograr esta meta es un gran logro para mi vida y para la vida de mi familia, deseando que esto sea una muestra del camino a seguir. La preparación constante es una forma de vivir y se vuelve parte del ser. Agradezco a mi padre Juan Hernández por su enseñanza con el ejemplo a ser constante y perseverante para ser exitoso. Agradezco a mi madre Obdulia Cárdenas por su cariño y amor que siempre me ha acompañado para afrontar la vida. A ambos les dedico este logro que también es de ellos. Agradezco a mi esposa que ha estado conmigo hombro a hombro para formar ahora nuestra vida, por su interés y compromiso que con amor me impulsa en cada empresa a realizar. A mis hijas que me inspiran en todo momento y que son una plantita que va creciendo y deben empezar a echar raíces para que se desarrollen con una guía firme. Gracias al Instituto Politécnico Nacional por haberme formado para la vida profesional y haberme dado una personalidad en el ámbito laboral y personal. Agradezco a mis asesores por prestarme mucha atención, empatía, consideración y amabilidad en todo momento para ayudarme a desarrollar estas memorias, al Ing. Celedonio Enrique Aguilar Meza y al Ing. Carlos Aquino Ruiz. i ÍNDICE Introducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Justificación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Objetivo General. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Objetivos Específicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Página ix xi xiii xiv xiv Capítulo 1 Estado del arte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Principios de operación del primer sistema de televisión . . . . . . . . . . 1.1.1 La producción de programas de televisión. . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.2 Arribo de la televisión en América Latina. . . . . . . . . . . .. . . . . . . 1.2 Televisión de tubo de rayos catódicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 Partes del tubo de rayos catódicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 La televisión de plasma. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1 Ventajas de la tv de plasma frente a la tv de lcd . . . . . . . . . . . . 1.4 La televisión con pantalla de cristal líquido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.1 Matrices activas y pasivas para pantallas de lcd. . . . . . . . . . . . 1.4.2 Tipos de tecnología de lcd. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.3 Control de calidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.4 Monitores TFT (Thin Film Transistor) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.5 Diferencia del tv de lcd con el tv de plasma... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.6 Tiempo de respuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.7 Tamaño de pantalla. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.8 Distancia al observador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.9 Siglas de las tecnologías actuales de televisiones. . . . . . . . . . . 1.4.10 Pantalla OLED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5 La televisión con retro-iluminación LED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.1 Formato HD Ready y full HD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.2 Consejos para comprar una televisión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 7 9 12 13 16 23 23 28 29 30 31 32 32 33 34 35 35 36 40 41 Capítulo 2 Marco Teórico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Circuitos conversores DC a DC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Conversor tipo Fly back. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 Conversor tipo Buck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2.1 Operación del conversor Buck en MCC. . . . . . . . . . . . . 2.1.2.2 Operación del conversor Buck en MCD. . . . . . . . . . . . . 2.1.2.3 Limite entre modos MCC y MCD. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2.4 Cálculo de L y Co. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3 Conversor Boost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3.1 Modo de conducción continua – MCC. . . . . . . . . . . . . . 2.1.3.2 Modo de conducción discontinua - MCD. . . . . . . . . . . . 2.1.3.3 Límite entre MCC y MCD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3.4 Cálculo de L y Co. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 45 45 50 50 53 55 57 59 60 61 64 65 ii 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.1.4 Conversor tipo Resonante LLC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transformadores de alta frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El conmutador Mosfet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Técnicas de soldadura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1 Tipos de soldadura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.2 Soldadura sin plomo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.3 El flux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.4 El cautin y su punta de aleación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2.4.5 Pistola de aire caliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Circuitos QFP y BGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.1 Circuitos QFP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.2 Circuito BGA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Amplificador de audio clase D. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . Lámparas CCFL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LEDS de ultra brillo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 73 74 76 76 76 77 77 78 79 80 80 82 83 84 Capítulo 3 Desarrollo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Mantenimiento Preventivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 3.1.1 Mantenimiento preventivo a Tarjeta de Fuente de Alimentación. 3.1.2 Mantenimiento preventivo en tarjeta Main. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.3 Mantenimiento preventivo en tarjeta en Tcon . . . . . . . . . . . . . . 3.1.4 Mantenimiento preventivo en tarjeta Inverter. . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Mantenimiento Correctivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 3.2.1 Mantenimiento correctivo en Etapa de Fuente de Alimentación.. 3.2.2 Mantenimiento correctivo en la sección de Control (tarjeta main). . . 3.2.3 Mantenimiento correctivo en la etapa Inverter. . . . . . . . . . . . . . 3.2.4 Mantenimiento correctivo a la etapa de Tcon y Panel de LCD. . 87 88 90 91 94 95 96 98 107 115 124 Capítulo 4 Proceso de Reingeniería. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Actualización del sistema de iluminación con leds de alto brillo . . . . . 4.2 Procedimiento de Reingeniería para actualización a iluminación tipo Led. . . 4.2.1 Resumen del procedimiento de actualización. . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Aplicar el Proceso de reingeniería cuando un equipo tiene falla en la tar tarjeta Inverter. (sin cambiar lámparas a led). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Procedimiento de Reingeniería para cambiar dos tarjetas de inverter Tipo tipo master-Slave por una sola. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Implementar el proceso de Reingeniería cuando un equipo tiene Falla falla en la fuente de alimentación irreparable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Aplicar el Proceso de reingeniería en la pantalla Sensus para Ree reemplazar la fuente de alimentación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 129 130 144 Conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cibergrafia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 163 164 iii 145 149 155 156 Índice de Figuras Capítulo 1 Estado del Arte…………………………………………………………….. 1 Figura 1.1 Figura 1.2 Figura 1.3 Figura 1.4 Figura 1.5 Figura 1.6 Figura 1.7 Figura 1.8 Figura 1.9 Figura 1.10 Figura 1.11 Figura 1.12 Figura 1.13 Figura 1.14 Figura 1.15 Figura 1.16 Figura 1.17 Figura 1.18 Figura 1.19 Figura 1.20 Figura 1.21 Figura 1.22 Figura 1.23 Figura 1.24 Figura 1.25 Figura 1.26 Figura 1.27 Figura 1.28 Figura 1.29 Figura 1.30 Figura 1.31 Disco de Nipkow para descomponer una imagen visual…………… Esquema del tubo de rayos catódicos……………………………….. El iconoscopio antecesor del TRC…………………………………… El tubo vidicón antecesor del TRC……………………………………. El plúmbicon antecesor del TRC………….………………………… Imagen de video entrelazado para formar un cuadro de imagen.... Distribución de los sistemas de TV en el mundo…………………… El Tubo de Rayos Catódicos………………………………………….. Estructura del Tubo de Rayos Catódicos……………………………. Orden de los pixeles R-G-B…………………………………………… El cinescopio de TRC y el Yugo de Deflexión………………………. La punta de HV, mide hasta 40 000 VCD……………………………. Diagrama a bloques de un televisor de TRC………………………... Estructura de un pixel de plasma…………………………………….. Estructura de una pantalla de plasma……………………………….. Encapsulado del gas en una pantalla de plasma…………………… Relación de contraste en una pantalla de plasma………………….. Polarización de la luz para formar imagen en un panel de LCD….. Diagrama a bloques del proceso de video en una pantalla LCD.. Display de LCD………………………………………...……………….. Conexión en arreglo matriz de un panel de LCD…………………… Matriz con la representación de los colores RGB………………….. Estructura de un pixel en pantalla de LCD…………………………... Estructura de un Mosfet de tecnología TFT…………………………. Matriz activa de cristal líquido…………………………………………. Diferentes monitores de pantalla lcd…………………………………. Componentes de la Matriz Activa…………………………………. El tamaño de pantalla se mide en diagonal……………………… Comparación de iluminación Edge contra Full Led…………….. Diferentes formatos de resolución de imagen…………………… Diferentes tecnologías de pantallas actuales ……………………… 2 4 5 5 6 6 11 12 13 14 15 15 16 17 19 21 22 24 25 26 26 27 27 28 29 31 31 33 37 39 43 Capítulo 2 Marco Teórico ……….…………………………..…………………….. 44 Figura 2.1 Figura 2.2 Figura 2.3 Figura 2.4 Figura 2.5 Back Mod C Convertidor tipo Fly back (de retroceso) ideal ……………………… D queda en polarización inversa……………..………………………. El diodo D queda en polarización directa …..……………………… Modo de Conducción Discontinuo ………..………………………… Formas de onda de corrientes y tensiones en el convertidor Fly Back Modo Continuo……..…………..………………………………… 45 46 46 47 iv 47 Figura 2.6 fly Figura 2.7 Figura 2.8 Figura 2.9 Figura 2.10 Figura 2.11 Figura 2.12 Figura 2.13 Figura 2.14 Figura 2.15 Figura 2.16 Figura 2.17 Figura 2.18 con Figura 2.19 de Figura 2.20 Figura 2.21 Figura 2.22 Figura 2.23 Figura 2.24 Figura 2.25 Figura 2.26 Figura 2.27 Figura 2.28 Figura 2.29 Figura 2.30 Figura 2.31 Figura 2.32 Figura 2.33 Figura 2.34 Figura 2.35 Figura 2.36 Figura 2.37 Figura 2.38 Figura 2.39 Figura 2.40 Figura 2.41 Figura 2.42 Figura 2.43 Figura 2.44 Figura 2.45 Figura 2.46 Formas de onda de corrientes y tensiones en el convertidor . Fly Back Modo Discontinuo..……………..…………………………… Diagrama de conversor Fly Back en marca Sony ….……………… Diagrama del conversor tipo Buck……………………………………. El switch cierra t=0 en MCC ……………………………..…………… El switch se abre durante 0- T ………………………..................... Formas de onda del conversor Buck en modo MCC………………. Conversor Buck con bloque de control PWM………………………. El switch cierra en 0 < t < T………………………………………...... El switch se abre T<t<.................................................................. Instante T<t<T la corriente iL se anula………………………………. Formas de onda del conversor Buck en modo MCD……………….. El circuito Buck tiene a la salida un Co y una Ro…………………… Forma de onda de la corriente iL entre conducción continua y discontinua………………………….……………………….…………… Característica externa, tensión de salida (normalizada en función de la carga)……..…….………………………………………………. Corriente por Co………………………………………………………… Conversor Buck en una tarjeta Main marca LG………………..…… Conversor Boost, o Elevador o Step-Up …………………………..… Circuito equivalente cuando S conduce (0<t<T)………………..….. Circuito equivalente cuando S bloquea (T<t<T)…………………….. Principales formas de onda en MCC…………………………………. Intervalo 0<t<T………………………………………………………… Intervalo T<t<T……….………………………………………………. Intervalo T<t<T……..…………………………………………………. Formas de onda relevantes en MCD…………………………..…….. Corriente iL en el límite de MCC……………………………….…….. Vo/Vi en función de la carga Io …………………………………….… Diagrama de un conversor Boost de marca LG……………………. Diagrama de conversor resonante LLC …………………………….. Las tres regiones de operación del conversor resonante LLC …… Formas de onda característica del conversor LLC en la región 1.. Circuito operando en la región 2-modo 1……………………………. Circuito operando en la región 2- modo 2………………………...… Circuito operando en la región 2-modo 3……………………………. Conversor resonante LLC de marca Sony que genera 24 volts…. Transformador de núcleo de Ferrita………………………………….. Soldadura con alma de flux………………………………………..….. Componentes de la aleación de la punta del cautín……………….. Pistola de aire con sus boquillas de reducción de flujo de aire…… Boquilla de reducción para circuitos BGA de menos de 1.5 cm…... Circuito con empaque tipo DIP……………………………………….. Circuito QFP…………………………………………………………….. v 48 49 50 50 51 51 52 53 53 53 54 55 55 56 57 58 59 59 60 60 62 62 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 71 72 74 77 78 78 79 79 80 Figura 2.47 Figura 2.48 Figura 2.49 Figura 2.50 Figura 2.51 Figura 2.52 Figura 2.53 Figura 2.54 Circuito BGA con los balines tipo rejilla…………………………..….. Stencil para colocar los balines sobre el circuito……………………. Vista lateral de los balines de soldadura…………………………….. Maquina de reballing para resoldar circuitos BGA ………………… Diagrama a bloques de un amplificador digital clase D……………. Símbolo y polaridad del diodo LED…………………………………… Comportamiento de un Led en polarización directa e inversa….…. Iluminación de oficina con leds de alto brillo………………………... 81 81 81 82 83 84 84 86 Capítulo 3 Desarrollo ………………………………………………………………. 87 Figura 3.1 Figura 3.2 Figura 3.3 Figura 3.4 Figura 3.5 Figura 3.6 Figura 3.7 Figura 3.8 Figura 3.9 Figura 3.10 Figura 3.11 Figura 3.12 Figura 3.13 Figura 3.14 Figura 3.15 Figura 3.16 Figura 3.17 Figura 3.18 Figura 3.19 Figura 3.20 Figura 3.21 Figura 3.22 Figura 3.23 Figura 3.24 Figura 3.25 Figura 3.26 Figura 3.27 Figura 3.28 Figura 3.29 Figura 3.30 Figura 3.31 Figura 3.32 Figura 3.33 Figura 3.34 La pantalla de LCD se divide en 4 secciones……………………….. Soldadura fría en una tarjeta de fuente de alimentación…………… Capacitores electrolíticos inflados por sobre calentamiento………. Logotipo de la normativa europea Rohs ……………………………. Disipador de aluminio para ventilar la alta temperatura…………… Aplicación de la pasta térmica Artic Silver………………………….. Capacitores superficiales deteriorados……………………………… Cables flexibles que se conectan al panel de LCD………………… Conectores para recibir a los cables flexibles………………………. Soldaduras opacas en el transformador Inverter…………………… Capacitores electrolíticos de la tarjeta Inverter…………………….. Secuencia grafica para la resolución de una falla………………….. Capacitores electrolíticos inflados en fuente de alimentación…. Capacitor de poliéster se abre para fuente Samsung BN44-00338. Circuito oscilador L6599D para conversor forward doble………….. Capacitor crítico se cambia para que la fuente vuelva a operar….. La pantalla enciende al cambiar el capacitor……………………….. Fuente de alimentación para pantalla de marca Polaroid………….. Voltaje de 5 volts para la fuente de stand by………………………... Transistores superficiales de switcheo de Vcc……………………… 88 90 91 92 93 93 94 95 95 96 96 97 99 100 101 101 102 103 103 103 Circuito de control de switcheo de transistores para marca Polaroid …. .. 104 Voltaje de 14.95v en la base del transistor que está abierto………. 104 Voltaje de 14.36v en emisor del transistor reemplazado………….. 104 Pantalla Polaroid funcionando con el transistor reemplazado……. 105 Circuito con el transistor de control switcheado a Tierra………….. 105 Circuito de switcheo hacia la base del transistor…………………… 106 Televisor con pantalla obscura sin video……………………………. 107 La alimentación de t-con viene de la main………………………….. 108 Señales LVDS de la tarjeta main a la T-con……………………….. 108 Forma de onda de la señal digital LVDS……………………………. 108 Ubicación del circuito escaler en la tarjeta Main……………………. 109 Pistola de aire caliente para resoldar circuitos BGA……………….. 109 Circuito amplificador de audio digital NTP 3000…………………….. 110 Diagrama a bloques del amplificador digital de audio ……………… 111 vi Figura 3.35 Diagrama de tiempos para ordenes de encendido………………… Figura 3.36 Pantalla de marca Sony, no enciende……………………………….. Figura 3.37 Memoria EEPROM para el puerto VGA en la tarjeta main………… Figura 3.38 Voltaje de 3.3v de la fuente de stand by…………………………….. Figura 3.39 Fuente de alimentación activada al puentear la orden on/off…….. Figura 3.40 Voltaje de 11.96 volts y 24.22 volts con fuente activada para Inverter… Figura 3.41 Se retira memoria 24C04, es la memoria de microprocesador…... Figura 3.42 Televisor enciende una vez que se cambia la EEPROM………….. Figura 3.43 Componentes de la tarjeta Inverter…………………………………… Figura 3.44 Comparación de conectores de una tarjeta inverter marca Sony…. Figura 3.45 Tarjeta Inverter Sony de 32 pulgadas con 6 transformadores…….. Figura 3.46 Diagrama de pines oscilador OZ964…………………………………. Figura 3.47 Componentes superficiales que fallan para activar al oscilador…... Figura 3.48 Televisor de 19 pulgadas marca unirex……………………………… Figura 3.49 Tarjeta con dos transformadores Inverter……………………………. Figura 3.50 Dos pulsos de inducción, los dos inverter están correctos………… Figura 3.51 Desensamble del panel de 19 pulgadas……………………………... Figura 3.52 Lámparas rotas 1 par, fuera del panel de 19 pulgadas…………….. Figura 3.53 Lámparas obtenidas de otro equipo…………………………………. Figura 3.54 Encendido de la pantalla unirex………………………………………. Figura 3.55 Televisor AKAI con falla, se observa una sombra abajo del Logotipo…. Figura 3.56 Voltaje de la orden back light on/off que se mantiene en 4.51 volts……………. Figura 3.57 Voltaje de 23.88v que alimenta al Inverter y se mantiene…………. Figura 3.58 Tarjeta inverter de 7 transformadores………………………………... Figura 3.59 Transformador Inverter con 4 bobinados…………………………….. Figura 3.60 Tarjeta T-con con multiplexor y conversor DC a DC………………. Figura 3.61 Fusible F1 en T-con…………………………………………………… Figura 3.62 Falla provocada por T-con, video negativo o solarizado………….. Figura 3.63 Circuito AS15G que provoca la falla en imagen……………………. Figura 3.64 Circuito nuevo para reparar la falla de video solarizado…………… Figura 3.65 Pasta térmica para el disipador de aluminio………………………… 111 112 112 112 113 113 114 114 115 116 117 118 119 119 120 120 121 121 121 122 122 123 123 123 124 125 125 126 127 127 127 Capítulo 4 Procesos de Reingeniería. Solución de fallas en televisión …………….… con pantalla de LCD………………………………..……….………… 128 Figura 4.1 Figura 4.2 Figura 4.3 Figura 4.4 Figura 4.5 Figura 4.6 Figura 4.7 Figura 4.8 Figura 4.9 Figura 4.10 130 131 131 132 132 133 133 133 134 135 Transformadores Inversores fallan por sobrecalentamiento………. Televisor Philips que se actualiza a sistema de iluminación Leds... Sistema de Inverter maestro- esclavo……………………………….. Lámparas CCFL que se desmontaran……………………………….. Desensamble de las tarjetas de la pantalla Philips………………... . Desensamble del panel de lcd con una tarjeta plástica…………… Se retiran los filtros de polarización de luz………………………….. Se observan 18 lámparas de 70 cms de longitud………………….. Se desmonta el soporte de las 18 lámparas CCFL………………… Cinta de leds 3528-300 de Alta Luminosidad……………………….. vii Figura 4.11 Figura 4.12 Figura 4.13 Figura 4.14 Figura 4.15 Figura 4.16 Figura 4.17 Figura 4.18 Figura 4.19 Figura 4.20 Figura 4.21 Figura 4.22 Figura 4.23 Figura 4.24 Figura 4.25 Figura 4.26 Figura 4.27 Figura 4.28 Figura 4.29 Figura 4.30 Figura 4.31 Figura 4.32 Figura 4.33 Figura 4.34 Figura 4.35 Figura 4.36 Figura 4.37 Figura 4.38 Figura 4.39 Figura 4.40 Figura 4.41 Figura 4.42 Figura 4.43 Figura 4.44 Figura 4.45 Figura 4.46 Figura 4.47 Figura 4.48 Figura 4.49 Figura 4.50 Figura 4.51 Figura 4.52 Figura 4.53 Figura 4.54 Diagrama de conexión de los leds hacia la fuente de 24 volts……. Diagrama de Fuente Philips de 24 volts…………………………….. Polaridad de cada cinta de leds………………………………………. Back light convertido a iluminación por leds……………………….... Prueba de encendido de los leds con 24.17 VCD…………………. Iluminación total del panel con leds………………………………….. Consumo reducido de corriente de las tiras de leds………………. Cables finales de leds para conectar a 24 volts……………………. Se Re-ensambla el panel colocando los filtros de polarización…… Se coloca el panel de lcd sobre las micas de filtros de luz………… Se coloca el marco metálico…………………………………………... Se colocan las tarjetas sobre el panel ya ensamblado…………….. Se mide el voltaje de 23.97 volts de la fuente.…………………... … Medición de la orden back light on/off……………………………….. Cables de los leds que se conectan a 24 volts…………………….. Voltaje de los leds ya funcionando de 22.51volts…………………… Televisor ensamblado con iluminación tipo leds…….……………… Imagen del televisor con iluminación tipo Led………………………. Imagen de excelente calidad en brillo y color……………………… Televisor con falla de Inverter marca ONN………………………….. Voltaje de 5 volts……………………………………………………….. Voltaje de 24 volts ……………………………………………………... Orden Backlight on / off ……………………………………………….. Inverter Master-Slave de la marca ONN…………………………….. Salidas de alto voltaje una por cada tarjeta ………………………… Valor resistivo indica que no hay corto………………………………. El valor resistivo en 0 ohms indica corto de mosfets………………. Bobinado primario quemado en el inverter Slave…………………... Inverter Lg que se usa como reemplazo…………………………….. Conector de la tarjeta Lg y el conector de ONN……………………. Mica aislante para colocar la tarjeta inverter………………………… Conectores de alto voltaje de la tarjeta ONN………………………... Cables de lámpara soldados al inverter LG…………………………. Cable de alto voltaje cubierto con termofit………………………….. Soldadura en terminación redonda para evitar fuga de AltoVoltaje. Se aplica silicón para evitar arqueo de Alto Voltaje………………… Televisor ONN funcionando al aplicar el proceso de reingeniería. Televisor Sensus no enciende……………………………………….. Voltajes y corrientes de la fuente del equipo Sensus……………… Fuente marca Sensus y fuente reemplazo marca Mitsui………….. Voltajes y corrientes de la fuente del equipo Mitsui………………… Conexión de voltajes a la Main de la fuente Mitsui…………………. Conexión de voltajes al inverter de la fuente Mitsui………………… Televisor Sensus Encendido con la fuente Mitsui de reemplazo…. viii 136 136 137 137 137 138 138 139 139 139 140 140 140 141 141 142 142 143 143 145 146 146 146 147 147 148 148 148 149 151 151 152 152 153 153 154 154 155 156 157 159 159 160 161 Listado de tablas Tabla 1 Distancia optima de visualización de un TV LCD…………………........... Tabla 2 Comparativa de ventajas de la retroiluminación led vs. tubos CCFL.…. Tabla 3 Comparativa de Tecnología Plasma contra LCD………………………… Tabla 4 Temperaturas de Fundición de diferentes aleaciones de soldadura…... Tabla 5 Características de tiras de leds de Alto Brillo ……………………….…… Tabla 6 Consumo en watts de diferentes tipos de leds de Alto Brillo ……..……. Tabla 7 Características del Led de Alta Luminosidad…………………………….. Tabla 8 Comparación de los conectores de las dos tarjetas inverter…….……… Tabla 9 Voltajes indicados en la fuente del televisor Sensus………………......... Tabla 10 Voltajes indicados en la fuente del televisor Mitsui……………..……….. ix 34 37 41 77 85 86 135 150 157 158 Introducción El sistema de televisión ha evolucionado desde los equipos en Blanco y Negro que en menos de 20 años cambiaron a televisión de color presentado imágenes utilizando bulbos electrónicos. Un gran cambio en la tecnología del televisor sucedió cuando el bulbo fue reemplazado por el transistor, con esto los televisores se empezaron hacer de menor tamaño incluso portátiles, en aquellos tiempos la marca Sony fue pionera en la fabricación de estos equipos. El siguiente paso fue que el transistor se integrara con otros elementos electrónicos del tipo pasivo, en la llamada revolución del circuito integrado y el surgimiento del circuito digital llamado Microprocesador. En un inicio todos los televisores eran análogos, desde el encendido hasta el cambio de canales, el ajuste de volumen y la sintonía fina para captar el canal deseado. Gracias al microprocesador se diseñaron los sistemas digitales de control y de ahí la invención del control remoto, con el cual se podría tomar el control total del equipo televisor no solo para el encendido y apagado, control de volumen y cambio de canales, sino también para tener el control sobre él televisor y dejar a los demás integrantes de la familia fuera, ya que el dueño de lo que se veía en la televisión es del que poseía el control remoto. Toda esta tecnología electrónica del televisor se desarrolló con las señales de transmisión del tipo análogas, es decir el audio y video vienen moduladas en amplitud y en frecuencia / (AM y FM), y la pantalla en todo este tiempo fue un bulbo llamado cinescopio. Los circuitos digitales se han desarrollado de manera acelerada y la última generación de televisores con cinescopio fueron fabricados con un solo circuito llamado One Chip o circuito Único, este desarrolla todas las funciones para procesar video y audio además de tener incorporado el microprocesador para todas las funciones de control digital. El televisor siguió evolucionando y aparecieron los primeros televisores del tipo Plasma y después los televisores de LCD. En la tecnología Plasma el primer cambio fue reemplazar el Tubo de rayos catódicos por una pantalla plana delgada de no más de 1 ½ pulgadas. En el televisor con TRC se lograba presentar la imagen en la pantalla a partir de la proyección de un haz de electrones que golpea una capa de fosforo, y con la propiedad del fosforo de brillar se lograba tener tres colores RGB que al mezclarlos presentaban la imagen. Por más de 50 años esto no cambio hasta que llego la tecnología del Plasma, el cambio fue radical, en lugar de utilizar un haz de electrones para hacer brillar al fosforo se utiliza a hora un gas inerte para generar iones y estos son los que hacen brillar al fosforo. El funcionamiento principal del televisor de Plasma es el sistema electrónico y eléctrico para excitar el gas que x genera los iones, esto genera mucho consumo en corriente y por lo tanto consumo de energía, los primeros plasmas estaban cerca de los 1000 watts. La tecnología LCD es diferente por varios aspectos: El panel de LCD no utiliza fosforo No hay haz de electrones, ni gas inerte. Para generar el brillo que tendrá la imagen se usan lámparas CCFL. Además la tecnología LCD utiliza un principio electro-físico para cambiar la polaridad de la luz. Gracias a esto la pantalla tiene brillo y contraste en las imágenes. Otro cambio importante en la evolución de la televisión es el que tiene que ver con las señales que se procesan, desde la invención del televisor de bulbos hasta los modernos televisores con one chip y su TRC, las señales de televisión no cambiaron prácticamente duraron por más de 70 años con la misma característica son señales análogas . Esto es que su modulación para trasmitirse se hacía en amplitud en frecuencia y en fase. La televisión actual emplea la transmisión de señales digitales, esto es la señal solo tienen dos valores 0 y 1. Esto cambia todo. Desde la forma de captar las imágenes con las cámaras de video digital, la transmisión ahora del tipo digital y los receptores y sintonizadores ahora del tipo digital, es por esto que los procesos internos en las tarjetas actuales de televisión son diferentes, las señales se procesan de manera digital desde la entrada de señal a hasta el pixel de la pantalla de LCD. Este cambio de tecnología en las señales es lo que ahora se conoce como el apagado analógico de las transmisoras y los usuarios deberán cambiar sus equipos receptores a modernos sintonizadores digitales. Aunque existen en el mercado la opción de un convertidor que hará la conversión de las señales digitales para conectar un televisor análogo. Un ejemplo de este dispositivo es el Convertidor de Televisión Digital a Análoga (HDTV) que tiene un costo aproximado en el mercado de 40 dólares. xi Planteamiento del problema En nuestro país como parte del mundo actual globalizado, los equipos electrónicos de audio y video son de importación, y en particular los televisores con pantalla de LCD. Estos equipos vienen de China el 80% y de Estados Unidos el 20% restante, esto se determina por los equipos exhibidos en los centros comerciales y tiendas de equipo de audio y video. Aunque existen algunas marcas que ensamblan los equipos en nuestro país, ya que lo tienen marcado en su etiqueta de identificación “marca” y “modelo” viene indicada como “Ensamblado en México” pero al igual todos los componentes electrónicos, la pantalla y el gabinete son importados de los países mencionado y solo son armados aquí en el país. Esta situación de importación presenta ciertas inconvenientes en la venta, compra, uso y reparación de estos equipos. Al adquirir un televisor con pantalla de LCD, es una práctica común que sean vendidos solo con el manual de usuario, que es el manual de operación. Solo en algunos casos en español y con gran deficiencia en la traducción, las instrucciones apenas se comprenden y las funciones del equipo no son utilizadas al cien por ciento. En el aspecto Técnico en lo que se refiere al mantenimiento y reparación de los equipos televisores con pantalla de LCD, el problema de esta importación es que los equipos vienen sin ninguna información técnica, no hay manual de servicio y tampoco el diagrama esquemático (diagrama eléctrico y electrónico), debido a esto no se cuenta con información detallada y se dificulta para los talleres de servicio y el personal técnico el proceso para hacer las reparaciones. La política actual de los centros de servicio autorizados es de solo reparar los equipos que están en garantía, provocando que el usuario deba comprar otro equipo cuando se le daña, aun cuando no tiene más de tres años de antigüedad. Esto se debe a que las “reparaciones” que se hacen es cambiando tarjetas de un equipo a otro, se van armando el mayor número de equipos posibles para entregarlos y los que no son reparables entran a cambio físico, esto es reponer el equipo del cliente con uno nuevo. Los equipos que no están en garantía deben ser reparados por talleres no autorizados y técnicos en electrónica independientes o aficionados a la electrónica que deben capacitarse para poder enfrentar todos los problemas que representan este tipo de televisores con pantalla de LCD. Por lo tanto se debe buscar capacitación a nivel internacional o a nivel nacional que resulta ser costosa, escasa y muy poco frecuente. Aunque existe información en ingles acerca de artículos de reparación y procedimientos prácticos son poco útiles por el asunto del idioma y en ciertos libros que existen en internet los datos son muy avanzados que funcionan más para diseño de televisores que para reparación ya que no explican la reparación de ni una sola falla. xii Desde el punto de vista educativo los egresados de carreras de Ingeniería o de carreras técnicas, tienen mucho conocimiento técnico pero carecen de la parte práctica por lo cual, el manual que voy a desarrollar le ayudaría en el proceso de entrenamiento y capacitación practica con respecto de la reparación de estos equipos electrónicos. Además la situación de la capacitación y actualización electrónica es escasa y resulta un tanto costosa por la inversión en el tiempo y el dinero que se gasta para el traslado al lugar del curso, además gastos en alimentación y gastos de hospedaje. La capacitación se hace con empresas privadas que tienen altos costos y además los cursos que imparten solo se programan para los centros de servicios autorizados. La formación y preparación que deben tener los Ingenieros y técnicos en electrónica para reparar estos equipos debe ser muy específica y actualizada ya que este tipo de pantallas son de última tecnología combinando la parte de electrónica y computo en un solo equipo. La reparación de estos equipos debe ir más allá de la simple medición de voltajes y cambiar componentes defectuosos, la parte critica es el diagnóstico y la resolución de fallas a partir del conocimiento de cada etapa. Por lo tanto se requiere de capacitación e información que permita al ingeniero o técnico especializado para reparar estos televisores con pantalla de LCD con tecnología actual y de alto porcentaje de falla, se requieren realizar manuales de entrenamiento para cubrir el servicio de mantenimiento y de reparación, además que se deben desarrollar ciertos aspectos de reingeniería para suplir los faltantes de refacciones y partes que fallan en estos equipos. La intención de este manual de mantenimiento y reparación de televisiones con pantalla de LCD es facilitar la tarea del Ingeniero o técnico que desee reparar estos equipos , que sea una guía didáctica de cómo aplicar el Mantenimiento Preventivo y el Mantenimiento Correctivo a estos equipos para solucionar las fallas más comunes que se presentan. xiii Justificación En México gran parte de la tecnología electrónica de consumo de audio y video son importados de países Asiáticos y de Norteamérica, marcas principales como son Sharp, LG, Samsung, Sony, Mitsui, Polaroid y otras. Para poder dar mantenimiento preventivo y reparar los televisores con pantalla LCD se requiere personal profesional, capacitado y con conocimientos actualizados en los circuitos electrónicos de última generación y también que tengan habilidades en procedimientos de reparación específicamente con circuitos de montaje superficial (SMD- Surface Mounting Device). Para contribuir a la preparación de personal especializado en televisores con pantalla LCD, presento la elaboración de un manual de capacitación en Mantenimiento Preventivo y Mantenimiento Correctivo para los televisores con pantalla de LCD, la meta es generar un manual guía para aquellos que tengan una carrera afín como el área de Comunicaciones y Electrónica y ramas afines que quieren incursionar en el área de reparación y mantenimiento de equipo electrónico actual, coadyuvando en beneficios para que tengan trabajo las personas que se dedican a este área, para que tengan forma de repararse los televisores de LCD aun si no hay refacciones y sea un beneficio para la comunidad, evitando desperdicios electrónicos cuando no son reparables. Además se exponen procedimientos de reingeniería ya que con la experiencia que he desarrollo en este trabajo se ha tenido que hacer modificaciones y adaptaciones en los circuitos electrónicos originales con el fin de que funcione nuevamente el equipo y pueda encender y presentar imagen. Esto lograra dar al cliente o usuario del equipo, un beneficio y también a la sociedad mexicana ya que el equipo será reparado aun después de que ya no tiene garantía. xiv DESARROLLO DEL MANUAL DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y CORRECTIVO EN TELEVISIONES CON PANTALLA DE LCD Objetivo General Elaborar un manual que indique los procedimientos de mantenimiento preventivo y correctivo de televisores con pantalla de LCD. Objetivos particulares 1. Desarrollar los procedimientos del mantenimiento preventivo en los televisores con pantalla de LCD. 2. Ubicar y desarrollar el mantenimiento correctivo en las tarjetas electrónicas de los televisores con pantalla de LCD. 3. Aportar la experiencia personal en el desarrollo de procesos de reingeniería aplicado a la reparación de televisiones con pantalla de LCD, para que los televisores con pantalla de LCD sigan operando en caso de fallas que son irreparables. xv Capítulo 1 Estado del arte 1.1 Principios de operación del primer sistema de televisión La televisión es un sistema para la transmisión y recepción de imágenes en movimiento y sonido a distancia que emplea un mecanismo de difusión. La transmisión puede ser efectuada por medio de ondas de radio, por redes de televisión por cable, Televisión por satélite o IPTV (televisión por red o internet). El receptor de las señales es el televisor. La palabra «televisión» es un híbrido de la voz griega τῆλε (tēle, «lejos») y la latina visiōnem (acusativo de visiō «visión»). El término televisión se refiere a todos los aspectos de transmisión y programación de televisión. A veces se abrevia como TV. Este término fue utilizado por primera vez en 1900 por Constantin Perski en el Congreso Internacional de Electricidad de París (CIEP)1. La televisión es el medio de comunicación de masas por excelencia, de manera que la reflexión filosófica sobre ellos, se aplica a ésta. El Día Mundial de la Televisión se celebra el 21 de noviembre en conmemoración de la fecha en que se celebró en 1996 el primer Foro Mundial de Televisión en las Naciones Unidas. El concepto de televisión (visión a distancia) se puede rastrear hasta Galileo Galilei y su telescopio. Sin embargo, no es hasta 1884, con la invención del Disco de Nipkow de Paul Nipkow cuando se hiciera un avance relevante para crear un medio. El cambio que traería la televisión tal y como hoy la conocemos fue la invención del iconoscopio de Vladimir Zworkyn y Philo Taylor Farnsworth. Esto daría paso a la televisión completamente electrónica, que disponía de una tasa de refresco mucho mejor, mayor definición de imagen y de iluminación propia. En los orígenes de la televisión se expusieron diversas soluciones mecánicas, como el disco de Nipkow, en 1910, en la Figura 1.1 se muestra la estructura operativa del disco de Nipkow; sin embargo, se desecharon estos sistemas mecánicos en beneficio de los sistemas de captación totalmente electrónicos. Figura 1.1 Disco de Nipkow para descomponer una imagen visual 1 https://es.wikipedia.org/wiki/Televisión 2 El diseño del disco de Nipkow, es un disco mecánico de rotación que puede ser de diferentes materiales como el plástico, el metal o una cartulina, tiene una serie de perforaciones circulares a igual distancia y del mismo diámetro. Estas perforaciones también pueden ser de forma cuadrada para conseguir mayor precisión. Estas perforaciones están dispuestas en forma de espiral desde el centro hasta el exterior, como un disco de vinilo. Haciendo girar el disco cada perforación describe un círculo de radio diferente, la cual es equivalente a una "línea de exploración" de imagen en una televisión moderna: cuantas más perforaciones tuviese, mayor número de líneas y resolución contendría la imagen final. Al girar el disco de Nipkow, la escena es proyectada sobre el disco mediante una lente. Cuando se hace girar el disco, se hacen pasar sucesivamente las perforaciones por la proyección de manera que, como cada agujero describe un círculo de radio diferente, la imagen es escaneada con un número de líneas igual al número de perforaciones. La luz que cada perforación deja pasar es recogida por un sensor. En la parte del sistema dedicada a la reproducción encontramos otro disco de Nipkow sincronizado con el primero a la misma velocidad de rotación y en la misma dirección, permitiendo pasar la señal de luz transmitida para reconstruir la imagen línea a línea. Cuando hacemos girar el disco mientras estamos observando un objeto por el disco, preferentemente por un pequeño sector circular del disco, el objeto parece la "línea de exploración" por líneas, primero por la longitud o la altura, dependiendo del sector exacto desde el cual observemos el objeto. Si hacemos girar el disco lo suficientemente rápido, el objeto parece completo, de una manera similar a la cinematografía, y la captura del movimiento se hace posible. El disco de Nipkow sentó las bases para el desarrollo de los actuales sistemas de televisión electrónicos .El disco de Nipkow estaba condicionado por una serie de elementos mecánicos que limitaban la posibilidad de conseguir las velocidades de giro necesarias para que la escena pudiese ser recuperada como una imagen compuesta. Por otro lado, la geometría del disco limitaba el número de líneas, así como el diámetro condicionaba el tamaño de las imágenes a captar. Además provoca que las líneas no sean rectas, sino que presentaran una curvatura apreciable. A pesar de los inconvenientes citados, el invento de Nipkow supuso un gran paso en el camino hacia la televisión tal como la conocemos. La televisión ha ido evolucionando desde la televisión mecánica basada en el disco de Nipkow, sustituyéndose por la televisión electrónica, la cual se perfeccionaría hacia una televisión en color, alta definición(HD), televisión digital terrestre(TDT) y terminando en la novedosa tecnología 3D. 3 En 1925 el inventor escocés John Logie Baird efectúa la primera experiencia real utilizando dos discos, uno en el emisor y otro en el receptor, que estaban unidos al mismo eje para que su giro fuera síncrono y separados por 2 mm. Las primeras emisiones públicas de televisión las efectuó la BBC en Inglaterra en 1927; y la CBS y NBC en Estados Unidos en 1930. En ambos casos se utilizaron sistemas mecánicos y los programas no se emitían con un horario regular. La primera emisora con programación y horario regular fue creada en 1930 en Berlín por Manfred von Ardenne . En 1928, von Ardenne hizo cargo de su herencia con control total sobre cómo podría gastarse, y estableció su laboratorio de investigación privada Forschungs laboratorium für Elektronenphysik, en BerlinLichterfelde, para llevar a cabo su propia investigación en tecnología de radio, televisión y microscopía electrónica. Inventó el microscopio electrónico de barrido. En la Muestra de Radio de Berlín en agosto de 1931, Ardenne dio al mundo la primera demostración pública de un sistema de televisión utilizando un tubo de rayos catódicos para transmisión y recepción. (Ardenne nunca desarrollaron un tubo de cámara, usando la CRT en su lugar como un escáner de punto volante para escanear diapositivas y película.) Ardenne logra su primera transmisión de imágenes de televisión de 24 de diciembre de 1933, seguido de pruebas para un servicio público de televisión en 1934. El primer servicio mundial de televisión electrónicamente escaneada comenzó en Berlín en 1935, que culminó con la emisión en directo de los Juegos Olímpicos de Berlín 1936 desde Berlín a lugares públicos en toda Alemania. Las emisiones con programación se iniciaron en Inglaterra en 1936, y en Estados Unidos el día 30 de abril de 1939, coincidiendo con la inauguración de la Exposición Universal de Nueva York. Las emisiones programadas se interrumpieron durante la Segunda Guerra Mundial, reanudándose cuando terminó. El Tubo de Rayos Catódicos se muestra en la Figura 1.2, este dispositivo tuvo varios antecesores, que fueron la clave para que operara el Cinescopio que fue finalmente el elemento clave para la televisión, estos antecesores son; el iconoscopio, el vidicón, el plúmbicon y finalmente el cinescopio o TRC. Figura 1.2 Esquema del Tubo de Rayos Catódicos2 2 http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/131/img/131_68.gif 4 En 1937 comenzaron las transmisiones regulares de TV electrónica en Francia y en el Reino Unido. Esto llevó a un rápido desarrollo de la industria televisiva y a un rápido aumento de telespectadores, aunque los televisores eran de pantalla pequeña y muy caras. Estas emisiones fueron posibles por el desarrollo de los siguientes elementos en cada extremo de la cadena: los catódicos, y el iconoscopio que se muestra en la Figura 1.3. Figura 1.3 El Iconoscopio antecesor del TRC3 El iconoscopio está basado en el principio de emisión fotoeléctrica: la imagen se proyecta sobre un mosaico formado por células fotoeléctricas que emiten electrones que originan la señal de imagen. Se usó en Estados Unidos entre 1936 y 1946. La estructura del Vidicón se muestra en la Figura 1.4, es un tubo de 2,2 cm de diámetro y 13,3 cm de largo basado en la fotoconductividad de algunas sustancias. La imagen óptica se proyecta sobre una placa conductora que, a su vez, es explorada por el otro lado mediante un rayo de electrones muy fino. Figura 1.4 El tubo Vidicón antecesor del TRC4 3 http://www.alumnos.unican.es/~uc2129/Image7.gif 5 El plúmbicon está basado en el mismo principio que el vidicón, sin embargo, su placa fotoconductora está formada por tres capas: la primera, en contacto con la placa colectora, y la tercera están formadas por un semiconductor; la segunda, por óxido de plomo. De este modo, se origina un diodo que se halla polarizado inversamente; debido a ello, la corriente a través de cada célula elemental, en ausencia de luz, es extraordinariamente baja y la sensibilidad del plúmbicon, bajo estas características, muy elevada. En la Figura 1.5 se muestra en forma física el Plúmbicon. Figura 1.5 El Plúmbicon antecesor del TRC5 La señal de vídeo se forma a partir de la imagen pero es necesario, para su recomposición, que haya un perfecto sincronismo entre la deflexión de exploración y la deflexión en la representación. La exploración de una imagen se realiza mediante su descomposición, primero en fotogramas a los que se llaman cuadros y luego en líneas, leyendo cada cuadro. En la Figura 1.6 se muestra la composición de un cuadro de imagen a partir de dos campos entrelazados. Figura 1.6 Imagen de video entrelazado para formar un cuadro de imagen6 4 http://1.bp.blogspot.com/_FbiuE2BMEgU/SXBSDNj243I/AAAAAAAAACM/ji_7PLScja0/s1600-h/vidicon.gif http://www.computerra.ru/wp-content/uploads/2013/12/plyumbikon.jpg 6 http://www.axis.com/es/products/video/camera/about_cameras/img/interlaced.es.gif 5 6 Para determinar el número de cuadros necesarios para que se pueda recomponer una imagen en movimiento así como el número de líneas para obtener una óptima calidad en la reproducción y la óptima percepción del color (en la TV en color) se realizaron numerosos estudios empíricos y científicos del ojo humano y su forma de percibir. Se obtuvo que el número de cuadros debía de ser al menos de 24 al segundo (luego se emplearon por otras razones 25 y 30) y que el número de líneas debía de ser superior a las 300. La señal de vídeo la componen la propia información de la imagen correspondiente a cada línea (en el sistema PAL 625 líneas y en el NTSC 525 por cada cuadro) agrupadas en dos grupos, las líneas impares y las pares de cada cuadro, a cada uno de estos grupos de líneas se les denomina campo (en el sistema PAL se usan 25 cuadros por segundo mientras que en el sistema NTSC 30). A esta información hay que añadir la de sincronismo, tanto de cuadro como de línea, esto es, tanto vertical como horizontal. Al estar el cuadro dividido en dos campos tenemos por cada cuadro un sincronismo vertical que nos señala el comienzo y el tipo de campo, es decir, cuando empieza el campo impar y cuando empieza el campo par. Al comienzo de cada línea se añade el pulso de sincronismo de línea u horizontal (modernamente con la TV en color también se añade información sobre la sincronía del color). La codificación de la imagen se realiza entre 0 V para el negro y 0,7 V para el blanco. Para los sincronismos se incorporan pulsos de -0,3 V, lo que da una amplitud total de la forma de onda de vídeo de 1 V. Los sincronismos verticales están constituidos por una serie de pulsos de -0,3 V que proporcionan información sobre el tipo de campo e igualan los tiempos de cada uno de ellos. El sonido, llamado audio, es tratado por separado en toda la cadena de producción y luego se emite junto al vídeo en una portadora situada al lado de la encargada de transportar la imagen. 1.1.1 La producción de programas de televisión Es a finales del siglo XX donde la televisión se convierte en bandera tecnológica de los países y cada uno de ellos va desarrollando sus sistemas de TV nacionales y privados. En 1953 se crea Eurovisión que asocia a varios países de Europa conectando sus sistemas de TV mediante enlaces de microondas. Unos años más tarde, en 1960, se crea Mundovisión que comienza a realizar enlaces con satélites geoestacionarios cubriendo todo el mundo. La producción de televisión se desarrolló con los avances técnicos que permitieron la grabación de las señales de vídeo y audio. Esto permitió la realización de programas grabados que podrían ser almacenados y emitidos posteriormente. A finales de los años 50 del siglo XX se desarrollaron los primeros magnetoscopios y las cámaras con ópticas intercambiables que giraban en una torreta delante del tubo de imagen. Estos avances, junto con los desarrollos de las máquinas necesarias para la mezcla y generación electrónica de otras fuentes, permitieron un desarrollo muy alto de la producción. 7 En los años 70 se implementaron las ópticas Zoom y se empezaron a desarrollar magnetoscopios más pequeños que permitían la grabación de las noticias en el campo. Nacieron los equipos de periodismo electrónico . Poco después se comenzó a desarrollar equipos basados en la digitalización de la señal de vídeo y en la generación digital de señales, nacieron de esos desarrollos los efectos digitales y las paletas gráficas. A la vez que el control de las máquinas permitía el montaje de salas de postproducción que, combinando varios elementos, podían realizar programas complejos. El desarrollo de la televisión no se paró con la transmisión de la imagen y el sonido. Pronto se vio la ventaja de utilizar el canal para dar otros servicios. En esta filosofía se implementó, a finales de los años 80 del siglo XX el teletexto que transmite noticias e información en formato de texto utilizando los espacios libres de información de la señal de vídeo. También se implementaron sistemas de sonido mejorado, naciendo la televisión en estéreo o dual y dotando al sonido de una calidad excepcional, el sistema que logró imponerse en el mercado fue el NICAM. Ya en 1928 se desarrollaron experimentos de la transmisión de imágenes en color en los cuales también tomó parte el ingeniero escocés John Logie Baird. En 1940, el ingeniero mexicano del Instituto Politécnico Nacional Guillermo González Camarena desarrolló y patentó, tanto en México como en Estados Unidos, un Sistema Tricromático Secuencial de Campos. En 1948, el inventor estadounidense Peter Goldmark, quien trabajaba para Columbia Broadcasting System, basándose en las ideas de Baird y González Camarena, desarrolló un sistema similar llamado Sistema Secuencial de Campos, que la empresa adquirió para sus transmisiones televisivas. Entre los primeros sistemas de televisión en color desarrollados, estuvo un sistema con transmisión simultánea de las imágenes de cada color con receptor basado en un tubo electrónico denominado trinoscope (trinoscopio, en español) desarrollado por la empresa Radio Corporation Of America (RCA). Las señales transmitidas por este sistema ocupaban tres veces más espectro radioeléctrico que las emisiones monocromáticas y, además, era incompatible con ellas a la vez que muy costoso. El elevado número de televisores en blanco y negro que ya había en Estados Unidos, exigía que el sistema de color que se desarrollara fuera compatible con los receptores monocromáticos. Esta compatibilidad debía realizarse en ambos sentidos, de modo que las emisiones en color fueran recibidas en receptores para blanco y negro y a la inversa. Este sistema fue abandonado. Para el desarrollo de sistemas viables de televisión en color, surgieron los conceptos de luminancia y de crominancia. La primera representa la información del brillo de la imagen, lo que corresponde a la señal básica en blanco y negro, mientras que la segunda es la información del color. Estos conceptos habían sido expuestos anteriormente por el ingeniero francés Georges Valensi en 1938, cuando creó y patentó un sistema de transmisión de televisión en color, compatible con equipos para señales en blanco y negro. 8 En 1950, Radio Corporation of America desarrolló un nuevo tubo de imagen con tres cañones electrónicos, implementados en un solo elemento, que emitían haces que chocaban contra pequeños puntos de fósforo de color, llamados luminóforos, mediante la utilización de una máscara de sombras que permitía prescindir de los voluminosos trinoscopios, anteriormente desarrollados por la empresa. Los electrones de los haces al impactar contra los luminóforos emiten luz del color primario (azul, rojo y verde) correspondiente que mediante la mezcla aditiva genera el color original. En el emisor (la cámara) se mantenían los tubos separados, uno por cada color primario. Para la separación, se hacen pasar los rayos luminosos que conforman la imagen por un prisma dicroico que filtra cada color primario a su correspondiente captador. 1.1.2 Arribo de la televisión en América Latina En México, se habían realizado experimentos en televisión a partir de 1934, pero la puesta en funcionamiento de la primera estación de TV, Canal 5, en la Ciudad de México, tuvo lugar en 1946. El 31 de agosto de 1950 se implantó la televisión comercial y se iniciaron los programas regulares y en 1955 se creó Tele Sistema Mexicano, por la fusión de los tres canales existentes. El mismo año 50, con pocas semanas de diferencia, se abrieron las transmisiones comerciales en Brasil (18 de septiembre) y Cuba (24 de octubre, aunque hubo transmisiones extraoficiales a finales de los 40 y en el propio año de apertura).En Brasil, la TV vino de manos de Assis Chautebriand, dueño de los Diarios Associados. Él fundó la TV Tupí que duraría hasta el año 1980 cuando la segunda mayor red del país fue a la quiebra. En Cuba, la férrea competencia existente en la radio, se trasladó al nuevo medio. Gaspar Pumarejo, dueño de Unión Radio y los hermanos Mestre, en particular Goar, dueño del Circuito CMQ, hicieron todo lo posible para tener la primacía. Y aunque Pumarejo llegó a hacer transmisiones no oficiales, el mérito del primer canal de la isla le cabe a la CMQ, que estuvo en el aire hasta el año 62, cuando se transformó en Canal 6, tras la nacionalización de los medios después del triunfo de la Revolución Cubana. La primera transmisión en la Argentina se realizó en 1951, dando origen al entonces privado canal 7, en ese entonces LR3-TV, propiedad del pionero en radio y televisión, Jaime Yankelevich. La televisión argentina siempre se ha diferenciado del resto de las producciones de Hispanoamérica por el sistema de televisión empleado en ese país (PAL-N). Debido a esto, todo programa producido en Argentina que se llevare a otro país hispanoamericano (excepto Paraguay y Uruguay) tiene que convertirse al sistema NTSC (M o N). República Dominicana realizó su primera transmisión el 1 de agosto de 1952. Otro de los primeros países en América Latina, después de México y Argentina, en abrir campo a la televisión fue Uruguay en 1956, Saeta TV Canal 10, fundado en 1956 por Raúl Fontaina, es el primer canal de televisión uruguayo, y el cuarto 9 fundado en Latinoamérica. Dicho medio forma parte del Grupo Fontaina - De Feo, uno de los tres. Multimedios más importantes del Uruguay. Después siguió Nicaragua. En 1956 se creó el Canal 6. Salvadora Debayle era la principal accionista de este canal naciente. Cinco años más tarde, canal 8 se uniría al canal 6, formando así la primera cadena televisiva nacional, hecho memorable en la historia de Nicaragua. Esta fusión, al parecer, era predecible, ya que el canal 6 empezó a trabajar con los equipos del canal 8. Posteriormente se da la creación de nuevos canales como Canal 2 y Canal 12, propiedad de los Sacasa, parientes de los Somoza. Nicaragua estuvo también junto a Chile en la lista de los primeros países en América Latina en transmitir imágenes en color antes de que finalizara la década de los 70s. En 1973 Canal 2 inició operaciones en color, justamente al año del terremoto de Managua, en Diciembre de 1972. Panamá inicio sus transmisiones de televisión comercial, el 4 de marzo de 1960, a cargo de Canal 4 RPC, propiedad de la familia Eleta. Antes de esto, en 1956, la TV había llegado a la Zona del Canal de Panamá, Canal 8, SCN del Ejército Sur de los Estados Unidos USSOUTHCOM. Televisa, la empresa privada de televisión más importante de habla hispana, se fundó en 1973 y se ha convertido en uno de los centros emisores y de negocios, en el campo de la comunicación, más grande del mundo, ya que, además de canales y programas de televisión, desarrolla amplias actividades en radio, prensa y ediciones o espectáculos deportivos. La televisión ha alcanzado una gran expansión en todo el ámbito latinoamericano. En la actualidad existen más de 300 canales de televisión y una audiencia, según el número de aparatos por hogares (más de 60 millones), de más de doscientos millones de personas. A partir de 1984, la utilización por Televisa del satélite Panamsat para sus transmisiones de alcance mundial, permite que la señal en español cubra la totalidad de los cinco continentes. Hispasat, el satélite español de la década de 1990, cubre también toda Europa y América. La televisión en color. El primer sistema de televisión en color que respetaba la doble compatibilidad con la televisión monocroma fue desarrollado en 1951 por la empresa estadounidense Hazeltine Corporation, bajo la supervisión de Arthur Loughren, vicepresidente de la empresa y Charles Hirsch, Ingeniero Jefe de la División de Investigación. Este sistema fue adoptado en 1953 por la Federal Communications Commission (Comisión Federal de Comunicaciones de Estados Unidos) y se conoció como NTSC. El sistema tuvo éxito y se extendió a buena parte de los países americanos y algunos países asiáticos, como Japón. En la Figura 1.7, se muestra los sistemas de televisión que se usan en el mundo. 10 NTSC PAL, o cambiando a PAL SECAM Sin información Figura 1.7 Distribución de los sistemas de TV en el mundo7 Las señales básicas del sistema NTSC son la luminancia (Y) y las componentes de diferencia de color, R-Y y B-Y (es decir el rojo menos la luminancia y el azul menos la luminancia). Este par de componentes permite dar un tratamiento diferenciado al color y al brillo. El ojo humano es mucho más sensible a las variaciones y definición del brillo que a las del color y esto hace que los anchos de banda de ambas señales sean diferentes, lo cual facilita su transmisión ya que ambas señales se deben de implementar en la misma banda cuyo ancho es ajustado. El sistema NTSC emplea dos señales portadoras de la misma frecuencia para los componentes de diferencia de color, aunque desfasadas en 90º, moduladas con portadora suprimida por modulación de amplitud en cuadratura. Al ser sumadas, la amplitud de la señal resultante indica la saturación del color y la fase es el tinte o tono del mismo. Esta señal se llama de crominancia. Los ejes de modulación, denominados I (en fase) y Q (en cuadratura) están situados de tal forma que se cuida la circunstancia de que el ojo es más sensible al color carne, esto es que el eje I se orienta hacia el naranja y el Q hacia el color magenta. Al ser la modulación con portadora suprimida, es necesario enviar una ráfaga o salva de la misma para que los generadores del receptor puedan sincronizarse con ella. Esta ráfaga suele ir en el pórtico anterior o inicio del pulso de sincronismo de línea. La señal de crominancia se suma a la de luminancia componiendo la señal total de la imagen. Las modificaciones en la fase de la señal de vídeo cuando ésta es transmitida producen errores de tinte. 7 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/22/NTSC-PAL-SECAM.svg/940px-NTSC-PALSECAM.svg.png 11 El sistema de televisión cromática NTSC fue la base de la cual partieron otros investigadores, principalmente europeos. En Alemania un equipo dirigido por el ingeniero Walter Bruch desarrolló un sistema que subsanaba los errores de fase, y que fue denominado PAL (Phase Altenating Line, Línea de Fase Alternada, por sus siglas en inglés). Para lograr este cometido, la fase de la subportadora se alterna en cada línea. La subportadora que modula la componente R-Y, que en el sistema PAL se llama V, tiene una fase de 90º en una línea y de 270º en la siguiente. Esto hace que los errores de fase que se produzcan en la transmisión (y que afectan igual y en el mismo sentido a ambas líneas) se compensen a la representación de la imagen al verse una línea junto a la otra. Si la integración de la imagen para la corrección del color la realiza el propio ojo humano, entonces el sistema se denomina PAL S (PAL Simple) y si se realiza mediante un circuito electrónico, es el PAL D (PAL Delay, retardado). En Francia, el investigador Henri de France desarrolló un sistema diferente, denominado SECAM (Siglas de SÉquentiel Couleur À Mémoire, Color secuencial con memoria, por sus siglas en francés) que basa su actuación en la trasmisión secuencial de cada componente de color que modula en FM de tal forma que en una línea aparece una componente de color y en la siguiente la otra. Luego, el receptor las combina para deducir el color de la imagen. El PAL fue propuesto como sistema de color paneuropeo en la Conferencia de Oslo de 1966. Pero no se llegó a un acuerdo y como resultado, los gobiernos de los países de Europa Occidental, con la excepción de Francia, adoptaron el PAL, mientras que los de Europa Oriental y Francia el SECAM. Todos los sistemas tienen ventajas e inconvenientes. Mientras que el NTSC y el PAL dificultan la edición de la señal de vídeo por su secuencia de color en cuatro y ocho campos, respectivamente, el sistema SECAM hace imposible el trabajo de mezcla de señales de vídeo. 1.2 La televisión de tubo de rayos catódicos La televisión lleva con nosotros alrededor de 60 años, pero sus primeros pasos se dieron hace más de 100. Desde esos primeros pasos con el disco de Nipkow hasta nuestros días con las sofisticadas pantallas LCD y OLED ha habido un largo recorrido. Figura 1.8 El Tubo de Rayos Catódicos 12 La televisión con CRT ver Figura 1.8 (siglas en inglés de Tubo de Rayos Catódicos) es la primera que muchos identificarán con la televisión "de toda la vida". Dentro de este tipo de televisión hay un dispositivo llamado tubo de rayos catódicos (abreviaremos como TRC), es una bombilla de cristal al vacío cuyo funcionamiento vamos a tratar de explicar sencillamente. El TRC está compuesto por diferentes partes tal y como podemos ver en la Figura 1.9 1.2.1 Partes del tubo de rayos catódicos 1. Cañón de Electrones. Los electrones son partículas con carga negativa que son aceleradas en presencia de campos magnéticos y eléctricos. Para enviar un haz de electrones se utiliza un cátodo (una placa con exceso de electrones, carga negativa) y delante de él un ánodo (con carga positiva). El ánodo atrae los electrones y en su centro tiene un agujero por el cual atraviesan los electrones a gran velocidad hacia la parte frontal de la pantalla. 2. Haz de Electrones. En los televisores se utilizan tres cañones para generar tres haces de electrones. 3. Bobinas Enfocadoras. Los haces de electrones son desviados por los campos magnéticos inducidos por la corriente que pasa por estas bobinas. Este electroimán hace converger los rayos, los concentra. Figura 1.9 Estructura del Tubo de Rayos Catódicos8 8 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9b/CRT_color_enhanced.png/750pxCRT_color_enhanced.png 13 4. Bobinas Deflectoras. Los haces concentrados son expuestos a un nuevo campo magnético, pero esta vez para ser dirigidos a un punto específico de la parte frontal. Para esto se utilizan cuatro bobinas distintas, dos en sentido vertical y 2 en sentido horizontal, la intensidad magnética generada por cada par determina el objetivo final de los haces electrónicos. 5. Acuadag. El alto voltaje llega al cinescopio en un punto localizado en la parte superior del tubo, que se llama Acuadag, el alto voltaje es conducido por un cable con capacidad de soportar 30 000 volts sin arquearse. 6. Campana. La parte más ancha y abierta del cinescopio es la campana y se encarga de soportar la pantalla de vidrio frontal. 7. Mascara de Sombra. Es una rejilla por la cual pasan los 3 haces para excitar los pixeles de fósforo. La máscara solo permite el paso de los haces si estos convergen en un solo agujero. 8. Capa Fosforescente. Es una capa de tres fósforos cada uno emitirá un brillo de luz rojo, verde y azul cuando el haz de electrones choque con él, esto se le llama excitación del fósforo por haz de electrones y es lo que genera el brillo y la imagen en la pantalla del TRC. Para formar una imagen completa tiene que iluminar las decenas de miles de píxeles lo suficientemente rápido como para que no notemos el parpadeo, los pixeles se observan en la Figura 1.10. Figura 1.10 Orden de los pixeles R-G-B Uno por uno desde la esquina superior derecha hasta la esquina inferior izquierda la bobina deflectora desvía el haz para iluminar todos los pixeles, y dependiendo de su televisor lo hará 60, 80, 100 o 120 veces por segundo (Hercios, Hertz, Hz)9. La imagen en un televisor con cinescopio se presentaba 9 http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/15221810/Como-funciona-un-Televisor-CRT.html 14 por proyección de un haz de electrones sobre una pantalla de fosforo. Ver la Figura 1.11 muestra el cinescopio y el yugo de deflexión. Figura 1.11 El Cinescopio de TRC y el Yugo de deflexión La parte más crítica para este tipo de televisor es el alto voltaje necesario para polarizar la pantalla del cinescopio, este voltaje es desde 20 000 volts y en cinescopios de hasta 32 pulgadas alcanza los 29 000 volts. Este alto voltaje se puede medir con la punta de High Voltage (HV), ver Figura 1.12, esto es un circuito divisor de voltaje que se conecta al multímetro para poder determinar cuánto alto voltaje recibe el cinescopio en el Acuadag. Figura 1.12 La punta de HV, mide hasta 40 000 VCD Otro punto crítico es la deflexión del haz de electrones, esto se hace con un circuito de barrido horizontal y vertical a cargo del componente de deflexión vertical y horizontal denominado yugo. 15 El proceso de video comienza desde el sintonizador de canales, pasando la señal por vario circuitos demoduladores hasta obtener las señales RGB que harán funcional a los cátodos para emitir los electrones hacia la pantalla de fosforo. En un diagrama a bloques como se ve en la Figura 1.13 se comprende mejor el proceso de video en el televisor. Figura 1.13 Diagrama a bloques de un televisor de TRC 1.3 La televisión plasma La tecnología de plasma fue introducida a principio de los años 1960 por la empresa japonesa Fujitsu, aunque hasta hace poco tiempo no se han logrado tecnologías asequibles de fabricar y de bajo consumo. Una pantalla de plasma tiene un fundamento análogo a los tubos fluorescentes, es una pantalla plana con muchos alvéolos (uno por pixel) cubierto por un elemento químico del grupo de las tierras raras, para que la luz emitida por el plasma, que es en el rango ultravioleta se reemita en el espectro visible. En base a alvéolos de los tres colores fundamentales (rojo, verde y azul)10 y mediante la variación rápida del tiempo de iluminación, se logra crear tonos intermedios de intensidad variable, esto es de forma análoga al cine digital. En este tipo de pantallas la imagen se descompone en pixeles que debidamente 10 www.um.es/docencia/barzana/II/Ii06.html 16 ordenados conforman la imagen que percibimos por nuestros ojos. La tecnología en la que se fundamentan estas pantallas es una especie de simbiosis entre los sistemas utilizados por los monitores de tubo y los de cristal líquido (LCD), ya que por una parte mantienen la utilización de fósforo responsable de la iluminación y por otro disponen de una estructura de celdas para la formación punto a punto de las imágenes que se desea representar. Esta tecnología en lugar de emitir electrones a través del tubo de rayos catódicos, dispone de una estructura diminuta de celdas colocadas entre dos láminas. En el interior de cada celda encontramos una mezcla de gases habitualmente Xenón, Neón y Argón, además de un pequeño condensador y un par de electrodos. Bajo esta disposición cuando se establece entre los electrodos una gran diferencia de potencial eléctrico se produce la ionización de los gases contenidos en la celda generándose un estado conocido como plasma (situación análoga al encender un tubo fluorescente). La mezcla de gases emite una luz ultravioleta, en lugar de luz visible, que excita la capa de fósforo de cada celda produciendo la iluminación de la pantalla. En la Figura 1.14 se observa la estructura de un pixel de plasma. Figura 1.14 Estructura de un pixel de plasma11 Al igual que las pantallas de cristal líquido, cada pixel de una pantalla de plasma está compuesto por tres celdas de forma que en cada una el cristal se encuentra impregnado de fósforo con las coloraciones básicas (rojo verde y azul). En base a circuitos digitales esta tecnología es capaz de mostrar 16.7 millones de colores en 11 https://clagos2008.files.wordpress.com/2012/11/plasma_lg1.gif 17 pantalla. Otra de las características de esta tecnología es el elevado contraste y un amplio ángulo visión de hasta 160°, también es posible la fabricación de pantallas de más de 152 mm (60 pulgadas) manteniendo invariable la profundidad del panel. Sin embargo hay algunas desventajas, una de ellas es el elevado consumo energético de este tipo de pantallas, llegando a ser del orden de los 450 watts en las pantallas de grandes dimensiones. También la vida es relativamente corta, estando condicionada por las propiedades de los gases utilizados y el recubrimiento de fósforo de las celdas que se degrada. Se estima una duración de hasta 30000 horas perdiendo el brillo hasta reducirse a la mitad, aunque la pantalla seguirá funcionando. Un problema serio es cuando se utilizan en ubicaciones es a gran altura (por encima de los 1500 m), ya que la diferencia de la presión atmosférica origina zumbidos en el funcionamiento habitual de estos equipos. Otro inconveniente de estas pantallas es el efecto quemado si se deja durante mucho tiempo una imagen estática. La relativamente corta vida, que el tamaño de las pixeles sea relativamente grande (0.3 mm) y el temido efecto quemado hacen que estos dispositivos no sean usados habitualmente informática, sino solamente como televisores. Actualmente las tecnologías de plasma y cristal líquido rivalizan en el mercado de los televisores digitales. Las diferencias técnicas entre ambas tecnologías son bastante notorias, la tecnología de plasma es utilizada principalmente en televisores de dimensiones habitualmente de más de 42 pulgadas, siendo imbatibles por lo que respecta a la calidad de imagen. En los productos más avanzados llegan a un nivel de contraste hasta cinco veces más grande que sus similares LCD. Por otra parte los costes de fabricación son similares a la televisores convencionales y son más fáciles de elaborar que las pantallas de cristal líquido por lo cual deberían comercializarse un precio más asequible que los actuales. Estos gases brillan o se iluminan al estar expuestos a un campo eléctrico, y la imagen de un televisor de plasma está formada por cientos de miles de pequeños tubos conteniendo a estos mismos gases. Cuando este gas es excitado por un impulso eléctrico, la celda brilla con un color particular. Las celdas están intercaladas por una grilla de delgados cables o electrodos. Hay una celda en cada punto de intersección entre los electrodos. Una computadora enciende y apaga corrientes eléctricas en cada uno de esos puntos, miles de veces por segundo. Con estas decenas de miles de celdas destellando con diferentes colores e intensidades, pueden crearse imágenes en movimiento. La historia del televisor de plasma comienza curiosamente en la década de los sesenta (es común pensar que es un invento de última generación), particularmente en 1964 en la Universidad de Illinois. Su inventor fue Donald Bitzer, quién inventó este dispositivo para un sistema computacional llamado PLATO; las primeras pantallas de este tipo fueron monocromáticas, por lo general con caracteres verdes o naranja. Se usaron en la década de los 70, pero luego otras pantallas comenzaron a reemplazar al plasma en el mercado por ser más baratas, debido a los avances en la tecnología de los 18 semiconductores. En 1992 Fujitsu introdujo la primera pantalla de plasma en colores, en un formato de 21 pulgadas, y en 1997 Pioneer lanza al mercado del público general los primeros televisores de plasma tal como los conocemos hoy en día, usados para reproducir las imágenes de televisión de alta definición (HDTV). Marcas como Sony, Samsung, Panasonic y LG compiten fuertemente con sus últimos modelos en el mercado actual . Hasta hace poco este formato de televisores superaba por lejos en funcionalidad a los televisores de LCD, pero las mejoras en esta última tecnología (mejoras en el ángulo de visión y consistencia en el color), han permitido casi equiparar esta competencia, y se estima que por conveniencia de consumo, menor precio y mayor flexibilidad para reparaciones el LCD es la mejor opción actualmente. Con el tiempo, la imagen en los televisores de plasma va perdiendo brillo y definición, y es por este motivo que los fabricantes especifican las horas de duración de cada pantalla (se estima que las primeras 2000 horas son las de mejor desempeño, aunque la duración total de las pantallas de última generación es de 60.000 horas aproximadamente). En la Figura 1.15 se observa la estructura de una pantalla de plasma, esta requiere de gran cuidado, ya que si se rompe la pantalla, su reparación es extremadamente compleja (imaginemos miles de pequeños tubos para reparar), y esto es imposible. Figura 1.15 Estructura de una pantalla de Plasma12 12 http://image.slidesharecdn.com/pdpetc-v-4-090709161053-phpapp01/95/reparacion-de-pantallas-lg-11728.jpg?cb=1270031465 19 El gas en las celdas se convierte eléctricamente en plasma, el cual provoca que una substancia fosforescente (que no es fósforo) emita luz. Las pantallas de plasma son brillantes (1000 lux o más por módulo), tienen una amplia gama de colores y pueden fabricarse en tamaños bastante grandes, hasta 262 cm de diagonal. Tienen una luminancia muy baja a nivel de negros, creando un negro que resulta más deseable para ver películas. Esta pantalla sólo tiene cerca de 6 cm de grosor y su tamaño total (incluyendo la electrónica) es menor de 10 cm. Los plasmas usan tanta energía por metro cuadrado como los televisores CRT . Las escenas brillantes (como un partido de fútbol) necesitarán una mayor energía que las escenas oscuras (como una escena nocturna de una película). Las medidas nominales indican 400 watts para una pantalla de 50 pulgadas. Los modelos relativamente recientes consumen entre 220 y 310 watts para televisores de 50 pulgadas cuando se está utilizando en modo cine. La mayoría de las pantallas están configuradas con el modo «tienda» por defecto, y consumen como mínimo el doble de energía que con una configuración más cómoda para el hogar. El tiempo de vida medio estimado para la pantalla, el momento en el que la imagen se ha degradado hasta la mitad de su brillo original. Se puede seguir usando pero se considera el final de la vida funcional del aparato. Los competidores del plasma son las tecnologías; LCD, CRT, OLED, AMLCD, DLP y SED-tv. La principal ventaja de la tecnología del plasma es que pantallas muy grandes pueden ser fabricadas usando materiales extremadamente delgados. Ya que cada píxel es iluminado individualmente, la imagen es muy brillante y posee un gran ángulo de visión. Una desventaja de este tipo de pantallas en grandes formatos, como 42, 45, 50, y hasta 70 pulgadas, es la alta cantidad de calor que emanan, lo que no es muy agradable para un usuario que guste de largas horas de televisión o videojuegos. Los gases xenón y neón en un televisor de plasma están contenidos en cientos de miles de celdas diminutas entre dos pantallas de cristal. Los electrodos también se encuentran «emparedados» entre los dos cristales, en la parte frontal y posterior de las celdas. Ciertos electrodos se ubican detrás de las celdas, a lo largo del panel de cristal trasero, y otros electrodos, que están rodeados por unos materiales aislantes dieléctricos y cubiertos por una capa protectora de óxido de magnesio, están ubicados en frente de la celda, a lo largo del panel de cristal frontal. El circuito carga los electrodos que se cruzan creando diferencia de voltaje entre la parte trasera y la frontal, y provocan que el gas se ionice y forme el plasma. En la Figura 1.16 se observan los iones del gas que corren hacia los electrodos, donde colisionan emitiendo fotones para hacer brillar el fosforo. 20 Figura 1.16 Encapsulado del Gas en una pantalla de Plasma 13 Una gran particularidad del televisor de plasma es el rango de contraste que tiene en su operación. El contraste es la diferencia entre la parte más brillante de la imagen y la más oscura, medida en pasos discretos, en un momento dado. Generalmente, cuanto más alto es el contraste más realista es la imagen. Las relaciones de contraste para pantallas de plasma se suelen anunciar de 15.000:1 a 30.000:1. Esta es una ventaja importante del plasma sobre otras tecnologías de visualización. Aunque no hay ningún tipo de directriz en la industria acerca de cómo informar sobre el contraste, la mayoría de los fabricantes siguen el estándar ANSI o bien realizan pruebas «full-on full-off». El estándar ANSI usa un patrón para la prueba de comprobación por medio de la cual se miden simultáneamente los negros más oscuros y los blancos más luminosos, y se logra una clasificación más realista y exacta. Por otro lado, una prueba «full-on full-off» mide el contraste usando una pantalla de negro puro y otra de blanco puro, lo que consigue los valores más altos pero no representa un escenario de visualización típico. Los fabricantes pueden mejorar artificialmente el contraste obtenido incrementando el contraste y el brillo para lograr los valores más altos en las pruebas. Sin embargo, un porcentaje de contraste generado mediante este método sería engañoso, ya que la imagen sería esencialmente imposible de ver con esa configuración. En la Figura 1.17, se muestra la diferencia de contraste en una pantalla de plasma. 13 http://common.ziffdavisinternet.com/encyclopedia_images/PLSPIXEL.GIF 21 Figura 1.17 Relación de contraste en una pantalla de Plasma Se suele decir a menudo que las pantallas de plasma tienen mejores niveles de negros (y relaciones de contraste), aunque tanto las pantallas de plasma como las LCD tienen sus propios desafíos tecnológicos. Cada celda de una pantalla de plasma debe ser precargada para iluminarla (de otra forma la celda no respondería lo suficientemente rápido) y esa precarga conlleva la posibilidad de que las celdas no logren el negro verdadero. Algunos fabricantes han trabajado mucho para reducir la precarga y el brillo de fondo asociado hasta el punto en el que los niveles de negro de los plasmas modernos comienzan a rivalizar con los CRT (tubos de rayos catódicos). Con la tecnología LCD, los píxeles negros son generados por un método de polarización de la luz y son incapaces de ocultar completamente la luz de fondo subyacente. Un defecto de la tecnología de plasma es que si se utiliza habitualmente la pantalla al nivel máximo de brillo se reduce significativamente el tiempo de vida del aparato. Por este motivo, muchos consumidores usan una configuración de brillo por debajo del máximo, pero que todavía sigue siendo más brillante que las pantallas CRT. En las pantallas electrónicas basadas en fósforo (incluyendo televisiones de rayos catódicos y de plasma), una exposición prolongada de una imagen estática puede provocar que los objetos que se muestren en ella queden marcados en la pantalla durante un tiempo. Esto es debido al hecho de que los compuestos fosforescentes que emiten la luz pierden su luminosidad con el uso. Como resultado, cuando ciertas áreas de la pantalla son usadas más frecuentemente que otras, a lo largo del tiempo las áreas de baja luminosidad se vuelven visibles a simple vista; esto se conoce como pantalla quemada. Un síntoma muy común es que la calidad de la imagen disminuye gradualmente conforme a las variaciones de luminosidad que tienen lugar a lo largo del tiempo, resultando una imagen con aspecto «embarrado”. Las pantallas LCD, por el contrario, solían sufrir el denominado «efecto fantasma», algo desconocido en las pantallas CRT y plasma. 22 1.3.1 Ventajas de la TV de plasma frente a las TV de LCD Mayor ángulo de visión. Ausencia de tiempo de respuesta, lo que evita el efecto «estela» o «efecto fantasma» que se produce en ciertos LCD debido a altos tiempos de refresco (mayores a 12 ms). No contiene mercurio, a diferencia de las pantallas LCD. Colores más suaves al ojo humano. Mayor número de colores y más reales. Contraste altísimo NOTA: en forma práctica hay tres formas de identificar un plasma de un televisor de LCD. El color de la pantalla apagada en plasma es gris y en LCD es negro El peso de una pantalla de plasma de 42 pulgadas se carga entre dos personas y una de LCD solo una persona El consumo de un plasma va desde 300 Watts hasta 1200 watts y una pantalla de LCD va desde 100 watts hasta 250 watts. 1.4 La televisión con pantalla de cristal líquido Una pantalla de cristal líquido o LCD (Liquid Crystal Display)14 es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color colocados delante de una fuente de luz. El material base de un LCD lo constituye el cristal líquido, el cual exhibe un comportamiento similar al de los líquidos y unas propiedades físicas anisotropías similares a las de los sólidos cristalinos. Las moléculas de cristal líquido poseen una forma alargada y son más o menos paralelas entre sí en la fase cristalina. Según la disposición molecular y su ordenamiento, se clasifican en tres tipos: nemáticos, esméticos y colestéricos. La mayoría de cristales responden con facilidad a los campos eléctricos, exhibiendo distintas propiedades ópticas en presencia o ausencia del campo. El tipo más común de visualizador LCD es el denominado nemático de torsión, término que indica que sus moléculas en su estado desactivado presentan una disposición en espiral. La polarización o no de la luz que circula por el interior de la estructura, mediante la aplicación o no de un campo eléctrico exterior, permite la activación de una serie de segmentos transparentes, los cuales rodean al cristal líquido, en la Figura 1.18, se observa el trabajo del LCD para polarizar la luz y formar así lo elementos de imagen. 14 https://es.wikipedia.org/wiki/Pantalla_de_cristal_l%C3%ADquido 23 Figura 1.18 Polarización de la luz para formar imagen en un panel de LCD Cada píxel de un LCD típicamente consiste de una capa de moléculas alineadas entre dos electrodos transparentes, y dos filtros de polarización, los ejes de transmisión de cada uno que están perpendiculares entre sí. Sin cristal líquido entre el filtro polarizante, la luz que pasa por el primer filtro sería bloqueada por el segundo polarizador. Antes de la aplicación de un campo eléctrico, la orientación de las moléculas de cristal líquido está determinada por la adaptación a las superficies. En un dispositivo twisted nematic, TN (uno de los dispositivos más comunes entre los de cristal líquido), las direcciones de alineación de la superficie de los dos electrodos son perpendiculares entre sí, y así se organizan las moléculas en una estructura helicoidal, o retorcida. Como la luz sufre el cambio de polaridad de horizontal a vertical. Debido a que el material es de cristal líquido birrefringente, la luz que pasa a través de un filtro polarizante se gira por la hélice de cristal líquido que pasa a través de la capa de cristal líquido, lo que le permite pasar por el segundo filtro polarizado. La mitad de la luz incidente es absorbida por el primer filtro polarizante, pero por lo demás todo el montaje es transparente. En la Figura 1.19 se observa la estructura del panel de LCD, en este se integra toda la serie de proceso de señal para lograr la imagen, desde las entradas de video análogo y de video digital, pasando por los bloques del escalador y desentrelazador para llegar así a los drivers y poder desplegar la imagen en el panel de LCD. 24 Figura 1.19 Diagrama a bloques del proceso de VIDEO en una pantalla LCD15 Cuando se aplica un voltaje a través de los electrodos, una fuerza de giro orienta las moléculas de cristal líquido paralelas al campo eléctrico, que distorsiona la estructura helicoidal. Esto reduce la rotación de la polarización de la luz incidente, y el dispositivo aparece gris. Si la tensión aplicada es lo suficientemente grande, las moléculas de cristal líquido en el centro de la capa son casi completamente desenrolladas y la polarización de la luz incidente no es rotada ya que pasa a través 15 http://3.bp.blogspot.com/C5o1WqByfVw/TjX3W68BnbI/AAAAAAAAAGQ/zWeEgeGyi1E/s1600/Fig.8.3.1+Diagrama+en+bloques+resumido +de+un+TV+con+pantalla+digital.png 25 de la capa de cristal líquido. Esta luz será principalmente polarizada perpendicular al segundo filtro, y por eso será bloqueada y el pixel aparecerá negro. En la figura 1.20 se observa la aplicación de un cristal líquido en un Display de reloj. Figura 1.20 Display de LCD Cuando un dispositivo requiere un gran número de píxeles, no es viable conducir cada dispositivo directamente, así cada píxel requiere un número de electrodos independiente. En cambio, la pantalla es multiplexada. En una pantalla multiplexada, los electrodos de la parte lateral de la pantalla se agrupan junto con los cables (normalmente en columnas), y cada grupo tiene su propia fuente de voltaje. Por otro lado, los electrodos también se agrupan (normalmente en filas), en donde cada grupo obtiene una tensión de drenador. En la figura 1.21, se observa la conexión de una matriz de un panel de LCD. Los grupos se han diseñado de manera que cada píxel tiene una combinación única y dedicada de fuentes y drenadores. Los circuitos electrónicos o el software que los controla, activa las compuertas en secuencia y controla las fuentes de los píxeles de cada drenador. Figura 1.21 Conexión en arreglo matriz de un panel de LCD16 16 http://ohmios.es/wp-content/uploads/2013/05/matriz-pasiva.jpg 26 En las pantallas LCD de color cada píxel individual se divide en tres células, o sub-píxeles, de color rojo, verde y azul, respectivamente, por el aumento de los filtros (filtros de pigmento, filtros de tinte y filtros de óxido de metal). En la Figura 1.22 se observa la matriz con la representación de los colores RGB que formaran la imagen de video a color. Cada sub-píxel puede controlarse independientemente para producir miles o millones de posibles colores para cada píxel. Figura 1.22 Matriz con la representación de los colores RGB Los componentes de color pueden colocarse en varias formas geométricas de píxeles, función del uso del monitor. En la Figura 1.23, se muestra la estructura de un pixel en pantalla de LCD. Si el software sabe qué tipo de geometría se está usando en un LCD concreto, ésta puede usarse para aumentar la resolución del monitor a través de la presentación del subpixel. Esta técnica es especialmente útil para texto anti-aliasing. Figura 1.23 Estructura de un pixel en pantalla de LCD17 17 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0f/Antialias-vrs-Cromapixel.svg/400px-Antialiasvrs-Cromapixel.svg.png 27 1.4.1 Matrices activas y pasivas para pantallas lcd Las pantallas LCD con un pequeño número de sectores, tales como los que se utilizan en relojes digitales y calculadoras de bolsillo, tienen contactos eléctricos individuales para cada segmento. Un circuito externo dedicado suministra una carga eléctrica para el control de cada segmento. Las pequeñas pantallas monocromo como las que se encuentran en los organizadores personales, o viejas pantallas de ordenadores portátiles tienen una estructura de matriz pasiva donde emplean tecnologías como la super-twisted nematic (STN). Cada fila o columna de la pantalla tiene un solo circuito eléctrico. Los pixeles se dirigen a la vez por direcciones de fila y de columna. Este tipo de pantalla se denomina matriz pasiva–dirigida porque el píxel debe conservar su estado entre los períodos de refresco sin beneficiarse de una carga eléctrica constante. A medida que el número de píxeles (y, en consecuencia, columnas y filas) se incrementa, este tipo de pantalla se vuelve menos apropiada. Tiempos de respuesta muy lentos y un contraste bastante pobre son típicos en las matrices pasivas dirigidas a LCD. En dispositivos de color de alta resolución como los modernos televisores con pantalla LCD utilizan una estructura de matriz activa. Una matriz de thin-film transistors (TFT) se agrega a la polarización y a los filtros de color. Cada píxel tiene su propio transistor dedicado, que permitirá a cada línea de la columna acceder a un píxel, ver Figura 1.24. Cuando una línea de fila está activada, todas las líneas de la columna están conectadas a una fila de píxeles y una correcta tensión de alimentación es impulsada a todas las líneas de la columna. Figura 1.24 Estructura de un Mosfet de tecnología TFT18 18 http://riverdi.com/wp-content/uploads/2014/01/tft_lcd-drawing3.png 28 Cuando la línea de fila se desactiva, la siguiente línea de fila es activada. Todas las líneas de la fila se activan secuencialmente durante una operación de actualización. La Figura 1.25 muestra la matriz activa que está dirigida a dispositivos con un mayor brillo y tamaño. Figura 1.25 Matriz activa de cristal líquido. 1.4.2 Tipos de tecnología de LCD Twisted nematic (TN). Las pantallas twisted nematic contienen elementos de cristal líquido con desenrollado y enrollado en diversos grados para permitir que la luz pase a través de ellos. Cuando no se aplica voltaje a una celda de cristal líquido TN, la luz se polariza para pasar a través de la célula. En proporción a la tensión aplicada, las células LC giran hasta 90 grados cambiando la polarización y bloqueando el camino de la luz. Para ajustar correctamente el nivel de la tensión de casi cualquier nivel de gris o la transmisión que desee lograr. In-plane switching (IPS) es una tecnología LCD que alinea las celdas de cristal líquido en una dirección horizontal. En este método, el campo eléctrico se aplica a través de cada uno de los extremos del cristal, pero esto requiere dos transistores por cada píxel en vez de un transistor que era lo necesario para una pantalla estándar TFT. Esto hace que se produzca un mayor bloqueo del área de transmisión, también requiere un mayor brillo de fondo, el cuál consumirá más energía, haciendo este tipo de pantalla menos deseable para los ordenadores portátiles. Vertical alignment (VA). Las pantallas vertical alignment, VA, son una forma de pantallas LCD en las que el material de cristal líquido se encuentra en un estado vertical eliminando la necesidad de los transistores extras (como en el IPS). Cuando no se aplica voltaje, la celda de cristal líquido, sigue siendo perpendicular al sustrato creando una pantalla negra. 29 1.4.3 Control de calidad Algunos paneles LCD contienen transistores defectuosos, provocando que los píxeles se enciendan o se apaguen permanentemente, lo que se denomina comúnmente o píxeles muertos, respectivamente. A diferencia de los circuitos integrados, los paneles LCD con unos pocos píxeles defectuosos suelen aún poder utilizarse. También es prohibitivo económicamente descartar un panel, con unos pocos píxeles defectuosos porque los paneles LCD son mucho más grandes que ICs. Los fabricantes tienen normas diferentes para determinar un número aceptable de píxeles defectuosos. El número máximo aceptable de píxeles defectuosos para LCD varía en gran medida. En un primer momento, Samsung tenía una política de tolerancia cero para los monitores LCD que se vendían en Corea. Actualmente sin embargo, Samsung se adhiere al estándar ISO 13406-2 que resulta menos restrictivo. En otras empresas se han llegado a tener políticas que toleraban hasta 11 pixeles muertos. Las políticas de píxeles muertos son un debate en el que se encuentran dos posiciones contrapuestas las de los fabricantes y los clientes. Para regular la aceptación de los defectuosos y para proteger al usuario final, la ISO publicó el estándar ISO 13406-2. Sin embargo no todos los fabricantes de LCD se ajustan a esta normativa y la norma ISO es a menudo interpretada de diferentes maneras. Los paneles LCD tienen más probabilidades de tener defectos que la mayoría de ICs, debido a su mayor tamaño. La norma es mucho más seguida ahora debido a la feroz competencia entre los fabricantes y un mejor control de calidad. Un panel LCD SVGA con 4 píxeles defectuosos es generalmente considerado defectuoso y los clientes pueden solicitar un cambio por uno nuevo. Algunos fabricantes, en particular en Corea del Sur, donde se encuentran algunos de los mayores fabricantes de paneles LCD, como LG, ahora tienen "cero píxeles defectuosos de garantía" y se puede pedir que se sustituya el dispositivo por otro en caso de que un píxel sea defectuoso. Incluso donde esas garantías no existen, la ubicación de píxeles defectuosos es importante. Una pantalla con sólo unos pocos píxeles defectuosos puede ser inaceptable si los píxeles defectuosos están cerca unos de otros. Los fabricantes también pueden relajar sus criterios de sustitución de píxeles defectuosos cuando están en el centro del área de visualización. Los paneles LCD también tienen defectos conocidos como mura, el cual tiene como una pequeña grieta que provoca pequeños cambios en la luminosidad o en el color. La tecnología LCD se emplea en monitores para computadoras en televisiones y en dispositivos portátiles (como consolas de video, teléfonos celulares, calculadoras, cámaras digitales y handhelds) cuya pantalla es LCD. Además de eso, vale acordarse que las notebooks utilizan esta tecnología hace años. Esto sucede porque la tecnología LCD permite mostrar imágenes monocromáticas o color y animaciones en prácticamente cualquier dispositivo, sin la necesidad de un tubo de imagen, como sucede con los monitores CRT, ver Figura 1.26. 30 Figura 1.26 Diferentes monitores de pantalla LCD En la pantallas monocromáticas (comunes en relojes, calculadoras, etc.), las moléculas asumen dos estados: transparentes (la luz pasa) y opaco (la luz no pasa). Para pantallas que muestran colores, diferentes tensiones y filtros que trabajan sobre la luz blanca son aplicados a las moléculas. 1.4.4 Monitores TFT (thin film transistor) Un tipo de pantalla muy encontrado en el mercado es el TFT, siendo usada incluso en notebooks. Esa tecnología tiene como principal característica la aplicación de transistores en cada pixel. Así, cada unidad puede recibir una tensión diferente, permitiendo, entre otras ventajas, la utilización de resoluciones altas. Por otro lado, su fabricación es tan compleja que no es raro encontrar monitores nuevos que contengan píxeles que no funcionan (los llamados "dead pixels" o "pixels muertos”). En la figura 1.27 se muestra la estructura de la tecnología TFT - LCD (o Active Matrix LCD) para diferenciar esos equipos. Figura 1.27 Componentes de la Matriz Activa Existe también un tipo denominado "Matriz Pasiva" (DSTN - Double Super Twist Nematic), actualmente utilizado en dispositivos portátiles, ya que ese tipo de pantalla tiene un ángulo de visión más limitado y mayor tiempo de respuesta. Para monitores, ese estándar no es recomendado. 31 1.4.5 Diferencia del TV de lcd con TV de plasma Hay quien piensa mismo, pero no es así. La principal diferencia de este tipo de pantalla, es que cada píxel crea su propia fuente de luz. La imagen de la pantalla de plasma es muy nítida y no posee problemas de distorsión en las extremidades del monitor. Para generar la luz en cada pixel, se utilizan electrodos cargados entre paneles de cristal, que originan pequeñas explosiones de gas xenonio que, por su parte, reaccionan con la luz ultravioleta, haciendo brillar el fósforo rojo, verde o azul de cada pixel. Tamaño de la pantalla y resolución. Con la popularización de los monitores LCD, cada vez es más común encontrar en el mercado equipos de mayor tamaño que los tradicionales monitores de 14" o 15" (se lee el símbolo " como pulgadas). 1.4.6 Tiempo de respuesta El tiempo de respuesta es una característica que debe interesar mucho a quien desea utilizar la pantalla de LCD para juegos o videos. Estas son aplicaciones que exigen un cambio rápido del contenido visual. Si el monitor no es capaz de acompañar esos cambios, se atrasará en la alteración del estado de sus píxeles, causando efectos indeseados, como "objetos fantasmas" en la imagen o sombra en movimientos. El tiempo de respuesta es la cantidad de tiempo que necesita un pixel para cambiar de un color o tonalidad a otra y luego volver a su color original. La unidad de medida es en milisegundos. Como es lógico cuanto menor sea este número mejor, valores típicos son de 12 milisegundos, 8 milisegundos y 6 milisegundos. Los efectos son sobre todo subjetivos, pueden molestar más a algunas personas que a otras. ¿Cuál es la relación entre el tiempo de respuesta y la frecuencia de refresco? Son totalmente independientes. Las pantalla s de LCD tienen una frecuencia de refresco de 60 Hz, 120 Hz y 240 Hz lo cual son 16 milisegundos, 8 milisegundos y 4 milisegundos hasta que llega la siguiente imagen. Para los televisores, la cantidad de Hz (Hertz) mide la frecuencia de refresco de pantalla, que es la cantidad de veces por segundo que la imagen de la pantalla del televisor es reconstruida por completo. Un televisor con una frecuencia de refresco de 60 Hz significa que la imagen será reconstruida completamente 60 veces por segundo. ¿Por qué esto es importante? Generalmente, cuantas más veces se refresque la pantalla, mejor se verán las imágenes para el ojo humano. Los HDTV LCD ofrecen modelos de 60Hz, 120Hz y, recientemente, de 240Hz. Casi todos los HDTV plasma cuentan con una frecuencia de refresco de 600Hz y son conocidos por una perfecta reproducción de la acción, los deportes y los videojuegos. En el nivel bajo de 60Hz, puede ocurrir algo denominado imágenes borrosas en movimiento con el movimiento rápido en la pantalla. El resultado es una imagen borrosa cuando, por ejemplo, los jugadores de football corren por el campo de 32 juego. Cuando se ingresa en el terreno de los 120Hz y 240Hz, las imágenes borrosas en movimiento se ven reducidas significativamente. 1.4.7 Tamaño de pantalla Si se va a reemplazar el TV del tipo TRC por una pantalla de LCD, vamos a encontrar que los tamaños disponibles en el mercado son distintos a los que estamos acostumbrados a usar. Esto se debe a que cambia la denominada "relación de aspecto" (relación entre alto y ancho), dado que en lugar de la relación de 4:3 (del TV TRC) en los TV LCD es ahora de 16:9. El TV de TRC más difundido es el conocido como de 29 pulgadas (29''), donde esta medida se refiere a la longitud de la diagonal de la pantalla, que resulta ser de 44 cm de alto por 59 de ancho. Los TV LCD, al tener una distinta relación de aspecto, presentan distintas medidas de sus diagonales, ver Figura 1.28. Por esto el equivalente a las 29 pulgadas será el equipo de 32'' con medidas de 40 cm de alto por 71 de ancho. Como se puede apreciar, la altura es un 10% menor, por lo que al visualizar una imagen transmitida en formato 4:3 reflejará esta misma reducción. Con el mismo criterio, el equivalente a 21'' (32 cm de alto por 43 de ancho) será de 26'' (32 cm de alto por 58 de ancho) manteniendo el tamaño de la imagen. Figura 1.28 El tamaño de pantalla se mide en diagonal 33 1.4.8 Distancia al observador En la tabla 1 se muestra la recomendación de la distancia entre pantalla y observador. Esta debe ser entre 2 y 5 veces el ancho de la pantalla. La altura se debe corresponder con la altura de la cabeza del observador para asegurar un ángulo cómodo de visión. Se dan a continuación los valores ideales: Tabla 1.- Distancia óptima de visualización de un TV LCD Tamaño de pantalla Televisión de Cinescopio 21 pulgadas 1.5 metros 1 26 pulgadas 2 metros 1.5 metros 29 pulgadas 2.5 metros 1.5 metros 32 pulgadas 2.5 metros 1.5 metros 40 pulgadas 3 2 metros Televisión de LCD HD y FullHD metro metros La equivalencia de los HD con respecto a los SD en relación a la distancia es debido a que los pixeles son más pequeños en las pantallas de HD. Con esta regla, si hoy tengo un TV estándar de 29'' ubicado a 2.5 metros de la posición del observador, el mejor reemplazo para maximizar la calidad de imagen de un HD sería de 40''. Es decir mayor definición y mayor pantalla con la misma distancia. 34 1.4.9 Siglas de las tecnologías actuales de televisiones Pantallas de LCD Las pantallas LCD, según las diferentes tecnologías que incorporan, son incluidas en dispositivos realmente simples como los despertadores, o en otros dispositivos más complejos y elaborados como los teléfonos inteligentes. Consisten, según su funcionamiento, en una fuente de luz que es bloqueada por píxeles, de forma que se elabora así una silueta en tamaño reducido y, según el tamaño de esta composición, se puede dar lugar a una imagen. Estos píxeles se componen de cristal líquido-LDC, “Liquid Crystal Display”, “pantalla de cristal líquido”- que, producto de la excitación en una reacción eléctrica, se vuelven translúcidos y opacos, impidiendo que la fuente de luz atraviese las formas creadas. Los tipos de TFT-LCD que se usan en las pantallas -Thin-film transistor, transistor de películas finas- son una variante de las pantallas de cristal líquido -LCD- que se valen de la tecnología de transistor de película fina para la mejora sustancial en cuanto a la calidad de la imagen. Se trata de un subtipo de matriz activa. Dentro de las pantallas TFT – LCD encontramos las siguientes categorías que, progresivamente, han ido optimizando la calidad de imagen, velocidad de respuesta y otros parámetros fundamentales. IPS - In Plane Switching AS-IPS Advanced Super -IPS A_TW-IPS Advanced_ White IPS H-IPS Horizontal IPS TN + film Twisted Nematic + Film MVA Alineación Vertical Multidominio PVA Alineación Vertical por Patrones S – PVA Súper Alineación Vertical por Patrones PLS Plane Line Switching S- PLS Super plane Line Switching Estas categorías anteriormente expuestas suponen, cada cual, una mejor relativa a la cantidad de colores, velocidad respuesta, velocidad de refresco, ángulos de visión y algunos otros parámetros que mejoran, de forma conjunta, la experiencia global en la visualización de contenidos -imagen y vídeo- en estas pantallas. 1.4.10 Pantallas OLED Los paneles OLED, según la tecnología que utilizan, se valen de diodos orgánicos emisores de luz que funcionan por sí mismos como píxeles para la creación, en su conjunto, de imágenes. La principal diferencia entre unos y otros tipos de pantallas OLED se encuentra en la organización de la matriz de subpíxeles. 35 Así, en algunas tecnologías OLED encontramos estructuras más “densas” y otras más “dispersas”, lo cual hace variar notablemente la calidad de la pantalla, pero también inevitablemente el consumo de energía de la misma, algo fundamental en los dispositivos portátiles. Este tipo de paneles son frecuentemente criticados por dar lugar a aberraciones de color, comúnmente se dice que “ofrecen colores irreales, excesivamente saturados. En realidad, los paneles LCD son los que, por decisión de los fabricantes para reducir el consumo energético, mantienen una saturación reducida en el rojo y el verde. Dentro de las tecnologías emergentes que se tendrán del tipo OLED se encuentran: OLED (organic light-emitting diode) SM-OLED (Small-Molecule OLED) PLED (Polymer Light-Emitting Diode) LEP (Light-Emitting Polymers) TOLED (Transparent OLED) SOLED (Stacked OLED) 1.5 La televisión con retro-iluminación led Actualmente para este año 2015 la venta de pantallas de cristal líquido ha tenido un cambio, la retroiluminación con lámparas ha dejado de fabricarse y ahora las pantallas de LCD utilizan iluminación con diodos LED DE ALTO BRILLO. La Retroiluminación LED es un tipo de iluminación de pantallas LCD, utilizado inicialmente en telefonía móvil y dispositivos de pantalla pequeña y actualmente en las pantallas de gran formato. Que consta de diodos emisores de luz (LED, por sus siglas en inglés "light-emitting diode") 19 , reemplazando así las tradicionales lámparas fluorescentes. Este tipo de retro iluminación no modifican la calidad en cuanto a la imagen de los monitores o televisiones ya que la tecnología del panel es la misma, pero sí la visión; La diferencia está en el tipo de iluminación, logrando más eficacia energética y una iluminación más efectiva. Las pantallas Led además de cambiar la forma de retro iluminar el panel, han cambiado en su estructura de componentes. La pantalla de LCD con lámparas fluorescentes tienen por lo general 4 tarjetas de proceso además del panel. En las pantallas de LED, solo hay dos tarjetas de proceso y el panel de LCD. Esto es debido a la integración de funciones y en una sola tarjeta ahora se hacen dos procesos. Ver tabla 2. 19 https://es.wikipedia.org/wiki/Retroiluminaci%C3%B3n_led 36 Tabla 2- Comparativa de Ventajas de la retroiluminación Led contra la retroalimentación por lámpara de CCFL Pantalla con retroiluminación Lámparas. Pantalla con retroiluminación LED. 1. Tarjeta de fuente de alimentación 2. Tarjeta INVERTER 1. Tarjeta de Fuente de alimentación y fuente de alimentación para leds. 3. TARJETA main 2. Tarjeta Main. 4. Tarjeta Tcon 3. Tarjeta Tcon integrada al panel de LCD. 5. Panel de LCD Las pantallas con retroiluminación LED tienen dos tipos principales que son: Full Led. Tienen toda la parte del back light cubierta de leds de alto brillo Edge Led. Tienen leds solo en las partes superiores o en los marcos laterales y por medio de una guía de luz iluminan todo el panel. Por último, entre los televisores LED podemos diferenciar dos tipos: los que hacen uso de LED tipo Edge o LED con atenuación local, esto se ve en la Figura 1.29. La diferencia es la siguiente: Figura 1.29 Comparación de Iluminación Edge contra iluminación Full Led. LED tipo EDGE es la que usa una tira de leds en los bordes y mediante difusores lleva la luz a todo el panel. Es prácticamente seguir el mismo esquema de los LCD sólo que con otro tipo de lámpara. Como ventaja esta la reducción de grosor. 37 Full LED con atenuación local es otro sistema donde todo el panel tiene leds que lo iluminan según las necesidades. Esto permite, entre otras cosas el poder encender o apagar zonas concretas lo que ayuda por ejemplo a mejorar el contraste y calidad de los negros. LED de tipo Edge, en la búsqueda por un sistema de iluminación trasera que permitiera jugar más con el diseño de los televisores y reducir su grosor, surgió la idea de llevar la iluminación LED a los bordes de los equipos. De esta forma el grosor que se consigue es muy reducido, la luz de los LEDs se distribuye entonces por todo el panel por medio de difusores. El inconveniente de este sistema es que los negros no lo son tanto y que la retroiluminación puede no ser uniforme en todas las zonas. LED con atenuación local, el otro sistema principal de iluminación de los paneles en los televisores LED es el local dimming o atenuación local. En este caso el sistema puede apagar y encender zonas más concretas, consiguiendo mejores contrastes. En los de este tipo también hay un inconveniente destacado llamado efecto blooming, con el que es posible ver un halo en los objetos claros en un fondo negro. En primera apariencia se entiende que una pantalla de LCD con lámparas y una pantalla de LCD con leds prácticamente son lo mismo solo difieren en el tipo de retroiluminación, pero no es así. La tecnología avanza y hay cambios en cada sección, comenzando desde la fuente de alimentación donde ahora las fuentes conmutadas emplean transformadores ultra planos. La tarjeta Main utiliza un sintonizador completamente digital para la HD y el circuito Escaler es más poderoso para poder entregar la señal Real Full HD. El panel ya integra en su misma estructura la tarjeta Tcon. Estos cambios hacen que las pantallas Led presenten mejoras en los procesos de video digital, además de reducir consumos en la utilización de energía eléctrica. En las pantallas con lámparas fluorescentes, normalmente situadas en los bordes superior e inferior, que iluminan toda la pantalla. En los segundos se hace uso de LEDs, esto permite un ahorro del 40% de energía, una luz más uniforme y más respeto con el medio ambiente al estar libres de mercurio. Y esa luz es la que generamos de dos formas, con lámparas fluorescentes o LEDs. Hoy en día es más frecuente encontrar pantallas LEDs que LCD pero las sigue habiendo. Más allá del consumo energético la principal ventaja de un LED es que esa luz es más uniforme. Tanto al principio como al final de la vida útil del aparato. Algo que, según se va desgastando el fluorescente, es más notable con el paso del tiempo donde vemos como el centro de la pantalla se va oscureciendo. Con los televisores LED, obtenemos pantallas de menor grosor, con menor consumo de energía, y en los últimos modelos se ha mejorado sustancialmente el tiempo de respuesta en imágenes rápidas así como la calidad de color, ángulo de visión y contraste. 38 La guerra de la resolución de pantallas Un píxel (acrónimo del inglés picture element, „elemento de imagen‟), es la menor unidad homogénea en color que forma parte de una imagen digital, ya sea esta una fotografía, un fotograma de vídeo o un gráfico. Un píxel es la unidad mínima que compone las imágenes digitales, y la unión de millones de píxeles conforma una imagen en cualquier pantalla. En teoría, cuanto mayor sea la resolución de una pantalla, más píxeles, mejor definición y mayor nitidez tendrán las imágenes visualizadas en ella. La resolución de pantalla es el número máximo de píxeles que se pueden mostrar en una determinada superficie para completar una imagen. Esta máxima resolución de la imagen se obtiene mediante la multiplicación de los píxeles horizontales y verticales, ver Figura 1.30. Figura 1.30 Diferentes formatos de Resolución de Imagen20 20 http://www.muylinux.com/wp-content/uploads/2014/02/4k.png 39 Cada valor de resolución mostrada en la figura 1.30 tiene un valor de pixeles en dos valores, anchura y altura de la pantalla. Calidad DVD utiliza 720 x 480 pixeles Calidad 720p utiliza 1280 x 720 pixeles Calidad Full HD utiliza 1920 x 1080 pixeles Calidad 2K utiliza 2048 x 1080 pixeles Calidad 4K utiliza 4096 x 2160 pixeles En algunos entornos gráficos, al aumentar la resolución de la pantalla, el número de elementos visibles y el espacio en el escritorio del ordenador es mayor; por tanto, una buena resolución ayuda a ser más productivo al mismo tiempo que se visualizan de forma óptima páginas web y los archivos multimedia, como fotografías y vídeos. 1.5.1 Formato HD ready y full HD Otro campo es el de los televisores de alta definición (HDTV), donde existen dos resoluciones principales: 1920x1080 píxeles (llamado 1080) y 1280x720 (llamado 720). Cada una de estas resoluciones se puede conseguir mediante la técnica progresiva (p) o entrelazado (i). La diferencia entre ambas técnicas radica en que mientras el progresivo escanea y visualiza en la pantalla todas las líneas horizontales en cada imagen, el entrelazado usa una tecnología consistente en visualizar la mitad de las líneas como medio para construir la imagen: en una primera pasada visualiza las impares y posteriormente las pares. Por tanto, la tecnología progresiva (p) tiene una mayor resolución de muestreo. Para facilitar la tarea a los usuarios de distinguir claramente entre las diferentes resoluciones, se utiliza la marca "HD Ready" para resoluciones 1280x720 y "Full HD" para 1920x1080, esta última claramente superior. Cada una de estas marcas tiene la indicación adicional (p) o (i) para indicar si el escaneo de la imagen es progresivo o entrelazado. Una pantalla de grandes dimensiones en un espacio reducido distorsiona la imagen y cansa la vista, además de evidenciar todos los defectos y las bajas calidades de emisión. En general, hay que respetar las distancias óptimas entre el tamaño de la pantalla y la distancia al espectador. Según los expertos, para un tamaño de pantalla de entre 30 y 37 pulgadas, la distancia óptima estaría situada entre los 2 y 2,5 metros. A menor tamaño, menor distancia, y a mayor tamaño, mayor distancia. Ver Tabla 3. 40 Tabla 3.- Comparativa de tecnología Plasma contra LCD Característica Plasma LCD ¿Quién gana? Dimensión de Pantalla 32 a 60 pulgadas 30 a 100 pulgadas LCD Angulo de visión Hasta 160 grados Hasta 170 grados LCD Refresco Muy eficiente Hasta 12 ms PLASMA Brillo 500 a 700 Cd/m2 450 Cd/m2 PLASMA Contraste 1000 : 1 400:1 a 600:1 PLASMA No reproduce bien el Negro PLASMA Rendimiento para Home cinema Vida Útil 20 a 30mil horas 50 a 60 mil horas LCD Quemado Efecto Burn-in No presentan LCD Peso Robustas y pesadas Ligeras LCD Profundidad 76 mm 51 mm LCD 1.5.2 Consejos para comprar una televisión Por último, les daré algunos consejos acerca de qué puntos tomar en cuenta al momento de evaluar una compra de uno de ellos. 1. Dónde se va a ubicar el televisor, ver la incidencia de luz, cuánto tiempo y desde qué ángulos vamos a verlo. 2. Decidir qué tamaño conviene más para donde lo vayamos a ubicar. No siempre sucede que cuanto más grande mejor. 3. Ir a algún local de venta de electrodomésticos o computación y comparar uno o varios videos o imágenes, no sólo en distintos tamaños y tipos de tecnologías, sino también en distintas marcas y modelos 4. Si queremos ver imágenes en alta definición (TV digital, TV satelital, BluRay, Juegos HD), la pantalla debería tener una resolución mínima de 720 p, y tener al menos una entrada HDMI. En cuanto a las especificaciones, lo ideal sería tener un contraste dinámico mayor a 5.000 : 1 5. Si vamos a utilizarlo para TV Cable (no digital), en calidad DVD o un uso común y corriente, debemos asegurarnos de que existan al menos dos entradas de Video Compuesto, y si viene con HDMI, mejor. 6. No pagues mucho más por algo que no vas a poder apreciar... La diferencia entre las resoluciones 1080 p y 720 p se hace increíblemente apreciable en tamaños desde los 42″ en adelante, o en juegos y películas de tal resolución. Esto no significa que en 41 las pantallas de menores tamaños no se aprecie, pero tengamos cuidado de no pagar precios excesivos sólo por esta razón, además de que si vamos a utilizar una pantalla Full HD de 1080 p para ver cable en baja definición, estamos pagando excesivamente un precio por algo que una pantalla de menor calidad puede cumplir a la perfección, pero obviamente cada uno es libre de elegir y pagar lo que quiera. La Figura 1.31 muestra una infografía sobre cómo están construidas las pantallas de cada tecnología que, si bien está en inglés, es perfectamente entendible. a) Tecnología LCD con retroiluminación de lámpara CCFL b) Tecnología LCD con retroiluminación de Leds de alto brillo (full led) 42 c) Tecnología LCD con retroiluminación de Leds de alto brillo (Edge Led) Figura 1.31 a, b y c. Diferentes tecnologías de pantallas actuales 43 Capítulo 2 Marco teórico 2.1 Circuitos conversores DC a DC En las pantallas de LCD se utilizan los circuitos conversores de DC a DC, estos circuitos se les conocen como fuentes conmutadas en general, pero al hacer una revisión por estructura de componentes se logran identificar los 4 tipos de conversores que se usa en cada una de las tarjetas de la pantalla de LCD. Hay cuatro tipos de conversores: 1. 2. 3. 4. Conversor tipo Fly back ( fuente de stand by) Conversor tipo Buck (fuente de reducción) Conversor tipo Boost (fuente de elevación) Conversor tipo resonante LLC ( Fuente de alimentación de inverter) 2.1.1 Conversor tipo Fly Back El convertidor de retroceso o denominado Fly Back21 convierte una tensión continua de entrada Vi en otra de salida Vs, mayor o menor en función de la relación de espiras del transformador y de la duración de t1. Un circuito con componentes ideales se muestra en la Figura 2.1. Figura 2.1 Convertidor tipo Fly back (de retroceso) ideal Su topología viene dada por un único interruptor controlado S1, que cuando está cerrado permite la entrada de energía desde la fuente de continua Vi a la bobina L1, que en el secundario se convierte en una tensión VL2 de signo negativo que polariza inversamente el diodo D como se muestra en la Figura 2.2. 21 http://www.dte.uvigo.es/tesis/andres.nogueiras/apendice-a.pdf 45 Figura 2.2 D queda en polarización inversa Cuando S1 se abre, la energía almacenada en la bobina L1 induce la aparición de una tensión de signo positivo en L2, lo que polariza directamente al diodo D, que permite el flujo de corriente de L2 a C y R, como se muestra en la Figura 2.3 . Figura 2.3 El diodo D queda en polarización directa De este convertidor se obtienen, para el modo de conducción continuo, la ecuación fundamental: Para el modo de conducción discontinuo, en el cual la corriente por las bobinas deja de circular, lo que implica un tercer circuito equivalente que se muestra en la Figura 2.4, se obtiene la siguiente ecuación fundamental: 46 Figura 2.4 Modo de Conducción Discontinuo Las formas de ondas de las tensiones y corrientes, para régimen permanente, en este convertidor se muestran en la Figura 2.5 para modo continuo y en la Figura 2.6 para modo discontinuo. Figura 2.5 Formas de onda de corrientes y tensiones en el convertidor Fly Back Modo Continuo 47 Figura 2.6 Formas de onda de corrientes y tensiones en el convertidor flyback Modo Discontinuo Una aplicación del conversor Fly Back en las televisiones con pantalla de LCD es en la fuente de alimentación en el circuito de Stand By, ver la Figura 2.7 , esta es el diagrama de la fuente de stand by en un televisor de marca Sony con pantalla de LCD de 40 pulgadas. 48 Figura 2.7 Diagrama de conversor Fly Back en marca Sony 1. 2. 3. 4. 5. 6. El funcionamiento del conversor Fly back para esta fuente Sony se describe a continuación: . El voltaje de B+ es de 179.4V y polariza por medio de la bobina primaria al drenador del Mosfet. A través del circuito Start up internamente del ci polariza al oscilador para el arranque. El Mosfet inicia el switcheo con la frecuencia de oscilación, y se genera un pulso de 317 Vpp en el drenador debido al campo generado en la bobina primaria debido a la autoinducción. Se produce la inducción al bobinado secundario para rectificarlo y filtrarlo para obtener un voltaje regulado de 3.3 volts El control de la regulación se realiza con el circuito de retroalimentación a partir de amplificador de error TL3431 y del opto acoplador conectado al pin Feed back del circuito oscilador. el amplificador de error toma un voltaje de referencia de 1.24v de la divisora de voltaje y por medio del led infrarrojo controla al fototransistor que regula el voltaje de 1.72V del pin 2 Feed Back del oscilador. 49 2.1.2 Conversor tipo Buck Este conversor se utiliza como regulador de reducción de ahí el nombre de Step Down Converter o tipo Buck22. Este conversor se caracteriza por tener el conmutador Mosfet en serie con la bobina de auto inducción, como se muestra en la Figura 2.8. Este conversor tiene la característica de que la oscilación es del tipo de Modulación de Anchura de Pulso (PWM = Pulse Wide Modulation). Figura 2.8 Diagrama del conversor tipo Buck En este conversor siempre se cumple que Vo es menor o igual que Vi, razón por la que se le llama reductor, el interruptor S conmuta a una frecuencia f=1/T. Tiene dos modos de operación, según lo que suceda a la corriente en el inductor L durante el periodo de operación T. Modo de conducción continua (MCC), cuando la mencionada corriente no se anula. Modo de conducción discontinua (MCD), cuando la corriente por L se anula durante un intervalo. 2.1.2.1 Operación del conversor Buck en Modo de Conducción Continua MCC En t=0 comienza a conducir el interruptor S, el circuito equivalente de esta etapa está representado en la Figura 2.9. Como la tensión de salida Vo es menor que Vi la corriente por L será creciente durante este intervalo. La corriente que circula por S es igual a la de L. Figura 2.9 El switch cierra t=0 en MCC 22 http://iie.fing.edu.uy/ense/asign/elpot1/dcdc.pdf 50 Un tiempo T después se apaga el interruptor S. Se genera entonces una sobretensión que hace conducir al diodo DRL manteniendo así la continuidad de la corriente por L. El nuevo circuito está representado en la Figura 2.10, la corriente por L es ahora decreciente. Figura 2.10 El switch se abre durante 0-T En la Figura 2.11 se presentan las formas de onda principales del conversor Buck en modo MCC Figura 2.11 Formas de onda del conversor Buck en modo MCC Se verifican las siguientes ecuaciones: 51 Intervalo 0 < t < T: Intervalo T < t < T: El valor medio de la tensión VD es Vi y, como la tensión media sobre L debe ser nula cuando el circuito opera en estado estacionario, tenemos que: Vo=Vi La tensión de salida Vo puede ser entonces controlada variando el ciclo de trabajo () del interruptor S, para compensar las variaciones de la tensión de entrada Vi. La Figura 2.12, representa al conversor Buck junto con un bloque de control, denominado PWM (Pulse Width Modulator, modulador de ancho de pulso). Este bloque se encarga de calcular el ancho de pulso T de conducción del interruptor, necesario para obtener una dada tensión de salida Vo, y enviarlo al interruptor S. Figura 2.12 Conversor Buck con bloque de control PWM 52 2.1.2.2 Operación del conversor Buck en Modo de Conducción Discontinua MCD El comportamiento descrito anteriormente se basa en asumir que la corriente por L no se anula durante el intervalo en que conduce el diodo de rueda libre. Esta hipótesis no se cumple si la inductancia L es suficientemente “chica”, o si la corriente entregada por la fuente de salida Vo a la carga es muy “chica”. Supondremos ahora que la corriente iL se anula a partir de algún instante del intervalo T-T, hasta t=T. En t=0 comienza a conducir el interruptor S, el circuito resultante está representado en la Figura 2.13. El valor inicial de la corriente iL es cero. Un tiempo T después se apaga el interruptor S, y conduce el diodo de rueda libre. El nuevo circuito está representado en la Figura 2.14. En el instante t=T la corriente iL se anula, el circuito equivalente está representado en la Figura 2.15. Figura 2.13 El switch cierra en 0 < t < T Figura 2.14 El switch se abre T<t<T. Figura 2.15 Instante T<t<T la corriente iL se anula 53 Se observa de la forma de onda de V D en la Figura 2.16, que en el modo de conducción discontinua la tensión de salida Vo (igual al valor medio de V D) es mayor que en el modo de conducción continua (Vi) , si se considera el mismo ciclo de trabajo . Figura 2.16 Formas de onda del conversor Buck en modo MCD Se cumple: Vi Vo Sea Io la corriente media entregada por la fuente de salida Vo a la carga, será igual al valor medio de la corriente por L. 54 Operando con las últimas 4 ecuaciones se obtienen la tensión de salida en función de la tensión de entrada, del ciclo de trabajo, de la corriente de salida Io, de la frecuencia f y de la inductancia L: 2.1.2.3 Limite entre modos MCC y MCD Consideramos el circuito de la Figura 2.17 donde la fuente de salida fue sustituida por un condensador Co y una resistencia de carga Ro. Se supondrá que Co es suficientemente grande para considerar constante la tensión en bornes. Figura 2.17 El circuito Buck tiene a la salida un Co y una Ro En la Figura 2.18 se presenta la forma de onda de la corriente iL en el límite entre conducción continua y discontinua. Para L fija y el circuito funcionando en CCM con un dado , si la corriente de carga Io disminuye (Ro aumenta), en algún instante se llega a la situación crítica. Figura 2.18 Forma de onda de la corriente iL entre conducción continua y discontinua 55 Se cumple: El valor crítico de la resistencia de carga es entonces: En el límite de MCC-MCD se cumple: =1, y sustituyendo en la expresión de tenemos: La Figura 2.19 presenta el gráfico de la transferencia Vo/Vi en función de junto con el límite calculado previamente. Figura 2.19 Característica externa, tensión de salida (normalizada en función de la carga) 56 2.1.2.4 Cálculo de L y Co 1.- Cuando el conversor opera en MCC la corriente iL puede ser muy “lisa”, basta considerar un inductor L suficientemente grande. La corriente de entrada iS será siempre pulsada. El rizado de la corriente iL (IL) es: Para mantener constante la tensión de salida Vo cuando varía la de entrada Vi se debe variar el ciclo de trabajo . El que produce el rizado máximo de iL en estas condiciones es, según la expresión anterior, el mínimo de trabajo, que corresponde a la máxima tensión de entrada. Teniendo como dato el rizado máximo de corriente se calcula el inductor L necesario de la expresión anterior. 2.- Para calcular el rizado de la tensión de salida para el modo MCC se considera la corriente por el capacitor de salida Co (iL-Io), que produce el rizado de la tensión. Se verifica: En la Figura 2.20 el área ABC representa la carga entregada a Co, tendremos entonces: El valor de L y de Co determina el rizado de tensión en la salida. Con el inductor calculado en el punto 1 y con el máximo rizado de tensión admisible como dato calculamos el capacitor de salida necesario. Figura 2.20 Corriente por Co 57 Un ejemplo de este conversor en la tarjeta Main de una pantalla LG de 32 pulgadas.ver Figura 2.21 En esta tarjeta Main se utiliza para regular el voltaje de 5 volts que entrega la fuente para que entregue 3.3 volts para alimentar la tarjeta principal. Ver figura Figura 2.21 Conversor Buck en una tarjeta Main marca LG Operación del conversor Buck 1. 2. 3. 4. El circuito se alimenta en el pin 3 con 5 volts El Mosfet de switcheo va del pin 3 al pin 6 y 7. Cuando el Mosfet cierra el voltaje IN de 5 volts llega a la bobina L710. Cuando el Mosfet abre el voltaje de la bobina pasa hacia el capacitor y este se carga a un valor de 3.3 V. 5. La carga del capacitor tiene una constante de tiempo en función del valor de la capacidad y en función de la anchura del pulso. 6. Para regular el voltaje de carga que será la salida del conversor se utiliza una divisora como retroalimentación hacia el pin 1, Feed back. 7. El pin Feed back por medio de una referencia de voltaje regular la anchura del pulso de la oscilación para que el Mosfet condusca cierto tiempo para cargar al capacitor de salida y asi obtener el voltaje regulado. 58 2.1.3 Conversor Boost El circuito del conversor Boost (o Elevador o Step-Up)23 está representado en la Figura 2.22, Vi es la tensión CC de entrada, Vo es la tensión CC de salida. Se supondrá que el capacitor de salida es suficientemente grande para considerar constante la tensión en bornes, despreciando el rizado de tensión. En este conversor siempre se cumple que Vo es mayor que Vi, razón por la que se le llama “Elevador”. Figura 2.22- Conversor Boost, o Elevador o Step-Up El interruptor S conmuta a una frecuencia f = 1/T. Se distingue al igual que en el Buck, dos modos de operación, según la corriente por el inductor L se anule en el período de operación T: MCC y MCD. Cuando el interruptor S está conduciendo la energía entregada por la fuente de entrada Vi es acumulada en el inductor L, ver Figura 2.23 Figura 2.23 Circuito equivalente cuando S conduce (0<t<T) 23 http://iie.fing.edu.uy/ense/asign/elpot1/dcdc.pdf 59 Cuando el interruptor es bloqueado esa energía, junto con la proveniente de Vi, es transferida a la salida, ver Figura 2.24. Figura 2.24 Circuito equivalente cuando S bloquea (T<t<T) 2.1.3.1 Modo de conducción continua – MCC La Figura2.25 presenta las formas de onda principales para el modo de operación MMC. Figura 2.25 Principales formas de onda en MCC 60 Se verifican las siguientes ecuaciones: Intervalo 0 < t < T: Intervalo T < t < T: Para que el funcionamiento del circuito sea estable debe ser Vo mayor que Vi, en caso contrario iL crece indefinidamente. Para encontrar la transferencia de tensión para el circuito operando en estado estacionario se considera que el valor medio de la tensión en el inductor debe ser cero, el valor medio de la tensión sobre el interruptor VS(t) es entonces igual a la tensión de entrada Vi. Se observa que al igual que en el conversor Buck, en conducción continua la transferencia de tensión depende solo del ciclo de trabajo, no depende de la corriente de carga. Es posible mantener constante la tensión de salida frente a variaciones de la tensión de entrada variando el ciclo de trabajo. 2.1.3.2 Modo de conducción discontinua - MCD Si el inductor L o la corriente de carga Io son muy “chicos” el conversor opera en conducción discontinua, es decir que la corriente por L se anula durante el intervalo en que conduce Do. La Figura 2.26, Figura 2.27 y Figura 2.28 presenta los circuitos equivalentes para las tres etapas de este modo de operación 61 Figura 2.26 Intervalo 0<t<T Figura 2.27 Intervalo T<t<T Figura 2.28 Intervalo T<t<T 62 . La Figura 2.29 presenta las formas de onda relevantes de Modo de conducción continua. Figura 2.29 Formas de onda relevantes en MCD Se verifican las siguientes expresiones: Otra vez encontramos que en MCD la transferencia de tensión entre entrada y salida depende de la corriente de carga. 63 2.1.3.3 Límite entre MCC y MCD La Figura 2.30 presenta iL en el límite de MCC. En estas condiciones se cumple que: =1, Vo/Vi=1/(1-) Figura 2.30 Corriente iL en el límite de MCC Sustituyendo en la expresión de <iL (t)> se obtiene: La Figura 2.31 presenta un gráfico de la transferencia Vo/Vi en función de la corriente de carga Io para ambos modos de funcionamiento junto con el límite anterior. Se calcula la resistencia crítica, al igual que en el Buck: 64 Figura 2.31 Vo/Vi en función de la carga Io 2.1.3.4 Cálculo de L y Co 1.- Cuando el conversor opera en MCC la corriente iL de entrada puede ser muy “lisa”, basta considerar un inductor L suficientemente grande. La corriente de salida iDo será siempre pulsada. El rizado de la corriente iL (IL) es: Teniendo como dato el rizado máximo de corriente se calcula el inductor L necesario de la expresión anterior. 2.- Para calcular el ripple de la tensión de salida en MCC se considera la corriente por el capacitor de salida Co (iDo-Io). Se verifica: El conversor Boost tiene varias aplicaciones en la pantalla de LCD, se puede encontrar en la fuente PFC o en la tarjeta T-con. En la fuente de PFC se encarga de elevar el B+ de 170 volts a un nivel próximo a los 400 volts para tener un voltaje de 65 VCD regulado que no dependa de la entrada de VCA. Esto se muestra en la Figura 2.32 para una fuente de marca LG. Figura 2.32 Diagrama de un conversor Boost de marca LG La operación de la fuente de PFC en la pantalla LG de 32 pulgadas: 1 el voltaje alterno de entrada se rectifica y filtra obteniéndose un valor entre 160 a 180 VCD en el capacitor de B+. 2 el voltaje pasa por la bobina primaria L600 y polariza al drenador del Mosfet Q601. 3 Cuando el Mosfet Q601 cierra por la oscilación que recibe en compuerta, la bobina primaria genera un campo electromagnético. 4 Cuando el Mosfet Q601 abre, el campo electromagnético se auto induce en la bobina primaria generando un pulso de voltaje positivo. 5 Por medio del diodo director D601 el voltaje se lleva al capacitor C608, que ya tiene B+ y es en este punto donde se hace la suma de voltajes que resultan casi en los 400 VCD. 6 El voltaje conversor Boost está regulado por medio de un voltaje de referencia que se toma de una divisora de resistencias y se aplica al pin 1, FB del oscilador. 66 2.1.4 Conversor tipo Resonante LLC El circuito conversor Resonante LLC24 tiene como diagrama particular la figura 2.33, que es característico por los dos mosfets, más la bobina en serie con el capacitor. Figura 2.33 Diagrama de conversor resonante LLC La característica en DC del conversor resonante LLC tiene tres regiones como se muestra en la Figura 2.34, para este convertidor existen dos frecuencias de resonancia, una determinada por Lr y Cr y otra determinada por Lm y Cr y las condiciones de carga, dado que a medida que la carga aumente esta frecuencia de resonancia cambiara a una frecuencia más alta. Los componentes son; Lm Inductancia de magnetización, Lr Inductancia resonante serie y Cr Capacidad resonante serie. Las formas de onda de las tres regiones se muestran en la figura 2.34, donde se muestra que la ganancia de voltaje está en función de la frecuencia de operación. 24 http://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/3539/2/142116.pdf 67 Figura 2.34 Las tres regiones de operación del conversor resonante LLC En las regiones 1 y 2 la conmutación se produce en “Zero Voltage switching” (ZVS) y en la región 3 se produce en “zero current switching” (ZCS). En la región 1, Lm nunca va a resonar con el capacitor Cr, Lm permanece fijo por la Tensión de salida y actúa como carga para el circuito de resonancia. Con esa carga pasiva en el circuito de resonancia este convertidor es capaz de operar sin carga a la salida sin la penalización de un alza considerable en la frecuencia de conmutación. También permite que se asegure la operación ZVS para cualquier condición de carga. Las formas de onda para la región 1 se ven en la Figura 2.35. 68 Figura 2.35 Formas de onda característica del conversor LLC en la región 1 En la región 2 el funcionamiento es más complejo, las formas de onda pueden dividirse en tres intervalos de tiempo. -Modo 1 (t0 a t1). Este modo comienza cuando Q2 se encuentra apagado en t0. En este momento la corriente del inductor de resonancia Lr es negativa; fluye por el 69 diodo de Q1, lo que crea la condición de ZVS para Q1. La señal en la compuerta de Q1 debe ser aplicada durante este momento. Esto se observa en la Figura 2.36 Figura 2.36 Circuito operando en la región 2-modo 1 Cuando dicha corriente fluye por el diodo de Q1 la corriente ILr se incrementa, esto fuerza al diodo D1 en el secundario a conducir y Io se empieza a incrementar. Lm en este caso se carga con una tensión constante. -Modo 2 (t1 a t2). Este modo empieza cuando la corriente ILr se vuelve positiva. Desde que Q1 se enciende durante el modo 1 la corriente fluye a través del Mosfet Q1. Durante este modo, el diodo rectificador D1 conduce. La tensión del transformador es fija y es Vo. Lm es directamente lineal a la tensión de salida por lo tanto no participa en la resonancia durante este periodo. Este modo termina cuando la corriente de Lr es la misma que la corriente de Lm. La corriente de salida por tanto se hace cero, ver la Figura 2.37 70 Figura 2.37 Circuito operando en la región 2- modo 2 -modo 3 (t2 a t3). En t2 las dos corrientes de los inductores son iguales. La corriente de salida es cero y ambos diodos rectificadores D1 y D2 están polarizados inversamente. La tensión en el secundario del transformador es más bajo que la tensión de salida. Ver Figura 2.38 Figura 2.38 Circuito operando en la región 2-modo 3 71 Durante este periodo, dado que la salida está aislada del primario, Lm es libre de participar en la resonancia. De esta forma se forma un tanque resonante. Una aplicación de este conversor resonante LLC, se puede describir en la marca Sony, ver Figura 2.39. Figura 2.39 Conversor resonante LLC de marca Sony que genera 24 volts Operación del conversor resonante LLC que alimenta al Inverter en la marca Sony: Los Mosfet Q6109 y Q6110 se polarizan con 389 VCD del voltaje de B+ de la fuente PFC. El circuito oscilador se alimenta con 12 VCD en el pin 8. El circuito oscilador genera las dos oscilaciones para hacer el switcheo de los dos Mosfet. 72 Se genera un pulso de switcheo de 400 Vpp aproximadamente en la unión Drenador- Surtidor de los dos Mosfet. El pulso de switcheo se aplica al circuito serie de la bobina primaria del transformador y su capacitor C6155. El pulso de switcheo carga y descarga al capacitor C6155 y la bobina primaria genera el campo electromagnético que se inducirá en el secundario. El voltaje inducido se rectifica y se filtra para obtener los 24 volts de salida El voltaje se regula por medio de un amplificador de error y el pin FB del circuito integrado. Cuando el Mosfet High cierra pasa el voltaje hacia la bobina y se carga el capacitor que va en serie C6155, la bobina produce campo electromagnético Cuando el Mosfet Low cierra el voltaje del capacitor C6155 se descarga y fluye otra corriente sobre la bobina para producir la inducción al devanado secundario. Un ejemplo de este conversor resonante LLC es en la fuente de alimentación de24 volts para Inverter. El oscilador genera dos oscilaciones, la oscilación High y la oscilación Low, estas oscilaciones tienen un desfasamiento de 180 grados. La oscilación Low tiene un voltaje pico a pico aproximado al Vcc del circuito de oscilación. La oscilación high tiene un valor pico a pico aproximado al B+ que alimenta a los Mosfet de switcheo. El B+ conocida como fuente PFC, esta fuente se encarga de doblar el B+. De 170 VCD. A un valor aproximado de 400 VCD. (En las pantallas de LCD se ha establecido que para que la pantalla está encendida la fuente de stand by y la que alimenta al Inverter debe operar a 400 volts para tener mayor eficiencia de operación y tener menos pérdida en calentamiento.) 2.2 Transformadores de alta frecuencia Con este nombre se suele llamar al transformador que forma parte de una fuente de alimentación por conmutación, en inglés "Switched - Mode Power Supply", ver Figura 2.40. Este tipo de fuentes son en la actualidad universalmente utilizadas para alimentar todo tipo de aplicaciones electrónicas desde televisores a ordenadores, con el fin de ahorrar energía frente a las fuentes tradicionales llamadas lineales. A diferencia de los transformadores convencionales, que funcionan a la frecuencia de la red de distribución (50 o 60 Hz.), éstos funcionan a altas frecuencias (de 40 KHz a 1 MHz), con lo que el tamaño necesario para una potencia determinada, se reduce a medida que la frecuencia aumenta. Por esta razón estos transformadores están provistos de núcleos magnéticos no metálicos si no de un material magnético conocido por "Ferrita", y al mismo tiempo sus devanados de hilo de cobre son también mucho más reducidos. 73 Figura 2.40 Transformador de núcleo de Ferrita 2.3 El conmutador Mosfet Mosfet son las siglas de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Consiste en un transistor de efecto de campo basado en la estructura MOS. Es el transistor más utilizado en la industria microelectrónica. La práctica totalidad de los circuitos integrados de uso comercial están basados en transistores MOSFET. Un transistor MOSFET consiste en un sustrato de material semiconductor dopado en el que, mediante técnicas de difusión de dopantes, se crean dos islas de tipo opuesto separadas por un área sobre la cual se hace crecer una capa de dieléctrico culminada por una capa de conductor. Los transistores MOSFET se dividen en dos tipos fundamentales dependiendo de cómo se haya realizado el dopaje: Tipo n-MOS: Sustrato de tipo p y difusiones de tipo N. Tipo p-MOS: Sustrato de tipo n y difusiones de tipo P. Las áreas de difusión se denominan fuente y drenador, y el conductor entre ellos es la puerta. El transistor MOSFET tiene tres estados de funcionamiento: 1.- Estado de corte Cuando la tensión de la puerta es idéntica a la del sustrato, el MOSFET está en estado de no conducción: ninguna corriente fluye entre fuente y drenador aunque se aplique una diferencia de potencial entre ambos. 74 2.- Conducción lineal Al polarizarse la puerta con una tensión negativa (p-MOS) o positiva (n-MOS), se crea una región de deplexión en la región que separa la fuente y el drenador. Si esta tensión crece lo suficiente, aparecerán portadores minoritarios (electrones en n-MOS, huecos en p-MOS) en la región de deplexión que darán lugar a un canal de conducción. El transistor pasa entonces a estado de conducción, de modo que una diferencia de potencial entre fuente y drenador dará lugar a una corriente. El transistor se comporta como una resistencia controlada por la tensión de puerta. 3.- Saturación Cuando la tensión entre drenador y fuente supera cierto límite, el canal de conducción bajo la puerta sufre un estrangulamiento en las cercanías del drenador y desaparece. La corriente entre fuente y drenador no se interrumpe, ya que es debida al campo eléctrico entre ambos, pero se hace independiente de la diferencia de potencial entre ambos terminales. Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y voltaje de baja saturación del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT. Los transistores IGBT han permitido desarrollos hasta entonces no viables en particular en los variadores de frecuencia así como en las aplicaciones en máquinas eléctricos y convertidores de potencia que nos acompañan cada día y por todas partes, sin que seamos particularmente consientes de eso: automóvil, tren, metro, autobús, avión, barco, ascensor, electrodoméstico, televisión, etc. El IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 20 KHz. y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones. Es usado en aplicaciones de altas y medias frecuencias como fuente conmutada, control de la tracción en motores y cocina de inducción. Grandes módulos de IGBT consisten en muchos dispositivos colocados en paralelo que pueden manejar altas corrientes del orden de cientos de amperios con voltajes de bloqueo de 6.000 voltios. Se puede concebir el IGBT como un Darlington híbrido. Tiene la capacidad de manejo de corriente de un bipolar pero no requiere de la corriente de base para mantenerse en conducción. Sin embargo las corrientes transitorias de conmutación de la base pueden ser igualmente altas. En aplicaciones de electrónica de potencia es intermedio entre los tiristores y los Mosfet. Maneja más potencia que los segundos siendo más lento que ellos y lo inverso respecto a los primeros. Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. La tensión de control de puerta es de unos 15 V. Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una señal eléctrica de entrada muy débil en la puerta. 75 2.4 Técnicas de soldadura El proceso de soldar con cautín, pasta de soldar y soldadura ha quedado atrás. Ahora los componentes son superficiales y se debe soldar, resoldar y desoldar con aire caliente o lámpara infrarroja. La soldadura de aleación plomo estaño se funde a 178 grados centígrados La nueva soldadura de estaño plata se funde a 220 grados centígrados. La soldadura tradicional tiene una característica importante que es la maleabilidad. La soldad dura de plata es muy quebradiza y fácilmente se fractura a y agrieta. 2.4.1 Tipos de soldadura Las aleaciones usadas en electrónica se pueden encontrar comercializadas en carretes de diferente tamaño (250g, 500g, 1kg, 2kg) y con diferentes diámetros de hilo (0,5mm, 0,7mm, 0,8mm, 1mm, 1,2mm). Suelen incluir una o varias almas de resina (flux) para facilitar la soldadura. Aleación de Sn/Pb 60/40: Es la aleación más usada. Muy cercana a la del punto eutéctico proporciona una transición de sólido a líquido lo suficientemente rápida. Empieza a fundir a 183ºC y está totalmente fundida a 188ºC. 2.4.2 Soldadura sin plomo Aunque la industria electrónica es el blanco de la eliminación del plomo señalado por la Directiva europea RoHS, es justo decir que solamente una pequeña proporción del total del plomo utilizado por la industria es usado en la producción de equipos eléctricos y electrónicos. El motivo por el cual es esta industria la que tiene que enfrentarse al cambio, a pesar del bajo contenido en plomo en relación con otras industrias, es la gran cantidad de basura electrónica que se genera y que termina muchas veces en vertederos al aire libre de todo el mundo, muchos sin ningún tipo de control químico previo. Desafortunadamente, el plomo es una sustancia tóxica que a menudo ha sido apodada con el sobrenombre de “la amenaza silenciosa”. Se especula que la historia de la legislación libre de plomo podría haberse originado en la Antigua Roma, donde el agua de bebida que era distribuida por tuberías fabricadas con plomo provocó daños cerebrales a sus ciudadanos. La soldadura sin plomo es sólo una parte, aunque la más controvertida, de toda una tendencia global hacia un entorno de productos Green. La aleación más apta era aquella compuesta por estaño/plata/cobre, también llamada SAC. La temperatura de fusión de la aleación SAC305 (96.5% Sn, 3.0% Ag, 0.5% Cu) es 34 ºC superior a la de Sn-Pb. 76 Tabla -4 Temperaturas de fundición de diferentes aleaciones de soldadura Composición de la Aleación Punto de Fusión en Centígrados In60/Sn40 118-122 Sn42/Bi58 138 Sn43/Pb43/Bi14 144-163 Sn62/Pb36/Ag2 179 Sn63/Pb37 183 Sn60/Pb40 183-188 Sn5/Pb95 308-312 2.4.3 El flux El flux es una mezcla de sustancias químicas (resinas) que tienen por objeto facilitar el proceso de soldadura. Ello lo consigue de tres formas diferentes: 1. Limpiando las zonas a soldar de restos de óxidos, aceites y grasas. 2. Evitando que se forme nuevo óxido debido al calor de la soldadura. 3. Facilitando que el material de aporte fundido moje las superficies a unir. Para componentes SMD se recomienda también el hilo de estaño con almas de flux pero, además, suele ser necesario el empleo de flux líquido en procesos manuales de soldadura, ver Figura 2.41. Figura 2.41 Soldadura con alma de flux 2.4.4 El cautín y su punta de aleación El cautín de lápiz debe ser de 30 watts, un buen cautín es aquel que funde la soldadura y Su punta queda estañada para transferoir su calor al metal que va a asoldar.Como se puede apreciar en el dibujo, en lugar de ser una punta enteramente de cobre, las puntas de larga duración se fabrican añadiendo a la base de cobre una 77 serie de capas de diversos metales. La limpieza de estas puntas no debe, por tanto, hacerse mediante raspado con cardas metálicas o similares, ya que dé así hacerlo se dañarían esas capas metálicas que protegen la base de cobre de la oxidación y la disolución (lixiviación).El cobre de la punta se protege mediante capas de metales diferentes. Hierro y níquel son insolubles en el estaño pero pueden ser mojados por él, ver Figura 2.42. A su vez, el níquel protege al hierro de la oxidación. A partir de cierta distancia del extremo de la punta se añade una capa de cromo. El cromo no puede ser mojado por la aleación de soldadura y por tanto, limita la zona de la punta del soldador que es posible estañar. Figura 2.42 Componentes de la aleación de la punta del cautín 2.4.5 Pistola de aire caliente Pistola de térmica para aplicaciones electrónicas, se recomienda la pistola Weller modelo 6966c, ver Figura 2.43, es una pistola de aire caliente de 250 watts Diseñada para aplicaciones de ensamble y reparación en plantas de producción, laboratorios y Talleres. El elemento térmico y los componentes del ventilador son “heavy duty” de larga duración. La Capacidad de la boquilla para producir aire caliente de 800 ºF, en tres diferentes posiciones: Caliente, apagado y frío. Figura 2.43 Pistola de aire con sus boquillas de reducción de flujo de aire 78 Para reparación de televisiones con pantalla de LCD se debe usar la pistola de aire, de dos formas: 1 Sin boquilla de reducción. Se usa solo con la punta de salida directa para desoldar circuitos BGA que tengan un tamaño de 1.5 cm cuadrados. 2 Con la boquilla reductora de aire para circuitos menores de 1.5 cm cuadrados, ver Figura 2.44. Figura 2.44 Boquilla de reducción para circuitos BGA de menos de 1.5 cm 2.5 Circuitos QFP y BGA Los circuitos más actualizados en los equipos electrónicos son QFP y BGA. La tecnología ha cambiado y ha dejado de usar los circuitos DIP que eran muy comunes en las tarjetas electrónicas, estos circuitos eran dual in line pin, es decir pines o terminales en los dos costados, ver Figura 2.45. La forma consiste en un bloque con dos hileras paralelas de pines, la cantidad de éstos depende de cada circuito. Por la posición y espaciamiento entre pines, los circuitos DIP son especialmente prácticos para construir prototipos en tablillas de protoboard. Concretamente, la separación estándar entre dos pines o terminales es de 0,1“(2,54 mm). Figura 2.45 Circuito con empaque tipo DIP 79 2.5.1 Circuito QFP Un encapsulado Quid Flat Package (QFP o encapsulado cuadrado plano) es un encapsulado de circuito integrado para montaje superficial con los conectores de componentes extendiéndose por los cuatro lados, ver Figura 2.46. Los pines se numeran en sentido contrario a las agujas del reloj a partir del punto guía. Figura 2.46 Circuito QFP El circuito QFP utiliza habitualmente de 44 a 200 pines, con una separación entre ellos de 0,4 a 1 mm. Esto es una mejora respecto del encapsulado SmallOutline Integrated Circuit (SOP o SOIC) pues permite una mayor densidad de pines y utiliza las cuatro caras del chip (en lugar de solo dos). Para un número de pines mayor se utiliza la técnica Ball Grid Array (BGA) que permite usar toda la superficie inferior. El antecesor directo de QFP es Plastic leaded chip carrier (PLCC), que utiliza una distancia entre pines mayor 1.27 mm (50 milésimas de pulgada, a veces abreviada mil) y una mayor altura del encapsulado. Aunque la base de todos es un rectángulo (o cuadrado) plano con los pines por todos los lados, se utilizan múltiples variantes. Las diferencias son usualmente en número de pines, espaciado entre ellos, dimensiones y material usado (normalmente para mejorar las características térmicas). Una variante clara es el Bumpered Quad Flat Package (BQFP) que presenta unos salientes en las esquinas del cuerpo del encapsulado que protegen a los pines contra daños mecánicos antes de su soldadura. 2.5.2 Circuito BGA Las conexiones Ball Grid Array son soldaduras cuyo fin es unir un componente a la placa base de un equipo electrónico por medio de una serie de soldadura las cuales son bolitas de estaño, ver Figura 2.47. Son usadas comúnmente en la producción y fijación de placas base para ordenadores y la fijación de microprocesadores ya que los mismos suelen tener una cantidad muy grande de terminales los cuales son soldados a conciencia a la placa base para evitar la pérdida de frecuencias y aumentar la conductividad de los mismos. 80 Figura 2.47 Circuito BGA con los balines tipo rejilla Usualmente se usan para el proceso bolitas hechas de estaño o aleaciones predeterminadas. Para proceder al soldado se utiliza un patrón o plantilla para ubicar las soldaduras en posición, ver Figura 2.48, y un horno para prefijarlas primero al componente y después a la placa base. Las bolitas pueden cambiar de calibre ya que por unidades siempre se utilizan referencias milimétricas, es decir: tienen calibres que van desde 0.3 hasta 1.5 mm de diámetro por lo cual se requieren varios tipos de plantillas para lograr una distribución pareja de la soldadura al momento de fijarla a la placa base. Figura 2.48 Stencil para colocar los balines sobre el circuito En la actualidad las soldaduras tipo BGA son usadas en componentes electrónicos diversos como los teléfonos móviles y los ordenadores portátiles y en equipos de video como las pantallas de televisión con pantalla LCD. Figura 2.49 Vista lateral de los balines de soldadura En este momento existen varios métodos para aplicar este tipo de soldaduras ya que los avances tecnológicos han implementado nuevas ideas como el uso de 81 inyectores cuya función es ubicar las bolitas de estaño en el circuito integrado en orden predeterminado a través de una matriz computarizada o efectuar un barrido simple evitando subir la temperatura de la placa base manteniendo el calor en el estaño, ver Figura 2.49. Últimamente con la implementación de soldaduras libres de plomo los métodos de trabajo sobre este tipo de soldaduras han tenido que ser rediseñados ya que este tipo de aleaciones requieren un punto de fusión mayor a la tradicional estaño-plomo. Para soldar estos circuitos se utilizan equipos de re trabajo llamados máquinas de reballing, ver Figura 2.50. Figura 2.50 Maquina de reballing para resoldar circuitos BGA25 2.6 Amplificador de audio clase D Un amplificador de conmutación o amplificador Clase D es un amplificador electrónico el cual, en contraste con la resistencia activa utilizada en los modos lineales de los amplificadores clase AB, usa el modo conmutado de los transistores para regular la entrega de potencia. Por lo tanto, el amplificador se caracteriza por una gran eficiencia (pequeñas pérdidas de energía), y esto trae consigo menos disipadores de calor y potencia, reduciendo el peso del amplificador. Además, si se requiere una conversión de voltaje, la alta frecuencia de conmutación permite que los transformadores de audio estorbosos sean reemplazados por pequeños inductores. Los filtros LC pasa-bajas suavizan los pulsos y restauran la forma de la señal en la carga, ver Figura 2.51. 25 http://www.chcomputer.com/producto/18.jpg 82 Figura 2.51 Diagrama a bloques de un amplificador digital clase D 2.7 Lámparas CCFL La lámpara de luz fluorescente de cátodo frío (CCFL, por sus siglas en inglés cold cathode fluorescent lamp) es una de las formas más nuevas de CFL. Los tubos CCFL se usan en aquellas áreas donde se necesita un bajo consumo y alta intensidad de luz como pude ser la pantalla LCD de un ordenador portátil. El alto voltaje que proporciona el inversor excita el gas que contiene el tubo y emite luz. Se les llama de cátodo frio porque no hay que calentar filamentos. Aplicaciones: Retro iluminación de LCD, PDA, escáneres. Fotocopiadoras. Etc... La lámpara fluorescente compacta (LFC) es un tipo de lámpara que aprovecha la tecnología de los tradicionales tubos fluorescentes para hacer lámparas de menor tamaño que puedan sustituir a las lámparas incandescentes con pocos cambios en la armadura de instalación y con menor consumo. La luminosidad emitida por un fluorescente depende de la superficie emisora, por lo que este tipo de lámparas aumentan su superficie doblando o enrollando el tubo de diferentes maneras. Otras mejoras técnicas en la tecnología fluorescente han permitido asimismo aumentar el rendimiento luminoso desde los 40-50 lm/W hasta los 80 lm/W. También la sustitución de los antiguos balastros electromagnéticos por balastros electrónicos ha permitido reducir el peso y el característico parpadeo de los fluorescentes tradicionales. En comparación con las lámparas incandescentes, las LFC tienen una vida útil más larga y consumen menos energía eléctrica para producir la misma cantidad de luz. Como desventajas, muchas de ellas no alcanzan su máximo brillo de forma inmediata y es más problemático deshacerse de las viejas, pues hay que llevarlas a lugares específicos, ya que contienen residuos tóxicos. 83 2.8 Leds de alto brillo Un led (del acrónimo inglés LED, light-emitting diode: „diodo emisor de luz), es un diodo que emite luz. El símbolo de un diodo emisor de luz se observa en la Figura 2.52, y muestra las terminales Ánodo y Cátodo. Cada una tiene polaridad y debe tomarse en cuenta para que al ser polarizado de forma directa el diodo emita luz. Figura 2.52 Símbolo y polaridad del diodo LED Un Led es un componente semiconductor capaz de genera luz cuando es polarizado en forma directa. Y si queda polarizado en forma inversa no brillara. Esta polarización se puede hacer con una batería o fuente de alimentación de 2 volts, esto se muestra en la Figura 2.53. Figura 2.53 Comportamiento de un led en polarización directa e inversa Si el led se polariza en forma inversa no presentara brillo. Los primeros leds emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta. Debido a su capacidad de operación a altas frecuencias, son también útiles en tecnologías avanzadas de comunicaciones y control. Los leds infrarrojos también se usan en unidades de control remoto de muchos productos comerciales incluyendo equipos de audio y video. 84 Existen diferentes tipos de tiras de Leds y cada vez aparecen nuevos diseños y formatos. Las más son las tiras flexibles con adhesivo por la cara trasera y que llevan Leds con encapsulado SMD. Se suelen vender en rollos de 5 metros. Estas tiras son cortables cada X número de Leds. Todo depende del diseño de la tira. Normalmente el corte es cada 6 Leds. Y también se pueden conectar al menos dos rollos de 5 metros en serie. -tipo de Led: las tiras suelen llevar leds con encapsulado SMD de dos tamaños: SMD 3528 (3.5mm x 2.8mm): cada Led emite entre 3 y 5 Lúmenes SMD 5050 (3.5mm x 2.8mm): cada Led emite entre 10 y 15 Lúmenes Número de Leds por metro: En función del número de Leds por metro la tira va a iluminar más o menos. En la tabla 5 se observan diferentes tipos de leds con datos de tamaño, cantidad de leds por metro y la intensidad en lúmenes que generan. Tabla 5.- Características de tiras de leds de Alto Brillo Nmero de leds x metro 60 Tamaño de led Lúmenes x led Lúmenes x metro SMD 3528 De 3 a 5 180 a 300 120 SMD 3528 De 3 a 5 360 a 600 60 SMD 5050 De 10 o 15 600 a 900 72 SMD 5050 De 10 o 15 720 a 1080 120 SMD 5050 10 o 15 1200 a 1800 La aplicación ejemplos: Para decorar y dar un poco de luz a un foseado: Suele ser suficiente con tiras de 120 Leds/m SMD3528 o 60 Leds/m SMD 5050. Para sustituir un tubo fluorescente por tira de Leds, con la tira doble de 120 Leds/m SMD5050 se consigue dar más luz. Para iluminar una oficina: se suele emplear la tira doble de Leds SMD5050 (120LEDs/metro). Por ejemplo en oficinas con techo Armstrong se pueden colocar las tiras en paralelo a una distancia de 120 cm (es decir cada dos placas desmontables), ver Figura 2.54. 85 Figura 2.54 Iluminación de oficina con leds de alto brillo Consumo eléctrico: El consumo de las tiras depende del número de leds y del tipo de LEDs (tamaño), en la tabla 6 se marca el consumo en watts de los diferentes leds en un tramo de un metro. Tabla 6.- Consumo en watts de diferentes tipos de leds de Alto Brillo Numero de leds x metro 60 120 60 72 120 Tamaño de led SMD 3528 SMD 3528 SMD 5050 SMD 5050 SMD 5050 Consumo de watts por metro 5 9 14.4 17.3 28.8 Tensión de trabajo: Los LEDs SMD funcionan con corriente continua, es decir necesitan una fuente de alimentación para poder conectarlas a la red de corriente alterna. La mayoría de las tiras de LEDs funcionan a 12VCD o 24 VCD. Nosotros recomendamos usarlas que funcionan a 24 VCD por una sencilla razón física. Potencia (P) = Corriente (I) x Tensión (V). Por lo tanto si un metro de tira de LEDs consume 28.8W y trabaja a 24 VCD por la tira de LEDs circula una corriente de I = P / V = 28.8W /24 VCD = 1.2 Amperios. Y si un metro de tira de leds consume 28.8 W y trabaja a 12 volts por la tira de leds circula una corriente de I=P/V = 28.8/12 VCD = 2.4 amperios. Lo que significa que por las tiras que trabajan a 12 VCD circula el doble de corriente que por las de 24 VCD, por lo tanto se calientan más y sufren más. 86 Capítulo 3 Desarrollo 3.1 Mantenimiento preventivo El mantenimiento preventivo en todo equipo electrónico tiene la finalidad de mantener en condiciones óptimas de operación, además de prevenir fallas. Este mantenimiento debe realizarse de manera periódica por lo menos una vez cada 6 meses para equipos de uso diario y una vez al año para equipos de uso esporádico. En las televisiones con pantalla de LCD el mantenimiento preventivo se debe aplicar en cada una de sus cuatro secciones, como lo es la Fuente de Alimentación, la Tarjeta Main, la tarjeta T-Con y la Etapa Inverter, cada una de estas secciones es una tarjeta independiente que puede desmontarse y revisarse de manera aislada. Para su funcionamiento y también su reparación la pantalla de LCD se divide en 4 secciones, ver Figura 3.1 1) 2) 3) 4) Sección de Fuente de Alimentación. Sección de Control y Proceso de Video (tarjeta MAIN). Sección de Inverter y lámparas. Sección de T-Con y panel de LCD. Fig. 3.1 La pantalla de LCD se divide en 4 secciones 1) La Fuente de Alimentación se encarga de generar los voltajes de corriente directa para alimentar a todas las secciones del equipo. Por lo general debe entregar 88 tres voltajes, que son 5Volts, 12 volts y 24 volts. El voltaje de 5 volt alimenta al microprocesador que se encuentra en la tarjeta Main. El voltaje de 12 volts alimenta la etapa de audio y componentes para el proceso de video. El voltaje de 24 volts alimenta a la etapa Inverter que se encarga de hacer que brillen las lámparas. 2) La Tarjeta Main o tarjeta principal es llamada así porque a partir de esta se generan las ordenes de encendido, el proceso de video y de audio, es la Tarjeta donde se encuentra el microprocesador y el circuito procesador de video, a partir de esta placa se genera el encendido y la generación de la imagen para el panel. La tarjeta Main se encarga de generar las órdenes de encendido, que son principalmente dos. La primera es Power on/off y la segunda es Back light on/off. Estas órdenes permiten que la fuente opere y que el Inverter encienda a las lámparas. 3) La etapa Inverter se encarga de generar el alto voltaje de 600 Vpp a 6000Vpp de alta frecuencia para que brillen las Lámparas Fluorescentes de Cátodo Frío. Prácticamente es la etapa que genera el Back light o también denominada la Luz de fondo o luz posterior para que la imagen tenga brillo. Se le llama sección Inverter o inversora por que convierte el voltaje de 24 Volts de corriente directa en alto voltaje de corriente alterna con frecuencias que pueden variar desde 40 kHz hasta 400 kHz dependiendo de la marca y tamaño de la pantalla. 4) La tarjeta T-con (Acrónimo de Timer-Control) se encarga de enlazar el video de la tarjeta main hacia el panel de LCD. Esta tarjeta controla al panel para formar la imagen controlando los pixeles que forman la pantalla de LCD, por medio de los drivers y controlado los pixeles de LCD para desplegar la imagen. La cultura del mantenimiento preventivo es muy escasa y en el caso de los equipos electrónicos prácticamente nula, los equipos solo se revisan cuando la falla está presente. Con el fin de fomentar la cultura de la prevención de fallas y mantener los equipos operando óptimamente se ha desarrollado el presente capitulo, recomendando que se aplique el servicio preventivo cada 6 meses. Es posible que el mantenimiento preventivo se haya desvirtuado y generalmente se piensa que solo consiste en una limpieza de polvo y residuos ambientales acumulados que deben removerse, pero no es así, el fundamento de la limpieza de los equipos va más allá de una presencia estética y de que se vean limpias las tarjetas y componentes. La limpieza del polvo debe asegurar que los componentes operen de manera refrigerada que no se sobrecalienten y que las salidas de ventilación de aire estén libres y no tengan obstrucción. Un equipo electrónico opera adecuadamente sin problemas cuando no excede una temperatura mayor a los 65 grados centígrados. A continuación se describe el mantenimiento en cada una de las cuatro tarjetas de la televisión con pantalla de LCD. 89 Cada tarjeta electrónica se limpia con brocha de 1 pulgada y cerdas largas y se usa aire comprimido para remover el polvo. En caso de que haya polvo adherido a las tarjetas se usara alcohol isopropílico para lavarlas (nota el alcohol isopropílico no altera los componentes superficiales y además se evapora en 15 minutos aproximadamente). 3.1.1 Mantenimiento preventivo a tarjeta de fuente de alimentación La fuente de alimentación genera los voltajes para alimentar todas las secciones de la televisión, si esta sección presenta sobre calentamiento por polvo acumulado o ventilación bloqueada la pantalla se apagara. En esta etapa se revisan dos puntos críticos: a) soldaduras frías. b) capacitores electrolíticos deteriorados. a) Soldaduras Frías. Los sistemas electrónicos actuales emplean soldadura libre de plomo. (Pb Free) este tipo de soldadura es muy quebradiza y en poco tiempo provoca falsos contactos esto hará que el equipo encienda de manera intermitente, este defecto se nota al inspeccionar la tarjeta de circuito impreso como se muestra en la Figura 3.2. Este degrado de la soldadura se debe al calentamiento del circuito impreso de la misma fuente cuando opera por largas horas. Fig. 3.2 Soldadura fría en una tarjeta de Fuente de Alimentación b) Capacitores electrolíticos deteriorados. Los capacitores electrolíticos tienen como falla común el presentar alteración en su valor. Pierden su valor de capacidad expresado en microfaradios por la sustancia de electrolito que se seca. La causa no es tan obvia pero es la siguiente, los capacitores actuales (de origen chinos) se inflan por el electrolito a base de agua con el que están fabricados, 90 se vuelve inestable con la temperatura y se descompone, produciendo gas de hidrógeno. Dado que estos tipos de capacitores son sellados en una carcasa de aluminio, la presión se acumula en el mismo hasta que el sello de metal de la parte superior del condensador empieza a doblarse, o el tapón de goma sellado se empuja hacia abajo. Finalmente la presión es superior a la fuerza del metal y la cubierta de ventilación se produce, ya sea soplando por la parte inferior de la goma de condensador, o de ruptura de la puntuación de ventilación de metal en la parte superior del condensador, esto se observa en la Figura 3.3. Si al revisar el equipo presenta uno o varios capacitores inflados se deberán cambiar tomando en cuenta lo siguiente: Que sean del mismo valor en microfaradios o más altos. Que sean del mismo valor en voltaje o más altos. En los equipos LCD se usan capacitores de 105 grados centígrados. Fig. 3.3 Capacitores Electrolíticos Inflados por sobre calentamiento 3.1.2 Mantenimiento preventivo en la Tarjeta Main. El Microprocesador y el circuito de Proceso de Video se encuentran en la tarjeta principal por esto se le llama Tarjeta Main. Esta tarjeta electrónica puede presentar dos tipos de falla, el primer tipo de falla es referente a encendido y el segundo tipo de falla es a que no haya presencia de imagen en la pantalla. En esta tarjeta se revisan tres puntos críticos: a) soldaduras frías b) ventilación en disipadores (libres de polvo) y cambio de pasta térmica c) capacitores superficiales deteriorados a) Soldaduras frías. 91 La soldadura actual que se emplea en los equipos electrónicos es del tipo libre de plomo-.esta soldadura tiene un punto de fusión de 220 grados centígrados, estos son 30 grados arriba de la aleación estaño-plomo. La soldadura es quebradiza y en poco tiempo se opaca y se agrieta provocando falsos contactos lo que se le conoce como soldadura fría y de ahí provoca muchas fallas en los televisores con pantalla de LCD. Existen normas internacionales que han marcado el cambio del uso de soldadura libre de plomo, una de estas normas es RoHS cuyo logo tipo se observa en la Figura 3.4, que indica La normativa europea RoHS (Restriction of Hazardous Substances) que se aplica al plomo y mercurio. Figura 3.4 Logotipo de la normativa europea RoHS26 Durante una revisión preventiva si se encuentran soldaduras frías será conveniente hacer un resoldado de la etapa afectada, en este caso en la tarjeta Main. Se recomienda utilizar un cautín de 30 watts para resoldar este tipo de tarjetas y utilizar soldadura de 1mm de diámetro de aleación 60/40 (plomo/estaño). b) Ventilación en disipadores (libres de obstrucción por residuos ). Los disipadores de aluminio que están sobre los circuitos de proceso como se observa en la Figura 3.5, deben estar en condiciones adecuadas de operación, como parte del mantenimiento se deben realizar dos acciones: 1 Limpiar los disipadores con alcohol isopropílico para retirar el polvo y residuos que puedan tener. 2 Cambiar la pasta de transferencia térmica que después de un año estará quebradiza y con poca o nula viscosidad lo que impedirá que cumpla su función. 26 https://corvalent.com/wp-content/uploads/2012/06/rohs_marks.gif 92 Figura 3.5 Disipador de aluminio para ventilar la alta temperatura La pasta térmica que se debe usar es la marca Artic Silver ya que es la que tiene mayor viscosidad y tienen componentes de plata para la máxima transferencia del calor hacia el disipador, esto se ve en la Figura 3.6. La superficie del circuito integrado y la superficie del disipador a nivel microscópico están rugosas y no hacen un contacto total, con la pasta térmica se logra un contacto al 100 por ciento ya que la pasta rellena estos espacios y con esto se logra transferir la máxima temperatura del circuito integrado al disipador de aluminio y de ahí al medio ambiente. Figura 3.6 Aplicación de la pasta Térmica Artic Silver 93 c) Capacitores superficiales deteriorados. Los capacitores de montaje superficial presentan una falla diferente a los capacitores electrolíticos normales, esto es que no se inflan por el contrario su cuerpo de metal permanece en buen estado y el defecto que presentan es que el líquido electrolítico se escurre y se riega por el circuito impreso estos capacitores se ven en la Figura 3.7. Este líquido degrada el cobre de las pistas y daña el circuito impreso llegando a provocar muchas fallas intermitentes o incluso daño total de la tarjeta principal. Fig. 3.7 Capacitores superficiales deteriorados En caso de que los capacitores estén dañados se tendrán que cambiar utilizando dos cautines para retirarlos y luego colocar los nuevos. El área afectada se debe lavar completamente retirando residuos y si es necesario resoldar las pistas oxidas o degradadas. 3.1.3 Mantenimiento preventivo en tarjeta T-CON La tarjeta T-CON (Timer Control) se encuentra ubicada entre la tarjeta main y el panel de LCD. Es una tarjeta rectangular aproximadamente de 7 x 15 centímetros. Y se identifica fácilmente porque tiene dos flexores uno de entrada y otro de salida. En esta etapa se revisan un punto crítico: a) Mantenimiento de flexores. a) Mantenimiento de flexores. Los flexores son buses de transferencia de datos, están formados por una serie de cables conectados en paralelo. 94 Fig. 3.8 Cables flexibles que se conectan al panel de LCD Los contactos dorados que ese encuentra en cada uno de los extremos de estos cables flexibles o cables planos tienen un tratamiento llamado tropicalizado del metal, esto se realiza para evitar que se oxiden fácilmente al tener contacto con el medio ambiente, ver Figura 3.8. Después de cierto tiempo de uso es posible que los cables flexibles presenten alteración en los contactos dorados presentan una ligera oxidación, se recomienda limpiarlos con un solvente no muy abrasivo como el alcohol isopropílico y cotonetes. Además se debe revisar que los contactos que reciben a los flexibles no estén sucios, húmedos u oxidados, ver Figura 3.9. Fig. 3.9 Conectores para recibir a los cables flexibles 3.1.4 Mantenimiento preventivo en la Tarjeta Inverter En esta etapa se revisan 2 puntos críticos: a) Soldaduras frías en transformadores Inverter. b) Capacitores electrolíticos deteriorados. 95 a) Soldaduras frías en transformadores Inverter: Los transformadores Inverter se calientan y la soldadura se pone quebradiza. Estos puntos se deben resoldar cuando se ven opacos como se observan en la Figura 3.10. Fig. 3.10 Soldaduras opacas en el transformador Inverter b) Capacitores electrolíticos deteriorados: Los voltajes de la etapa Inverter son de 24 volts, para lograr que tenga buen filtraje y no contenga rizo se colocan varios capacitores en esta tarjeta. Estos capacitores se secan y se alteran por lo que deberán cambiarse ante cualquier defecto, ver figura 3.11. Fig. 3.11 Capacitores Electrolíticos de la tarjeta Inverter 3.2 Mantenimiento correctivo El mantenimiento correctivo debe aplicarse cuando el equipo presenta una falla, esto significa que una etapa o un componente están dañados y provoca que el equipo no funcione adecuadamente o completamente no encienda. El mantenimiento correctivo es un proceso especializado que debe ser desarrollado por personal capacitado, que conozca el funcionamiento de los equipos, las etapas que los integran y cuáles son las partes que principalmente fallan. Con 96 este objetivo es desarrollada esta sección para que se conozca la operación y fallas más comunes en los televisores con pantalla de LCD. Para aplicar el mantenimiento Correctivo se debe seguir una secuencia lógica de mediciones y comprobación de etapas y de componentes para hacer la reparación. El procedimiento correctivo se hace en dos partes: a) Realizar el diagnóstico de la falla b) Determinar la causa de la falla. a) Realizar el diagnóstico de la falla: En el proceso de reparación se establece que el 50% de la reparación está hecho cuando se hace un buen diagnóstico de la falla que se presenta en el equipo. Esto significa que a partir del síntoma que presenta la pantalla y por medio de una serie de mediciones y comprobaciones se debe establecer en qué etapa está sucediendo el defecto. Cuando el reparador no toma en cuenta este factor, es muy común encontrar que se está reparando un equipo con una falla aparente y el problema se encuentra en otra etapa del equipo. b) Determinar la causa de la falla: La reparación de un televisor con pantalla de LCD se logra cuando a partir del diagnóstico se realizan una serie de mediciones y comprobaciones para establecer la causa de la falla. La secuencia para determinar la falla debe llevar una secuencia lógica en el siguiente orden, ver Figura 3.12. Fig. 3.12 Secuencia grafica para la resolución de una falla 97 Al observar la gráfica se determina la secuencia para reparar una falla de lo general a lo específico. Primero se localiza la etapa que está fallando de acuerdo al síntoma que presenta el equipo. Segundo de la etapa se hacen pruebas y mediciones para saber cuál circuito electrónico está fallando. Tercero se encuentra el componente con falla, midiendo voltajes, señales y componentes. Funcionamiento de una etapa. Una etapa o sección debe cumplir con sus funciones, esto es presentar voltajes o presentar señales y en algunos casos presentar ambos. De esta forma se establece que etapa si funciona y cual no cumple con su función. Funcionamiento de un circuito. Una etapa está formada por varios circuitos electrónicos específicos, cada circuito debe funcionar para entregar señales, voltajes o ambos. Se debe comprobar cada uno de los circuitos en forma secuencial desde el último circuito hasta el principio. Normalmente se sigue un diagrama a bloques. Una vez que se detecta que circuito es el que está con defecto se dice que la falla está cercada o encerrada. Funcionamiento de un componente. Un circuito está compuesto por componentes electrónicos activos (diodos, transistores, mosfets, circuitos integrados) o pasivos (resistencias, bobinas, capacitores), por medio de mediciones específicas de voltajes y señales se determina cual componente tiene defecto. Al cambiar el componente dañado el circuito operara, la etapa funcionara correctamente y el televisor encenderá presentando imagen y sonido. Con la experiencia que he desarrollado al analizar las etapas, los circuitos y reparar las fallas en estos televisores con pantalla de LCD se marca una tendencia clara en fallas, esto se divide en dos tipos que son: 1. Fallas donde el equipo no enciende 2. Fallas donde el equipo presenta defecto en la imagen. 3.2.1 Mantenimiento correctivo en etapa de Fuente de Alimentación Es la de mayor consumo de potencia y genera el mayor calor en la televisión, esto puede generar diversas fallas y comúnmente se presentan tres fallas típicas: Falla 1: No enciende por Capacitores electrolíticos inflados. Falla 2: No brillan las lámparas por Condensador de carga y descarga abierto. Falla 3: La pantalla no enciende por que no entrega todos los voltajes la fuente. 98 Falla 1: No enciende por Capacitores Electrolíticos inflados Esta falla típica se presenta en todas las marcas de televisiones con pantalla de LCD en la fuente de alimentación, provocando que el equipo no encienda. Es una falla visual, esto es al inspeccionar el equipo se detecta la falla en la fuente por que los capacitores se notan inflados, ver Figura 3.13. Fig. 3.13 Capacitores electrolíticos inflados en fuente de alimentación Este defecto es muy común. Los capacitores se inflan por la alta temperatura que se genera en la fuente de alimentación, sus componentes químicos reaccionan y se producen gases que provocan la hinchazón del empaque y por consiguiente el devaloramiento del capacitor. Esto provocara que los voltajes de salida se reduzcan en un 30 o 50 % y se tenga el problema que la pantalla no encienda. La fuente de alimentación más común entrega 3 voltajes que son: El voltaje de 5volts El voltaje de 12 volts El voltaje de 24 volts. Cuando estos capacitores fallan principalmente se afectan los voltajes de 5 volts y el de 24 volts. El de 5 volts se cae a valores de 3 volts y el equipo ya no enciende, porque el sistema de control ya no genera las órdenes de encendido. El voltaje de 24 volts se cae a valores de 12 volts y no es posible que enciendan las lámparas con este voltaje. Para cambiar estos capacitores se deben tomar en cuenta tres factores el valor en capacidad de Microfaradios el valor en voltaje el valor en temperatura normalmente de 105 C (grados centígrados) 99 El valor de capacidad, si no se encuentran por ejemplo de 82 Microfaradios que no es un valor común se pone el siguiente valor comercial por ejemplo 100 Microfaradios. El valor de voltaje debe ser igual o mayor por ejemplo si es de 16V y no se consiguen se puede poner de 25 volts siempre y cuando no interfieran en el espacio dispuesto para el componente. La temperatura, los capacitores electrolíticos comunes son de 85 grados, en las fuentes conmutadas de pantallas de LCD se usan de 105 grados para que soporten más el calentamiento. Falla 2: No brillan las lámparas por condensador de carga y descarga abierto Esta falla se presenta en pantallas de 32 y 40 pulgadas en marcas como Samsung, LG y otros televisores chinos. Esta falla se presenta en la fuente de 24 volts que alimenta la etapa Inverter. El voltaje de salida que debe ser de 24 volts se reduce a menos de 10 volts, esto se debe a que el capacitor que va en serie con la bobina primaria de inducción está abierto o alterado, ver Figura 3.14. Fig. 3.14 Capacitor de poliéster se abre para fuente Samsung BN 4400338 100 En esta fuente que es de tipo simétrica, se emplean dos Mosfets que operan en forma complementaria. El circuito oscilador debe entregar dos señales hacia las compuertas de los Mosfets, ver Figura 3.15. Fig. 3.15 Circuito oscilador L6599D para conversor Forward Doble Cuando los Mosfets realizan el switcheo se genera un pulso de conmutación de aproximadamente 400 volts pico a pico. Este pulso circula por la bobina primaria del transformador y por el capacitor que está en serie, produciendo corriente de carga y descarga que genera el campo electromagnético de inducción. El campo de inducción genera un voltaje pico a pico en el bobinado secundario, este pulso inducido se rectifica y se filtra para obtener la salida de 24 VCD para alimentar a la etapa Inverter. Fig. 3.16 Capacitor crítico se cambia para que la fuente vuelva a operar 101 El valor de este capacitor en fuentes Samsung de pantallas de 32, 40 y 42 pulgadas es de 18 000 picofaradios a 600 volts, ver Figura 3.16. En fuentes de LG es de 56 000 picofaradios a 650 volts. Se recomienda cambiarlo de material poliéster de preferencia de color naranja, ya que la experiencia indica que este material soporta más el calentamiento y se desvaloran muy poco. Una vez que se cambia el capacitor el voltaje de 24 volts se restablece y la pantalla enciende, ver Figura 3.17. Fig. 3.17 La pantalla enciende al cambiar el capacitor Falla 3: La pantalla no enciende por que no entrega todos los voltajes la fuente Aunque esta falla se verá en la marca Polaroid, Este defecto se puede presentar en cualquier marca. Síntoma o signos que muestra el equipo: Se conecta la pantalla, se oprime el botón de Power y no hay respuesta, solo el Led de stand by cambia de color rojo a color azul. Procedimiento de revisión: Por el tipo de falla se comienza revisando la fuente de alimentación, ver Figura 3.18. 102 Fig. 3.18 Fuente de alimentación pantalla de marca Polaroid Se mide la fuente y solo se encuentra el voltaje de Stand By de 5 volts, ver Figura 3.19. Fig. 3.19 Voltaje de 5 volts para la fuente de stand by Al revisar los componentes críticos como los Mosfets y resistencias fusible y fusibles, estos se encuentran en buen estado, por lo tanto se deduce que no hay una falla en los componentes de potencia. Este tipo de defecto se orienta hacia la Etapa de control. Es decir los transistores que switchean para alimentar la fuente de alimentación, ver Figura 3.20. Fig. 3.20 Transistores superficiales de switcheo de Vcc 103 Estos transistores son del tipo superficial y se debe trazar el diagrama de sus conexiones en la tarjeta de la fuente para determinar cómo se alimenta a los circuitos de oscilación. Se traza el diagrama de esta fuente marca Polaroid y se encuentra el diagrama de control de switcheo de transistores para pasar el Vcc a osciladores, ver Figura 3.21. Fig. 3.21 Circuito de control de switcheo de Transistores para marca Polaroid Al medir los voltajes con la pantalla conectada y oprimir Power se encuentra. 20 volts en el colector del fototransistor y en el colector de Q1. 14.95 volts en el emisor del opto-acoplador y la base del transistor Q1 La falla se detecta en el emisor de Q1, no pasa el voltaje emisor cuando la base recibe 14.95 volts. El transistor está abierto de base a emisor, ver Figura 3.22. Fig. 3.22 Voltaje de 14.95v en la base del transistor que está abierto Se reemplaza el transistor superficial por otro del mismo tipo NPN y pasa el voltaje de 14.36 volts, ver Figura 3.23. Fig. 3.23 Voltaje de 14.36V en emisor del transistor reemplazado 104 Solución de la falla :Se cambió el transistor NPN por otro del mismo tipo de montaje superficial, con esto el transistor entrega en emisor 14.36 volts que es el voltaje que alimenta a los osciladores y el equipo encendió normalmente, ver Figura 3.24. Fig. 3.24 Pantalla Polaroid funcionando con el transistor reemplazado Nota operativa: Para esta falla hay dos versiones en la forma de cómo se conecta el opto transistor para hacer el circuito de control en la fuente de alimentación. Versión 1 - El opto transistor está conectado a tierra, ver Figura 3.25. Fig. 3.25 Circuito con el transistor de control switcheado a tierra 1. El voltaje de alimentación se toma del voltaje Vcc del oscilador de stand by, normalmente es de 10 a 22 volts. 2. El transistor PNP se polariza por emisor del voltaje de Vcc. 3. El colector del transistor PNP se conecta a los pines de Vcc de los circuitos osciladores. 105 4. La base del transistor PNP está controlada por el transistor NPN del optoacoplador. 5. El transistor NPN cierra a tierra cuando el led del opto acoplador enciende 6. El Led del opto acoplador enciende cuando el microprocesador envía la orden Power on / off. 7. El transistor PNP cierra cuando el v 8. voltaje de base baja por que cierra el transistor NPN a tierra, y el voltaje de emisor pasa a colector alimentado a los osciladores de la fuente PFC y la fuente Inverter. Versión 2 - El opto transistor está conectado a la base de un transistor NPN., ver Figura 3.26. El voltaje de alimentación se toma del voltaje Vcc del oscilador de stand by. 1. El colector del optotransitor se alimenta con Vcc. Fig. 3.26 Circuito de switcheo hacia la base del transistor 2. El opto transistor cierra cuando el Led enciende debido a la orden Power on/off del microprocesador. 3. El voltaje de emisor polariza la base de un transistor NPN 4. El transistor NPN actúa como regulador de voltaje y corriente 5. El colector del transistor NPN esta polarizado por Vcc 6. El voltaje de base polariza el voltaje de emisor que será la alimentación de los circuitos osciladores de la fuente PFC y de la fuente Inverter. 106 3.2.2 Mantenimiento correctivo en la sección de control (Tarjeta Main o Tarjeta Principal) Esta tarjeta es la placa de control, se encarga de las funciones de encendido, de cambio de canales y sintonizar canales. Esta tarjeta también se encarga del proceso de imagen y el proceso de sonido. La Etapa o Sección de Control (tarjeta MAIN) presenta 3 fallas típicas: Falla 1: No presenta video, la pantalla esta obscura. Falla 2: No enciende, el defecto es por el amplificador de audio. Falla 3: No enciende la pantalla. No se presenta la orden Power on/off Falla 1 No presenta video, la pantalla esta obscura. Cuando un equipo tiene la pantalla obscura sin video y sin Display la falla puede estar en tres etapas, ver Figura 3.27. Fig. 3.27 Televisor con Pantalla obscura sin video 1. Panel de LCD ( no tiene voltajes , ni Señales) 2. Tarjeta T-CON (Timer-Control) no genera los voltajes para el panel 3. Tarjeta MAIN. No entrega el voltaje de 5V o 12V para T-con. Se recomienda comprobar primero la tarjeta MAIN. Esta tarjeta debe entregar voltaje y señales. La tarjeta MAIN debe entregar un voltaje alimentación hacia la tarjeta T-CON. Este voltaje es de 5volts, o 12 volts, ver Figura 3.28. 107 Fig. 3.28 La alimentación de T-Con viene de la Main La tarjeta MAIN debe entregar señales de video en el sistema de transmisión LVDS, ver Figura 3.29. Fig. 3.29 Señales LVDS de la Tarjeta Main a la T-Con Estas señales de video son de alta frecuencia y de un nivel de voltaje pico a pico entre 300 mili vpp a 3 Vpp, ver Figura 3.30. Fig. 3.30 Forma de onda de la Señal digital LVDS 27 27 http://albertopicerno.com/resource/4/2/1/9/archivos/imagenes/05.jpg 108 Si falta el voltaje o si falta la señal no habrá video en la pantalla de LCD y estará obscura. Si habrá audio en las bocinas de los canales de televisión. Para este tipo de falla se soluciona aplicando un procedimiento de re-soldado del circuito Escaler que es del tipo BGA, ver Figura 3.31. Fig. 3.31 Ubicación del circuito Escaler en la tarjeta Main Este defecto se encuentra en la parte del Escaler y el conector de salida que va hacia el la tarjeta Tcon. Se Recomienda rastrear video digital con las señales que deben entregar el sistema LVDS y determinar si la tarjeta Main está enviando el voltaje de alimentación para Tcon. El proceso de resoldado se hace con la pistola de aire caliente marca weller, ver Figura 3.32. Fig. 3.32 Pistola de aire caliente para resoldar circuitos BGA Aplicación del Proceso de resoldado con la pistola de aire caliente. 1. Cubrir con cinta kapton los componentes plásticos cercanos al chip BGA 2. Aplicar flux orgánico alrededor y sobre el circuito. 109 3. Calentar con la pistola a dos centímetros de distancia 4. Rodear las cuatro esquina c on la pistola de aire 5. Calentar durante 40 segundos, el tiempo se cuenta a partir de que el flux este completamente fundido. 6. No mover la tarjeta, ni la mesa. 7. Dejar enfriar por 15 minutos (no aplicar aire frio) 8. Lavar los residuos con alcohol isopropílico 4 veces 9. Dejar secar el alcohol 10. Montar la tarjeta 11. Encender la pantalla y si todo es correcto debe haber imagen. Nota: este procedimiento también se aplica cuando la pantalla no enciende, ya que las órdenes de encendido salen del circuito BGA y por un falso contacto en sus soldaduras del tipo BGA no se presentan. Al aplicar el procedimiento de resoldado sobre el circuito Escaler, se recupera la imagen y la pantalla presenta el video y brillo normal. Falla 2: No enciende, el defecto es por el amplificador de audio La pantalla de LCD emplea un circuito de audio tipo digital llamado clase D. Este tipo de amplificadores generan una potencia promedio de 1watts a 8 watts. Este circuito de audio digital tiene como característica no tener disipador externo y cualquier exceso de calentamiento o daño en las bocinas provoca que el circuito entre en corto. Fig. 3.33 Circuito amplificador de audio digital NTP 3000 Este defecto de corto en el amplificador de audio apaga la pantalla. Un circuito común es el circuito NTP3000 que es del tipo QFP de 64 pines, ver Figura 3.33. Cuando este circuito falla se bloquean las funciones del microprocesador, esto se debe a que el circuito de audio utiliza las líneas SDA, SCL y RESET. Cuando una pantalla no enciende puede ser problema de Audio, la prueba que se debe realizar es quitar el circuito de audio. En muchas marcas esto provocara que la pantalla encienda. Ver diagrama a bloques del amplificador de audio digital. Ver Figura 3.34 110 Fig. 3.34 Diagrama a bloques del amplificador digital de audio28 Falla 3: No enciende la pantalla, no se presenta la orden power on/off El encendido depende de dos órdenes que debe enviar el Microprocesador. Orden Power on/off Orden Back light on/off La orden Power on / off es inmediata al presionar el botón de encendido de la pantalla y debe cambiar de 0 volts hacia 5 volts. La orden de Back light es retardada entre 4 a 10 segundos al presionar el botón de encendido de la pantalla, ver Figura 3.35. Fig. 3.35 Diagrama de tiempos para órdenes de encendido29 28 Reparando TV Plasma y LCD.Autor-Amalfa-Salvador.Editorial – Hasa capitulo4, pagina 236. 29 Reparando TV Plasma y LCD.Autor: Amalfa- Salvador .Editor – Hasa capitulo 3, pagina 148. 111 Si una o las dos órdenes no se generan la pantalla no encenderá, esto se debe a dos causas; la primera el microprocesador tienen falso contacto (soldaduras frías) y la segunda el microprocesador tiene bloqueo por memoria EEPROM. Por ejemplo, una falla de encendido por bloqueo causado por la memoria EEPROM se presenta en el modelo Sony KDL32FA400, ver Figura 3.36. Falla que presenta: la pantalla Sony KDL32FA400 no enciende Fig. 3.36 Pantalla de marca Sony, no enciende Al conectarla y oprimir el botón Power el Led parpadea 4 veces en color rojo. Ver Figura 3.37. Fig. 3.37 Memoria EEPROM para el puerto VGA en la tarjeta Main Síntoma o signos que muestra el equipo: se conecta la pantalla, se oprime el botón de Power y no hay respuesta, ni siquiera el led de stand by enciende. Procedimiento de revisión: Se revisa la fuente de alimentación y solo se tiene el voltaje de stand by de 3.3 volts. Ver Figura 3.38. Fig. 3.38 Voltaje de 3.3v de la fuente de Stand By 112 Al presionar el botón de Power, la fuente debe generar 12 volts y 24 volts, estos dos voltajes son switcheado, estos no se presentan. Se revisa si cambia de nivel la orden Power on /off que también se llama stand by, y se observa un voltaje de 0 volts, y no sube de nivel al oprimir el botón Power. Se hace un puente del voltaje de 3.3v de stand by hacia la línea Power on/off. Ver Figura 3.39. Fig. 3.39 Fuente de alimentación activada al puentear la orden on/off La fuente responde entregando el voltaje switcheado de 12 volts y El de 24 volts. Ver Figura 3.40 Fig. 3.40 Voltaje de 11.96 volts y 24.22 volts con fuente activada para Inverter Esto confirma que la fuente está operando y que el problema viene de la etapa de control. Se revisa la etapa de control y se identifica la memoria Eeprom del microprocesador que tiene el número 24C02 Se quita la memoria Eeprom. Ver Figura 3.41. 113 Fig. 3.41 Se retira memoria 24C04 es la EEPROM del microprocesador Solución de la falla: Se conecta y se oprime Power El equipo enciende y presenta imagen. ver Figura 3.42. Fig. 3.42 Televisor enciende una vez que se cambia la EEPROM Se recomienda colocar una memoria blanca para completar la reparación. El equipo queda reparado por el cambio de la memoria blanca. NOTA: Al revisar una pantalla de LCD tiene en la tarjeta main de 3 a 4 memorias Eeprom. Una memoria es del microprocesador Otra memoria es del puerto VGA para configuración en modo monitor. 114 Una o dos memorias son para los puertos HDMI, para el sistema anti copia denominado HDCP ( High-Bandwidth Digital Content Protección ) El microprocesador tiene una memoria EEPROM de la familia 24C02. Esta memoria se des-configura cuando el equipo recibe una descarga eléctrica por la fuente de alimentación o por el sistema de antena o cable. El procedimiento es el siguiente: Identificar la memoria Eeprom del microprocesador y remover Quitar la memoria EEPROM (del tipo superficial) Probar una con una memoria EEPROM blanca Probar la pantalla y esta deberá encender. 3.2.3 Mantenimiento Correctivo en la Etapa Inverter La etapa Inverter se encarga de generar el alto voltaje de 600 Vpp a 6000Vpp de alta frecuencia para que brillen las Lámparas Fluorescentes de Cátodo Frío. Las frecuencias pueden variar desde 40 kHz hasta 400 kHz dependiendo de la marca y tamaño de la pantalla. La tarjeta inverter tiene cuatro componentes principales como se observan numerados en la Figura 3.43 Circuito integrado oscilador (1) Mosfets de conmutación en configuración Forward Doble Transformador Inverter (3) Conexión de lámparas CCFL (4) Fig. 3.43 Componentes de la tarjeta Inverter 115 (2) Existen 3 tipos de inverter que son los siguientes: Inverter auto oscilante: solo requiere de alimentación y tierra para funcionar. Inverter con oscilador a circuito integrado Inverter Master Slave El inverter con circuito integrado y el inverter Master Slave se puede operar como un módulo que debe tener 5 conexiones. 1. 2. 3. 4. 5. Vcc puede ser 12V o 24 volts de la fuente Tierra conexión atierra fría de la fuente BL on es una orden que cambia de 0 volts a 5 volts Dimmer es un voltaje para controlar brillo desde 0.5 volts hasta 4.5 volts Error 5 volts todo está bien , 0 volts hay falla en la etapa inverter. Si la tarjeta inverter recibe los voltajes y ordenes correctamente, generara el alto voltaje y las lámparas CCFL brillaran. Por ejemplo en el diagrama a bloques del equipo SONY KDL32M300 se observa la representación de la etapa inverter con sus conexiones para operar. En el modelo de 32 pulgadas tiene VDD, GND, BL ON y DIMMER (4 conexiones), para el modelo de 26 pulgadas tiene VDD, GND, BL ON, DIMMER y DET (5 conexiones), estos conectores se ven en la Figura 3.44. Figura 3.44 Comparación de conectores de una tarjeta inverter marca Sony La línea de protección DET es un cambio de nivel lógico que se envía a la tarjeta main para indicar si el inverter opera bien o si tiene una falla. Normalmente cuando todo está bien el inverter le manda un nivel de 5 volts a la main para indicar que todo está correcto. Si hay un problema en lámparas o en transformador inverter se envía un nivel de 0 volts y la tarjeta main apaga el equipo cancelando los voltajes de 12v y 24 volts, en la Figura 3.45 se ve la tarjeta inverter del modelo KDL32M3000. 116 Figura 3.45 Tarjeta inverter Sony de 32 pulgadas con 6 transformadores La etapa Inverter presenta 3 fallas típicas que son: Falla 1 No encienden las lámparas (no oscila el circuito integrado) Falla 2 Las lámparas encienden y se apagan (por defecto en lámparas) Falla 3 Las lámparas encienden y se apagan (por defecto en el transformador inversor) Falla 1. No encienden las lámparas (no oscila el circuito integrado) El encendido de las lámparas de CCFL depende del trabajo del circuito oscilador de la etapa Inverter. Este circuito oscilador debe generar 2 frecuencias para hacer trabajar a los Mosfets de switcheo. Se tienen dos causas que provocan que el circuito no arranque: El circuito oscilador no recibe Vcc ( de 5volts a 24 volts) El circuito oscilador no recibe la orden ENABLE. El circuito oscilador de la etapa Inverter OZ964 funciona a partir de dos condiciones. Debe recibir su voltaje de Vcc, entre 5 a 24 volts y debe recibir una orden de habilitación (ENABLE). Ver Figura 3.46 117 Fig. 3.46 Diagrama de pines oscilador OZ964 Un circuito muy usado en la etapa Inverter es el OZ964, lo utilizan los equipos de marca Samsung y es un ejemplo ideal para explicar su funcionamiento y fallas que provoca. Este circuito es un oscilador de 20 terminales, al revisar su diagrama de pines se observan los siguientes datos. Pin 5 es la alimentación Pin 3 es la habilitación Pin 11, 12, 19 y 20 son las oscilaciones para los Mosfets El voltaje de Vcc y la orden Enable deben llegar al circuito por medio de diodos y transistores, en algunos casos alguno de los diodos se abre o un transistor tiene fuga y ya no deja pasar el voltaje o la orden, por lo tanto el circuito no arrancara las oscilaciones. Estos componentes que fallan son de montaje superficial. Para determinar que la falla está en estos componentes se deben hacer mediciones en el conector de entrada de la tarjeta In verter y en los pines del mismo circuito .si el voltaje y la orden llegan hasta el conector y el circuito no recibe las órdenes entonces un componente está abierto. Se deben rastrear todos los componentes superficiales y una vez detectado se cambia y la pantalla debe encender el brillo de las lámparas. Ver Figura 3.47. 118 Fig. 3.47 Componentes superficiales que fallan para activar al oscilador Falla 2. Las lámparas encienden y se apagan (por defecto en lámparas). Esta falla se presenta más en pantallas chicas de 23 pulgadas o menos, esto se debe a que las lámparas se sobre calientan y se dañan. Falla que presenta: El televisor Unirex de 19 pulgadas enciende y se apaga. Ver Figura 3.48 Fig. 3.48 Televisor de 19 pulgadas marca Unirex 119 Síntoma o signos que muestra el equipo: al conectar el televisor y encenderlo, presenta imagen, sonido y en unos 4 segundos se apaga. Proceso de revisión: Se miden en la fuente y entrega voltajes de 5 volts y 12 volts que son los adecuados para pantallas menores a 23 pulgadas Se miden en la etapa Inverter por la prueba de inducción de campo electromagnético. Ver Figura 3.49. Fig. 3.49 Tarjeta con dos transformadores Inverter campo electromagnético utilizando el osciloscopio y se determinan que los dos transformadores Inverter presentan inducción. Ver Figura 3.50. Fig. 3.50 Dos pulsos de Inducción, los dos transformadores Inverter están correctos 120 el panel de cristal líquido con toda precaución. Sobre el panel de LCD no se deben usar herramientas metálicas, solo plástico, plumillas y tarjetas plásticas. Ver Figura 3.51. Fig. 3.51 Desensamble del panel de 19 pulgadas Se revisan las cuatro lámparas, que se encuentran dos en cada extremo. (arriba y abajo) Se encuentran dos lámparas rotas que es la causa por el cual el equipo enciende y se apague. Ver Figura 3.52 Fig. 3.52 Lámparas rotas 1 par, fuera del panel de 19 pulgadas Solución de la falla: Se consigue el conjunto de lámparas que son dos montadas en su base metálica. Y se conecta el sistema para comprobar que enciendan y ya no se apaguen Ver Figura 3.53. Fig. 3.53 Lámparas obtenidas de otro equipo 121 Se ensambla el sistema con su base sobre el marco del panel de LCD. Se conecta y se oprime Power y el televisor enciende mostrando la imagen y el sonido correctos y ya no se apaga. Ver Figura 3.54. Fig. 3.54 Encendido de la pantalla Unirex Falla 3 Las lámparas encienden y se apagan (por defecto en el transformador). Como ejemplo vamos a revisar esta falla en un Televisor AKAI de 26 pulgadas, esta es una marca china pero el defecto se puede encontrar en marcas reconocidas como Sony o Samsung también. Síntoma que presenta: Enciende y se apaga, ver Figura 3.55. Fig. 3.55 Televisor AKAI con falla, se observa una sombra abajo del logotipo Síntoma o signos que muestra el equipo: La pantalla de televisión AKAI de 26 pulgadas enciende, se ve el logo AKAI y se apaga. Proceso de revisión: se revisa la fuente de alimentación y se miden 3 voltajes: , el voltaje de 5 volts, el voltaje de 12 volts y el voltaje de 24 volts. Los tres están correctos. 122 Se comprueba la orden Power on off. Esta se mide en la fuente de alimentación y tiene un cambio de 0 volts a 5 volts. Se comprueba la orden back light. Esta se mide en la tarjeta de Inverter y se tiene un cambio de 0 volts a 4.51 volts. Ver Figura 3.56. Fig. 3.56 Voltaje de la orden back light on/off que se mantiene en 4.51 volts Se mide el voltaje de 24 volts en la tarjeta Inverter y mide 23.88 volts lo cual es correcto. Ver Figura 3.57. Fig. 3.57 Voltaje de 23.88V que alimenta al Inverter y se mantiene Se prueban los 7 transformadores Inverter por inducción de campo electromagnético. Ver Figura 3.58. Fig. 3.58 Tarjeta inverter de 7 transformadores De los 7 transformadores se determina que 6 operan adecuadamente y uno tiene una inducción muy baja. Se desmonta el transformador Inverter con baja inducción y se determina que tiene 4 bobinas. Ver Figura 3.59. 123 Fig. 3.59 Transformador Inverter con 4 bobinados 2 bobinas primarias están correctas miden 0.2 ohms no están abiertas Una bobina secundaria mide 973 oh ms esta correcta La otra bobina secundaria mide infinito, está abierta y de ahí viene el defecto del apagado. Solución de la falla: Se consigue el transformador Inverter. Se debe conseguir no por forma física, si no debe tener la misma matricula. Se cambia el transformador Inverter Se ensambla el equipo, se conecta se oprime Power y el equipo enciende. Se observa de manera correcta la imagen y el sonido. Este defecto se presenta principalmente en pantallas grandes de 26 pulgadas o más, la falla se provoca en los transformadores Inverter que se dañan por el alto voltaje que deben generar, estos se sobrecalientan y fallan, estos transformadores deben generar de 3000 Vpp a 6000 Vpp. 3.2.4 Mantenimiento correctivo a la etapa de T-Con y panel de LCD La tarjeta T-con se encarga de enlazar el video de la tarjeta main hacia el panel de LCD. Esta tarjeta controla al panel para formar la imagen controlando los pixeles que forman la pantalla de LCD. La tarjeta Tcon y Panel presentan 2 fallas típicas: Falla 1 La pantalla esta blanca, No hay video. Falla 2 La pantalla esta blanca, Si tiene video. Falla 1 La pantalla esta blanca, No hay video. 124 Este defecto se debe a un corto circuito en la tarjeta Tcon este corto puede ser en el circuito conversor o en el circuito multiplexor. Ver Figura 3.60 Figura 3.60. Tarjeta T-con con Multiplexor y conversor DC a DC Un corto en esta tarjeta bloqueara el paso del video y por esto la pantalla estará blanca. Esto se detecta directamente en la entrada de la tarjeta ya que cuenta con un fusible de protección en caso de daño de uno de los circuitos de potencia, se abre para evitar daños en la fuente o en la tarjeta main. Para esta revisión se comprueba el fusible F1, que está cerca del conector que viene de la T. Main hacia la TCON, en este fusible deben llegar 12 volts, Ver Figura 3.61 Figura 3.61 Fusible F1 en T-con Si el voltaje no pasa esto se deba a un corto circuito. Lo más común en pantallas LG o Samsung es encontrar al circuito integrado TPS65161 en corto. Este circuito se encarga de generar los voltajes para el panel, cuando este circuito falla el fusible se abre. El fusible es de 2 a 2.5 amperes. 125 Falla 2: La pantalla esta blanca si tiene video Este defecto se presenta en pantallas Samsung de 32 pulgadas o más. El televisor enciende, se escuchan bien los canales pero la imagen se nota con mucho brillo, y el color apenas se distingue. Este defecto se conoce como video negativo, (el video negativo se define como inversión de niveles de blanco y de negro, el video blanco se ve como imagen negra y el video negro se ve como imagen blanca) 30. Ver Figura 3.62 Figura 3.62 Falla provocada por T-con, video negativo o solarizado Este defecto se debe al circuito buffer de polarización del panel AS15G. Este defecto es típico en pantallas Samsung. Falla: El equipo enciende presenta imagen pero se observa con excesivo brillo. Síntoma: al conectar y encender el televisor presenta imagen muy blanca, el color apenas y se observa con muy baja saturación. Si hay sonido y Si cambia de canales. Procedimiento: Se miden los voltajes que entrega la main y se tiene el de 12 volts Se miden las señales que salen del conector LVDS. Con estas mediciones se determina que la tarjeta MAIN esta correcta. Al revisar la tarjeta TCON se observan sus componentes y se detecta que el circuito AS15G se sobre calienta. Este sobrecalentamiento es anormal, porque excede los 60 grados centígrados. Ver Figura 3.63. 30 Televisión Práctica y Sistemas de Video.Autor: Bernard Grob. Editorial. Marcombo capitulo 2 pagina 87 126 Figura 3.63 Circuito AS15G que provoca la falla en imagen Solución de la falla: Se consigue el circuito AS15G Se cambia el circuito que es de montaje superficial. Ver Figura 3.64 Figura 3.64 Circuito nuevo para reparar la falla de video solarizado Se lava el área de resoldado con alcohol isopropílico Se conecta el televisor, se enciende y la imagen se observa normalmente al igual que el sonido y cambio de canales. Nota: para evitar un daño prematuro del circuito AS15G, se realiza el siguiente procedimiento: Se con sigue un disipador de aluminio, un cuadrado de 2cm x 2 cm X 2mm Se fija con resina epóxica y pasta térmica del tipo para procesador de laptop. Esto para evitar que se sobrecaliente. Ver figura 3.65 Figura 3.65 Pasta térmica para el disipador de aluminio 127 Capítulo 4 Proceso de Reingeniería SOLUCION DE FALLAS EN EN TELEVISIÓN CON PANTALLA DE LCD El área de mantenimiento y reparación de televisión con pantallas de LCD ofrece una gran oportunidad para aplicar procesos de reingeniería electrónica, una vez que se conoce el funcionamiento del sistema para que encienda y presente imagen, se puede aplicar técnicas de reparación por etapas en donde si una sección no funciona se puede reemplazar o cambiar por otra que tenga características similares. En las pantallas de LCD se pueden aplicar varios procesos de reingeniería principalmente en las etapas que tienen que ver con la parte de potencia. De las 4 tarjetas que conforman la pantalla de LCD que son tarjeta de fuente de alimentación, tarjeta Main, tarjeta T con y tarjeta Inverter, se pueden aplicar reingeniería a tres de ellas en caso de que tengan falla irreparable, tomando en cuenta sus características operativas. El proceso de reingeniería consiste en aplicar los conocimientos en electrónica para hacer funcionar la televisión LCD, aun cuando una de sus tarjetas tiene daño irreparable, esto es por medio de una implementación, modificación o acoplamiento para lograr que la pantalla siga operando. Este proceso de reingeniería se puede hacer en tres áreas de la televisión con pantalla de LCD: 1 La sección de lámparas CCFL. 2 La fuente de alimentación 3 La tarjeta inverter M-S integrada a la fuente. 4.1 Implementar el sistema de iluminación del tipo led de alta luminosidad en una pantalla que utiliza lámparas CCFL (las lámparas están bajas) En una televisión de LCD con pantalla grande de 32 o más pulgadas, se presentan dos defectos principales. 1.- falla el transformador Inverter que genera el Alto Voltaje para las lámparas. 2.- fallan las lámparas Fluorescentes de Cátodo Frio. Cuando se daña una lámpara, la reparación consiste en conseguir la lámpara del mismo tamaño, longitud y diámetro, para cambiarla y el equipo funcionara 129 normalmente. Pero cuando se bajan todas las lámparas por el costo es inconveniente cambiarlas, en este caso se puede cambiar a iluminación tipo led. Cuando falla el transformador Inverter el problema es más crítico porque no hay refacciones nuevas que se puedan conseguir. La función de este transformador es generar de 3000 Vpp hasta 6000 Vpp para hacer que la lámpara brille. En la Figura 4.1 se muestra la imagen de un transformador Inverter. Estos transformadores fallan principalmente por sobrecalentamiento que se genera al estar funcionando. Figura 4.1 Transformadores Inversores fallan por sobrecalentamiento Los transformadores Inverter son los componentes más escasos, solo se consiguen de recuperación de otras tarjetas y en ocasiones solo venden la tarjeta Inverter completa a un precio muy elevado lo que hace la reparación muy cara o incosteable. Debido a esto desarrolle un procedimiento de reingeniería que consiste en cambiar el sistema de iluminación de lámparas CCFL por iluminación del tipo Led. A este procedimiento se le llama actualización de la retroiluminación por tipo Led de alta luminosidad. 4.2 Procedimiento de reingeniería para actualizar la iluminación con led de Alta Luminosidad Al consultar el manual en la sección 3.2.3 Mantenimiento Correctivo en la Etapa Inverter se establece que el brillo de la pantalla se obtiene por el trabajo del inverter y el brillo de las lámparas, si hay falla de inverter prácticamente el equipo es irreparable si no se consiguen los transformadores, a partir de esto se propone una solución que es cambiar el tipo de iluminación basado en lámparas por iluminación a base de leds de alto brillo. Se sabe que la etapa inverter se alimenta con 24 volts. Explicare la modificación de iluminación en una pantalla Philips de 32 pulgadas. El modelo de esta pantalla es 32PFL5405H. Ver figura 4.2. 130 Figura 4.2 Televisor Philips donde se actualiza a sistema de iluminación por LEDs Esta pantalla utiliza un sistema Inverter tipo maestro-esclavo, que se observa en la ´Figura 4.3. En este sistema se encuentran dos transformadores Inverter que operan con un desfasamiento de 180 grados. Estos transformadores alimentan a todas las lámparas del sistema que se encuentran en paralelo. Un extremo de las lámparas se conectan a un transformador el otro extremo se conecta al segundo transformador. Figura 4.3 Sistema de Inverter Maestro- Esclavo Si uno de los transformadores Inverter falla se tendrá que comprar las dos tarjetas ya que no se venden por separado. El costo del par de tarjetas es de $ 1,800.00 pesos, aproximadamente. Este costo de refacción es muy alto por lo que se decide cambiar las lámparas CCFL, por iluminación tipo leds de Alta Luminosidad. 131 En esta pantalla Philips se utilizan 18 lámparas, como se ve en la Figura 4.4 Figura 4.4 Lámparas CCFL que se desmontaran Al desarmar la pantalla lo primero que se encuentran son las tarjetas de fuente de alimentación y la tarjeta Main, y debajo de estas se encuentran los inverters maestro-e esclavo. Ver Figura 4.5. Figura 4.5 Desensamble de las tarjetas de la pantalla Philips Una vez que se retiran las tarjetas, queda la base del panel con la tarjeta Tcon que también se desmonta, quedando solo el ensamble donde están las lámparas y el panel de cristal líquido. Para comenzar el desensamble del panel se retira el marco metálico, retirando una serie de tornillos. Una vez que se quita el marco metálico se debe quitar el panel de LCD utilizando una tarjeta de plástico para no fracturar el panel de cristal líquido. Esto se muestra en la Figura 4.6. 132 Figura 4.6. Desensamble del panel de LCD con una tarjeta plástica Al quitar el panel se observan tres filtros de luz y el acrílico que sirve como difusor y propaga toda la luz en una sola pantalla. Estos filtros no deben cambiarse en orden ni voltearse por que la imagen quedara opaca. Ver Figura 4.7. Figura 4.7 Se retiran los filtros de polarización de luz Al retirar el acrílico difusor de luz se observan las lámparas de cátodo frio. Al contar el número de lámparas se encuentran 18 lámparas, de 70 cms cada una. Ver Figura 4.8. Figura 4.8 Se observan 18 lámparas de 70 cms de longitud 133 Se retiran los soportes retirando tornillería y grapas de plásticos para desmontar el ensamble completo de todas las lámparas. Ver Figura 4.9. Estas lámparas están conectadas en paralelo, debido a esta conexión para encenderlas se utilizan el Inverter Maestro y Esclavo conectados uno en cada extremo de las lámparas. Figura 4.9 Se desmontan el soporte de las 18 lámparas CCFL Una vez que las lámparas están desmontadas se procede a montar las tiras de leds de Alta Luminosidad. Se montan a una distancia de 2.5 centímetros y tienen una longitud de 70 cms para cubrir toda el área visible de la pantalla. Las cintas cuentan con un pegamento de autoadhesión por lo que no es necesario utilizar algún otro. Estas tiras son especiales y operan a 12 volts, cada 5 cms contienen tres leds conectados a una resistencia en serie que funciona como limitadora de corriente. El led de Alta Luminosidad opera a una corriente de 20 mAmperes por lo tanto si el circuito en serie tiene 3 leds más una resistencia en serie y cada led requiere 3.2 volts para encender, la resistencia limitadora tendrá un valor de: Vcc= 12 volts Para calcular el valor de la resistencia se resta el voltaje de los tres leds a la fuente de 12 volts. Vled= 3.17 volts VLed1 + Vled2 + Vled3 + Vres = 12 volts 3.17V + 3.17V + 3.17V + Vres = 12 volts Vres = 12 V - 9.51 volts = 2.49 volts Rlimitadora = V / I Rlimitadora = (12V- 9.51V) / 0.020 Amperes Rlimitadora = 124.5 ohms 134 El valor comercial que se tiene es de 120 ohms. Los leds de Alta Luminosidad tienen características particulares que se muestran en la tabla 7, el modelo es 3528-300, en rollo de 5 metros. Tabla 7 Características del led de Alta Luminosidad CARACTERISTICA VALOR Dimensiones 5000 mm x 3.5mm x 2.8mm. Cantidad de leds 300 piezas Angulo de Haz 120 grados Voltaje de alimentación 12 VCD Corriente 1.6 Amperes Potencia de consumo 12 watts Luminosidad 51 lúmenes por cada 30 cms. Los leds que se utilizan vienen en un rollo de 5 metros con 300 leds, vienen en arreglos de 3 leds en serie más una resistencia de 120 ohms para limitar la corriente y tienen una emisión de 51 lúmenes por cada 30 centímetros. Ver figura 4.10. Estos leds se recortan en tiras al tamaño de 70 centímetros. Se recomienda colocar una tira de leds por cada lámpara para lograr el máximo brillo. Por economía y ahorro de energía se recomienda poner el 75% en cintas de led y se lograra un brillo óptimo aceptable para la función del televisor. Para nuestro sistema se hace la adaptación de 18 lámparas por 14 cintas de leds. Figura 4.10 Cinta de leds 3528-300 de Alta Luminosidad 135 Esta opción tiene dos objetivos. Mostrar el brillo en pantalla aceptable y óptimo Mostrar la conexión de los leds en pares para alimentarse con 24 volts. Como las tiras de leds son de 12 volts y la fuente del televisor Philips es de 24volts que es el voltaje común para alimentar el Inverter, se hace un arreglo en serie por pares, para que operen a 24 volts. Ver Figura 4.11 Figura 4.11 Diagrama de conexión de los leds hacia la fuente de 24 volts El voltaje se tomara directamente de la salida de 24 volts donde se encuentran los capacitores electrolíticos y diodos en la fuente, para este caso C13 y C14. Como se observa en la Figura 4.12 Figura 4.12 Diagrama de la fuente Philips de 24 volts La característica del Led es que debe generar una luz blanca con tendencia a hacia luz fría. Para conectar los leds se busca la polaridad que está indicada en cada cinta de 12 volts. Esto se muestra en la Figura 4.13. 136 Figura 4.13 Polaridad de cada cinta de leds Cada par de tiras se conectan en paralelo entre si y de ahí se alimentan con la fuente de 24 volts, para tener completo el cambio a leds como se ve en la Figura 4.14. Figura 4.14 Back light convertido a iluminación por leds Conectando los leds en paralelo se obtienen dos cables que se alimentaran con 24 volts, para una prueba inicial se toma una fuente variable de 1 a 30 volts, se ajusta a 24 volts y se comprueba el encendido de los leds. Ver Figura 4.15 Figura 4.15 Prueba de encendido de los leds con 24.17 VCD 137 Todos los leds conectados se observan brillando, esto es el back light que se encuentra por detrás del panel de LCD y es lo que da el brillo en la imagen. Ver Figura 4.16 Figura 4.16 Iluminación total del panel con Leds El consumo de los leds en paralelo es de 1.12 amperes que es un valor muy reducido comparado con los 4 amperes que consume el Inverter de transformadores al encender las lámparas CCFL. Ver Figura 4.17 Fig. 4.17 Consumo reducido de corriente de las cintas de leds de Alta Luminosidad 138 De todas las conexiones de leds solo se obtienen 2 cables uno es positivo y el otro va a tierra. Ver Figura 4.18. Figura 4.18 Cables finales de leds para conectar a 24 volts Ahora vamos a Re-ensamblar el sistema de panel colocando primero el difusor de acrílico junto con los filtros de luz. Ver Figura 4.19. Figura 4.19 Se Re-ensambla el panel colocando los filtros de polarización Después se coloca el panel de cristal líquido sobre el back light con cuidado que el cristal no se flexione ya que se puede fracturar. Ver Figura 4.20 Figura 4.20 Se coloca el panel de LCD sobre las micas de filtros de luz 139 Se coloca el marco metálico para que el panel quede ensamblado completamente. Y con dos cables que llevaran 24 volts de la fuente. Ver Figura 4.21. Figura 4.21 Se coloca el marco metálico Se re ensamblan las tarjetas sobre el panel colocando el soporte metálico. Ver Figura 4.22 Figura 4.22 Se colocan las tarjetas sobre el panel ya ensamblado Se miden los voltajes de la fuente de 23.97 volts para conectar los cables de los leds. Ver Figura 4.23. Figura 4.23 Se mide el voltaje de 23.97 volts de la fuente 140 Se localiza la orden Backlight que cambia de 0 volts a 3.31 volts, ver Figura 4.24. Figura 4.24 Medición de la orden Back light on/off Se soldán los cables a la fuente de alimentación. Ver Figura 4.25 Figura 4.25 Cables de los leds que se conectan a 24 volts En caso de que la fuente sea de 24 volts permanentes, se colocan un par de transistores para hacerlo switcheado el voltaje para leds a partir de la orden de Back light On/off. Ver Figura 4.26. 141 Figura 4.26 Voltaje de los leds ya funcionando de 22.51volts Se ensamblan todas las tapas y se prueba el televisor. Ver Figura 4.27. Figura 4.27 Televisor ensamblado con iluminación tipo leds Al encender la pantalla se observa la imagen con la nueva iluminación del tipo led y se tiene una buena calidad de imagen, brillo y color. Ver Figura 4.28. 142 Figura 4.28 Imagen del televisor con iluminación tipo led Se observa la imagen adecuada y la pantalla ha quedado reparada cambiando el sistema de iluminación de lámparas CCFL por leds de Alta Luminosidad, se observa buen brillo y buen color de la imagen. Ver Figura 4.29. Figura 4.29 Imagen de excelente calidad en brillo y color 143 4.2.1 Resumen de todo el procedimiento de actualización El procedimiento se realiza de la siguiente forma. 1. Retirar las tarjetas del Inverter de la base metálica del panel de LCD 2. Desarmar el panel cuidando el cristal líquido que no se doble o se fracture, se recomienda utilizar una tarjeta plástica tipo de teléfono, para levantarla por una de las esquinas. 3. Retirar todas las lámparas de Cátodo Frio, con sus conectores y sus soportes (grapas de plástico) 4. Cortar las tiras de led a 70 centímetros y colocarlas a una distancia de 2.5 cms. (se recomienda 1 tira por lámpara). 5. Se colocan las tiras en la base del back light, fondo blanco. 6. Se conectan en serie cada dos tiras, para formar tiras de 24 volts. 7. Se conectan en paralelo los arreglos serie para que todas las lámparas queden en paralelo y puedan operar a 24 volts. 8. Se les conecta la fuente de 24 volts y deben encender todos los leds. 9. Se re-ensambla el panel con su cristal líquido. 10. Se re-ensambla la pantalla por completo. 11. Debe encender con el nuevo brillo proporcionado por los leds, presentando una imagen con buen color y buen contraste. 144 4.3 Aplicar el Proceso de reingeniería cuando un equipo tiene falla en la tarjeta Inverter Se aplica en un televisor con pantalla de LCD marca ONN, el tamaño de la pantalla es de 32 pulgadas, el modelo es LCD32HDB1.ver figura 4.30 Figura 4.30 Televisor con falla de inverter marca ONN La falla que presenta el equipo es que no enciende (no hay brillo en la pantalla), no presenta imagen solo sonido. Se revisa el equipo conectándolo a la energía eléctrica y al oprimir el botón de power solo se escucha el audio de un canal de televisión, no hay imagen y no hay brillo. Se nota que el led rojo de stand by cambia a color azul. Este tipo de falla se puede localizar en tres etapas: Fuente de alimentación Tarjeta Main Etapa inverter Para determinar en cuál de ellas está el problema se deben realizar varias mediciones. Primer paso: se mide la fuente para determinar si entrega voltajes correctos. Se mide el voltaje de stand by y se tienen 5.18 volts, es correcto. 145 Se mide la salida de 24 volts y tiene 23.79 volts, es correcto. Con estos dos voltajes se asegura que la fuente entrega adecuadamente los voltajes. Ver Figura 4.31 y Figura 4.32 Figura 4.31 Voltaje de 5 volts Figura 4.32 Voltaje de 24 volts Segundo paso: Se buscan las dos órdenes de encendido que son primero la de Power on / off y segunda la de Back light on / off. La orden power on/off es la que activa el voltaje de 23.79 volts en la fuente por lo tanto se determina que está presente. Esta orden se acompaña por el cambio de color del led rojo a color azul. Se mide la orden Back light on/off, para esta pantalla viene marcada como SW en el conector de la fuente, al oprimir el botón power, después de 5 segundos cambia de nivel de 0v a 5.12 volts, lo que indica que la main si entrega la Backlight on / off para que funcione el inverter. Ver Figura 4.33. Figura 4.33 Orden Backlight on / off Con estas mediciones se establece que la tarjeta Main si entrega las dos ordenes 146 Tercer paso: Se revisa la etapa inverter y se encuentra un sistema del tipo maestro esclavo, este cuenta con dos tarjetas en los extremos de la pantalla, lado izquierdo y lado derecho. (HIU 812-M y HIU 812 – S). Ver Figura 4.34. Figura 4.34 Inverter master- Slave de la marca ONN Este sistema de inverter se llama Master Slave, lo utilizan otras marcas como Philips y Funai, este tipo de inverter funciona en contrafase para alimentar las lámparas CCFL que están conectadas en paralelo. Cada tarjeta tiene un conector que va hacia las lámparas. Ver Figura 4.35 Figura 4.35 Salidas de alto voltaje una por cada tarjeta Una prueba que se hace en estas tarjetas, es identificar el estado de los conmutadores del tipo Mosfet, para determinar si están en corto. Se utiliza el multímetro en la escala de ohms. Se prueba del drenador hacia el surtidor de cada conmutador. Si marca un valor cercano a cero ohms el Mosfet está dañado. También se puede probar en paralelo a los capacitores de Vcc, si no hay corto debe marcar la carga y descarga del capacitor. Ver Figura 4.36. 147 Figura 4.36 El valor resistivo indica que no hay corto Al revisar el inverter master (tiene una letra M en el impreso) se determina que no hay corto en los conmutadores. Al revisar el inverter Slave (tiene una letra S en el impreso), se comprueban los 4 mosfets conmutadores y se encuentran dos en corto el multímetro marca 0 ohms. Y los otros dos están correctos. Ver Figura 4.37 Figura 4.37 El valor resistivo en 0 ohms indica corto de mosfets También se nota que esta recalentado en la parte del transformador y además el transformador se encuentra quemada en el bobinado primario. Para este caso físicamente se detecta el daño en el transformador inverter Slave que esta quemado en el bobinado primario. Ver Figura 4.38 Figura 4.38 Bobinado primario quemado en el Inverter Slave 148 Estas tarjetas difícilmente se consiguen por la marca del equipo que es ONN y en caso de encontrarlas son muy caras ya que se venden en par y no solo una. Para este tipo de falla la solución se encuentra en el manual que desarrolle en la sección 3.2.3 Mantenimiento Correctivo en la Etapa Inverter, se establece que el inverter se debe tratar como un módulo. Este módulo puede tener 4 o 5 conexiones. 2 conexiones son de voltaje y tierra y dos conexiones son de control de encendido y la intensidad de las lámparas, con estas conexiones de voltaje y control el inverter debe funcionar para generar el alto voltaje y hacer brillar a las lámparas. Con este concepto se consigue un inverter equivalente al que usa la marca ONN, del tipo master-Slave y se logra encontrar una tarjeta de marca LG que en una sola placa tiene los dos inverter maestro y esclavo. Este modelo de inverter es muy utilizado por LG y otras marcas chinas para paneles de 32 pulgadas por lo que conseguirlo es fácil y económico. El modelo de la tarjeta inverter es LC320WXN. Ver Figura 4.39. Figura 4.39 Inverter Lg que se usa como reemplazo 4.4 Procedimiento de Reingeniería para cambiar dos tarjetas de inverter tipo master Slave por una sola Paso 1 conexiones de entrada al módulo inverter Se revisan las conexiones de cada conector en el sistema ONN y en el sistema LG. Se determina que el inverter ONN solo usa 4 conexiones y el inverter LG usa 5 conexiones. Ver tabla 8. 149 Tabla 8. Comparación de los conectores de las dos tarjetas inverter Las tarjetas ONN tienen en su conector La tarjeta LG tiene en su conector 13 12 cables con 4 conexiones. cables con 5 conexiones Conexión 1 Conexión 2 Conexión 3 Conexión 4 24 volts GND I. ON/OFF BRIGHT 5 cables 5 cables 1 cable 1 cable Conexión 1 24 volts Conexión 2 GND Conexión 3 I. ON/OFF Conexión 4 BRIGHT Conexión 5 STATUS conectara) 5 cables 5 cables 1 cable 1 cable 1 cable ( no se Para el caso del equipo ONN, el sistema original tiene las 4 conexiones, no usa la quinta conexión de protección hacia la tarjeta Main. El inverter LG que se usara como reemplazo tiene las 5 conexiones pero la línea error no será conectada a la main del equipo ONN por que este equipo no la utiliza. Se comparan los dos conectores y prácticamente tienen la misma posición de terminales, el conector de la marca ONN entra en la tarjeta LG. Ver figura 4.40 150 Figura 4.40 Conectores de la tarjeta LG y el conector de ONN Paso 2 montaje de la tarjeta Para montar la tarjeta LG se coloca atornillándola a la base metálica, para evitar algún corto circuito se coloca una mica aislante que se recorta al tamaño de la tarjeta. Este aislante se toma de un filtro de polarización de luz de otro panel de LCD. Ver Figura 4.41 Figura 4.41 Mica aislante para colocar la tarjeta inverter Paso 3: Conexiones de HV En las tarjetas originales Master – Slave cada una tienen un conector de salida de HV, en la tarjeta LG que se usa como reemplazo tiene los dos conectores de HV en la misma tarjeta. Ver Figura 4.42. 151 Figura 4.42 Conectores de alto voltaje de las tarjetas ONN Los conectores de HV de las tarjetas inverter que van hacia las lámparas no son iguales, por lo tanto los cables de la pantalla ONN serán soldados a las salidas de alto voltaje de la tarjeta inverter LG. Ver figura 4.43 Figura 4.43 Cables de lámparas soldados al inverter LG El montaje original de las tarjetas es una en cada lado de la pantalla, el montaje en la adaptación es que quedara de un solo lado y el extremo contrario se conectara con una extensión de cable de alto voltaje. El cable de alto voltaje tiene recubrimiento para soportar hasta 30 000 volts. Para asegurar y evitar arqueamiento se le agrega al cable de HV un forro con termofit. Ver Figura 4.44 152 Figura 4.44 Cable de alto voltaje cubierto con termofit Este cable para alto voltaje se encuentra en casas que venden exclusivamente cables de cobre o de aluminio. En esta reparación se compra el cable en la casa del cable en la calle República del Salvador # 21 Col. Centro México D.F. Una vez que se soldán los cables de alto voltaje de las lámparas a la tarjeta LG se debe asegurar que la soldadura quede en forma de circunferencia. Se debe evitar que quede en pico o punta para evitar arqueo de alto voltaje. Ver Figura 4.45 Figura 4.45 Soldadura en terminación redonda para evitar fuga de alto voltaje Se debe lavar las áreas soldadas para remover residuos con alcohol isopropílico y para evitar que se acumule polvo y produzca arqueo se aplica una cubierta de silicón sobre las soldaduras. Ver Figura 4.46. 153 Figura 4.46 Se aplica silicón para evitar arqueo de alto voltaje Al colocar y conectar la tarjeta Inverter LG, se conecta la pantalla y al encender se obtiene el brillo en la pantalla, hay imagen con brillo y color normal, hay sonido y la pantalla queda funcionando correctamente. Ver Figura 4.47 Figura 4.47 Televisor ONN funcionando al aplicar el proceso de reingeniería 154 4.5 Implementar el proceso de ingeniería cuando un equipo tiene falla en la fuente de alimentación irreparable (Reemplazo de fuente total) Se aplica en un televisor con pantalla de LCD marca SENSUS, el tamaño de la pantalla es de 32 pulgadas, el modelo es 328DE13. Ver Figura 4.48 Figura 4.48 Televisor Sensus no enciende Falla: el equipo no enciende, no hay brillo de lámparas, no hay imagen, y no hay sonido. Tampoco enciende el led de stand by. Síntoma: Se conecta el equipo y al oprimir el botón de power no encienda ni el led de stand by. Este tipo de falla se puede localizar en dos etapas: Fuente de alimentación Tarjeta Main Para determinar en cuál de ellas está el problema se deben realizar varias mediciones por pasos: Primer paso: Se mide la fuente para determinar si entrega voltajes correctos. Se mide el voltaje de stand by y tiene 0 volts. Se mide la salida de 12 volts y tiene 0 volts. Se mide la salida de 24 volts y tiene 0 volts. Estos voltajes indican que la fuente no opera ya que todo está en cero volts. 155 Al revisar la fuente se encuentra dañado el circuito oscilador y varios componentes periféricos de la fuente de stand by. Este caso es muy común cuando llega una descarga y se dañan los componentes de forma muy grave ya que no se ven las matriculas de las partes y están quemados valores resistivos de montaje superficial y es muy difícil saber cuál es su valor. En una falla como esta donde no se puede reparar la fuente de stand by prácticamente la fuente queda irreparable y por lo tanto el equipo también. Para este tipo de falla se puede observar en el manual en la sección 3.2.1 Mantenimiento Correctivo de la Fuente de Alimentación, que el objetivo de la fuente es generar 3 voltajes. Por lo tanto si la fuente es irreparable en el equipo sensus, es posible alimentarla con otra fuente que entregue los mismos voltajes que requiere el equipo. Al revisar la fuente sensus se determina que tiene 3 conversores y debe entregar los siguientes voltajes según la indicación que tiene grabado en el impreso. Ver Figura 4.49 5 volts 4 amperes 12volts 4 amperes 24 volts 6 amperes Figura 4.49 Voltajes y corrientes de la fuente del equipo Sensus La fuente del televisor Sensus tiene dos conectores en uno entrega el voltaje de 5 y 12volts y en el otro entrega el voltaje de 24 volts. Ver tabla 9. 156 Tabla 9. Voltajes indicados en la fuente del televisor Sensus CNS1 12 cables Pin 1 al pin 4 Tierra Pin 5 y 6 Pin 7 al pin 9 12 volts 5 volts Pin 10 Pin 11 Pin 12 Power on/off Dimmer Back light on/off CNS2 Pin 1 al pin 4 Pin 5 al pin 8 Pin 9 Pin 10 10 cables Tierra 24 volts Dimmer Back light on/off Los dos conectores de la fuente sensus muestran que entrega 3 voltajes de salida 5V, 12 V y 24 volts. Se consigue una fuente que entregue los 3 mismos voltajes, esta se consigue de una pantalla china de marca Speler de 32 pulgadas, que es el mismo tamaño de la pantalla Sensus. Ver Figura 4.50 Figura 4.50 Fuente marca Sensus y fuente reemplazo marca Mitsui 157 4.6 Aplicar el Proceso de reingeniería en la pantalla sensus para reemplazar la fuente de alimentación Paso 1: Se consigue una fuente con tres transformadores conversores para reemplazar la fuente del equipo Sensus. Esta fuente se toma de una pantalla marca Mitsui de 32 pulgadas. La fuente tiene tres conectores de voltaje, un conector tiene 13 cables, otro tiene 8 cables y otro tiene 4 cables. Ver tabla 10. Tabla 10. Voltajes indicados en la fuente del televisor Mitsui CN4 con 13 cables Pin 1 y 2 Pin 3 al pin 5 Pin 6 y 7 Pin 8 Pin 9 Pin 10 y 11 Pin 12 y pin 13 12 volts Tierra 5 volts 5 Vstby Stand by (power on /off) 5 volts Tierra CN3 con 8 cables Pin 1 al pin 4 Pin 5 al pin 8 24 volts Tierra CN2 con 4 cables Pin 1 y 2 Pin 3 y 4 24 volts Tierra Las características de voltaje y corriente de la fuente Mitsui son: 5 volts 4.5 Amperes 12 volts 3 amperes 24 volts 5 amperes 158 Figura 4.51 Voltajes y corrientes de la fuente del equipo Mitsui Paso 2: Conectar el voltaje de stand by de 5 volts y las líneas de tierra. Al comparar los conectores que tienen las dos fuentes, se conectan primero el voltaje de 5 volts y las líneas de tierra. Al conectar este voltaje la tarjeta Main debe responder encendiendo el led de stand by y al oprimir el botón de power debe cambiar de color. Esto dará una muestra de que el equipo funciona en la primera parte del encendido. Para este equipo Sensus al alimentar la main con 5 volts de la fuente Mitsui el led enciende en color naranja y al oprimir power cambia a color azul, esto nos indica que la main ya está alimentada y si responde. Al medir la línea power on /off se observa el cambio de nivel de 0 volts a 5.14 volts. La primera parte de la adaptación de fuente total esta lista. Las conexiones se hacen de la fuente Mitsui a la tarjeta Main de la pantalla Sensus por medio del diagrama mostrado en la Figura 4.52. Figura 4.52 Conexión de voltajes a la Main de la fuente reemplazo Mitsui 159 Paso 3: Conectar los voltajes de potencia. Los voltajes que harán que encienda el brillo de las lámparas se logra a partir del voltaje de 12 volts y las líneas de 24 volts. Estos voltajes se debe obtener al oprimir el botón de power y la fuente debe recibir la orden power on/off y generar los dos valores. Para la fuente Mitsui se obtienen los siguientes valores, 23.8 volts para el inverter, y el voltaje de 12 volts tiene 12.3 volts. Estas líneas de voltaje se conectan al inverter y a los otros pines de la tarjeta Main, las conexiones se muestran en la Figura 4.53 Figura 4.53 Conexión de voltajes al Inverter de la fuente reemplazo Mitsui Una vez conectada todas las líneas de alimentación se conecta el equipo se oprime power y el equipo enciende presentando brillo, imagen y sonido de forma normal. Ver Figura 4.54. Voltajes con la pantalla encendida. Voltaje de 5 volts = 5.16 volts voltaje de 12 volts = 11.81 volts Voltaje de 24 volts = 23.69 volts 160 Figura 4.54 Televisor Sensus Encendido con la fuente Mitsui de reemplazo 161 CONCLUSIONES El desarrollo del Manual de Mantenimiento preventivo y correctivo para televisiones con pantalla de LCD es el elemento ideal de consulta para que un ingeniero, un técnico o un estudiante tenga una guía práctica y clara de las fallas más comunes que se presentan en los televisores de LCD, y una referencia para aplicar procesos de reingeniería necesarios para que los equipos siguán funcionando con componentes que no son los originales, pero desempeñan la misma función. Es un manual actual ya que presenta procedimientos de reparación que se aplica a todas las marcas comerciales de las pantallas de LCD. Cuando un cliente pregunta cual marca es buena yo le comento que todas las marcas son buenas porque todas fallan (En mi experiencia revise cada una de las marcas comerciales, así como marcas chinas y todas presentan falla en una u otra etapa). Lo que recomiendo es que se compre una pantalla de LCD que sea de marca conocida para que pueda haber forma de conseguir las refacciones que se necesitaran cuando su equipo inevitablemente falle. También es una guía formativa ya que presenta muchas recomendaciones de cómo se debe hacer el mantenimiento en ambos casos preventivo y correctivo. Se establece que una falla debe revisarse de lo general a lo especifico esto es formar una secuencia a partir de la etapa, después el circuito electrónico y llegar finalmente al componente afectado. El manual presenta casos prácticos donde se hace el proceso de reingeniería el cual actualiza el sistema de iluminación de lámparas a iluminación con led de alto brillo, en caso de que este dañado el Inverter o alguna de las lámparas. Esta solución ha sido de gran importancia para reparar equipos que en muchos casos fueron desahuciados por falta de refacciones. La tecnología actual en pantalla de televisión de LCD es una muestra de la convergencia del área de computación y el área electrónica pues estos equipos que muestran imágenes de televisión prácticamente son computadoras. Por todo esto el personal interesado debe estar actualizado en conocimientos y en habilidades técnicas para poder hacer reparaciones electrónicas de equipos modernos. 162 BIBLIOGRAFIA [28] y [29] Reparando TV Plasma y LCD. Autor: Amalfa- Salvador Editor – Hasa 320 paginas Primera edición ISBN 9789505282630 [30] Televisión Práctica y Sistemas de Video Autor: Bernard Grob Editorial. 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