DQZHAN技術(shù)訊：開關(guān)電源工作原理及維修技巧！
摘要：開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比來調(diào)整輸出電壓。
一、開關(guān)電源的工作原理
開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)元件以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān)無件接通時(shí)輸入電源Vi通過開關(guān)S和濾波電路向負(fù)載RL提供能量，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電路中的儲(chǔ)能裝置（L1、C2、二極管D組成的電路）向負(fù)載RL釋放在開關(guān)接通時(shí)所儲(chǔ)存的能量，使負(fù)載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量。
開關(guān)電源原理圖
VO=TON/T*ViVO為負(fù)載兩端的電壓平均值TON為開關(guān)每次接通的時(shí)間T為開關(guān)通斷的工作周期由式可知，改變開關(guān)接通時(shí)間和工作周期的比例，VO間電壓平均值也隨之改變，因此，隨著負(fù)載及輸入電源電壓的變化自動(dòng)調(diào)整TON和T的比例便使輸出電壓VO維持不變。改變接通時(shí)間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時(shí)間比率控制”（TimeRationControl,縮寫為TRC）。按TRC控制原理，有三種方式：
1、脈沖寬度調(diào)制（PulseWithModulation,縮寫為PWM）開關(guān)周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。
2、脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModulation,縮寫為PFM）導(dǎo)**沖寬度恒定，通過改變開關(guān)工作頻率來改變占空比的方式。
3、混合調(diào)制導(dǎo)**沖寬度和開關(guān)工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。
二、開關(guān)電源的維修技巧和常見故障
1、維修技巧
開關(guān)電源的維修可分為兩步進(jìn)行：斷電情況下，“看、聞、問、量”看：打開電源的外殼，檢查保險(xiǎn)絲是否熔斷，再觀察電源的內(nèi)部情況，如果發(fā)現(xiàn)電源的PCB板上有燒焦處或元件破裂，則應(yīng)重點(diǎn)檢查此處元件及相關(guān)電路元件。
聞：聞一下電源內(nèi)部是否有糊味，檢查是否有燒焦的元器件。
問：問一下電源損壞的經(jīng)過，是否對電源進(jìn)行違規(guī)操作。
量：沒通電前，用萬用表量一下高壓電容兩端的電壓先。如果是開關(guān)電源不起振或開關(guān)管開路引起的故障，則大多數(shù)情況下，高壓濾波電容兩端的電壓未泄放悼，此電壓有300多伏，需小心。用萬用表測量AC電源線兩端的正反向電阻及電容器充電情況，電阻值不應(yīng)過低，否則電源內(nèi)部可能存在短路。電容器應(yīng)能充放電。脫開負(fù)載，分別測量各組輸出端的對地電阻，正常時(shí)，表針應(yīng)有電容器充放電擺動(dòng)，*后指示的應(yīng)為該路的泄放電阻的阻值。加電檢測通電后觀察電源是否有燒保險(xiǎn)及個(gè)別元件冒煙等現(xiàn)象，若有要及時(shí)切斷供電進(jìn)行檢修。測量高壓濾波電容兩端有無300伏輸出，若無應(yīng)重點(diǎn)查整流二極管、濾波電容等。測量高頻變壓器次級(jí)線圈有無輸出，若無應(yīng)重點(diǎn)查開關(guān)管是否損壞，是否起振，保護(hù)電路是否動(dòng)作等，若有則應(yīng)重點(diǎn)檢查各輸出側(cè)的整流二極管、濾波電容、三通穩(wěn)壓管等。如果電源啟動(dòng)一下就停止，則該電源處于保護(hù)狀態(tài)下，可直接測量PWM芯片保護(hù)輸入腳的電壓，如果電壓超出規(guī)定值，則說明電源處于保護(hù)狀態(tài)下，應(yīng)重點(diǎn)檢查產(chǎn)生保護(hù)的原因。
2、常見故障
保險(xiǎn)絲熔斷一般情況下，保險(xiǎn)絲熔斷說明電源的內(nèi)部線路有問題。由于電源工作在高電壓、大電流的狀態(tài)下，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、浪涌都會(huì)引起電源內(nèi)電流瞬間增大而使保險(xiǎn)絲熔斷。重點(diǎn)應(yīng)檢查電源輸入端的整流二極管，高壓濾波電解電容，逆變功率開關(guān)管等，檢查一下這此元器件有無擊穿、開路、損壞等。如果確實(shí)是保險(xiǎn)絲熔斷，應(yīng)該首先查看電路板上的各個(gè)元件，看這些元件的外表有沒有被燒糊，有沒有電解液溢出，如果沒有發(fā)現(xiàn)上述情況，則用萬用表測量開關(guān)管有無擊穿短路。需要特別注意的是：切不可在查出某元件損壞時(shí)，更換后直接開機(jī)，這樣很有可能由于其它高壓元件仍有故障又將更換的元件損壞，一定要對上述電路的所有高壓元件進(jìn)行**檢查測量后，才能徹底排除保險(xiǎn)絲熔斷的故障。無直流電壓輸出或電壓輸出不穩(wěn)定如果保險(xiǎn)絲是完好的，在有負(fù)載情況下，各級(jí)直流電壓無輸出。這種情況主要是以下原因造成的：電源中出現(xiàn)開路、短路現(xiàn)象，過壓、過流保護(hù)電路出現(xiàn)故障，輔助電源故障，振蕩電路沒有工作，電源負(fù)載過重，高頻整流濾波電路中整流二極管被擊穿，濾波電容漏電等。
在用萬用表測量次級(jí)元件，排除了高頻整流二極管擊穿、負(fù)載短路的情況后，如果這時(shí)輸出為零，則可以肯定是電源的控制電路出了故障。若有部分電壓輸出說明前級(jí)電路工作正常，故障出在高頻整流濾波電路中。高頻濾波電路主要由整流二極管及低壓濾波電容組成直流電壓輸出，其中整流二極管擊穿會(huì)使該電路無電壓輸出，濾波電容漏電會(huì)造成輸出電壓不穩(wěn)等故障。用萬用表靜態(tài)測量對應(yīng)元件即可檢查出其損壞的元件。例：某一24伏直流電機(jī)供電電源通電后無直流24伏輸出，拆開電源外殼，觀察保險(xiǎn)絲未燒斷且電路板無明顯的燒焦處或破裂元件，在未通電情況下量AC輸入端阻值和DC輸出端阻值正常，量開關(guān)管、整流橋、整流管等重要元件正常，故判斷不存在內(nèi)部嚴(yán)重短路的可能，估計(jì)保護(hù)電路動(dòng)作。經(jīng)檢查此開關(guān)電源采用U3842PWM控制芯片，經(jīng)查找相關(guān)的資料得知，當(dāng)U3842芯片的3端電壓高于1伏時(shí)，內(nèi)部電流敏感比較器輸出高電平，將PWM鎖存器復(fù)位使輸出關(guān)閉。通電測量U3842的3端高于1伏，6端無輸出，經(jīng)檢查相關(guān)電路，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓管D2擊穿，如圖3，故PC1導(dǎo)通，致使U3842的3端為高電平，故6端無輸出，開關(guān)管不工作，直流側(cè)無直流輸出。更換同型號(hào)穩(wěn)壓管D2，故障解除。電源負(fù)載能力差電源負(fù)載能力差是一個(gè)常見的故障，一般都是出現(xiàn)在老式或工作時(shí)間長的電源中，主要原因是各元器件老化，開關(guān)管的工作不穩(wěn)定，沒有及時(shí)進(jìn)行散熱等。應(yīng)重點(diǎn)檢查穩(wěn)壓二極管是否發(fā)熱漏電，整流二極管損壞、高壓濾波電容損壞等。
例：我廠近紅處激光光譜儀（VECTOR22），開機(jī)后無法完成自檢并報(bào)警且主板指示燈不斷閃爍。經(jīng)檢查，供光譜儀主板的直流5V電源僅剩2.3伏左右，脫開5V直流電源的負(fù)載，通電再次測量5V直流電源，這時(shí)則有5V，初步判斷此5V直流電源帶載能力差，拆開電源外殼進(jìn)行檢修，由于沒有帶負(fù)載時(shí)，通電有直流5V輸出，故重點(diǎn)檢查次級(jí)線圈側(cè)的輸出整流電路，給5伏電源接上假負(fù)載通電進(jìn)行測量發(fā)現(xiàn)三通穩(wěn)壓7805的1、2腳之間電壓為5.2伏，2、3腳之間卻剩2.3伏，如圖4，故判斷三通穩(wěn)壓管7805性能變壞，更換三通穩(wěn)壓管7805故障解決。
三、開關(guān)電源維修具體方法
1、開關(guān)電源維修的時(shí)候，我們首先需要利用萬用表檢測一下各功率器件是否存在擊穿短路，例如電源整流橋堆、開關(guān)管、高頻大功率整流管、抑制浪涌電流的大功率電阻是否燒斷等，然后需要再檢測各輸出電壓端口電阻是否異常，如上述器件有損壞的情況我們則需要進(jìn)行更換新的器件。
2、我們在完成上述檢測之后，接通電源后如還不能正常工作，接著我們就要檢測功率因數(shù)模塊(PFC)和脈寬調(diào)制組件(PWM)，查閱相關(guān)資料，熟悉PFC和PWM模塊每個(gè)腳的功能及其模塊正常工作的必備條件。
3、對于具有PFC電路的電源則需測量濾波電容兩端電壓是否為380VDC左右，如有380VDC左右電壓，說明PFC模塊工作正常，接著檢測PWM組件的工作狀態(tài)，測量其電源輸入端VC，參考電壓輸出端VR，啟動(dòng)控制Vstart/Vcontrol端電壓是否正常，利用220VAC/220VAC隔離變壓器給開關(guān)電源供電，用示波器觀測PWM模塊CT端對地的波形是否為線性良好的鋸齒波或三角形，如TL494CT端為鋸齒波，F(xiàn)A5310其CT端為三角波。輸出端V0的波形是否為有序的窄脈沖信號(hào)。
4、在開關(guān)電源維修實(shí)踐中，有許多開關(guān)電源采用UC38××系列8腳PWM組件，大多數(shù)電源不能工作都是因?yàn)殡娫磫?dòng)電阻損壞，或芯片性能下降。當(dāng)R斷路后無VC，PWM組件無法工作，需更換與原來功率阻值相同的電阻。當(dāng)PWM組件啟動(dòng)電流增加后，可減小R值到PWM組件能正常工作為止。在修一臺(tái)GEDR電源時(shí)，PWM模塊為UC3843，檢測未發(fā)現(xiàn)其他異常，在R(220K)上并接一個(gè)220K的電阻后，PWM組件工作，輸出電壓均正常。有時(shí)候由于外圍電路故障，致使VR端5V電壓為0V，PWM組件也不工作，在修柯達(dá)8900相機(jī)電源時(shí)，遇到此情況，把與VR端相連的外電路斷開，VR從0V變?yōu)?V，PWM組件正常工作，輸出電壓均正常。
5、當(dāng)濾波電容上無380VDC左右電壓時(shí)，說明PFC電路沒有正常工作，PFC模塊關(guān)鍵檢測腳為電源輸入腳VC，啟動(dòng)腳Vstart/control，CT和RT腳及V0腳。修理一臺(tái)富士3000相機(jī)時(shí)，測試一板上濾波電容上無380VDC電壓。VC，Vstart/control,CT和RT波形以及V0波形均正常，測量場效應(yīng)功率開關(guān)管G極無V0波形，由于FA5331(PFC)為貼片元件，機(jī)器用久后出現(xiàn)V0端與板之間虛焊，V0信號(hào)沒有送到場效應(yīng)管G極。將V0端與板上焊點(diǎn)焊好，用萬用表測量濾波電容有380VDC電壓。當(dāng)Vstart/control端為低電平時(shí)，PFC亦不能工作，則要檢測其端點(diǎn)與外圍相連的有關(guān)電路。
總之，開關(guān)電源電路有易有難，功率有大有小，輸出電壓多種多樣。只要抓住其核心的東西，即充分熟悉開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)以及PFC及PWM模塊的特性，它們工作的基本條件，按照上述步驟和方法，多動(dòng)手進(jìn)行開關(guān)電源的維修，就能迅速地排除開關(guān)電源故障，達(dá)到事半功倍的效果。
四、開關(guān)電源維修經(jīng)驗(yàn)之談
1、開關(guān)電源出現(xiàn)不啟振的時(shí)候，我們通常需要查看開關(guān)頻率是否正確、保護(hù)電路是否封鎖、電壓反饋電路、電流反饋電路又沒問題，開關(guān)管是否擊穿等。
2、開關(guān)電源變壓器發(fā)熱或發(fā)出“嗞嗞嗞”聲，一般是開關(guān)頻率不對。
3、開關(guān)電源輸出電壓電源指示燈一閃一閃的一般是副邊有短路的。
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