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[分享] 开关电源原理及维修技巧

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发表于 2019-11-11 14:44:29 | 显示全部楼层 |阅读模式

电源是各种电子设备必不可缺的组成部分,其性能优劣 直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态,功耗小,转化率高,且体积和重量只有线性电源的 20%—30%,故目前它已成为稳压电源的主流产品。电子设备电气故障的检修,本着从易到难的原则,基本上都是先从电源入手,在确定其电源正常后,再进行 其他部位的检修,且电源故障占电子设备电气故障的大多数。故了解开头电源基本工作原理,熟悉其维修技巧和常见故障,有利于缩短电子设备故障维修时间,提高 个人设备维护技能。

一.开关电源的组成
开关电源大至由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成,见图1。

1. 主电路
冲击电流限幅:限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。
输入滤波器:其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。
整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。
逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分。
输出整流与滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。

2. 控制电路
一方面从输出端取样,与设定值进行比较,然后去控制逆变器,改变其脉宽或脉频,使输出稳定,另一方面,根据测试电路提供的数据,经保护电路鉴别,提供控制电路对电源进行各种保护措施。

3. 检测电路
提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。

4. 辅助电源
实现电源的软件(远程)启动,为保护电路和控制电路(PWM等芯片)工作供电。

二.开关电源的工作原理   

开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断开关,控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关元件以一定的时间间隔重复地接通和断开,在开关无件接通时输入电源Vi通过开关S和滤波电路向负载RL提供能量,当开关S断开时,电路中的储能装置(L1、C2、二极管D组成的电路)向负载 RL释放在开关接通时所储存的能量,使负载得到连续而稳定的能量。  
VO=TON/T*Vi   VO 为负载两端的电压平均值   TON 为开关每次接通的时间   T 为开关通断的工作周期   

由式可知,改变开关接通时间和工作周期的比例,VO间电压平均值也随之改变,因此,随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便使输出电 压VO 维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比,这种方法称为“时间比率控制”(timeRationControl,缩写为 TRC)。  

按TRC控制原理,有三种方式:   
1. 脉冲宽度调制(PulseWithModulation,缩写为PWM)   开关周期恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。   
2. 脉冲频率调制(PulseFrequencyModulation,缩写为PFM)   导通脉冲宽度恒定,通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。  
3. 混合调制   导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定,彼此都能改变的方式,它是以上二种方式的混合。

三.开关电源的维修技巧和常见故障  

1.维修技巧   

开关电源的维修可分为两步进行:

①断电情况下,“看、闻、问、量”   
看:打开电源的外壳,检查保险丝是否熔断,再观察电源的内部情况,如果发现电源的PCB板上有烧焦处或元件破裂,则应重点检查此处元件及相关电路元 件。资产管理   
闻:闻一下电源内部是否有糊味,检查是否有烧焦的元器件。   
问:问一下电源损坏的经过,是否对电源进行违规操作。   
量:没通电前,用万用表量一下高压电容两端的电压先。如果是开关电源不起振或开关管开路引起的故障,则大多数情况下,高压滤波电容两端的电压未泄放 悼,此电压有300多伏,需小心。用万用表测量AC电源线两端的正反向电阻及电容器充电情况,电阻值不应过低,否则电源内部可能存在短路。电容器应能充放 电。脱开负载,分别测量各组输出端的对地电阻,正常时,表针应有电容器充放电摆动,最后指示的应为该路的泄放电阻的阻值。   

②加电检测   
通电后观察电源是否有烧保险及个别元件冒烟等现象,若有要及时切断供电进行检修。   
测量高压滤波电容两端有无300伏输出,若无应重点查整流二极管、滤波电容等。   
测量高频变压器次级线圈有无输出,若无应重点查开关管是否损坏,是否起振,保护电路是否动作等,若有则应重点检查各输出侧的整流二极管、滤波电容、三 通稳压管等。   
如果电源启动一下就停止,则该电源处于保护状态下,可直接测量PWM芯片保护输入脚的电压,如果电压超出规定值,则说明电源处于保护状态下,应重点检 查产生保护的原因。   

2.常见故障   

①保险丝熔断:

一般情况下,保险丝熔断说明电源的内部线路有问题。由于电源工作在高电压、大电流的状态下,电网电压的波动、浪涌都会引起电源内电流瞬间增大而使保险 丝熔断。重点应检查电源输入端的整流二极管,高压滤波电解电容,逆变功率开关管等,检查一下这此元器件有无击穿、开路、损坏等。如果确实是保险丝熔断,应该首先查看电路板上的各个元件,看这些元件的外表有没有被烧糊,有没有电解液溢出,如果没有发现上述情况,则用万用表测量开关管有无击穿短路。需要特别注意的是:切不可在查出某元件损坏时,更换后直接开机,这样很有可能由于其它高压元件仍有故障又将更换的元件损坏,一定要对上述电路的所有高压元件进行全面检查测量后,才能彻底排除保险丝熔断的故障。

②无直流电压输出或电压输出不稳定  

如果保险丝是完好的,在有负载情况下,各级直流电压无输出。这种情况主要是以下原因造成的:电源中出现开路、短路现象,过压、过流保护电路出现故障, 辅助电源故障,振荡电路没有工作,电源负载过重,高频整流滤波电路中整流二极管被击穿,滤波电容漏电等。在用万用表测量次级元件,排除了高频整流二极管击 穿、负载短路的情况后,如果这时输出为零,则可以肯定是电源的控制电路出了故障。若有部分电压输出说明前级电路工作正常,故障出在高频整流滤波电路中。高频滤波电路主要由整流二极管及低压滤波电容组成直流电压输出,其中整流二极管击穿会使该电路无电压输出,滤波电容漏电会造成输出电压不稳等故障。用万用表静态测量对应元件即可检查出其损坏的元件。

例:某一24伏直流电机供电电源通电后无直流24伏输出 ,拆开电源外壳,观察保险丝未烧断且电路板无明显的烧焦处或破裂元件,在未通电情况下量AC输入端阻值和DC输出端阻值正常,量开关管、整流桥、整流管等 重要元件正常,故判断不存在内部严重短路的可能,估计保护电路动作。经检查此开关电源采用U3842 PWM控制芯片,经查找相关的资料得知,当U3842芯片的3端电压高于1伏时,内部电流敏感比较器输出高电平,将PWM锁存器复位使输出关闭。通电测量 U3842的3端高于1伏,6端无输出,经检查相关电路,发现稳压管D2击穿,如图3,故PC1导通,致使U3842的3端为高电平,故6端无输出,开关 管不工作,直流侧无直流输出。更换同型号稳压管D2,故障解除。

③电源负载能力差   

电源负载能力差是一个常见的故障,一般都是出现在老式或工作时间长的电源中,主要原因是各元器件老化,开关管的工作不稳定,没有及时进行散热等。应重 点检查稳压二极管是否发热漏电,整流二极管损坏、高压滤波电容损坏等。例:我厂近红处激光光谱仪(VECTOR 22),开机后无法完成自检并报警且主板指示灯不断闪烁。经检查,供光谱仪主板的直流5V电源仅剩2.3伏左右,脱开5V直流电源的负载,通电再次测量 5V直流电源,这时则有5V,初步判断此5V直流电源带载能力差,拆开电源外壳进行检修,由于没有带负载时,通电有直流5V输出,故重点检查次级线圈侧的 输出整流电路,给5伏电源接上假负载通电进行测量发现三通稳压7805的1、2脚之间电压为5.2伏,2、3脚之间却剩2.3伏,如图4,故判断三通稳压 管7805性能变坏,更换三通稳压管7805故障解决。  

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