開關電源的基本組成及工作原理與常見故障維修

一電源是各種電子設備必不可缺的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關系到電子設備的技術指標及能否安全可靠地工作。由于開關電源內(nèi)部關鍵元器件工作在高頻開關狀態(tài)，功耗小，轉(zhuǎn)化率高，且體積和重量只有線性電源的20%—30%，故目前它已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。電子設備電氣故障的檢修，本著從易到難的原則，基本上都是先從電源入手，在確定其電源正常后，再進行其他部位的檢修，且電源故障占電子設備電氣故障的大多數(shù)。故了解開頭電源基本工作原理，熟悉其維修技巧和常見故障，有利于縮短電子設備故障維修時間，提高個人設備維護技能。

二.開關電源的組成

開關電源大至由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成，見圖1。

1. 主電路

沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。

輸入濾波器：其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。

整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。

逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關電源的核心部分。

輸出整流與濾波：根據(jù)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

2. 控制電路

一方面從輸出端取樣，與設定值進行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對電源進行各種保護措施。

3. 檢測電路

提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。

4. 輔助電源

實現(xiàn)電源的軟件(遠程)啟動，為保護電路和控制電路(PWM等芯片)工作供電。

三.開關電源的工作原理

開關電源就是采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關，控制開關元件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關元件以一定的時間間隔重復地接通和斷開，在開關無件接通時輸入電源Vi通過開關S和濾波電路向負載RL提供能量，當開關S斷開時，電路中的儲能裝置(L1、C2、二極管D組成的電路)向負載RL釋放在開關接通時所儲存的能量，使負載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量。

VO=TON/T*Vi

VO 為負載兩端的電壓平均值

TON 為開關每次接通的時間

T 為開關通斷的工作周期

由式可知，改變開關接通時間和工作周期的比例，VO間電壓平均值也隨之改變，因此，隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調(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)

導通脈沖寬度恒定，通過改變開關工作頻率來改變占空比的方式。

3. 混合調(diào)制

導通脈沖寬度和開關工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。

四.開關電源的維修技巧和常見故障

1.維修技巧

開關電源的維修可分為兩步進行：

斷電情況下，“看、聞、問、量”

看：打開電源的外殼，檢查保險絲是否熔斷，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，則應重點檢查此處元件及相關電路元件。

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。如果是開關電源不起振或開關管開路引起的故障，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，電阻值不應過低，否則電源內(nèi)部可能存在短路。電容器應能充放電。脫開負載，分別測量各組輸出端的對地電阻，正常時，表針應有電容器充放電擺動，最后指示的應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及個別元件冒煙等現(xiàn)象，若有要及時切斷供電進行檢修。

測量高壓濾波電容兩端有無300伏輸出，若無應重點查整流二極管、濾波電容等。

測量高頻變壓器次級線圈有無輸出，若無應重點查開關管是否損壞，是否起振，保護電路是否動作等，若有則應重點檢查各輸出側(cè)的整流二極管、濾波電容、三通穩(wěn)壓管等。

如果電源啟動一下就停止，則該電源處于保護狀態(tài)下，可直接測量PWM芯片保護輸入腳的電壓，如果電壓超出規(guī)定值，則說明電源處于保護狀態(tài)下，應重點檢查產(chǎn)生保護的原因。

2.常見故障

保險絲熔斷

一般情況下，保險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、浪涌都會引起電源內(nèi)電流瞬間增大而使保險絲熔斷。重點應檢查電源輸入端的整流二極管，高壓濾波電解電容，逆變功率開關管等，檢查一下這此元器件有無擊穿、開路、損壞等。如果確實是保險絲熔斷，應該首先查看電路板上的各個元件，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，更換后直接開機，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行全面檢查測量后，才能徹底排除保險絲熔斷的故障。

無直流電壓輸出或電壓輸出不穩(wěn)定

如果保險絲是完好的，在有負載情況下，各級直流電壓無輸出。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、過流保護電路出現(xiàn)故障，輔助電源故障，振蕩電路沒有工作，電源負載過重，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元件，排除了高頻整流二極管擊穿、負載短路的情況后，如果這時輸出為零，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使該電路無電壓輸出，濾波電容漏電會造成輸出電壓不穩(wěn)等故障。用萬用表靜態(tài)測量對應元件即可檢查出其損壞的元件。例：某一24伏直流電機供電電源通電后無直流24伏輸出 ，拆開電源外殼，觀察保險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，量開關管、整流橋、整流管等重要元件正常，故判斷不存在內(nèi)部嚴重短路的可能，估計保護電路動作。經(jīng)檢查此開關電源采用U3842 PWM控制芯片，經(jīng)查找相關的資料得知，當U3842芯片的3端電壓高于1伏時，內(nèi)部電流敏感比較器輸出高電平，將PWM鎖存器復位使輸出關閉。通電測量U3842的3端高于1伏，6端無輸出，經(jīng)檢查相關電路，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓管D2擊穿，如圖3，故PC1導通，致使U3842的3端為高電平，故6端無輸出，開關管不工作，直流側(cè)無直流輸出。更換同型號穩(wěn)壓管D2，故障解除。

電源負載能力差

電源負載能力差是一個常見的故障，一般都是出現(xiàn)在老式或工作時間長的電源中，主要原因是各元器件老化，開關管的工作不穩(wěn)定，沒有及時進行散熱等。應重點檢查穩(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(VECTOR 22)，開機后無法完成自檢并報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直流電源的負載，通電再次測量5V直流電源，這時則有5V，初步判斷此5V直流電源帶載能力差，拆開電源外殼進行檢修，由于沒有帶負載時，通電有直流5V輸出，故重點檢查次級線圈側(cè)的輸出整流電路，給5伏電源接上假負載通電進行測量發(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。

五.結(jié)束語

目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。作為設備維護專業(yè)人員，有必要了解開關電源的基本工作原理，掌握其維修技能，熟悉其常見故障，這樣才有利于減少電子設備的維修費用，縮短其故障維修時間，提高自身技能水平。