開關電源變壓器解析，如何判斷開關電源變壓器的好壞

　　開關電源變壓器是加入了開關管的電源變壓器，在電路中除了普通變壓器的電壓變換功能，還兼具絕緣隔離與功率傳送功能一般用在開關電源等涉及高頻電路的場合。

　　開關電源變壓器和開關管一起構成一個自激（或他激）式的間歇 振蕩器，從而把輸入直流電壓調(diào)制成一個高頻脈沖電壓。起到能量傳遞和轉換作用。在反激式電路中， 當開關管導通時，變壓器把電能轉換成磁場能儲存起來，當開關管截止時則釋放出來。 在正激式電路中，當開關管導通時，輸入電壓直接向負載供給并把能量儲存在儲能電感中。當開關管截止時，再由儲能電感進行續(xù) 流向負載傳遞。把輸入的直流電壓轉換成所需的各種低壓。

　　開關電源變壓器的基本組成：

　　開關電源變壓器的主要材料：磁性材料，導線材料和絕緣材料是開關變壓器的核心。

　　磁性材料：開關變壓器使用的磁性材料為軟磁鐵氧體，按其成分和應用頻率可分為MnZn系和NiZn系兩大類。前者具有高的導磁率和高的飽和磁感應，在中頻和低頻范圍具有較低損耗。磁芯的形狀很多，如EI型，E型，EC型等

　　導線材料—漆包線：一般用于繞制小型電子變壓器的漆包線有高強度聚酯漆包線（QZ）和聚氨酯漆包線（QA）兩種。根據(jù)漆層厚度分為1型（薄漆型）和2型（厚漆型）兩種。前者的絕緣涂層為聚酯漆，具有優(yōu)越的耐熱性，絕緣性抗電強度可達60kv/mm;后者絕緣層為聚氨酯漆，具有自粘性強，有自焊性能（380℃），可不用去漆膜就可直接焊接

　　壓敏膠帶：絕緣膠帶抗電強度高，使用方便機械性能好，被廣泛應用在開關變壓器線圈的層間，組間絕緣和外包絕緣。必須達到下列要求：粘性好，抗剝離，具有一定的拉伸強度，絕緣性能好，耐壓性能好，阻燃和耐高溫

　　骨架材料：開關變壓器骨架與一般的變壓器骨架不同，除了作為線圈的絕緣與支撐材料外，還承擔了整個變壓器的安裝固定和定位的作用，因此制作骨架的材料除了滿足絕緣要求外，還應有相當?shù)目估瓘姸?，同時為了承受引腳的耐焊接熱，要求骨架材料的熱變形溫度高于200℃，材料必須達到阻燃，且還應加工性好，易于加工成各種形狀。

　　開關電源變壓器的分類及其參數(shù)：

　　開關電源變壓器分單激式開關電源變壓器和雙激式開關電源變壓器，兩種開關電源變壓器的工作原理和結構并不是一樣的。單激式開關電源變壓器的輸入電壓是單極性脈沖，而其還分正反激電壓輸出；而雙激式開關電源變壓器的輸入電壓是雙極性脈沖，一般是雙極性脈沖電壓輸出。

　　特性參數(shù)：

　　電壓比：指變壓器的初級電壓與次級電壓的比值。

　　直流電阻：即銅阻。

　　效率：即輸出功率/輸入功率*100［%］

　　絕緣電阻：變壓器各繞組之間及對鐵心之間的絕緣能力。

　　抗電強度：變壓器在1秒或1分鐘之內(nèi)能承受規(guī)定電壓的程度。

　　開關電源變壓器好壞的判斷：

　　修理開關電源電路的間歇振蕩故障，代換完除開關變壓器以外的所有懷疑元件后，往往對開關變壓器的好壞仍不能得出較為確切的結論，在尚懷疑惑的情況下，不得不放棄維修。如果此際將檢修再深入一步，能確診開關變壓器的好壞，即能避免功虧一簣，使修復圓滿。

　　說到驗證開關變壓器的好壞，什么感應法啊，振鈴法/波形法等等啊，總是有局限的法子，依賴對比數(shù)據(jù)，依賴檢測者的經(jīng)驗。如果有簡短直捷的法子，檢測結果又是明明白白的，就好了啊。比如為開關電源送入一個相對安全的低壓，使電路處于非穩(wěn)壓開環(huán)狀態(tài)，對負載電路也不會形成什么危害，可以放心大膽地為開關電源加電，就好了啊。那么為電路加多少伏直流電壓算是安全電壓呢？

　　恰巧，正好手頭有一款開關變壓器的繞組數(shù)據(jù)，DC500V繞組與5V繞組的匝數(shù)比約為20：1，5V繞組為5匝，500V繞組為100匝。振蕩芯片采用3844，輸出脈沖最大占空比為50%。由可以進行粗略估算，當電路開環(huán)工作時，開關管最大占空比輸出時，500V繞組允許最高電壓輸入值為200V。由此可知，此開關電源當輸入電壓不高于DC200V時，能保證二次負載電壓不會高于額定值。

　　可見，對于該電路，只要在原電源的DC530V電源輸入端輸入低于200V的直流供電；為3844直接提供高于16V（起振電壓）如18V的供電，不需改變原電壓構成，即可直接驗證開關電源電路中開關變壓器及其它元件的好壞了。在開環(huán)工作狀態(tài)下，開關變壓器各繞組輸出的電壓，應該和其匝數(shù)比成正比/線性關系，若滿足此條件，說明開關變壓器是好的，若二次繞組輸出電壓顯著低于此值，說明開關變壓器不良。

　　但這不是通例！近修一臺施耐德ATV31型45kW變頻器的開關電源，開環(huán)狀態(tài)下，輸入電源電壓達DC50V以上后，各路輸出電壓即已達到額定值附近！

　　可見，每臺變頻器的開關變壓器因設計一次側匝數(shù)的不確定和不統(tǒng)一，不可貿(mào)然送入較高的供電電壓，手頭最好有無級或變擋可調(diào)的DC0~200V（100V）電源，先從低電壓送起，同時監(jiān)測輸出電壓， 使之低于額定輸出電壓便于工作于監(jiān)測為宜。而這種檢修過程，往往帶給人驚喜：在驗證開關變壓器好壞的同時，故障元件也同步現(xiàn)出原形了。

　　先看圖，上圖為并聯(lián)在開關變壓器一次繞組N1兩端的電壓吸收網(wǎng)絡。（a）、（b）、（c）分別為常見的三路電路模式（如復合式等，都是我暫時起的名，也許不夠確切），其目的是提供開關管的反向電流通路，抑制開關管截止期間漏/源（或集電極/發(fā)射極）極間反向電壓的幅值，保護開關管的安全及避免磁勢積累。 當（a）電路中的C29漏電；（b）電路中的Z1~Z3擊穿或漏電；（c）C電路中的Z101擊穿或漏電時，導致開關變壓器過載，其二次繞組感生電壓降低。此時，對開關管Q1/T103來說，雖然不會導致其過載（正處于截止期間），但因二次繞組的感生電壓降低（參見圖2電路），當N2繞組感生電壓偏低（如低于10V/PC1的欠電壓動作閥值）時，引起內(nèi)部振蕩電路停止工作，出現(xiàn)間歇振蕩的故障（表現(xiàn)為打融）現(xiàn)象。注意，此電壓間歇振蕩現(xiàn)象是由PC1的欠電壓動作所引起，而非常規(guī)的由二次負載電路過載所引起的過載保護，此時檢查負載電路，當然不會存在過載故障。

　　我們再來細看一下，當圖1中（a）電路的C29雖然已經(jīng)漏電損壞，但其漏電電阻達數(shù)千歐姆時；當圖1中（b）電路的Z1~Z3擊穿或漏電，但其擊穿電壓達數(shù)伏以上（超出數(shù)字萬用表二極管擋的量程，或擊穿電壓達9V以上，超出指針萬用表內(nèi)部電池的電壓值）或其漏電電阻也為數(shù)千歐姆時；圖1中（c）電路的雙向擊穿二極管Z101擊穿或漏電時，無論是指針式萬用表或數(shù)字式萬用表，即使我們耐心細致地測量了多次，也可能無法得出C29、Z1、Z101已壞的準確結論！

　　方便起見，以圖2中N1兩端并聯(lián)的電路為例，當C4的漏電電阻達數(shù)千歐姆時，如果用數(shù)字式萬用表的二極管擋來測量（將表筆搭于C4兩端）正、反向測量兩次的話，顯然，其中一次測量結果是D2的正向導通壓降，一次測量顯示為無窮大“1”，無法得出C4已經(jīng)漏電的準確測量結果；如果用指針式萬用表的電阻擋不測量的話，所測得數(shù)值為C4漏電阻和R8和相關聯(lián)并聯(lián)外電路的總并聯(lián)電阻值，因此數(shù)值較大，也不容易使人判斷C4已經(jīng)漏電損壞。

　　像圖1的（b）電路，當Z1雖然已經(jīng)損壞，但其擊穿值遠遠高于萬用表內(nèi)電池電壓時，所測也僅為二極管的正向電阻值（或正向導通壓降），其反向電阻值也是極大的；圖1的（c）電路，如果其故障擊穿值遠高于萬用表內(nèi)部電阻電壓時，則其正、反向導通壓降或正、反向電阻值都是極大的，根本無法判斷其已經(jīng)壞掉！

　　應該知道，電容漏電或二極管的擊穿狀態(tài)，只有當加于元件兩端的電壓高于一定閥值時，元件的故障狀態(tài)才會有所表現(xiàn)。萬用表在低電壓條件下的測試，故障元件有時卻會“表現(xiàn)正常”。這也是電工師傅在測試電纜或繞組之間的絕緣時，為何要丟開萬用表換用絕緣搖表的緣故。

　　綜上所述，當圖中的C29、Z1、Z101等元件損壞后，事實上我們對該元件測量了多遍， 仍為測量結果所蒙蔽時，而對其它元件的測量判斷也非常顯明（沒有問題）時，這時腦海中也會就會冒出一個故障判斷，也許是開關變壓器壞掉（內(nèi)部匝間短路）了吧？有的維修者可能會采取進一步的措施，如用振蕩小板代替除3844及全部外圍電路（N1繞組兩端并聯(lián)的電壓吸收回路卻沒有動它），代用后結果仍然是故障依舊，如此似乎更證實了開關變壓器的故障嫌疑。如果手頭同型號的開關變壓器可以代換試驗的話，則應該輕易修復的故障機器，也許從此就會沉睡在某一角落里了。

　　可以想見，開關變壓器壞掉的機率是極低的，對于間歇振蕩所表現(xiàn)出來的“疑難故障”，所以會誤判為開關變壓器損壞，是說明我們的故障檢測方法上，還是有局限之處。

　　下面看兩例故障檢測實例：

　　1、開關電源上電后出現(xiàn)打嗝聲，測各路輸出直流電壓均極低，且不穩(wěn)定。先從負載電路查起， 無損壞元件。后來重點檢測N1繞組所并聯(lián)的電壓吸收網(wǎng)絡，感覺未有異常。拿來振蕩小板，將振蕩芯片及外圍電路全部代替，上電后故障依舊。說明、振蕩、穩(wěn)壓環(huán)節(jié)皆無問題，重查負載電路也無異常。檢修陷入困境。

　　想到是否開關變壓器壞掉？得首先排除這個可能性。

　　直接向3844的7、5腳接入DC18V，在開關電源的DC530V電源輸入端，接入DC100V，上電后，電路起振工作，一會兒，圖（c）電路中的Z101開始冒煙。觀察此電路為復合式電壓吸收電路，Z101兩端尚并聯(lián)有阻容吸收電路，臨時摘掉Z101后，測各路直流輸出電壓，其高低與輸入電壓皆成比例（此時開關變壓器的好壞已不言自明）。

　　至此，故障原因真相大白，用3只100V穩(wěn)壓管串聯(lián)代替Z101，上電試機，開關電源工作恢復正常。

　　2、故障現(xiàn)象同上，檢查方法同上，通電后，Z1、Z2過熱冒煙，此時開關變壓器的好壞已不言自明，間歇振蕩故障的“元兇”也已經(jīng)藏身不住了。用兩只120V穩(wěn)壓管代替Z1、Z2，上電后開關電源工作恢復正常。

　　最后再交代一下吧。那么為何用原供電DC530V，電路處于間歇振蕩，而為電路分別接入DC18V和DC100V，即能很快使故障元件無處藏身呢？請參見圖2電路。

　　1、PC1振蕩芯片的供電取自N2繞組，當C4嚴重漏電時，開關變壓器儲能不足，N2感生電壓降低，PC1內(nèi)部欠電壓檢測電路動作，電路處于間歇振蕩狀態(tài)。

　　獨立為PC1送入DC18V供電后，PC2則能一直穩(wěn)定工作，進而使故障元件暴露出來。

　　2、在開關電源的DC530V供電端子送入DC100V，這是一個保險電壓，可以在因故障而穩(wěn)壓失控的情況下，使各路直流輸出電壓不致超過額定值而損壞負載電路，此供電電壓下，可以放心地檢測電路各部分的工作狀態(tài)，從而使故障根源暴露出來。如果手頭有0~200V可調(diào)直流電源當然更好，在監(jiān)測輸出電壓的同時，緩慢調(diào)高輸入電源電壓，還可進一步檢測電路由開環(huán)進入穩(wěn)壓控制的過程，驗證電路的穩(wěn)壓環(huán)節(jié)是否正常。