開關電源工作原理及維修技巧

2021-03-03 23:02:25 字數 3897 閱讀 8203

一、開關電源的工作原理

開關電源就是採用功率半導體器件作為開關元件,通過週期性通斷開關,控制開關元件的占空比來調整輸出電壓。開關元件以一定的時間間隔重複地接通和斷開,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、二極體d組成的電路)向負載rl釋放在開關接通時所儲存的能量,使負載得到連續而穩定的能量。

開關電源原理圖

vo=ton/t*vivo為負載兩端的電壓平均值ton為開關每次接通的時間t為開關通斷的工作週期由式可知,改變開關接通時間和工作週期的比例,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和工作週期比例亦即改變脈衝的占空比,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、脈衝寬度調製(pulsewithmodulation,縮寫為pwm)開關週期恆定,通過改變脈衝寬度來改變占空比的方式。

2、脈衝頻率調製(pulsefrequencymodulation,縮寫為pfm)導通脈衝寬度恆定,通過改變開關工作頻率來改變占空比的方式。

3、混合調制導通脈衝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。

二、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:開啟電源的外殼,檢查保險絲是否熔斷,再觀察電源的內部情況,如果發現電源的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過,是否對電源進行違規操作。

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,則大多數情況下,高壓濾波電容兩端的電壓未洩放悼,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,最後指示的應為該路的洩放電阻的阻值。

加電檢測通電後觀察電源是否有燒保險及個別元件冒煙等現象,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體、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的整流二極體、濾波電容、三通穩壓管等。

如果電源啟動一下就停止,則該電源處於保護狀態下,可直接測量pwm晶元保護輸入腳的電壓,如果電壓超出規定值,則說明電源處於保護狀態下,應重點檢查產生保護的原因。

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部線路有問題。由於電源工作在高電壓、大電流的狀態下,電網電壓的波動、浪湧都會引起電源內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體,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,應該首先檢視電路板上的各個元件,看這些元件的外表有沒有被燒糊,有沒有電解液溢位,如果沒有發現上述情況,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,更換後直接開機,這樣很有可能由於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後,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:電源中出現開路、短路現象,過壓、過流保護電路出現故障,輔助電源故障,振盪電路沒有工作,電源負載過重,高頻整流濾波電路中整流二極體被擊穿,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體擊穿、負載短路的情況後,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體及低壓濾波電容組成直流電壓輸出,其中整流二極體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等故障。

用萬用表靜態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後無直流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,故判斷不存在內部嚴重短路的可能,估計保護電路動作。

經檢查此開關電源採用u3842pwm控制晶元,經查詢相關的資料得知,當u3842晶元的3端電壓高於1伏時,內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端高於1伏,6端無輸出,經檢查相關電路,發現穩壓管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,直流側無直流輸出。更換同型號穩壓管d2,故障解除。

電源負載能力差電源負載能力差是乙個常見的故障,一般都是出現在老式或工作時間長的電源中,主要原因是各元器件老化,開關管的工作不穩定,沒有及時進行散熱等。應重點檢查穩壓二極體是否發熱漏電,整流二極體損壞、高壓濾波電容損壞等。

三、開關電源維修具體方法

1、開關電源維修的時候,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、開關管、高頻大功率整流管、抑制浪湧電流的大功率電阻是否燒斷等,然後需要再檢測各輸出電壓埠電阻是否異常,如上述器件有損壞的情況我們則需要進行更換新的器件。

2、我們在完成上述檢測之後,接通電源後如還不能正常工作,接著我們就要檢測功率因數模組(pfc)和脈寬調變元件(pwm),查閱相關資料,熟悉pfc和pwm模組每個腳的功能及其模組正常工作的必備條件。

3、對於具有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模組工作正常,接著檢測pwm元件的工作狀態,測量其電源輸入端vc,參考電壓輸出端vr,啟動控制vstart/vcontrol端電壓是否正常,利用220vac/220vac隔離變壓器給開關電源供電,用示波器觀測pwm模組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,fa5310其ct端為三角波。輸出端v0的波形是否為有序的窄脈衝訊號。

4、在開關電源維修實踐中,有許多開關電源採用uc38××系列8腳pwm元件,大多數電源不能工作都是因為電源啟動電阻損壞,或晶元效能下降。當r斷路後無vc,pwm元件無法工作,需更換與原來功率阻值相同的電阻。當pwm元件啟動電流增加後,可減小r值到pwm元件能正常工作為止。

在修一台gedr電源時,pwm模組為uc3843,檢測未發現其他異常,在r(220k)上並接乙個220k的電阻後,pwm元件工作,輸出電壓均正常。有時候由於外圍電路故障,致使vr端5v電壓為0v,pwm元件也不工作,在修柯達8900相機電源時,遇到此情況,把與vr端相連的外電路斷開,vr從0v變為5v,pwm元件正常工作,輸出電壓均正常。

5、當濾波電容上無380vdc左右電壓時,說明pfc電路沒有正常工作,pfc模組關鍵檢測腳為電源輸入腳vc,啟動腳vstart/control,ct和rt腳及v0腳。修理一台富士3000相機時,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,測量場效應功率開關管g極無v0波形,由於fa5331(pfc)為貼片元件,機器用久後出現v0端與板之間虛焊,v0訊號沒有送到場效電晶體g極。

將v0端與板上焊點焊好,用萬用表測量濾波電容有380vdc電壓。當vstart/control端為低電平時,pfc亦不能工作,則要檢測其端點與外圍相連的有關電路。

總之,開關電源電路有易有難,功率有大有小,輸出電壓多種多樣。只要抓住其核心的東西,即充分熟悉開關電源的基本結構以及pfc及pwm模組的特性,它們工作的基本條件,按照上述步驟和方法,多動手進行開關電源的維修,就能迅速地排除開關電源故障,達到事半功倍的效果。

四、開關電源維修經驗之談

1、開關電源出現不啟振的時候,我們通常需要檢視開關頻率是否正確、保護電路是否封鎖、電壓反饋電路、電流反饋電路又沒問題,開關管是否擊穿等。

2、開關電源變壓器發熱或發出「嗞嗞嗞」聲,一般是開關頻率不對。

3、開關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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