開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)維護(hù)研究

胡 輝，孔 斌

(商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，河南 商丘 476000)

開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積小、效率高、性能穩(wěn)定、有較強(qiáng)的過壓和過流保護(hù)等功能，使其不管在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，都有著不可磨滅的功勞. 以往在研究開關(guān)穩(wěn)壓電源維護(hù)時(shí)，常常只對(duì)開關(guān)電源的基本原理和故障進(jìn)行分析，在真正維護(hù)維修的過程中，技術(shù)人員不僅不能及時(shí)有效的排除故障，還容易造成誤判，給生產(chǎn)生活帶來不必要的損失[1]501-507. 本文通過對(duì)30種不同的開關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)行研究和剖析，總結(jié)出一種典型電路模塊化的原理分析方法. 將開關(guān)穩(wěn)壓電源電路劃分為主回路、正反饋電路、啟動(dòng)電路、控制電路、穩(wěn)壓電路5個(gè)模塊，使任何一種開關(guān)穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)都可套用這5個(gè)模塊. 根據(jù)5個(gè)模塊的功能對(duì)開關(guān)穩(wěn)壓電源常見的典型故障進(jìn)行分析，得出整體電路維修的理論依據(jù). 然后根據(jù)理論數(shù)據(jù)對(duì)具體的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，并闡述采用短路、串燈泡、接假負(fù)載、替換芯片的維修思路和方法.

1 開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理

1.1 開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)

開關(guān)穩(wěn)壓電源主要由220V交流輸入及抗干擾電路、整流濾波電路、主回路、啟動(dòng)電路、開關(guān)振蕩管、開關(guān)變壓器、正反饋(或有專用脈沖產(chǎn)生集成電路)、控制穩(wěn)壓電路、次級(jí)整流輸出電路、過壓過流保護(hù)電路等組成. 其原理框圖如圖1所示.

圖1 開關(guān)穩(wěn)壓電源原理框圖

1.2 開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理

220 V交流市電通過電源開關(guān)和延遲保險(xiǎn)絲，經(jīng)抗干擾電路防止高頻雜波串?dāng)_市電網(wǎng)和電路，由整流濾波得到300 V左右的直流電壓. 300 V電壓一路經(jīng)開關(guān)變壓器初級(jí)繞組線圈加到開關(guān)管集電極上，發(fā)射極串電阻接地構(gòu)成主回路. 300 V電壓的另一路通過串聯(lián)2個(gè)電阻或電容到開關(guān)管的基極構(gòu)成啟動(dòng)電路，開機(jī)瞬間產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)開關(guān)管基極的電流. PWM脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖控制開關(guān)管進(jìn)入開關(guān)工作狀態(tài). 開關(guān)變壓器的主繞組中有脈沖電流流過，產(chǎn)生感應(yīng)電壓感應(yīng)到次級(jí)輸出繞組上，經(jīng)整流濾波得到輸出電壓，為負(fù)載提供電源. 同時(shí)也在反饋繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，與外圍電路構(gòu)成一個(gè)正反饋電路，作為輔助電源用以保持集成電路中開關(guān)管開關(guān)工作狀態(tài). 誤差電壓由基準(zhǔn)電源與輸出電壓的一部分經(jīng)過穩(wěn)壓控制電路從中取樣電壓相比較產(chǎn)生. 可以通過改變PWM脈沖的寬度和頻率來控制開關(guān)管導(dǎo)通的頻率及時(shí)間長(zhǎng)短來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制[2]103-105.

2 開關(guān)穩(wěn)壓電源常見故障及檢修思路

2.1 保險(xiǎn)絲正常，沒有輸出電壓

此故障現(xiàn)象說明開關(guān)穩(wěn)壓電源處于保護(hù)狀態(tài)，或者根本就沒有工作. 首先檢測(cè)整流濾波之后有沒有300 V的直流電壓，將故障范圍進(jìn)行隔離. 再檢測(cè)開關(guān)穩(wěn)壓電源控制芯片或開關(guān)管的啟動(dòng)管腳有沒有啟動(dòng)電壓. 若有啟動(dòng)電壓，則檢測(cè)控制芯片或開關(guān)管的輸出端在開機(jī)瞬間電平的變化. 有變化，說明開關(guān)管損壞；沒有變化，則說明外圍振蕩電路元器件或保護(hù)電路有問題，控制芯片也可能損壞. 若沒有啟動(dòng)電壓，則檢查啟動(dòng)電路中的元件是否漏電或損壞[3]4-7.

2.2 輸出電壓偏低

這種故障的出現(xiàn)，往往是由于穩(wěn)壓控制電路故障、大濾波電容漏電失效、開關(guān)管老化不能正常導(dǎo)通、輸出端的整流濾波電路故障、開關(guān)變壓器性能不良、開關(guān)穩(wěn)壓電源負(fù)載有短路等原因引起的. 針對(duì)這些故障原因，應(yīng)重點(diǎn)檢查穩(wěn)壓控制電路中的各個(gè)元件有無(wú)損壞，直觀檢查大濾波電容、測(cè)量開關(guān)管，更換輸出端的整流濾波電容，同時(shí)斷開開關(guān)電源電路的負(fù)載電路，以判斷是負(fù)載電路故障還是開關(guān)電源電路故障[4]3-6，19-23.

2.3 開機(jī)燒保險(xiǎn)絲

此類故障說明電路中有超過負(fù)荷的大電流通過. 其原因：一是外部因素，如市電電壓過高，或遭到雷擊；二是內(nèi)部因素，如電路中有元器件短路，如整流電路中的整流橋或其中的二極管擊穿、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻、濾波電容擊穿、開關(guān)管擊穿，集成芯片燒壞等因素造成. 檢修時(shí)主要檢查抗干擾電路、整流濾波電路中的各二極管和濾波電容及開關(guān)管等部位.

2.4 輸出電壓過高

此故障現(xiàn)象多由穩(wěn)壓控制電路和取樣電路故障造成. 開關(guān)穩(wěn)壓電源若有過電壓保護(hù)電路，輸出電壓過高會(huì)導(dǎo)致保護(hù)電路工作，這種情況下，可先使保護(hù)電路停止工作，檢測(cè)開機(jī)瞬間的開關(guān)穩(wěn)壓電源主電壓. 若高于正常值1 V以上，說明輸出電壓過高. 實(shí)際維修中，輸出電路故障、取樣電阻變值、誤差取樣放大電路損壞、電源控制芯片損壞、或光耦元件不良都會(huì)導(dǎo)致輸出電壓升高故障出現(xiàn).

3 開關(guān)穩(wěn)壓電源的維修方法

3.1 短路法

這種方法主要用于使用光耦元件作為控制電路的液晶顯示器和液晶電視的開關(guān)電源電路中，在輸出電壓過高時(shí)采用這種方法可以有效快速的判斷故障范圍. 在短路法使用之前，應(yīng)先將負(fù)載斷開以保證開關(guān)穩(wěn)壓電源的安全. 操作時(shí)短路光耦元件的光敏接收管的兩腳，相當(dāng)于減小了光敏接收管的內(nèi)阻，如檢測(cè)主電壓有變化，則說明故障在光耦合器之前；反之，故障在光耦合器之后的電路.

3.2 串聯(lián)燈泡法

這種方法主要用于懷疑電路有短路的故障現(xiàn)象，去掉保險(xiǎn)絲，用60 W/220 V的燈泡串在保險(xiǎn)絲兩端，接通交流220 V的市電，根據(jù)燈泡的明暗來判斷開關(guān)電源電路內(nèi)部是否短路，如果燈泡亮度很亮，則說明電源電路中有短路現(xiàn)象. 因?yàn)闊襞莨ぷ鲿r(shí)自身的阻值大概有500 Ω，在電路中可以起限流作用，可有效防止電路因短路而燒壞其他元器件. 短路故障排除之后，燈泡的亮度會(huì)自然變暗，最后將電路恢復(fù)原狀.

3.3 假負(fù)載法

維修開關(guān)穩(wěn)壓電源，常常采用假負(fù)載法來判斷故障是出在電源本身還是出在負(fù)載電路. 這種方法在普通的開關(guān)電源的維修過程中應(yīng)用非常普遍. 斷開負(fù)載不能直接開機(jī)，原因是開關(guān)變壓器開關(guān)管截止期間儲(chǔ)存在主繞組上的能量要向次級(jí)繞組釋放，若沒有負(fù)載，則主繞組上儲(chǔ)存的能量釋放不出去，開關(guān)管很容易擊穿損壞. 彩色電視機(jī)上一般選取100 W/220 V的燈泡作為假負(fù)載(小型電器上可選擇30～60 W的燈泡或大功率電阻來替代)，根據(jù)燈泡的明暗程度和是否發(fā)光來判斷故障部位.

3.4 代換法

現(xiàn)在的液晶顯示設(shè)備和一些新型開關(guān)電源中經(jīng)常使用開關(guān)電源控制集成芯片，如果懷疑這些控制芯片有故障時(shí)，最好用正常的芯片進(jìn)行代換，來提高維修效率.

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)工作原理的分析，在了解了開關(guān)穩(wěn)壓電源常見的幾種故障后，可以充分認(rèn)識(shí)到開關(guān)穩(wěn)壓電源在工作時(shí)容易出問題的元件和電路，從而采取有效的方法去避免故障的發(fā)生，用正確的方法去解決開關(guān)穩(wěn)壓電源常見的故障并加以維護(hù)，提高開關(guān)穩(wěn)壓電源的使用效率.

[1] 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2] 沙占友.新型單片開關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[3] 李金伴，李捷輝，李捷明.開關(guān)電源技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[4] Marty Brown. 開關(guān)電源設(shè)計(jì)指南[M]. 徐德鴻，沈 旭，楊成林，周鄧燕 譯. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.