開關(guān)電源電路原理與檢修

湛江市第二技工學(xué)校 任巧靈

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開關(guān)電源電路原理與檢修

湛江市第二技工學(xué)校 任巧靈

【摘要】近年來各種電子設(shè)備的開關(guān)穩(wěn)壓電源逐步由分立元件結(jié)構(gòu)發(fā)展到以集成電路為核心的電路，配合少量外圍器件完成穩(wěn)定的大功率電流、電壓輸出。這種以集成電路為核心的新型開關(guān)穩(wěn)壓電源具有過壓過流自身保護功能等特點。本文通過典型實例闡述了開關(guān)電源電路的原理與檢修。

【關(guān)鍵詞】開關(guān)電源；傳統(tǒng)線性電源；集成電路

0 前言

開關(guān)式穩(wěn)壓電源，是一個將交流轉(zhuǎn)換為直流，將直流又轉(zhuǎn)換為交流，再將交流轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電的電源轉(zhuǎn)換電路。它是通過改變電路中控制元件的導(dǎo)通時間來調(diào)整電壓大小隨負載而變化，且無論輸入電壓和電源負載發(fā)生何種變化，它都能使輸出電壓保持在一個非常穩(wěn)定的工作狀態(tài)，是一種新型直流穩(wěn)壓電源，其效率可達85%以上，穩(wěn)壓范圍寬。除此之外，還具有穩(wěn)壓精度高等特點，是一種較理想的穩(wěn)壓電源。正因為如此，開關(guān)式穩(wěn)壓電源已廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。

1 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展

以分立元件為主體的傳統(tǒng)開關(guān)電源是以大體積的工頻變壓器將市電變壓至適當?shù)慕涣麟妷?，再整流成脈動直流電，再連接大容量的電解電容來進行濾波，濾波后加上線性穩(wěn)壓電路。其調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，發(fā)熱量大，還需要加大體積的散熱片，且工作效率不高。逐步以集成電路為主體的新型開關(guān)電源所取代，各種新型開關(guān)電源集成控制器的不斷出現(xiàn)，省掉了大體積的變壓器，其開關(guān)管工作在飽和和截止狀態(tài)，發(fā)熱小，效率高。開關(guān)電源集成控制器除控制主電路把交流電轉(zhuǎn)換成符合要求的高頻方波脈沖電壓外，還要執(zhí)行電壓調(diào)整、電流檢測、溫度監(jiān)視、電路運行狀況檢測及各種保護功能，以此保證所有參數(shù)在電源運行過程中都不偏離正常值。

2 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)組成

圖1 開關(guān)電源的組成

開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)主要由輸入整流濾波電路、開關(guān)功率變換電路、輸出整流濾波電路，以及輸入和輸出的干擾抑制濾波電路組成。

輸入的220V交流電先經(jīng)干擾抑制低通濾波和一次整流濾波后得到直流電壓Ui，經(jīng)開關(guān)功率變換，把直流電壓Ui變換成受到控制的、符合要求的高頻方波脈沖電壓，然后再經(jīng)二次整流濾波后得到直流輸出電壓Uo，此電壓不隨輸入電壓的波動和輸出負載的變化而變化，達到了穩(wěn)定輸出電壓的目的。

圖2 S538型萬能充電器電路圖

3 開關(guān)電源電路實例分析

下例是分立元件構(gòu)成的開關(guān)電源實物圖，S538型萬能充電器的原理圖，分析其工作原理如圖2所示。

該電路由振蕩電路，充電電路，穩(wěn)壓保護電路，過流電路組成。

3.1 接通電源瞬間

（1）220V的交流電經(jīng)二極管VD2半波整流，形成約100V左右的直流電壓（有濾波電容的話，約300V），該電壓經(jīng)變壓器初級線圈（T1-1）流到三極管VT2的C極。此時三極管VT2處于截止狀態(tài)。

（2）同時，100V直流還經(jīng)過啟動電阻R4加到VT2的B極，提供一個正向偏置電壓，使之開始導(dǎo)通。電流經(jīng)初級線圈流入集電極，發(fā)射極流出，R5為過流檢測電阻。

3.2 振蕩過程

（1）由于變壓器的互感特性，反饋線圈（T1-2）感應(yīng)到一個上正下負的電壓，經(jīng)C1和R1加到VT2的基極，使三極管強烈導(dǎo)通，流過初級線圈的電流進一步加大。變壓器儲能。

（2）當三極管VT2完全導(dǎo)通，流過初級線圈的電流不再加大，反饋線圈（T1-2）感應(yīng)的電流開始減少。由電感的互感原理（當流過電感線圈的電流減少時，電感線圈將產(chǎn)生一個阻止其電流減少的反向電動勢）可知，初級線圈的能量開始向次級線圈（T1-3）釋放，經(jīng)VD3整流后輸出到負載端。同時，反饋線圈的感應(yīng)電壓變?yōu)樯县撓抡?，使三極管開始進入截止狀態(tài)。

（3）釋能結(jié)束后，由于R4與反饋線圈的存在，重新開始使三極管VT2開始導(dǎo)通、截止的過程，如此往復(fù)，形成振蕩。

3.3 充電過程

該電路主要由一塊軟塑封集成電路IC1(YLT539)和三極管VT3等組成。從變壓器T的1-3繞組感應(yīng)出的交流電壓5.5V經(jīng)二極管VD3整流、電容C3濾波后，輸出一個直流8.5V左右電壓(空載時)，該電壓一部分加到三極管VT3的e極；另一部分送到軟塑封集成塊IC1(YLT539)的①腳，為其提供工作電源。集成塊IC1有了工作電源后開始啟動工作，在其⑧腳輸出低電平充電脈沖，使三極管VT3導(dǎo)通，直流8.5V電壓開始向電池E充電。

當待充電池E電壓低于4.2V時，該電壓經(jīng)取樣電阻R11、R12分壓后，加到集成塊IC1的⑥腳上，該電壓低于集成塊IC1內(nèi)部參考電壓越多，集成塊IC1的⑧腳輸出的電平越低，三極管VT3的b極電位也越低，其導(dǎo)通量越大，直流電壓(8.5V)經(jīng)極性轉(zhuǎn)換開關(guān)S1向電池E快速充電。由于集成塊IC1的②、③、④腳和電容C4共同組成振蕩諧振電路，其②腳輸出的振蕩脈沖經(jīng)電阻R16送至充電指示燈LED1(綠)的正極，其負極接到集成塊IC1的⑧腳。在電池剛接人電路時，集成塊IC1的⑧腳輸出的電平越低，充電指示燈LED1閃爍發(fā)光強。隨著充電時間延長，電池所充的電壓慢慢升高，集成塊IC1的⑧腳輸出電壓慢慢升高，充電指示燈LED1閃爍發(fā)光逐漸變?nèi)酢?/p>

當電池E慢慢充到4.2V左右時，集成塊IC1的⑥腳電位也達到其內(nèi)部的參考電壓1.8V。此時，集成塊IC1內(nèi)部電路動作，使其⑧腳電壓輸出高電平，三極管VT3截止，充電指示燈LED1不再閃爍發(fā)光而熄滅，充滿指示燈LED2(綠)由滅變亮。

3.4 穩(wěn)壓保護電路

3.4.1 過壓保護

當輸出電壓升高時，在變壓器T的1-2反饋繞組端感應(yīng)的電壓就會升高，則電容C2所充電壓升高。當電容C2兩端電壓超過穩(wěn)壓二極管VDZ1的穩(wěn)壓值時，穩(wěn)壓二極管VDZ1擊穿導(dǎo)通，三極管VT2的基極電壓拉低，使其導(dǎo)通時間縮短或迅速截止，經(jīng)開關(guān)變壓器T1耦合后，使次級輸出電壓降低。反之，使輸出電壓升高，從而確保輸出電壓穩(wěn)定。

3.4.2 過流保護

在接通電源瞬間或當某種原因使三極管VT2的電流過大時，在R5、R6上的壓降就大，使過流保護管VT1導(dǎo)通，VT2截止，從而有效防止開關(guān)管VT1因沖擊電流過大而損壞。同時電阻R6上的壓降，使電容C2兩端電壓升高，此后過流保護過程與穩(wěn)壓原理相同，這里不再重復(fù)。三極管VT1是過流保護管，R5、R6是VT2的過流取樣保護電阻。

采用電源控制芯片組成的開關(guān)電源：

下例為康佳T2169E型機彩電開關(guān)電源分析，其開關(guān)穩(wěn)壓電源的組成如圖3所示，它由TDA4605和場效應(yīng)開關(guān)管組成，TDA4605集成電路內(nèi)部包含穩(wěn)壓取樣電壓比較放大電路、初級欠壓檢測、邏輯保護電路、軟啟動控制電路，供電電壓監(jiān)測電路，輸出級和電流驅(qū)動控制電路等。

TDA4605本身具有較完善的保護功能：

（1）過低壓保護與過載保護

220V交流電經(jīng)橋式整流、濾波后得到約300V的直流電壓，通過電阻組成的分壓電路，加到③腳判斷是否欠壓，若市電電壓過低，使③腳電壓低于基準電壓（約1V）時，則⑤腳將停止輸出激勵脈沖，開關(guān)穩(wěn)壓電源將停止工作。

（2）過壓保護與空載保護

當某些原因引起各路輸出電壓過高或電路元器件故障，而使⑥電壓高于16V時，TDA4605進入保護狀態(tài)，⑤腳停止輸出激勵脈沖，因為⑥腳電壓是由開關(guān)變壓器繞組經(jīng)整流濾波取得，假若穩(wěn)壓系統(tǒng)有故障，開關(guān)變壓器副方空載時，+B電壓會上升，則⑥腳電壓也會上升，當⑥腳電壓超過16V時，則⑤腳便停止輸出激勵脈沖，這樣就保證開關(guān)穩(wěn)壓電源在空載情況下的安全。

（3）過熱保護

當TDA4605的芯片結(jié)溫超過150℃時，其⑤腳即停止輸出激勵脈沖，TDA4605進入保護狀態(tài)，開關(guān)電源停止工作。

采用場效應(yīng)管2SK1794作為開關(guān)管，一方面場效應(yīng)管屬于電壓控制器件，只要TDA4605的⑤腳輸出較小的功率，就能實現(xiàn)對開關(guān)管的導(dǎo)通截止控制；另一方面場效應(yīng)管具有驅(qū)動電路簡單，驅(qū)動功率小，開關(guān)損耗小，開關(guān)速度快，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

4 開關(guān)電源常見故障檢修

開關(guān)電源電路常見故障主要有如下幾種情況：

4.1 保險管燒斷

引起保險管燒斷的原因可能是交流輸入和整流濾波電路中存在短路故障。如電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定引起電源內(nèi)電流瞬間增大；大濾波電容擊穿或漏電；開關(guān)管擊穿；消磁電阻變值等。

4.2 保險管正常，整機無電壓輸出

引起此類故障的原因可能是電源電路中存在開路、短路、過壓、過流等故障，其內(nèi)部保護電路動作，使振蕩電路停止工作。通常是由于電源負載過重，高頻整流濾波電路中整流二極管被擊穿，濾波電容漏電等原因造成。

4.3 輸出電壓過低或過高

輸出電壓過低或過高，故障主要在穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路中取樣、比較放大、基準電壓電路元器件參數(shù)的變化都會導(dǎo)致電源電壓過高；開關(guān)電源負載短路、輸出電壓端整流二極管、濾波電容失效、開關(guān)管性能差、開關(guān)變壓器不良等造成輸出電壓不正常。

5 康佳T2169E故障實例分析

5.1 故障現(xiàn)象：開機“三無”，指示燈不亮

故障檢查與分析：開關(guān)電源不工作；行、場掃描電路部分故障；微控制器部分故障；待機控制、保護電路及其本身故障等都有可能使電視機出現(xiàn)“三無”故障現(xiàn)象。打開電視機機殼，觀察機內(nèi)無燒焦及炸裂元件，無異常氣味，檢查該機電路板，未發(fā)現(xiàn)有虛焊、脫焊現(xiàn)象。開機，機內(nèi)無異常氣味及過熱現(xiàn)象。測量C922兩極﹢B輸出端，發(fā)現(xiàn)電壓為零，可判斷故障部位應(yīng)該在開關(guān)電源電路本身。接著再測電容C909兩端，300V直流電壓正常，說明交流輸入、橋式整流、濾波等電路正常。測量振蕩集成N901 （TDA4605）的各腳電壓值，發(fā)現(xiàn)⑥腳電壓不正常，查集成資料，得知此腳功能為集成電路電源供電腳，如無電壓將使整個振蕩電路不工作。沿著該引腳檢查外圍電路，發(fā)現(xiàn)⑥腳的電源供電是由220V交流電經(jīng)半橋整流后再經(jīng)過R917、R918降壓所得。進一步測量發(fā)現(xiàn)啟動電阻R917阻值為無窮大，按標稱阻值更換后，開機，電視機恢復(fù)正常，故障排除。

此“三無”是由于啟動電阻R917開路，振蕩集成電路⑥腳得不到電源供電導(dǎo)致整機不工作出現(xiàn)“三無”現(xiàn)象。

5.2 故障現(xiàn)象：開機“三無”，指示燈亮

故障檢查與分析：開機指示燈亮，閃動，則說明電源電路起振，工作基本正常，用遙控器不能開機，整機處于待機狀態(tài)。拆開電視機外殼，測量開關(guān)變壓器T901負載的電壓均為正常值的一半左右，按壓遙控器開關(guān)機鍵，輸出直流電壓無變化，但微處理器N601的20腳的電壓有0V～3.4V的變化，說明中央處理器已經(jīng)輸出正?？刂菩盘?。V904基極也有0～0.7V的變化，但集電極、發(fā)射極兩端電壓一直不變。再測量光電耦合器N902的①、②腳也未有按照開關(guān)控制信號變化，說明穩(wěn)壓調(diào)整控制環(huán)路有故障，使光敏三極管長期飽和，無法進入開機狀態(tài)，進一步測量V904的B、E間電位差，發(fā)現(xiàn)達5V以上，初步判斷V904損壞。更換V904后，故障排除。

此故障是由于穩(wěn)壓放大管V904擊穿短路，中央處理器20腳輸出的開關(guān)控制信號，無法正常控制V904的導(dǎo)通～截止，影響振蕩電路的脈沖寬度調(diào)整輸出電壓所致，使電源一直處于待機狀態(tài)。

5.3 故障現(xiàn)象：圖、聲基本正常，光柵異常

故障檢查與分析：開機仔細觀察光柵，發(fā)現(xiàn)光柵亮度比原來暗、而且左右拉長。由故障現(xiàn)象可知，整機的基本工作條件已經(jīng)具備，但電路參數(shù)指標不符。打開機器外殼檢查電路焊點與元器件沒有明顯虛焊與燒焦痕跡。接通電源，測量﹢B輸出端電壓，發(fā)現(xiàn)電壓只有90V左右，正常值應(yīng)該是108V。﹢B電壓下降會使行掃描電路掃描時間變長導(dǎo)致逆程電壓過低、光柵亮度下降、光柵行幅度變大。進一步用遙控器進行開～關(guān)機操作，發(fā)現(xiàn)在待機狀態(tài)下，﹢B輸出有約60V，屬于正常范圍，說明電源的振蕩電路、開～關(guān)機控制電路基本正常，故障應(yīng)該在電源的穩(wěn)壓部分。由原理圖可知，穩(wěn)壓取樣由﹢B端經(jīng)R932、R931、RP901、V904、V902、VD914等進行取樣、調(diào)節(jié)、放大、基準等工作，+B電源輸出異常很有可能是上述元件有故障，經(jīng)進一步檢查，發(fā)現(xiàn)R931由原來標稱的3.9K變?yōu)?6K，更換后﹢B輸出上升為105V，圖像光柵正常，故障排除。

此故障是由于取樣電阻R931阻值變大，使取樣電壓上升，導(dǎo)致開關(guān)電源穩(wěn)壓電路誤判斷，造成﹢B電壓輸出降低，光柵異常。

6 小結(jié)

以集成電路為核心的新型開關(guān)穩(wěn)壓電源已成為電源的主流，廣泛應(yīng)用于電子、電氣設(shè)備、家電領(lǐng)域中，其尺寸小、效率高、工作穩(wěn)定、綠色節(jié)能等，對家電維修行業(yè)來說，其帶負載能力強，外圍元件少，便于檢查，便于維修，節(jié)省時間。

參考文獻

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[2]電視機原理與技能訓(xùn)練[M].中國勞動社會保障出版社.

[3]開關(guān)電源技術(shù)應(yīng)用與維修[M].電子工業(yè)出版社.