發(fā)射機(jī)開關(guān)電源原理及故障檢修方法

許 偉

十堰市四方山廣播電視發(fā)射臺 湖北省 十堰市442000

引 言

全固態(tài)廣播電視發(fā)射機(jī)的功放模塊主要由低電壓、大電流的開關(guān)電源為其供電。大功率的開關(guān)電源設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，在維修過程中又缺乏完整的維修資料及圖紙，為維修工作帶來不便。實(shí)際上，現(xiàn)階段的開關(guān)電源出現(xiàn)問題，基本上都是返回廠家維修，發(fā)射臺的技術(shù)人員一般不再自己直接維修。但是，在應(yīng)急處理時(shí)，掌握開關(guān)電源的原理，能分析出開關(guān)電源故障原因并做出處理，是非常有必要且重要的。

1 開關(guān)電源的原理

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。這里介紹的開關(guān)電源，包含AC/DC轉(zhuǎn)換和DC/DC轉(zhuǎn)換，AC/DC轉(zhuǎn)化是將交流電變換為直流，DC/DC轉(zhuǎn)換是將電能質(zhì)量較差的直流轉(zhuǎn)換成滿足設(shè)備要求電壓值的質(zhì)量較高的直流電壓。開關(guān)電源的核心是DC/DC轉(zhuǎn)換器，DC/DC轉(zhuǎn)化器就是通過重復(fù)通斷開關(guān)，把直流電壓或電流轉(zhuǎn)換成高頻方波電壓或電流，再經(jīng)過整流平滑變?yōu)橹绷麟妷狠敵?。DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類基本上就是開關(guān)電源的分類。開關(guān)電源根據(jù)連接方式、激勵(lì)方式、調(diào)制方式等有多種分類，本文介紹的是一款全橋諧振開關(guān)電源。

開關(guān)電源大致由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部分組成。其中主電路包括：交流輸入濾波、橋式整流與濾波、DC/DC變換、輸出整流與濾波。輔助電源為保護(hù)電路和控制電路工作供電。

2 結(jié)合實(shí)例介紹AC/DC、DC/DC模塊

現(xiàn)結(jié)合四方山廣播電視發(fā)射臺使用的一臺48V/50A的開關(guān)電源實(shí)例（圖1），對其AC/DC、DC/DC變換進(jìn)行理論解析。如圖1所示，市電三相380V交流電輸入后，通過交流保險(xiǎn)、交流互感濾波后接到橋式整流模塊，橋式整流后的直流電通過電容濾波后，送入開關(guān)電路，經(jīng)過開關(guān)電路后的直流電再經(jīng)過整流濾波后輸出。

本開關(guān)電源的橋式整流部分將三相交流電整流成直流電，使用了2個(gè)整流橋堆。圖2為三相整流電路的原理圖，圖3為三相整流電路的實(shí)際電路示意圖。

開關(guān)電路部分使用的是全橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖4所示。斜對角的兩個(gè)開關(guān)管（Q1、Q4或Q2、Q3）同 時(shí) 導(dǎo)通，兩組開關(guān)管交替導(dǎo)通半個(gè)周期。通過變壓器耦合的方式，從初級向次級傳遞能量。

3 故障檢修實(shí)例

3.1 故障現(xiàn)象

保險(xiǎn)管炸裂。

3.2 故障分析

保險(xiǎn)管熔斷可能是由于過載等情況引起，但是保險(xiǎn)管炸裂，則多為主電路出現(xiàn)短路，瞬間出現(xiàn)強(qiáng)電流引起的。經(jīng)過對開關(guān)電源的原理分析，我們猜測可能出現(xiàn)短路的情況為：（1）濾波電容損壞，產(chǎn)生短路；（2）整流橋堆損壞，產(chǎn)生短路；（3）開關(guān)管損壞，產(chǎn)生短路；（4）控制電路出現(xiàn)問題，引發(fā)開關(guān)管動(dòng)作，產(chǎn)生短路。由于控制電路檢查較為復(fù)雜，可先檢查為控制電路的輔助電路是否正常。

圖2 三相整流電路的原理圖

圖3 三相整流電路的實(shí)際電路示意圖

圖4 全橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.3 故障檢修

1.首先用肉眼觀察整個(gè)開關(guān)電源各個(gè)元器件有無燒毀現(xiàn)象，主要觀察整流濾的電解電容是否正常。通常觀察，初步排除濾波電容損壞而產(chǎn)生的短路。

2.橋式整流堆的檢查。取出橋式整流堆，根據(jù)圖5的橋式整流堆原理圖，依次判斷內(nèi)部4個(gè)二極管是否正常。判斷方法為，使用電子萬用表的二極管擋，分別測試各個(gè)引腳。例如，紅表筆接2腳，黑表筆接1腳，此時(shí)管子應(yīng)當(dāng)處于正向?qū)顟B(tài)，顯示值即為正向壓降，完好管子的正向壓降為：硅管0.5～0.7V，鍺管為0.15～0.3V。若顯示“0”，表明管子擊穿短路，若顯示“1”，則表明管子內(nèi)部已經(jīng)斷路。當(dāng)紅表筆接1腳，黑表筆接2腳，此時(shí)被測二極管應(yīng)當(dāng)反向截止，完好的管子應(yīng)當(dāng)顯示“1”，若顯示“0”，說明被測管子必壞無疑。經(jīng)過檢測，判定整流橋堆正常，排除整流橋造成的短路。

圖5 橋式整流堆原理圖

圖6 N溝道MOS管

3.開關(guān)管的檢查。開關(guān)電源的開關(guān)管有很多型號，根據(jù)應(yīng)用的場景，常見的有雙極性晶體管（BJT）、金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管（MOSFET）、還有絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等。如果開關(guān)管上標(biāo)有型號，則根據(jù)型號判斷開關(guān)管好壞。以N溝道MOS管（圖6）為例介紹，一般封裝面對自己時(shí)，左柵 極（G）中 漏 極(D)右 源 極（S），柵極與漏極和源極之間相當(dāng)于一個(gè)電容，柵極的擊穿電壓比較小，在知道型號下，要查閱資料，判定管腳的極性，避免誤操作，擊穿MOS管。我們使用指針型萬用表，先把MOS管的G極和S極短接（用鑷子夾一下就行了），然后測量D極和S極的電阻。測試時(shí)電流從S極流到D極，即紅筆接S極，黑筆接D極，這個(gè)時(shí)候測出來的電阻和正常MOS管測出來的做對比，如果差太大，那肯定就是燒了。如果表筆接反了，正常的MOS管測出來的電阻是斷路（寄生二極管存在的緣故）。

對于雙極性晶體管（BJT），則比較簡單，在已知型號下，分別測量集電極—基極、發(fā)射極—基極和基極—集電極、基極—發(fā)射極的電阻即可，利用PN結(jié)的電阻特性可以判斷管子的好壞。

圖7 IGBT管示意圖

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是由MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件，其輸入極為MOSFET，輸出極為PNP晶體管，如圖7所示。若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓，則MOSFET導(dǎo)通，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通；若1GBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V，則MOS截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。IGBT與MOSFET一樣也是電壓控制型器件。我們使用指針式萬用表來測試，檢測前先將IGBT管三只引腳短路放電，避免影響檢測的準(zhǔn)確度；然后用指針萬用表的兩枝表筆正反測G、e兩極及G、c兩極的電阻，對于正常的IGBT管上述所測值均為無窮大。最后，用指針萬用表的紅筆接c極，黑筆接e極，有一定阻值，對照資料查詢比較。

對不明的、沒有任何標(biāo)識開關(guān)管，本開關(guān)電源開關(guān)管就是這種情況，需要分情況一一測試判斷，這樣比較復(fù)雜且費(fèi)時(shí)。結(jié)合實(shí)際，由于四只開關(guān)管同時(shí)損壞的概率很小，可以采用一種簡單的方法，對比測量四只開關(guān)管管腳間的電阻，把明顯阻值小于其它管的拿出來，做進(jìn)一步的判斷。一般來說，管子擊穿后的阻值要明顯小于其它管。

經(jīng)過判斷，2只對管阻值明顯小，懷疑是開關(guān)管損壞，對其他輔助電路做了全面排查后，更換相同型號開關(guān)電源的開關(guān)管后，開關(guān)電源正常使用。

4.可以查詢相關(guān)資料，對檢測、輔助電路進(jìn)行相關(guān)的學(xué)習(xí)判斷。

結(jié)束語

開關(guān)電源電路圖較為復(fù)雜，在面臨缺少圖紙資料的情況下，抓住主電路、關(guān)鍵器件的檢查，才能高效精準(zhǔn)地處理故障。廣播電視維護(hù)人員必須要加強(qiáng)電子技術(shù)學(xué)習(xí)，通過對開關(guān)電源的理論學(xué)習(xí)和實(shí)際檢修，可以舉一反三的應(yīng)對其他相關(guān)的檢修任務(wù)。