全麵放送:開關電源的工作原理和常見故障
發布時間:2015-01-13 責任編輯:xueqi
【導讀】作為設備維護專業人員,有必要了解開關電(dian)源(yuan)的(de)基(ji)本(ben)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li),熟(shu)悉(xi)其(qi)常(chang)見(jian)故(gu)障(zhang),掌(zhang)握(wo)其(qi)維(wei)修(xiu)技(ji)能(neng),這(zhe)樣(yang)才(cai)有(you)利(li)於(yu)減(jian)少(shao)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)。本(ben)文(wen)為(wei)大(da)家(jia)全(quan)麵(mian)介(jie)紹(shao)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)和(he)常(chang)見(jian)故(gu)障(zhang)。
gezhongdianzishebeibibukequedezuchengbufen,qixingnengyouliezhijieguanxidaodianzishebeidejishuzhibiaojinengfouanquankekaodigongzuo。youyukaiguandianyuanneibuguanjianyuanqijiangongzuozaigaopinkaiguanzhuangtai,gonghaoxiao,zhuanhualvgao,qietijihezhongliangzhiyouxianxingdianyuande20%—30%,故gu目mu前qian它ta已yi成cheng為wei穩wen壓ya電dian源yuan的de主zhu流liu產chan品pin。電dian子zi設she備bei電dian氣qi故gu障zhang的de檢jian修xiu,本ben著zhe從cong易yi到dao難nan的de原yuan則ze,基ji本ben上shang都dou是shi先xian從cong電dian源yuan入ru手shou,在zai確que定ding其qi電dian源yuan正zheng常chang後hou,再zai進jin行xing其qi他ta部bu位wei的de檢jian修xiu,且qie電dian源yuan故gu障zhang占zhan電dian子zi設she備bei電dian氣qi故gu障zhang的de大da多duo數shu。故gu了le解jie開kai頭tou電dian源yuan基ji本ben工gong作zuo原yuan理li,熟shu悉xi其qi維wei修xiu技ji巧qiao和he常chang見jian故gu障zhang,有you利li於yu縮suo短duan電dian子zi設she備bei故gu障zhang維wei修xiu時shi間jian,提ti高gao個ge人ren設she備bei維wei護hu技ji能neng。
一.開關電源的組成
開關電源大至由主電路、控製電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成,見圖1。
1. 主電路
衝擊電流限幅:限製接通電源瞬間輸入側的衝擊電流。
輸入濾波器:其作用是過濾電網存在的雜波及阻礙本機產生的雜波反饋回電網。
整流與濾波:將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電。
逆變:將整流後的直流電變為高頻交流電,這是高頻開關電源的核心部分。
輸出整流與濾波:根據負載需要,提供穩定可靠的直流電源。
2. 控製電路
一yi方fang麵mian從cong輸shu出chu端duan取qu樣yang,與yu設she定ding值zhi進jin行xing比bi較jiao,然ran後hou去qu控kong製zhi逆ni變bian器qi,改gai變bian其qi脈mai寬kuan或huo脈mai頻pin,使shi輸shu出chu穩wen定ding,另ling一yi方fang麵mian,根gen據ju測ce試shi電dian路lu提ti供gong的de數shu據ju,經jing保bao護hu電dian路lu鑒jian別bie,提ti供gong控kong製zhi電dian路lu對dui電dian源yuan進jin行xing各ge種zhong保bao護hu措cuo施shi。
3. 檢測電路
提供保護電路中正在運行中各種參數和各種儀表數據。
4. 輔助電源
實現電源的軟件(遠程)啟動,為保護電路和控製電路(PWM等芯片)工作供電。

圖1:輔助電源
二.開關電源的工作原理
開kai關guan電dian源yuan就jiu是shi采cai用yong功gong率lv半ban導dao體ti器qi件jian作zuo為wei開kai關guan元yuan件jian,通tong過guo周zhou期qi性xing通tong斷duan開kai關guan,控kong製zhi開kai關guan元yuan件jian的de占zhan空kong比bi來lai調tiao整zheng輸shu出chu電dian壓ya。開kai關guan元yuan件jian以yi一yi定ding的de時shi間jian間jian隔ge重zhong複fu地di接jie通tong和he斷duan開kai,在zai開kai關guan無wu件jian接jie通tong時shi輸shu入ru電dian源yuanVi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、二極管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。
VO=TON/T*Vi
VO 為負載兩端的電壓平均值
TON 為開關每次接通的時間
T 為開關通斷的工作周期

圖2:開關電源的工作原理
由式可知,改變開關接通時間和工作周期的比例,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和工作周期比例亦即改變脈衝的占空比,這種方法稱為“時間比率控製”(TimeRationControl,縮寫為TRC)。
按TRC控製原理,有三種方式:
1.脈衝寬度調製(PulseWithModulation,縮寫為PWM)
開關周期恒定,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)
導通脈衝寬度恒定,通過改變開關工作頻率來改變占空比的方式。
3.混合調製
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。
三.開關電源的常見故障和維修技巧
1.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、langyongdouhuiyinqidianyuanneidianliushunjianzengdaershibaoxiansirongduan。zhongdianyingjianzhadianyuanshuruduandezhengliuerjiguan,gaoyalvbodianjiedianrong,nibiangonglvkaiguanguandeng,jianzhayixiazheciyuanqijianyouwujichuan、開路、損(sun)壞(huai)等(deng)。如(ru)果(guo)確(que)實(shi)是(shi)保(bao)險(xian)絲(si)熔(rong)斷(duan),應(ying)該(gai)首(shou)先(xian)查(zha)看(kan)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)各(ge)個(ge)元(yuan)件(jian),看(kan)這(zhe)些(xie)元(yuan)件(jian)的(de)外(wai)表(biao)有(you)沒(mei)有(you)被(bei)燒(shao)糊(hu),有(you)沒(mei)有(you)電(dian)解(jie)液(ye)溢(yi)出(chu),如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)發(fa)現(xian)上(shang)述(shu)情(qing)況(kuang),則(ze)用(yong)萬(wan)用(yong)表(biao)測(ce)量(liang)開(kai)關(guan)管(guan)有(you)無(wu)擊(ji)穿(chuan)短(duan)路(lu)。
需要特別注意的是:切qie不bu可ke在zai查zha出chu某mou元yuan件jian損sun壞huai時shi,更geng換huan後hou直zhi接jie開kai機ji,這zhe樣yang很hen有you可ke能neng由you於yu其qi它ta高gao壓ya元yuan件jian仍reng有you故gu障zhang又you將jiang更geng換huan的de元yuan件jian損sun壞huai,一yi定ding要yao對dui上shang述shu電dian路lu的de所suo有you高gao壓ya元yuan件jian進jin行xing全quan麵mian檢jian查zha測ce量liang後hou,才cai能neng徹che底di排pai除chu保bao險xian絲si熔rong斷duan的de故gu障zhang。
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guo流liu保bao護hu電dian路lu出chu現xian故gu障zhang,輔fu助zhu電dian源yuan故gu障zhang,振zhen蕩dang電dian路lu沒mei有you工gong作zuo,電dian源yuan負fu載zai過guo重zhong,高gao頻pin整zheng流liu濾lv波bo電dian路lu中zhong整zheng流liu二er極ji管guan被bei擊ji穿chuan,濾lv波bo電dian容rong漏lou電dian等deng。在zai用yong萬wan用yong表biao測ce量liang次ci級ji元yuan件jian,排pai除chu了le高gao頻pin整zheng流liu二er極ji管guan擊ji穿chuan、負(fu)載(zai)短(duan)路(lu)的(de)情(qing)況(kuang)後(hou),如(ru)果(guo)這(zhe)時(shi)輸(shu)出(chu)為(wei)零(ling),則(ze)可(ke)以(yi)肯(ken)定(ding)是(shi)電(dian)源(yuan)的(de)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)出(chu)了(le)故(gu)障(zhang)。若(ruo)有(you)部(bu)分(fen)電(dian)壓(ya)輸(shu)出(chu)說(shuo)明(ming)前(qian)級(ji)電(dian)路(lu)工(gong)作(zuo)正(zheng)常(chang),故(gu)障(zhang)出(chu)在(zai)高(gao)頻(pin)整(zheng)流(liu)濾(lv)波(bo)電(dian)路(lu)中(zhong)。
gaopinlvbodianluzhuyaoyouzhengliuerjiguanjidiyalvbodianrongzuchengzhiliudianyashuchu,qizhongzhengliuerjiguanjichuanhuishigaidianluwudianyashuchu,lvbodianrongloudianhuizaochengshuchudianyabuwendengguzhang。yongwanyongbiaojingtaiceliangduiyingyuanjianjikejianzhachuqisunhuaideyuanjian。li: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。
經檢查此開關電源采用U3842 PWM控製芯片,經查找相關的資料得知,當U3842芯片的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鎖存器複位使輸出關閉。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。

圖3:無直流電壓輸出或電壓輸出不穩定
電源負載能力差
電dian源yuan負fu載zai能neng力li差cha是shi一yi個ge常chang見jian的de故gu障zhang,一yi般ban都dou是shi出chu現xian在zai老lao式shi或huo工gong作zuo時shi間jian長chang的de電dian源yuan中zhong,主zhu要yao原yuan因yin是shi各ge元yuan器qi件jian老lao化hua,開kai關guan管guan的de工gong作zuo不bu穩wen定ding,沒mei有you及ji時shi進jin行xing散san熱re等deng。應ying重zhong點dian檢jian查zha穩wen壓ya二er極ji管guan是shi否fou發fa熱re漏lou電dian,整zheng流liu二er極ji管guan損sun壞huai、高壓濾波電容損壞等。例:我廠近紅處激光光譜儀(VECTOR 22),開機後無法完成自檢並報警且主板指示燈不斷閃爍。
經檢查,供光譜儀主板的直流5V電源僅剩2.3伏左右,脫開5V直流電源的負載,通電再次測量5V直流電源,這時則有5V,初步判斷此5V直流電源帶載能力差,拆開電源外殼進行檢修,由於沒有帶負載時,通電有直流5V輸出,故重點檢查次級線圈側的輸出整流電路,給5伏電源接上假負載通電進行測量發現三通穩壓7805的1、2腳之間電壓為5.2伏,2、3腳之間卻剩2.3伏,如圖4,故判斷三通穩壓管7805性能變壞,更換三通穩壓管7805故障解決。

圖4:電源負載能力差
2.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:打開電源的外殼,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。資產管理
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mei通tong電dian前qian,用yong萬wan用yong表biao量liang一yi下xia高gao壓ya電dian容rong兩liang端duan的de電dian壓ya先xian。如ru果guo是shi開kai關guan電dian源yuan不bu起qi振zhen或huo開kai關guan管guan開kai路lu引yin起qi的de故gu障zhang,則ze大da多duo數shu情qing況kuang下xia,高gao壓ya濾lv波bo電dian容rong兩liang端duan的de電dian壓ya未wei泄xie放fang悼dao,此ci電dian壓ya有you300多伏,需小心。用萬用表測量AC電dian源yuan線xian兩liang端duan的de正zheng反fan向xiang電dian阻zu及ji電dian容rong器qi充chong電dian情qing況kuang,電dian阻zu值zhi不bu應ying過guo低di,否fou則ze電dian源yuan內nei部bu可ke能neng存cun在zai短duan路lu。電dian容rong器qi應ying能neng充chong放fang電dian。脫tuo開kai負fu載zai,分fen別bie測ce量liang各ge組zu輸shu出chu端duan的de對dui地di電dian阻zu,正zheng常chang時shi,表biao針zhen應ying有you電dian容rong器qi充chong放fang電dian擺bai動dong,最zui後hou指zhi示shi的de應ying為wei該gai路lu的de泄xie放fang電dian阻zu的de阻zu值zhi。
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管、濾波電容等。
celianggaopinbianyaqicijixianquanyouwushuchu,ruowuyingzhongdianzhakaiguanguanshifousunhuai,shifouqizhen,baohudianlushifoudongzuodeng,ruoyouzeyingzhongdianjianzhageshuchucedezhengliuerjiguan、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芯片保護輸入腳的電壓,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。
結束語
目前,開關電源以小型、qinglianghegaoxiaolvdetedianbeiguangfanyingyongjihusuoyoudedianzishebei,shidangjindianzixinxichanyefeisufazhanbukequeshaodeyizhongdianyuanfangshi。zuoweishebeiweihuzhuanyerenyuan,youbiyaolejiekaiguandianyuandejibengongzuoyuanli,zhangwoqiweixiujineng,shuxiqichangjianguzhang,zheyangcaiyouliyujianshaodianzishebei。
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