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%,gumuqiantayichengweiwenyadianyuandezhuliuchanpin。dianzishebeidianqiguzhangdejianxiu,benzhecongyidaonandeyuanze,jibenshangdoushixiancongdianyuanrushou,zaiquedingqidianyuanzhengchanghou,zaijinxingqitabuweidejianxiu,qiedianyuanguzhangzhandianzishebeidianqiguzhangdedaduoshu。gulejiekaitoudianyuanjibengongzuoyuanli,shuxiqiweixiujiqiaohechangjianguzhang,youliyusuoduandianzishebeiguzhangweixiushijian,tigaogerenshebeiweihujineng。
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
yifangmiancongshuchuduanquyang,yushedingzhijinxingbijiao,ranhouqukongzhinibianqi,gaibianqimaikuanhuomaipin,shishuchuwending,lingyifangmian,genjuceshidianlutigongdeshuju,jingbaohudianlujianbie,tigongkongzhidianluduidianyuanjinxinggezhongbaohucuoshi。
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
kaiguandianyuanjiushicaiyonggonglvbandaotiqijianzuoweikaiguanyuanjian,tongguozhouqixingtongduankaiguan,kongzhikaiguanyuanjiandezhankongbilaitiaozhengshuchudianya。kaiguanyuanjianyiyidingdeshijianjiangezhongfudijietongheduankai,zaikaiguanwujianjietongshishurudianyuanVi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:qiebukezaizhachumouyuanjiansunhuaishi,genghuanhouzhijiekaiji,zheyanghenyoukenengyouyuqitagaoyayuanjianrengyouguzhangyoujianggenghuandeyuanjiansunhuai,yidingyaoduishangshudianludesuoyougaoyayuanjianjinxingquanmianjianzhacelianghou,cainengchedipaichubaoxiansirongduandeguzhang。
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、guoliubaohudianluchuxianguzhang,fuzhudianyuanguzhang,zhendangdianlumeiyougongzuo,dianyuanfuzaiguozhong,gaopinzhengliulvbodianluzhongzhengliuerjiguanbeijichuan,lvbodianrongloudiandeng。zaiyongwanyongbiaoceliangcijiyuanjian,paichulegaopinzhengliuerjiguanjichuan、fuzaiduanludeqingkuanghou,ruguozheshishuchuweiling,zekeyikendingshidianyuandekongzhidianluchuleguzhang。ruoyoubufendianyashuchushuomingqianjidianlugongzuozhengchang,guzhangchuzaigaopinzhengliulvbodianluzhong。
高gao頻pin濾lv波bo電dian路lu主zhu要yao由you整zheng流liu二er極ji管guan及ji低di壓ya濾lv波bo電dian容rong組zu成cheng直zhi流liu電dian壓ya輸shu出chu,其qi中zhong整zheng流liu二er極ji管guan擊ji穿chuan會hui使shi該gai電dian路lu無wu電dian壓ya輸shu出chu,濾lv波bo電dian容rong漏lou電dian會hui造zao成cheng輸shu出chu電dian壓ya不bu穩wen等deng故gu障zhang。用yong萬wan用yong表biao靜jing態tai測ce量liang對dui應ying元yuan件jian即ji可ke檢jian查zha出chu其qi損sun壞huai的de元yuan件jian。例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(you)300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。
測ce量liang高gao頻pin變bian壓ya器qi次ci級ji線xian圈quan有you無wu輸shu出chu,若ruo無wu應ying重zhong點dian查zha開kai關guan管guan是shi否fou損sun壞huai,是shi否fou起qi振zhen,保bao護hu電dian路lu是shi否fou動dong作zuo等deng,若ruo有you則ze應ying重zhong點dian檢jian查zha各ge輸shu出chu側ce的de整zheng流liu二er極ji管guan、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、輕qing量liang和he高gao效xiao率lv的de特te點dian被bei廣guang泛fan應ying用yong幾ji乎hu所suo有you的de電dian子zi設she備bei,是shi當dang今jin電dian子zi信xin息xi產chan業ye飛fei速su發fa展zhan不bu可ke缺que少shao的de一yi種zhong電dian源yuan方fang式shi。作zuo為wei設she備bei維wei護hu專zhuan業ye人ren員yuan,有you必bi要yao了le解jie開kai關guan電dian源yuan的de基ji本ben工gong作zuo原yuan理li,掌zhang握wo其qi維wei修xiu技ji能neng,熟shu悉xi其qi常chang見jian故gu障zhang,這zhe樣yang才cai有you利li於yu減jian少shao電dian子zi設she備bei。
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