开关电源作业原理详解析与缺陷剖析

2017-05-29 14:21分类：维修电工阅读：

开关电源作业原理详解析与缺陷剖析
一、开关式稳压电源的根柢作业原理
开关式稳压电源接操控办法分为调宽式和调频式两种，在实习的运用中，调宽式运用得较多，在如今开发和运用的开关电源集成电路中，绝大大都也为脉宽调制型。因而下面就首要介绍调宽式开关稳压电源。
调宽式开关稳压电源的根柢原理可拜见下图。

关于单极性矩形脉冲来说，其直流均匀电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流均匀电压值就越高。直流均匀电压Ｕ。可由公式核算，
即Uo=Um×T1/T
式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；T1为矩形脉冲宽度。
从上式能够看出，当Um 与T 不变时，直流均匀电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。这么，只需咱们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就能够到达安稳电压的意图。
二、开关式稳压电源的原理电路
1、根柢电路

图二开关电源根柢电路框图
开关式稳压电源的根柢电路框图如图二所示。
沟通电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，成为富含必定脉动成份的直流电压，该电压进人高频改换器被改换成所需电压值的方波，究竟再将这个方波电压经整流滤波变为所需求的直流电压。
操控电路为一脉冲宽度调制器，它首要由取样器、比照器、振动器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这有些电路如今已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。操控电路用来调整高频开关元件的开关时刻份额，以到达安稳输出电压的意图。
２．单端反激式开关电源
单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频改换器的磁芯仅作业在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管VT1 导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状况，在初级绕组中贮存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，经过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。

单端反激式开关电源是一种本钱最低的电源电路，输出功率为20－100Ｗ，能够一同输出不相同的电压，且有较好的电压调整率。仅有的缺陷是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。
单端反激式开关电源运用的开关管VT1 接受的最大反向电压是电路作业电压值的两倍，作业频率在20－200kHz之间。
３．单规矩激式开关电源
单规矩激式开关电源的典型电路如图四所示。这种电路在办法上与单端反激式电路类似，但作业景象不相同。当开关管VT1导通时，VD2也
导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感Ｌ贮存能量；当开关管VT1截止时，电感Ｌ经过续流二极管VD3 持续向负载开释能量。

在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2，它能够将开关管VT1的最高电压绑缚在两倍电源电压之间。为满意磁芯复位条件，即磁通树立和
复位时刻应持平，所以电路中脉冲的占空比不能大于５０％。因为这种电路在开关管VT1导通时，经过变压器向负载传送能量，所以输出功率方案大，可输出50－200 Ｗ的功率。电路运用的变压器构造凌乱，体积也较大，正因为这个要素，这种电路的实习运用较少。
４．自激式开关稳压电源
自激式开关稳压电源的典型电路如图五所示。这是一种运用间歇振动电路构成的开关电源，也是如今广泛运用的根柢电源之一。

当接入电源后在R1给开关管VT1供应主张电流，使VT1开端导通，其集电极电流Ic在L1中线性添加，在L2 中感应出使VT1 基极为正，发射极为负的正反响电压，使VT1 很快丰满。与此一同，感应电压给C1充电，跟着C1充电电压的增高，VT1基极电位逐步变低，致使VT1退出丰满区，Ic 开端减小，在L2 中感应出使VT1 基极为负、发射极为正的电压，使VT1 活络截止，这时二极管VD1导通，高频变压器Ｔ初级绕组中的储能开释给负载。在VT1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又经R1给C1反向充电，逐步跋涉VT1基极电位，使其从头导通，再次翻转到达丰满状况，电路就这么重复振动下去。这儿就像单端反激式开关电源那样，由变压器Ｔ的次级绕组向负载输出所需求的电压。
自激式开关电源中的开关管起着开关及振动的两层作从，也省去了操控电路。电路中因为负载坐落变压器的次级且作业在反热心况，具有输人和输出互相隔绝的利益。这种电路不只适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。
５．推挽式开关电源
推挽式开关电源的典型电路如图六所示。它归于双端式改换电路，高频变压器的磁芯作业在磁滞回线的两头。电路运用两个开关管VT1和VT2，两个开关管在外鼓舞方波信号的操控下替换的导通与截止，在变压器Ｔ次级统组得到方波电压，经整流滤波变为所需求的直流电压。

这种电路的利益是两个开关管简略驱动，首要缺陷是开关管的耐压要到达两倍电路峰值电压。电路的输出功率较大，通常在100-500 Ｗ方案内。
６．降压式开关电源
降压式开关电源的典型电路如图七所示。当开关管VT1 导通时，二极管VD1 截止，输人的整流电压经VT1和L向Ｃ充电，这一电流使电感Ｌ中的储能添加。当开关管VT1截止时，电感Ｌ感应出左负右正的电压，经负载RL和续流二极管VD1开释电感Ｌ中存储的能量，坚持输出直流电压不变。电路输出直流电压的凹凸由加在VT1基极上的脉冲宽度判定。

这种电路运用元件少，它同下面介绍的别的两种电路相同，只需求运用电感、电容和二极管即可完毕。
７．升压式开关电源
升压式开关电源的稳压电路如图八所示。当开关管 VT1 导通时，电感Ｌ贮存能量。当开关管VT1 截止时，电感Ｌ感应出左负右正的电压，该电压叠加在输人电压上，经二极管VD1向负载供电，使输出电压大于输人电压，构成升压式开关电源。

８．回转式开关电源
回转式开关电源的典型电路如图九所示。这种电路又称为升降压式开关电源。不管开关管VT1之前的脉动直流电压高于或低于输出端的安稳电压，电路均能正常作业。

当开关管 VT1 导通时，电感L 贮存能量，二极管VD1 截止，负载RL靠电容C前次的充电电荷供电。当开关管VT1截止时，电感Ｌ中的电流持续流转，并感应出上负下正的电压，经二极管VD1向负载供电，一同给电容Ｃ充电。
以上介绍了脉冲宽度调制式开关稳压电源的根柢作业原理和各种电路类型，在实习运用中，会有林林总总的实习操控电路，但不管怎样，也都是在这些根底上翻开出来的。
下面就对开关电源多见缺陷发作的要素作一剖析及怎样打扫这些缺陷的修补办法。
一．稳妥丝熔断
通常状况下，稳妥丝熔断阐明开关电源的内部电路存在短路或过流的缺陷。因为开关电源作业在高电压，大电流的状况下，直流滤波和改换振动电路在高压状况作业时刻太长，电压改动相对大。电网电压的不坚决，浪涌都会致使电源内电流刹那间增大而使稳妥丝熔断。要害应查看电源输入端的整流二极管，高压滤波电解电容，开关功率管，UC3842本身及外围元器材等。查看一下这些元器材有无击穿，开路，损坏，烧焦，迸裂等景象。
修补办法：首要细心查看电路板上面的各个元件，看是不是在这些元件的表面有没有被烧糊, 有没有电解液溢出，闻一闻有没有异味。经看，闻往后，再用万用表进行查看。首要丈量一下电源输入端的电阻值，若小于200K，则阐明后端有有些短路景象，然后别离丈量四只整流二极管正，反向电阻和两个限流电阻的阻值，看其有无短路或烧坏；然后再丈量一下电源滤波电容是不是能进行正常充放电，再就丈量一下开关功率管是不是击穿损坏，以及UC3842本身，及周围元件是不是击穿，烧坏等。需求阐明的一点是：因是在路丈量，有或许会使丈量作用有误，构成误判。因而必要时可把元器材焊下来再进行丈量。假定依然没有上述状况则丈量一下输入电源线及输出电源线是不是内部短路。通常状况下，熔断器熔断缺陷，整流二极管，电源滤波电容，开关功率管，UC3842是易损件，损坏的概率可达95%以上，通常侧重查看一下这些元器材，就可很简略打扫此类缺陷。
二．无直流电压输出或电压输出不安稳
假定稳妥丝是无缺的，在有负载的状况下，各级直流电压无输出。这种状况首要是以下要素构成的：电源中呈现开路，短路景象，过压，过流保护电路呈现缺陷，振动电路没有作业，电源负载过重，高频整流滤波电路中整流二极管被击穿，滤波电容漏电等。
修补办法：首要，用万用表丈量一下高频变压器次级的各个元器材是不是有损坏。在打扫了高频整流二极管击穿、负载短路的状况后，然后在丈量各输出端的直流电压，假定这时输出仍为零，则能够必定是电源的操控电路出了缺陷。操控电路的两有些是集成开关电源操控器和过压保护电路。究竟用万用表静态丈量高频滤波电路中整流二极管及低压滤波电容是不是损坏。假定的确有关的元件损坏，在替换好新的无缺的元件后，开机查验，通常缺陷即可打扫。需求阐明的是：电源输出线断线或开焊，虚焊也会构成这种缺陷。在修补时应留神这一点。
三．电源负载才调差
电源负载才调差是一个多见的缺陷，通常都是呈如今旧式或是作业时刻长的电源中，首要要素是各元器材老化，开关管的作业不安稳，没有及时进行散热等。此外还有稳压二极管发热漏电，整流二极管损坏等。
修补办法：用万用表侧重查看一下稳压二极管，高压滤波电容，限流电阻有无蜕变等再细心查看一下电路板上的悉数焊点是不是开焊，虚接等。把开焊的焊点从头焊牢，替换蜕变的元器材，通常缺陷即可打扫。
四．无直流电压输出，但稳妥丝无缺
这种景象阐明开关电源未作业，或许作业后进入了保护状况。
修补办法：首要应差异一下开关电源的主控芯片UC3842是不是处在作业状况或现已损坏。差异办法是这么的：加电测UC3842的第7脚对地电压，若测第8脚有+5V电压，1，2，4，6脚也有不相同的电压，则阐明电路已起振，UC3842根柢正常；若7脚电压低，别的管脚无电压或不不坚决，则UC3842已损坏。UC3842芯片损坏最多见的是6，7脚对地击穿，5，7脚对地击穿和1，7脚对地击穿。假定这几只脚都为击穿，而开关电源仍是不能正常主张，则UC3842必坏，应直顶替换。若差异芯片未坏，则就侧重查看开关功率管的栅极（G极）的限流电阻是不是开焊，虚接，变值，蜕变以及开关功率管本身是不是功用不良。除此以外，电源输出线也有或许断线或触摸不良也会构成这种缺陷。因而在修补时也应留神查看一下。
五．有直流电压输出，但输出电压过高
这种缺陷来通常自于稳压取样和稳压操控电路呈现缺陷所构成的。在开关电源中，直流输出、取样电阻、差错取样拓宽器（如LM324，LM358等）、光耦合器（PC817）、电源操控芯片(UC3842)等电路一同构成了一个闭合的操控环路，任何一处出疑问都会致使输出电压添加。
修补办法：因为开关电源中有过压保护电路，输出电压过高首要会使过压保护电路动作。因而关于这种缺陷的修补，咱们能够经过断开过压保护电路，使过压保护电路不起作用，在这时，丈量开机刹那间的电源主电压。假定丈量值比正常值高出IV以上，阐明输出电压过高。咱们应侧重查看取样电阻是不是变值或损坏，精细稳压拓宽器(TL431)或光耦合器（PC817）功用不良，蜕变或损坏；其间精细稳压拓宽器(TL431)很简略损坏，咱们可用下述办法对精细稳压拓宽器(TL431)作出好坏的差异：将TL431的参阅端(Ref)与它的阴极（Cathode）相连，串10k的电阻，接入5V电压，若阳极（Anode）与阴极之间为2.5V，而且等候刹那还依然为2.5V，则为好管，否则为坏管。
六．有直流电压输出，但输出直流电压过低
关于这种缺陷景象，依据修补履历可知，除稳压操控电路会致使输出电压过低外，还有一些要素会致使输出电压过低，首要有以下几点:
1.开关电源负载有短路缺陷。此刻，应断开开关电源电路的悉数负载，以差异是开关电源电路仍是负载电路有缺陷。若断开负载电路电压输出正常，阐明是负载过重；若仍不正常，阐明开关电源电路有缺陷。
2.输出电压端整流二极管、滤波电容失效等，能够经过代换法进行差异。
3.开关功率管的功用下降，必定致使开关管不能正常导通，使电源的内阻添加，带负载才调下降。
4.开关功率管的源极（S极），通常接一个阻值很小，但功率很大的电阻，作为过流保护查看电阻，此电阻的阻值通常在0.2到0.8之间。此电阻如变值或开焊，触摸不良也会构成输出电压过低的缺陷。
5.高频变压器不良，不光构成输出电压下降，还会构成开关功率管鼓舞短少然后屡损开关管。
6. 高压直流滤波电容不良，构成电源带负载才调差，一接负载输出电压便下降。
7.电源输出线触摸不良，有必定的触摸电阻，构成输出电压过低。
8.电网电压是不是过低。尽管开关电源在低压下依然能够输出额外的电压值，但当电网电压低于开关电源的最低电压绑缚值时，也会使输出电压过低。
修补办法：关于这种缺陷咱们能够依据以上缺陷要素，来逐个进行排查。但在实习修补时，可依据实习状况来进行排查，不用定要逐个排查。首要用万用表查看一下高压直流滤波电容是不是蜕变，容量是不是下降，能否正常充放电。如无以上景象，则丈量一下开关功率管的栅极（G极）的限流电阻以及源极（S极）的过流保护查看电阻是不是变值，蜕变或开焊，触摸不良。经差异后，若无疑问，咱们就查看一下高频变压器的铁芯是不是无缺无损。因在往常日子运用中，不可防止的重摔或重幢，使高频变压器的铁芯损坏。使高频变压器的磁通量，磁感应强度，以及磁路等都会遭到很大的影响，构成传输的功率，能量将会大打扣头。因为高频变压器为了减小涡流，增大高频沟通电的传输功率，它的铁芯是用软磁铁氧体系造而成的。这种磁性资料具有高的导磁率，但质脆，易碎。因而它的损坏率也是很高的。因而在修补时千万不要忘了查看此处，防止走弯路。除此以外还有或许即是输出滤波电容容量下降，乃至失容或开焊，虚接；电源输出限流电阻变值或虚接，电源输出线虚接等。在实习修补时，这些要素都不要放过，都应查看一下，以确保满有掌握。
七．散热电扇不转
这种缺陷要素首要是因为操控电扇的三极管（8550或8050）损坏，或许电扇本身损坏或风叶被杂物卡住。但有些开关电源中选用的是智能散热，关于选用这种办法散热的开关电源，热敏电阻损坏的概率是很大的。
修补办法：首要用万用表丈量一下操控电扇的三极管是不是损坏，若测得此管未损坏那就有或许是电扇本身损坏。能够把电扇从电路板上拔下来，别的接上一个12V的直流电（留神正负极），看是不是翻滚，并看有无异物卡住。若摇摆几下电扇的电线，电扇就翻滚，则阐明电线内部有断线或接头触摸不良。若仍不翻滚，则电扇必坏。关于选用智能散热的开关电源来说，除按上述查看外，还应查看一下热敏电阻是不是不良或损坏，开焊等。但要留神此热敏电阻为负温度系数的热敏电阻，替换时应留神。