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開關(guān)電源的工作原理和常見故障有哪些

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1199次  |  2020年05月09日  

開關(guān)電源的主要電路是由:防雷電路,輸入電磁干擾濾波器(ElectromagneticInterference,簡(jiǎn)稱EMI),輸入整流濾波電路,功率變換電路,脈寬調(diào)制(PWM)控制器電路,輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過壓,欠壓保護(hù)電路,輸出過壓,欠壓保護(hù)電路,輸出過流保護(hù)電路,輸出短路保護(hù)電路等。開關(guān)電源的電路組成方框圖如下:

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220V的交流電經(jīng)交流濾波電路濾除外來的雜波信號(hào),同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)電網(wǎng)的干擾。再經(jīng)二極管橋式整流電路和濾波電路,整流濾波后得到約300V的直流電,送給功率變換電路進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換。功率變換電路中的開關(guān)功率管(IGBT)就在脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器(UC3842)輸出的脈沖控制信號(hào)和驅(qū)動(dòng)下,工作在“開”“關(guān)”狀態(tài),從而將300V直流電切換成寬度可變的高頻脈沖電壓。把高頻脈沖電壓送給高頻變壓器,高頻變壓器的次級(jí)(二次側(cè))就會(huì)感應(yīng)出一定的高頻脈沖交流電,并送給高頻整流濾波電路進(jìn)行整流,濾波。經(jīng)高頻整流濾波后便可得到我們所需的各種直流電壓。輸出電壓下降或上升時(shí),由取樣電路將取樣信號(hào)通過光電耦合器(PC817),送入控制電路,經(jīng)過其內(nèi)部調(diào)制,由控制電路的輸出端將變寬的或變窄的驅(qū)動(dòng)脈沖送到開關(guān)功率管的柵極(G極),使變換電路產(chǎn)生的高頻脈沖方波也隨之變寬或變窄,由此改變輸出電壓平均值的大小,從而使直流電壓基本穩(wěn)定在所須的電壓值上。開關(guān)電源的電路原理圖如下:

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開關(guān)電源的常見故障分析及維修

由于開關(guān)電源的輸入部分工作在高壓,大電流的狀態(tài)下,故障率最高,如高壓大電流整流二極管,濾波電容,開關(guān)功率管等較易損壞。其次就是輸出整流部分的整流二極管,保護(hù)二極管,濾波電容,限流電阻等較易損壞;再就是脈寬調(diào)制控制器的反饋部分和保護(hù)部分。

下面就對(duì)開關(guān)電源常見故障產(chǎn)生的原因作一分析及如何排除這些故障的維修方法。

一.保險(xiǎn)絲熔斷

一般情況下,保險(xiǎn)絲熔斷說明開關(guān)電源的內(nèi)部電路存在短路或過流的故障。由于開關(guān)電源工作在高電壓,大電流的狀態(tài)下,直流濾波和變換振蕩電路在高壓狀態(tài)工作時(shí)間太長,電壓變化相對(duì)大。電網(wǎng)電壓的波動(dòng),浪涌都會(huì)引起電源內(nèi)電流瞬間增大而使保險(xiǎn)絲熔斷。重點(diǎn)應(yīng)檢查電源輸入端的整流二極管,高壓濾波電解電容,開關(guān)功率管,UC3842本身及外圍元器件等。檢查一下這些元器件有無擊穿,開路,損壞,燒焦,炸裂等現(xiàn)象。

維修方法:首先仔細(xì)查看電路板上面的各個(gè)元件,看是否在這些元件的外表有沒有被燒糊,有沒有電解液溢出,聞一聞?dòng)袥]有異味。經(jīng)看,聞之后,再用萬用表進(jìn)行檢查。首先測(cè)量一下電源輸入端的電阻值,若小于200K,則說明后端有局部短路現(xiàn)象,然后分別測(cè)量四只整流二極管正,反向電阻和兩個(gè)限流電阻的阻值,看其有無短路或燒壞;然后再測(cè)量一下電源濾波電容是否能進(jìn)行正常充放電,再就測(cè)量一下開關(guān)功率管是否擊穿損壞,以及UC3842本身,及周圍元件是否擊穿,燒壞等。需要說明的一點(diǎn)是:因是在路測(cè)量,有可能會(huì)使測(cè)量結(jié)果有誤,造成誤判。因此必要時(shí)可把元器件焊下來再進(jìn)行測(cè)量。如果仍然沒有上述情況則測(cè)量一下輸入電源線及輸出電源線是否內(nèi)部短路。一般情況下,熔斷器熔斷故障,整流二極管,電源濾波電容,開關(guān)功率管,UC3842是易損件,損壞的概率可達(dá)95%以上,一般著重檢查一下這些元器件,就可很容易排除此類故障。

二.無直流電壓輸出或電壓輸出不穩(wěn)定

如果保險(xiǎn)絲是完好的,在有負(fù)載的情況下,各級(jí)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(xiàn)開路,短路現(xiàn)象,過壓,過流保護(hù)電路出現(xiàn)故障,振蕩電路沒有工作,電源負(fù)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。

維修方法:首先,用萬用表測(cè)量一下高頻變壓器次級(jí)的各個(gè)元器件是否有損壞。在排除了高頻整流二極管擊穿、負(fù)載短路的情況后,然后在測(cè)量各輸出端的直流電壓,如果這時(shí)輸出仍為零,則可以肯定是電源的控制電路出了故障??刂齐娐返膬刹糠质羌砷_關(guān)電源控制器和過壓保護(hù)電路。最后用萬用表靜態(tài)測(cè)量高頻濾波電路中整流二極管及低壓濾波電容是否損壞。如果確實(shí)相關(guān)的元件損壞,在更換好新的完好的元件后,開機(jī)測(cè)試,一般故障即可排除。需要說明的是:電源輸出線斷線或開焊,虛焊也會(huì)造成這種故障。在維修時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)。

三.電源負(fù)載能力差

電源負(fù)載能力差是一個(gè)常見的故障,一般都是出現(xiàn)在老式或是工作時(shí)間長的電源中,主要原因是各元器件老化,開關(guān)管的工作不穩(wěn)定,沒有及時(shí)進(jìn)行散熱等。此外還有穩(wěn)壓二極管發(fā)熱漏電,整流二極管損壞等。

維修方法:用萬用表著重檢查一下穩(wěn)壓二極管,高壓濾波電容,限流電阻有無變質(zhì)等再仔細(xì)檢查一下電路板上的所有焊點(diǎn)是否開焊,虛接等。把開焊的焊點(diǎn)重新焊牢,更換變質(zhì)的元器件,一般故障即可排除。

四.無直流電壓輸出,但保險(xiǎn)絲完好

這種現(xiàn)象說明開關(guān)電源未工作,或者工作后進(jìn)入了保護(hù)狀態(tài)。

維修方法:首先應(yīng)判斷一下開關(guān)電源的主控芯片UC3842是否處在工作狀態(tài)或已經(jīng)損壞。判斷方法是這樣的:加電測(cè)UC3842的第7腳對(duì)地電壓,若測(cè)第8腳有+5V電壓,1,2,4,6腳也有不同的電壓,則說明電路已起振,UC3842基本正常;若7腳電壓低,其余管腳無電壓或不波動(dòng),則UC3842已損壞。UC3842芯片損壞最常見的是6,7腳對(duì)地?fù)舸?,7腳對(duì)地?fù)舸┖?,7腳對(duì)地?fù)舸?。如果這幾只腳都為擊穿,而開關(guān)電源還是不能正常啟動(dòng),則UC3842必壞,應(yīng)直接更換。若判斷芯片未壞,則就著重檢查開關(guān)功率管的柵極(G極)的限流電阻是否開焊,虛接,變值,變質(zhì)以及開關(guān)功率管本身是否性能不良。除此之外,電源輸出線也有可能斷線或接觸不良也會(huì)造成這種故障。因此在維修時(shí)也應(yīng)注意檢查一下。

五.有直流電壓輸出,但輸出電壓過高

這種故障往往來自于穩(wěn)壓取樣和穩(wěn)壓控制電路出現(xiàn)故障所致。在開關(guān)電源中,直流輸出、取樣電阻、誤差取樣放大器(如LM324,LM358等)、光耦合器(PC817)、電源控制芯片(UC3842)等電路共同構(gòu)成了一個(gè)閉合的控制環(huán)路,任何一處出問題都會(huì)導(dǎo)致輸出電壓升高。

維修方法:由于開關(guān)電源中有過壓保護(hù)電路,輸出電壓過高首先會(huì)使過壓保護(hù)電路動(dòng)作。因此對(duì)于這種故障的維修,我們可以通過斷開過壓保護(hù)電路,使過壓保護(hù)電路不起作用,在這時(shí),測(cè)量開機(jī)瞬間的電源主電壓。如果測(cè)量值比正常值高出IV以上,說明輸出電壓過高。我們應(yīng)著重檢查取樣電阻是否變值或損壞,精密穩(wěn)壓放大器(TL431)或光耦合器(PC817)性能不良,變質(zhì)或損壞;其中精密穩(wěn)壓放大器(TL431)極易損壞,我們可用下述方法對(duì)精密穩(wěn)壓放大器(TL431)作出好壞的判別:將TL431的參考端(Ref)與它的陰極(Cathode)相連,串10k的電阻,接入5V電壓,若陽極(Anode)與陰極之間為2.5V,并且等待片刻還仍然為2.5V,則為好管,否則為壞管。

六.有直流電壓輸出,但輸出直流電壓過低

對(duì)于這種故障現(xiàn)象,根據(jù)維修經(jīng)驗(yàn)可知,除穩(wěn)壓控制電路會(huì)引起輸出電壓過低外,還有一些原因會(huì)引起輸出電壓過低,主要有以下幾點(diǎn):

1.開關(guān)電源負(fù)載有短路故障。此時(shí),應(yīng)斷開開關(guān)電源電路的所有負(fù)載,以區(qū)分是開關(guān)電源電路還是負(fù)載電路有故障。若斷開負(fù)載電路電壓輸出正常,說明是負(fù)載過重;若仍不正常,說明開關(guān)電源電路有故障。

2.輸出電壓端整流二極管、濾波電容失效等,可以通過代換法進(jìn)行判斷。

3.開關(guān)功率管的性能下降,必然導(dǎo)致開關(guān)管不能正常導(dǎo)通,使電源的內(nèi)阻增加,帶負(fù)載能力下降。

4.開關(guān)功率管的源極(S極),通常接一個(gè)阻值很小,但功率很大的電阻,作為過流保護(hù)檢測(cè)電阻,此電阻的阻值一般在0.2到0.8之間。此電阻如變值或開焊,接觸不良也會(huì)造成輸出電壓過低的故障。

5.高頻變壓器不良,不但造成輸出電壓下降,還會(huì)造成開關(guān)功率管激勵(lì)不足從而屢損開關(guān)管。

6.高壓直流濾波電容不良,造成電源帶負(fù)載能力差,一接負(fù)載輸出電壓便下降。

7.電源輸出線接觸不良,有一定的接觸電阻,造成輸出電壓過低。

8.電網(wǎng)電壓是否過低。雖然開關(guān)電源在低壓下仍然可以輸出額定的電壓值,但當(dāng)電網(wǎng)電壓低于開關(guān)電源的最低電壓限定值時(shí),也會(huì)使輸出電壓過低。

維修方法:對(duì)于這種故障我們可以根據(jù)以上故障原因,來逐一進(jìn)行排查。但在實(shí)際維修時(shí),可根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行排查,不一定要逐一排查。首先用萬用表檢查一下高壓直流濾波電容是否變質(zhì),容量是否下降,能否正常充放電。如無以上現(xiàn)象,則測(cè)量一下開關(guān)功率管的柵極(G極)的限流電阻以及源極(S極)的過流保護(hù)檢測(cè)電阻是否變值,變質(zhì)或開焊,接觸不良。經(jīng)判別后,若無問題,我們就檢查一下高頻變壓器的鐵芯是否完好無損。因在日常生活使用中,不可避免的重摔或重幢,使高頻變壓器的鐵芯損壞。使高頻變壓器的磁通量,磁感應(yīng)強(qiáng)度,以及磁路等都會(huì)受到很大的影響,造成傳輸?shù)男?,能量將?huì)大打折扣。由于高頻變壓器為了減小渦流,增大高頻交流電的傳輸效率,它的鐵芯是用軟磁鐵氧體制作而成的。這種磁性材料具有高的導(dǎo)磁率,但質(zhì)脆,易碎。因此它的損壞率也是很高的。因此在維修時(shí)千萬不要忘了檢查此處,以免走彎路。除此之外還有可能就是輸出濾波電容容量降低,甚至失容或開焊,虛接;電源輸出限流電阻變值或虛接,電源輸出線虛接等。在實(shí)際維修時(shí),這些因素都不要放過,都應(yīng)檢查一下,以保證萬無一失。

七.散熱風(fēng)扇不轉(zhuǎn)

這種故障原因主要是由于控制風(fēng)扇的三極管(8550或8050)損壞,或者風(fēng)扇本身損壞或風(fēng)葉被雜物卡住。但有些開關(guān)電源中采用的是智能散熱,對(duì)于采用這種方式散熱的開關(guān)電源,熱敏電阻損壞的概率是很大的。

維修方法:首先用萬用表測(cè)量一下控制風(fēng)扇的三極管是否損壞,若測(cè)得此管未損壞那就有可能是風(fēng)扇本身損壞??梢园扬L(fēng)扇從電路板上拔下來,另外接上一個(gè)12V的直流電(注意正負(fù)極),看是否轉(zhuǎn)動(dòng),并看有無異物卡住。若擺動(dòng)幾下風(fēng)扇的電線,風(fēng)扇就轉(zhuǎn)動(dòng),則說明電線內(nèi)部有斷線或接頭接觸不良。若仍不轉(zhuǎn)動(dòng),則風(fēng)扇必壞。對(duì)于采用智能散熱的開關(guān)電源來說,除按上述檢查外,還應(yīng)檢查一下熱敏電阻是否不良或損壞,開焊等。但要注意此熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻,更換時(shí)應(yīng)注意。

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