引言
开关电源就是利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等),通过控制电路,使电子开关器件不停地“接通”和“关断”,让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制,从而实现DC/AC、DC/DC电压变换,以及输出电压可调和自动稳压。由于开关电源电路复杂,保护电路多,维修困难,要迅速排除开关电源的故障,对维修人员来讲,熟练掌握开关电源的基本组成和工作原理非常重要。
开关电源工作原理
开关电源的工作过程相当容易理解,在线性电源中,让功率晶体管工作在线性模式,与线性电源不同的是,PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态,在这两种状态中,加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的(在导通时,电压低,电流大;关断时,电压高,电流小)/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。
与线性电源相比,PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”,即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。
上图中市电(交流电)入口进去的第一部分称为一级EMI,主要负责内部电路与外部电源之间的过渡,在一级EMI旁边还有二级EMI,这些一二级EMI主要起到电路保护作用,比如当外部电源有波动的时候,一二级EMI会减少内部冲突,从而保护电源内部的硬件不容易受到损坏,另外当电源内部硬件出现不稳定,一二级EMI可以抑制内部波动冲击外部电路,以免影响其他电器的正常使用,简单来说一二级EMI相当于一层滤网,防止双向冲击,对于一款合格的开关电源来说,一二级EMI都是必要的,当对于山寨低价电源来说,往往为了节省成本,省去了一二级EMI,尽管不影响电源功能,但对于电源的稳定性以及干扰外部电源还是有影响的。
一二级EMI电路过后,就到了整流部分了,这里主要有一个由四个整流二极管组建的整流桥堆,其功能是实现,将交流电转变成为直流电。其之后就是高压滤波电路了,这里会看到有一个或者两个大电容,以电感线圈等,主要负责进来的交流电进行滤波,由于外部交流电频率可能波动较大,通过电容与线圈进行滤波,可以得到比较平滑的直主流电。
再往下就是中间部分了,在电源的中间是变压器部分。由于开关电源有多路输出,包括3.3V、5V、12V等等,因此需要变压器,将前面的直流电分成几组输出电压。在变压器之后的下面,就是电源输出部分了。
3843开关电源电路常见故障及维修方法
1.烧保险或炸管
主要检查300V上的大滤波电容、整流桥各二极管及开关管等部位,抗干扰电路出问题也会导致保险烧、发黑。需要注意的是:因开关管击穿导致保险烧一般会把电流检测电阻和电源控制芯片烧坏。负温度系数热敏电阻、整流桥也会和保险一起被烧坏。
2.无输出,保险管正常这种现象说明开关电源未工作或进入了保护状态。
首先要测量电源控制芯片的启动脚是否有启动电压,若无启动电压或者启动电压太低,则要检查启动电阻和启动脚外接的元件是否漏电,此时如电源控制芯片正常,则经上述检查可以迅速查到故障。若有启动电压,则测量控制芯片的输出端在开机瞬间是否有高、低电平的跳变,若无跳变,说明控制芯片坏、外围振荡电路元件或保护电路有问题,可先代换控制芯片,再检查外围元件;若有跳变,一般为开关管不良或损坏。
3.有输出电压,但输出电压过高
这种故障一般来自于稳压取样和稳压控制电路。在直流输出、取样电阻、误差取样放大器如TL431、光耦、电源控制芯片等电路共同构成一个闭合的控制环路,任何一处出问题就会导致输出电压升高。
4.输出电压过低
除稳压控制电路会引起输出电压低,还有下面一些原因也会引起输出电压低:
a开关电源负载有短路故障(特别是DC/DC变换器短路或性能不良等),此时,应该断开开关电源电路的所有负载,以区分是开关电源电路还是负载电路有故障。若断开负载电路电压输出正常,说明是负载过重或仍不正常说明开关电源电路有故障。
b输出电压端整流二极管、c滤波电容失效等,可以通过代换法进行判断。
c开关管的性能下降,必然导致开关管不能正常导通,使电源的内阻增加,带负载能力下降。
d开关变压器不良,不但造成输出电压下降,还会造成开关管激励不足从而屡损开关管。
e300V滤波电容不良,造成电源带负载能力差,一接负载输出电压便会下降。
5.空载通电开关管温度不断升高
这种故障不多见一旦发现要马上断电,因为随着开关管的温度升高必然会导致开关管烧坏,带来不必要的麻烦。
遇到这种情况检查RCD吸收电路的二极管是否软击穿,电阻是否变阻,主要是二极管,如果测得都正常,就用代换法排除,有些JS为了利益虚假标识,二极管的实际耐压达不到标准,所以必须用同型号不同厂家的二极管代换。