開關穩壓電源系統維護研究

胡 輝，孔 斌

(商丘職業技術學院 機電系，河南 商丘 476000)

開關穩壓電源的體積小、效率高、性能穩定、有較強的過壓和過流保護等功能，使其不管在軍事領域還是民用領域，都有著不可磨滅的功勞. 以往在研究開關穩壓電源維護時，常常只對開關電源的基本原理和故障進行分析，在真正維護維修的過程中，技術人員不僅不能及時有效的排除故障，還容易造成誤判，給生產生活帶來不必要的損失[1]501-507. 本文通過對30種不同的開關穩壓電源進行研究和剖析，總結出一種典型電路模塊化的原理分析方法. 將開關穩壓電源電路劃分為主回路、正反饋電路、啟動電路、控制電路、穩壓電路5個模塊，使任何一種開關穩壓電路的特點都可套用這5個模塊. 根據5個模塊的功能對開關穩壓電源常見的典型故障進行分析，得出整體電路維修的理論依據. 然后根據理論數據對具體的故障現象進行分析，并闡述采用短路、串燈泡、接假負載、替換芯片的維修思路和方法.

1 開關穩壓電源工作原理

1.1 開關穩壓電源系統

開關穩壓電源主要由220V交流輸入及抗干擾電路、整流濾波電路、主回路、啟動電路、開關振蕩管、開關變壓器、正反饋(或有專用脈沖產生集成電路)、控制穩壓電路、次級整流輸出電路、過壓過流保護電路等組成. 其原理框圖如圖1所示.

圖1 開關穩壓電源原理框圖

1.2 開關穩壓電源工作原理

220 V交流市電通過電源開關和延遲保險絲，經抗干擾電路防止高頻雜波串擾市電網和電路，由整流濾波得到300 V左右的直流電壓. 300 V電壓一路經開關變壓器初級繞組線圈加到開關管集電極上，發射極串電阻接地構成主回路. 300 V電壓的另一路通過串聯2個電阻或電容到開關管的基極構成啟動電路，開機瞬間產生驅動開關管基極的電流. PWM脈沖產生電路產生驅動脈沖控制開關管進入開關工作狀態. 開關變壓器的主繞組中有脈沖電流流過，產生感應電壓感應到次級輸出繞組上，經整流濾波得到輸出電壓，為負載提供電源. 同時也在反饋繞組產生的感應電壓，與外圍電路構成一個正反饋電路，作為輔助電源用以保持集成電路中開關管開關工作狀態. 誤差電壓由基準電源與輸出電壓的一部分經過穩壓控制電路從中取樣電壓相比較產生. 可以通過改變PWM脈沖的寬度和頻率來控制開關管導通的頻率及時間長短來實現穩壓控制[2]103-105.

2 開關穩壓電源常見故障及檢修思路

2.1 保險絲正常，沒有輸出電壓

此故障現象說明開關穩壓電源處于保護狀態，或者根本就沒有工作. 首先檢測整流濾波之后有沒有300 V的直流電壓，將故障范圍進行隔離. 再檢測開關穩壓電源控制芯片或開關管的啟動管腳有沒有啟動電壓. 若有啟動電壓，則檢測控制芯片或開關管的輸出端在開機瞬間電平的變化. 有變化，說明開關管損壞；沒有變化，則說明外圍振蕩電路元器件或保護電路有問題，控制芯片也可能損壞. 若沒有啟動電壓，則檢查啟動電路中的元件是否漏電或損壞[3]4-7.

2.2 輸出電壓偏低

這種故障的出現，往往是由于穩壓控制電路故障、大濾波電容漏電失效、開關管老化不能正常導通、輸出端的整流濾波電路故障、開關變壓器性能不良、開關穩壓電源負載有短路等原因引起的. 針對這些故障原因，應重點檢查穩壓控制電路中的各個元件有無損壞，直觀檢查大濾波電容、測量開關管，更換輸出端的整流濾波電容，同時斷開開關電源電路的負載電路，以判斷是負載電路故障還是開關電源電路故障[4]3-6，19-23.

2.3 開機燒保險絲

此類故障說明電路中有超過負荷的大電流通過. 其原因：一是外部因素，如市電電壓過高，或遭到雷擊；二是內部因素，如電路中有元器件短路，如整流電路中的整流橋或其中的二極管擊穿、負溫度系數熱敏電阻、濾波電容擊穿、開關管擊穿，集成芯片燒壞等因素造成. 檢修時主要檢查抗干擾電路、整流濾波電路中的各二極管和濾波電容及開關管等部位.

2.4 輸出電壓過高

此故障現象多由穩壓控制電路和取樣電路故障造成. 開關穩壓電源若有過電壓保護電路，輸出電壓過高會導致保護電路工作，這種情況下，可先使保護電路停止工作，檢測開機瞬間的開關穩壓電源主電壓. 若高于正常值1 V以上，說明輸出電壓過高. 實際維修中，輸出電路故障、取樣電阻變值、誤差取樣放大電路損壞、電源控制芯片損壞、或光耦元件不良都會導致輸出電壓升高故障出現.

3 開關穩壓電源的維修方法

3.1 短路法

這種方法主要用于使用光耦元件作為控制電路的液晶顯示器和液晶電視的開關電源電路中，在輸出電壓過高時采用這種方法可以有效快速的判斷故障范圍. 在短路法使用之前，應先將負載斷開以保證開關穩壓電源的安全. 操作時短路光耦元件的光敏接收管的兩腳，相當于減小了光敏接收管的內阻，如檢測主電壓有變化，則說明故障在光耦合器之前；反之，故障在光耦合器之后的電路.

3.2 串聯燈泡法

這種方法主要用于懷疑電路有短路的故障現象，去掉保險絲，用60 W/220 V的燈泡串在保險絲兩端，接通交流220 V的市電，根據燈泡的明暗來判斷開關電源電路內部是否短路，如果燈泡亮度很亮，則說明電源電路中有短路現象. 因為燈泡工作時自身的阻值大概有500 Ω，在電路中可以起限流作用，可有效防止電路因短路而燒壞其他元器件. 短路故障排除之后，燈泡的亮度會自然變暗，最后將電路恢復原狀.

3.3 假負載法

維修開關穩壓電源，常常采用假負載法來判斷故障是出在電源本身還是出在負載電路. 這種方法在普通的開關電源的維修過程中應用非常普遍. 斷開負載不能直接開機，原因是開關變壓器開關管截止期間儲存在主繞組上的能量要向次級繞組釋放，若沒有負載，則主繞組上儲存的能量釋放不出去，開關管很容易擊穿損壞. 彩色電視機上一般選取100 W/220 V的燈泡作為假負載(小型電器上可選擇30～60 W的燈泡或大功率電阻來替代)，根據燈泡的明暗程度和是否發光來判斷故障部位.

3.4 代換法

現在的液晶顯示設備和一些新型開關電源中經常使用開關電源控制集成芯片，如果懷疑這些控制芯片有故障時，最好用正常的芯片進行代換，來提高維修效率.

4 結語

通過對開關穩壓電源系統工作原理的分析，在了解了開關穩壓電源常見的幾種故障后，可以充分認識到開關穩壓電源在工作時容易出問題的元件和電路，從而采取有效的方法去避免故障的發生，用正確的方法去解決開關穩壓電源常見的故障并加以維護，提高開關穩壓電源的使用效率.

[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2] 沙占友.新型單片開關電源設計與應用技術[M].北京：電子工業出版社，2004.

[3] 李金伴，李捷輝，李捷明.開關電源技術[M].北京：化學工業出版社，2006.

[4] Marty Brown. 開關電源設計指南[M]. 徐德鴻，沈 旭，楊成林，周鄧燕 譯. 北京：機械工業出版社，2004.