機載計算機開關電源常見故障分析

王 棟 馮 倩 張斌峰

（中航工業西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710068）

機載計算機開關電源常見故障分析

王 棟 馮 倩 張斌峰

（中航工業西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710068）

隨著航空電子設備的迅速發展，越來越多的電子設備被應用到飛機上。開關電源是機載計算機重要的組成部分，直接影響到計算機的正常工作，文章重點介紹了機載計算機開關電源的構成和工作原理，并總結了故障排除思路與方法。

開關穩壓電源；PWM；推挽電路；過流保護；過壓保護

近年來隨著航空電子設備的迅速發展，機載計算機的發展日新月異。機載電源模塊是機載計算機的直接供電設備，是機載計算機的重要組成部分。開關電源因具有功耗小，效率高，體積小，重量輕，穩壓范圍寬，線性調整率高等諸多優點而被采用。本文主要闡述了一種三路輸出開關電源的組成和基本工作原理，并對其中常見故障進行分析并提出了維修方法。

1 開關電源基本工作原理和模塊組成

本文所述開關電源屬于降壓式開關穩壓電源，其工作原理是：+28V電壓進入電源經過一次整流濾波后，把+28V直流轉換成高頻脈沖的交流源，再經過二次整流濾波后，得到三路穩定的直流輸出電壓，同時在輸出部分有采樣電路將采集的電壓信號反饋給控制電路，脈寬調制電路通過改變占空比以達到穩定輸出電壓的目的。

本文所述的開關電源主要由5部分構成，如圖1所示。

圖1　開關穩壓電源電路結構圖

1.1輸入電路

輸入電路主要是由電感和電容組成的兩個L形濾波電路，其功能是把輸入的直流波動電壓濾波成紋波電壓符合設計要求的直流電壓，同時也阻礙本機產生的雜波反饋到輸入端。

1.2功率變換電路

由圖2可以看出，功率變換電路主要為他激型推挽電路,該種電路實際上是由兩個單端正激式開關穩壓電源電路組成，它們工作時相位相反，在每一個工作周期內，兩個功率開關管交替導通和截止，在各自導通的半個周期內，分別把輸入電源的能量提供給后端，是開關電源的核心部分。

圖2　功率變換電路

1.3輸出電路

輸出電路主要由電感和電容組成的L型濾波電路和一個三端穩壓器構成，用于將高頻方波脈沖電壓經過整流濾波后變成符合要求的直流電壓輸出，此電壓受控于輸入電壓的波動和輸出負載大小的變化。

1.4控制電路

要保證開關電源的正常工作，都需要相應的、要求非常嚴格的控制信號來控制和調節驅動器所產生的驅動信號，從而使電路中的功率開關管能夠安全、可靠的按照輸出電壓要求來工作。如圖3所示，本文所使用的控制電路主要由一個SG1525芯片組成，此芯片是一個集成PWM控制器，里面包含了比較、基準源、振蕩器、PWM等電路，根據輸出端和保護電路反饋回來的電壓信號，通過調節驅動信號的脈沖寬度，從而達到穩定電壓的目的，使整個電路形成一個具有自適應能力的自動控制反饋閉合環路。

圖3　控制電路

1.5保護電路

保護電路主要有過流保護和過壓保護電路，過流保護是由一個電流互感器和SG1525組成，電流互感器將電流信號轉換成電壓信號反饋給控制電路，當負載系統出現短路現象時可以迅速關斷電源電路，來保護電路本身和負載系統不受損壞。過壓保護主要是由分壓電路和SG1525組成，輸出端電壓經分壓后反饋給SG1525，其內置比較電路進行比較后發現異常就能輸出一個控制信號使電源電路中的功率開關管立即停止工作。

2 開關電源模塊常見故障分析

根據電源的故障現象，可將其大致分為兩類。第一類是電源上電無輸出故障，主要故障現象為三路或其中幾路無輸出，有時伴有大電流等現象發生。第二類是電源上電有輸出但電壓值超差的故障，主要表現為輸入電壓發生變化或負載發生變化時輸出電壓變化大，超出范圍。故障現象雖然簡單，但故障原因較為多樣，排查時需結合其他設備和故障現象詳細測量后才能定位。本節就對該模塊這兩種類型的故障，分別進行相應排故思路的簡單介紹。

2.1電源無輸出故障分析及維修

電源上電無輸出的故障，主要表現為兩種故障現象:

2.1.1三路無輸出

針對上述故障現象，可以通過測試臺簡單通電觀察供電電源的電壓和電流變化，來進行初步判斷，電壓和電流大致有三種變化：

（1）供電電源電壓正常電流輸出較小，只有幾個毫安。根據開關電源的結構和工作原理可以從開關電源的核心部分功率變換電路查起。功率變換電路的核心部分是一個他激型推挽電路和驅動控制電路。可以先重點測量推挽電路的功率管和二極管是否正常來判斷這部分故障的可能性，再檢查驅動控制電路部分，影響驅動信號正常產生的原因比較多，其中輔助電源的工作異常就會影響到 SG1525芯片的正常工作導致驅動波形的異常，過流保護電路中的電流互感器發生短路SG1525芯片也會關斷驅動信號，導致無輸出，此時就要對輔助電源和過流保護電路進行重點檢查。

（2）供電電源電壓正常無電流輸出，由此可以判斷電源沒有工作，輸入端可能出現斷路故障，可以重點檢查保險絲是否熔斷，如果發生保險絲斷路，更換保險后不能立即通電測試，需全面檢查輸入端或輸出端是否有短路器件，可重點檢查輸入端濾波電路的電容或電感，全面檢查后，排除器件短路的可能性后方可通電測試。

（3）供電電源輸出電流比較大且電壓被拉低，根據開關電源的結構和工作原理就可以初步判定輸入端有短路器件造成，可檢查輸入端的濾波電路，電容，電感穩壓管等存在短路。

2.1.2其中一路或兩路無輸出，其他路輸出正常

針對第二種故障現象，根據開關電源的結構可以初步判定，是開關電源后端發生短路導致，可重點檢查無輸出端是否發生器件開路導致。

2.2輸出電壓超差故障分析及維修

電壓超差的主要原因是電壓穩定度和負載調整率變差，根據開關電源的結構和工作原理就可以發現，電壓穩定度和負載調整率超差可以分為兩個部分來分析，+5V的輸出電壓調節是采樣電路將采到的電壓信號反饋到控制電路然后通過調整工作波形的占空比來調節+5V的輸出電壓的，而±15V是在后端通過一個三端穩壓器來實現電壓的調節，所以后者更容易檢查和維修。

+5V的輸出電壓輸出調節主要靠控制電路PWM調節，所以電壓穩定度和負載穩定度超差都和控制電路有關系，根據電路結構一般可以分為兩部分檢查：

（1）樣電路，可以重點檢查取樣電阻的阻值是否發生變化，一般由于老化等問題，反饋電阻可能發生開路或電阻值降低等故障都會影響輸出端電壓的調整。

（2）控制電路，測量驅動波形是否正確，如果驅動波形異常，會影響到推挽電路的正常工作，從而導致無法正確調節輸出端的電壓，可重點檢查SG1525的外圍電路。

（3）±15V輸出電壓超差多是由于后端電路造成，可重點檢查電感和三端穩壓器。

3 結束語

通過對工作實踐總結，對該簡單的開關電源模塊的基本結構和工作原理有了更加深入的認識，對常見故障做了分析并提出了維修的思路，提高了技術能力，對類似開關電源模塊的維修工作具有普遍的借鑒意義。

[1] 王水平,賈靜,方海燕,等.開關穩壓電源原理及設計[M].北京:人民郵電出版社,2008.

[2] 趙同賀.新型開關電源典型電路設計與應用[M].北京:機械工業出版社,2010.

Analysis of common fault of airborne computer switching power supply

With the rapid development of aviation electronic equipment, more and more electronic devices are applied to aircraft. As one of the key ingredients in airborne computer, switching power plays an important role in normal operation of airborne computer. In th is paper, the composition and working principle of switching power were introduced and the ideas and methods of troubleshooting were s ummarized.

Switching power supply;PWM;push-pull circuit;over current protection;over voltage protection

V24

A

1008-1151(2015)04-0059-02

2015-03-10

王棟（1982-），男，中航工業西安航空計算技術研究所助理工程師，研究方向為開關電源的調測。