機(jī)載計(jì)算機(jī)開關(guān)電源常見故障分析

王 棟 馮 倩 張斌峰

（中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

機(jī)載計(jì)算機(jī)開關(guān)電源常見故障分析

王 棟 馮 倩 張斌峰

（中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

隨著航空電子設(shè)備的迅速發(fā)展，越來越多的電子設(shè)備被應(yīng)用到飛機(jī)上。開關(guān)電源是機(jī)載計(jì)算機(jī)重要的組成部分，直接影響到計(jì)算機(jī)的正常工作，文章重點(diǎn)介紹了機(jī)載計(jì)算機(jī)開關(guān)電源的構(gòu)成和工作原理，并總結(jié)了故障排除思路與方法。

開關(guān)穩(wěn)壓電源；PWM；推挽電路；過流保護(hù)；過壓保護(hù)

近年來隨著航空電子設(shè)備的迅速發(fā)展，機(jī)載計(jì)算機(jī)的發(fā)展日新月異。機(jī)載電源模塊是機(jī)載計(jì)算機(jī)的直接供電設(shè)備，是機(jī)載計(jì)算機(jī)的重要組成部分。開關(guān)電源因具有功耗小，效率高，體積小，重量輕，穩(wěn)壓范圍寬，線性調(diào)整率高等諸多優(yōu)點(diǎn)而被采用。本文主要闡述了一種三路輸出開關(guān)電源的組成和基本工作原理，并對(duì)其中常見故障進(jìn)行分析并提出了維修方法。

1 開關(guān)電源基本工作原理和模塊組成

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

本文所述的開關(guān)電源主要由5部分構(gòu)成，如圖1所示。

圖1　開關(guān)穩(wěn)壓電源電路結(jié)構(gòu)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(gè)L形濾波電路，其功能是把輸入的直流波動(dòng)電壓濾波成紋波電壓符合設(shè)計(jì)要求的直流電壓，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)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(shí)際上是由兩個(gè)單端正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路組成，它們工作時(shí)相位相反，在每一個(gè)工作周期內(nèi)，兩個(gè)功率開關(guān)管交替導(dǎo)通和截止，在各自導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)，分別把輸入電源的能量提供給后端，是開關(guān)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(gè)三端穩(wěn)壓器構(gòu)成，用于將高頻方波脈沖電壓經(jīng)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(dòng)和輸出負(fù)載大小的變化。

1.4控制電路

要保證開關(guān)電源的正常工作，都需要相應(yīng)的、要求非常嚴(yán)格的控制信號(hào)來控制和調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而使電路中的功率開關(guān)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(gè)SG1525芯片組成，此芯片是一個(gè)集成PWM控制器，里面包含了比較、基準(zhǔn)源、振蕩器、PWM等電路，根據(jù)輸出端和保護(hù)電路反饋回來的電壓信號(hào)，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度，從而達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的，使整個(gè)電路形成一個(gè)具有自適應(yīng)能力的自動(dòng)控制反饋閉合環(huán)路。

圖3　控制電路

1.5保護(hù)電路

保護(hù)電路主要有過流保護(hù)和過壓保護(hù)電路，過流保護(hù)是由一個(gè)電流互感器和SG1525組成，電流互感器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)反饋給控制電路，當(dāng)負(fù)載系統(tǒng)出現(xiàn)短路現(xiàn)象時(shí)可以迅速關(guān)斷電源電路，來保護(hù)電路本身和負(fù)載系統(tǒng)不受損壞。過壓保護(hù)主要是由分壓電路和SG1525組成，輸出端電壓經(jīng)分壓后反饋給SG1525，其內(nèi)置比較電路進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)異常就能輸出一個(gè)控制信號(hào)使電源電路中的功率開關(guān)管立即停止工作。

2 開關(guān)電源模塊常見故障分析

根據(jù)電源的故障現(xiàn)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(xiàn)象為三路或其中幾路無輸出，有時(shí)伴有大電流等現(xiàn)象發(fā)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(xiàn)為輸入電壓發(fā)生變化或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)輸出電壓變化大，超出范圍。故障現(xiàn)象雖然簡單，但故障原因較為多樣，排查時(shí)需結(jié)合其他設(shè)備和故障現(xiàn)象詳細(xì)測量后才能定位。本節(jié)就對(duì)該模塊這兩種類型的故障，分別進(jìn)行相應(yīng)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(xiàn)為兩種故障現(xiàn)象:

2.1.1三路無輸出

針對(duì)上述故障現(xiàn)象，可以通過測試臺(tái)簡單通電觀察供電電源的電壓和電流變化，來進(jìn)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(gè)毫安。根據(jù)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和工作原理可以從開關(guān)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(gè)他激型推挽電路和驅(qū)動(dòng)控制電路。可以先重點(diǎn)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(qū)動(dòng)控制電路部分，影響驅(qū)動(dòng)信號(hào)正常產(chǎn)生的原因比較多，其中輔助電源的工作異常就會(huì)影響到 SG1525芯片的正常工作導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)波形的異常，過流保護(hù)電路中的電流互感器發(fā)生短路SG1525芯片也會(huì)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)，導(dǎo)致無輸出，此時(shí)就要對(duì)輔助電源和過流保護(hù)電路進(jìn)行重點(diǎn)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(xiàn)斷路故障，可以重點(diǎn)檢查保險(xiǎn)絲是否熔斷，如果發(fā)生保險(xiǎn)絲斷路，更換保險(xiǎn)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(diǎn)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(jù)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)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(wěn)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(duì)第二種故障現(xiàn)象，根據(jù)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)可以初步判定，是開關(guān)電源后端發(fā)生短路導(dǎo)致，可重點(diǎn)檢查無輸出端是否發(fā)生器件開路導(dǎo)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(wěn)定度和負(fù)載調(diào)整率變差，根據(jù)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和工作原理就可以發(fā)現(xiàn)，電壓穩(wěn)定度和負(fù)載調(diào)整率超差可以分為兩個(gè)部分來分析，+5V的輸出電壓調(diào)節(jié)是采樣電路將采到的電壓信號(hào)反饋到控制電路然后通過調(diào)整工作波形的占空比來調(diào)節(jié)+5V的輸出電壓的，而±15V是在后端通過一個(gè)三端穩(wěn)壓器來實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，所以后者更容易檢查和維修。

+5V的輸出電壓輸出調(diào)節(jié)主要靠控制電路PWM調(diào)節(jié)，所以電壓穩(wěn)定度和負(fù)載穩(wěn)定度超差都和控制電路有關(guān)系，根據(jù)電路結(jié)構(gòu)一般可以分為兩部分檢查：

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

（2）控制電路，測量驅(qū)動(dòng)波形是否正確，如果驅(qū)動(dòng)波形異常，會(huì)影響到推挽電路的正常工作，從而導(dǎo)致無法正確調(diào)節(jié)輸出端的電壓，可重點(diǎn)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(diǎn)檢查電感和三端穩(wěn)壓器。

3 結(jié)束語

通過對(duì)工作實(shí)踐總結(jié)，對(duì)該簡單的開關(guān)電源模塊的基本結(jié)構(gòu)和工作原理有了更加深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)常見故障做了分析并提出了維修的思路，提高了技術(shù)能力，對(duì)類似開關(guān)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(guān)穩(wěn)壓電源原理及設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社,2008.

[2] 趙同賀.新型開關(guān)電源典型電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)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(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所助理工程師，研究方向?yàn)殚_關(guān)電源的調(diào)測。