開關電源電路原理與檢修

湛江市第二技工學校 任巧靈

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開關電源電路原理與檢修

湛江市第二技工學校 任巧靈

【摘要】近年來各種電子設備的開關穩壓電源逐步由分立元件結構發展到以集成電路為核心的電路，配合少量外圍器件完成穩定的大功率電流、電壓輸出。這種以集成電路為核心的新型開關穩壓電源具有過壓過流自身保護功能等特點。本文通過典型實例闡述了開關電源電路的原理與檢修。

【關鍵詞】開關電源；傳統線性電源；集成電路

0 前言

開關式穩壓電源，是一個將交流轉換為直流，將直流又轉換為交流，再將交流轉換為穩定直流電的電源轉換電路。它是通過改變電路中控制元件的導通時間來調整電壓大小隨負載而變化，且無論輸入電壓和電源負載發生何種變化，它都能使輸出電壓保持在一個非常穩定的工作狀態，是一種新型直流穩壓電源，其效率可達85%以上，穩壓范圍寬。除此之外，還具有穩壓精度高等特點，是一種較理想的穩壓電源。正因為如此，開關式穩壓電源已廣泛應用于各種電子設備中。

1 開關電源技術的發展

以分立元件為主體的傳統開關電源是以大體積的工頻變壓器將市電變壓至適當的交流電壓，再整流成脈動直流電，再連接大容量的電解電容來進行濾波，濾波后加上線性穩壓電路。其調整管工作在放大狀態，發熱量大，還需要加大體積的散熱片，且工作效率不高。逐步以集成電路為主體的新型開關電源所取代，各種新型開關電源集成控制器的不斷出現，省掉了大體積的變壓器，其開關管工作在飽和和截止狀態，發熱小，效率高。開關電源集成控制器除控制主電路把交流電轉換成符合要求的高頻方波脈沖電壓外，還要執行電壓調整、電流檢測、溫度監視、電路運行狀況檢測及各種保護功能，以此保證所有參數在電源運行過程中都不偏離正常值。

2 開關電源的結構組成

圖1 開關電源的組成

開關電源的結構主要由輸入整流濾波電路、開關功率變換電路、輸出整流濾波電路，以及輸入和輸出的干擾抑制濾波電路組成。

輸入的220V交流電先經干擾抑制低通濾波和一次整流濾波后得到直流電壓Ui，經開關功率變換，把直流電壓Ui變換成受到控制的、符合要求的高頻方波脈沖電壓，然后再經二次整流濾波后得到直流輸出電壓Uo，此電壓不隨輸入電壓的波動和輸出負載的變化而變化，達到了穩定輸出電壓的目的。

圖2 S538型萬能充電器電路圖

3 開關電源電路實例分析

下例是分立元件構成的開關電源實物圖，S538型萬能充電器的原理圖，分析其工作原理如圖2所示。

該電路由振蕩電路，充電電路，穩壓保護電路，過流電路組成。

3.1 接通電源瞬間

（1）220V的交流電經二極管VD2半波整流，形成約100V左右的直流電壓（有濾波電容的話，約300V），該電壓經變壓器初級線圈（T1-1）流到三極管VT2的C極。此時三極管VT2處于截止狀態。

（2）同時，100V直流還經過啟動電阻R4加到VT2的B極，提供一個正向偏置電壓，使之開始導通。電流經初級線圈流入集電極，發射極流出，R5為過流檢測電阻。

3.2 振蕩過程

（1）由于變壓器的互感特性，反饋線圈（T1-2）感應到一個上正下負的電壓，經C1和R1加到VT2的基極，使三極管強烈導通，流過初級線圈的電流進一步加大。變壓器儲能。

（2）當三極管VT2完全導通，流過初級線圈的電流不再加大，反饋線圈（T1-2）感應的電流開始減少。由電感的互感原理（當流過電感線圈的電流減少時，電感線圈將產生一個阻止其電流減少的反向電動勢）可知，初級線圈的能量開始向次級線圈（T1-3）釋放，經VD3整流后輸出到負載端。同時，反饋線圈的感應電壓變為上負下正，使三極管開始進入截止狀態。

（3）釋能結束后，由于R4與反饋線圈的存在，重新開始使三極管VT2開始導通、截止的過程，如此往復，形成振蕩。

3.3 充電過程

該電路主要由一塊軟塑封集成電路IC1(YLT539)和三極管VT3等組成。從變壓器T的1-3繞組感應出的交流電壓5.5V經二極管VD3整流、電容C3濾波后，輸出一個直流8.5V左右電壓(空載時)，該電壓一部分加到三極管VT3的e極；另一部分送到軟塑封集成塊IC1(YLT539)的①腳，為其提供工作電源。集成塊IC1有了工作電源后開始啟動工作，在其⑧腳輸出低電平充電脈沖，使三極管VT3導通，直流8.5V電壓開始向電池E充電。

當待充電池E電壓低于4.2V時，該電壓經取樣電阻R11、R12分壓后，加到集成塊IC1的⑥腳上，該電壓低于集成塊IC1內部參考電壓越多，集成塊IC1的⑧腳輸出的電平越低，三極管VT3的b極電位也越低，其導通量越大，直流電壓(8.5V)經極性轉換開關S1向電池E快速充電。由于集成塊IC1的②、③、④腳和電容C4共同組成振蕩諧振電路，其②腳輸出的振蕩脈沖經電阻R16送至充電指示燈LED1(綠)的正極，其負極接到集成塊IC1的⑧腳。在電池剛接人電路時，集成塊IC1的⑧腳輸出的電平越低，充電指示燈LED1閃爍發光強。隨著充電時間延長，電池所充的電壓慢慢升高，集成塊IC1的⑧腳輸出電壓慢慢升高，充電指示燈LED1閃爍發光逐漸變弱。

當電池E慢慢充到4.2V左右時，集成塊IC1的⑥腳電位也達到其內部的參考電壓1.8V。此時，集成塊IC1內部電路動作，使其⑧腳電壓輸出高電平，三極管VT3截止，充電指示燈LED1不再閃爍發光而熄滅，充滿指示燈LED2(綠)由滅變亮。

3.4 穩壓保護電路

3.4.1 過壓保護

當輸出電壓升高時，在變壓器T的1-2反饋繞組端感應的電壓就會升高，則電容C2所充電壓升高。當電容C2兩端電壓超過穩壓二極管VDZ1的穩壓值時，穩壓二極管VDZ1擊穿導通，三極管VT2的基極電壓拉低，使其導通時間縮短或迅速截止，經開關變壓器T1耦合后，使次級輸出電壓降低。反之，使輸出電壓升高，從而確保輸出電壓穩定。

3.4.2 過流保護

在接通電源瞬間或當某種原因使三極管VT2的電流過大時，在R5、R6上的壓降就大，使過流保護管VT1導通，VT2截止，從而有效防止開關管VT1因沖擊電流過大而損壞。同時電阻R6上的壓降，使電容C2兩端電壓升高，此后過流保護過程與穩壓原理相同，這里不再重復。三極管VT1是過流保護管，R5、R6是VT2的過流取樣保護電阻。

采用電源控制芯片組成的開關電源：

下例為康佳T2169E型機彩電開關電源分析，其開關穩壓電源的組成如圖3所示，它由TDA4605和場效應開關管組成，TDA4605集成電路內部包含穩壓取樣電壓比較放大電路、初級欠壓檢測、邏輯保護電路、軟啟動控制電路，供電電壓監測電路，輸出級和電流驅動控制電路等。

TDA4605本身具有較完善的保護功能：

（1）過低壓保護與過載保護

220V交流電經橋式整流、濾波后得到約300V的直流電壓，通過電阻組成的分壓電路，加到③腳判斷是否欠壓，若市電電壓過低，使③腳電壓低于基準電壓（約1V）時，則⑤腳將停止輸出激勵脈沖，開關穩壓電源將停止工作。

（2）過壓保護與空載保護

當某些原因引起各路輸出電壓過高或電路元器件故障，而使⑥電壓高于16V時，TDA4605進入保護狀態，⑤腳停止輸出激勵脈沖，因為⑥腳電壓是由開關變壓器繞組經整流濾波取得，假若穩壓系統有故障，開關變壓器副方空載時，+B電壓會上升，則⑥腳電壓也會上升，當⑥腳電壓超過16V時，則⑤腳便停止輸出激勵脈沖，這樣就保證開關穩壓電源在空載情況下的安全。

（3）過熱保護

當TDA4605的芯片結溫超過150℃時，其⑤腳即停止輸出激勵脈沖，TDA4605進入保護狀態，開關電源停止工作。

采用場效應管2SK1794作為開關管，一方面場效應管屬于電壓控制器件，只要TDA4605的⑤腳輸出較小的功率，就能實現對開關管的導通截止控制；另一方面場效應管具有驅動電路簡單，驅動功率小，開關損耗小，開關速度快，熱穩定性好等優點。

4 開關電源常見故障檢修

開關電源電路常見故障主要有如下幾種情況：

4.1 保險管燒斷

引起保險管燒斷的原因可能是交流輸入和整流濾波電路中存在短路故障。如電網電壓不穩定引起電源內電流瞬間增大；大濾波電容擊穿或漏電；開關管擊穿；消磁電阻變值等。

4.2 保險管正常，整機無電壓輸出

引起此類故障的原因可能是電源電路中存在開路、短路、過壓、過流等故障，其內部保護電路動作，使振蕩電路停止工作。通常是由于電源負載過重，高頻整流濾波電路中整流二極管被擊穿，濾波電容漏電等原因造成。

4.3 輸出電壓過低或過高

輸出電壓過低或過高，故障主要在穩壓電路，穩壓調節電路中取樣、比較放大、基準電壓電路元器件參數的變化都會導致電源電壓過高；開關電源負載短路、輸出電壓端整流二極管、濾波電容失效、開關管性能差、開關變壓器不良等造成輸出電壓不正常。

5 康佳T2169E故障實例分析

5.1 故障現象：開機“三無”，指示燈不亮

故障檢查與分析：開關電源不工作；行、場掃描電路部分故障；微控制器部分故障；待機控制、保護電路及其本身故障等都有可能使電視機出現“三無”故障現象。打開電視機機殼，觀察機內無燒焦及炸裂元件，無異常氣味，檢查該機電路板，未發現有虛焊、脫焊現象。開機，機內無異常氣味及過熱現象。測量C922兩極﹢B輸出端，發現電壓為零，可判斷故障部位應該在開關電源電路本身。接著再測電容C909兩端，300V直流電壓正常，說明交流輸入、橋式整流、濾波等電路正常。測量振蕩集成N901 （TDA4605）的各腳電壓值，發現⑥腳電壓不正常，查集成資料，得知此腳功能為集成電路電源供電腳，如無電壓將使整個振蕩電路不工作。沿著該引腳檢查外圍電路，發現⑥腳的電源供電是由220V交流電經半橋整流后再經過R917、R918降壓所得。進一步測量發現啟動電阻R917阻值為無窮大，按標稱阻值更換后，開機，電視機恢復正常，故障排除。

此“三無”是由于啟動電阻R917開路，振蕩集成電路⑥腳得不到電源供電導致整機不工作出現“三無”現象。

5.2 故障現象：開機“三無”，指示燈亮

故障檢查與分析：開機指示燈亮，閃動，則說明電源電路起振，工作基本正常，用遙控器不能開機，整機處于待機狀態。拆開電視機外殼，測量開關變壓器T901負載的電壓均為正常值的一半左右，按壓遙控器開關機鍵，輸出直流電壓無變化，但微處理器N601的20腳的電壓有0V～3.4V的變化，說明中央處理器已經輸出正常控制信號。V904基極也有0～0.7V的變化，但集電極、發射極兩端電壓一直不變。再測量光電耦合器N902的①、②腳也未有按照開關控制信號變化，說明穩壓調整控制環路有故障，使光敏三極管長期飽和，無法進入開機狀態，進一步測量V904的B、E間電位差，發現達5V以上，初步判斷V904損壞。更換V904后，故障排除。

此故障是由于穩壓放大管V904擊穿短路，中央處理器20腳輸出的開關控制信號，無法正常控制V904的導通～截止，影響振蕩電路的脈沖寬度調整輸出電壓所致，使電源一直處于待機狀態。

5.3 故障現象：圖、聲基本正常，光柵異常

故障檢查與分析：開機仔細觀察光柵，發現光柵亮度比原來暗、而且左右拉長。由故障現象可知，整機的基本工作條件已經具備，但電路參數指標不符。打開機器外殼檢查電路焊點與元器件沒有明顯虛焊與燒焦痕跡。接通電源，測量﹢B輸出端電壓，發現電壓只有90V左右，正常值應該是108V。﹢B電壓下降會使行掃描電路掃描時間變長導致逆程電壓過低、光柵亮度下降、光柵行幅度變大。進一步用遙控器進行開～關機操作，發現在待機狀態下，﹢B輸出有約60V，屬于正常范圍，說明電源的振蕩電路、開～關機控制電路基本正常，故障應該在電源的穩壓部分。由原理圖可知，穩壓取樣由﹢B端經R932、R931、RP901、V904、V902、VD914等進行取樣、調節、放大、基準等工作，+B電源輸出異常很有可能是上述元件有故障，經進一步檢查，發現R931由原來標稱的3.9K變為16K，更換后﹢B輸出上升為105V，圖像光柵正常，故障排除。

此故障是由于取樣電阻R931阻值變大，使取樣電壓上升，導致開關電源穩壓電路誤判斷，造成﹢B電壓輸出降低，光柵異常。

6 小結

以集成電路為核心的新型開關穩壓電源已成為電源的主流，廣泛應用于電子、電氣設備、家電領域中，其尺寸小、效率高、工作穩定、綠色節能等，對家電維修行業來說，其帶負載能力強，外圍元件少，便于檢查，便于維修，節省時間。

參考文獻

[1]《家電維修技術》雜志.

[2]電視機原理與技能訓練[M].中國勞動社會保障出版社.

[3]開關電源技術應用與維修[M].電子工業出版社.