小功率變頻器的UC3844開關電源原理及維修技巧

宋林桂

摘 要：文章主要介紹小功率變頻器的UC3844典型開關電源的基本工作原理，根據筆者的維修變頻器開關電源實踐經驗，介紹開關電源故障產生的原因和維修技巧。

關鍵詞：變頻器；UC3844；開關電源原理；維修技巧

變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備，是“中國制造”向“中國智造”是轉變過程中的重要技術選項，變頻器在機電自動化產業中應用廣泛、使用頻繁，故障時常發生，其中開關電源故障占變頻器故障的大概30%。下面介紹小功率變頻器的UC3844典型開關電源的基本工作原理和維修技巧。

1 UC3844開關電源原理

1.1 UC3844芯片介紹

UC3844是美國Unitrode公司生產的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調制器芯片，其內部電路結構如圖1所示。芯片包括參考穩壓器、欠壓鎖定電路、振蕩器、電壓誤差放大器、電流取樣比較器和脈沖調制鎖存器。芯片引腳1是補償端，外接阻容元件以補償誤差放大器的頻率特性。引腳2是輸出電壓反饋端，將輸出采樣電壓加至誤差放大器的反相輸入端，與同相輸入端的2.5 V基準電壓進行比較，誤差放大器輸出電壓控制6腳PWM的輸出大小，實現輸出電壓的穩壓閉環控制。引腳3是輸出電流反饋端，實現過流保護控制。引腳4外接接定時電阻Rt和定時電容Ct得UC3844的振蕩工作頻率，計算公式為：f=1/T=1.72/（Rt×Ct）。引腳5為GND。引腳6為PWM輸出端，有拉、灌電流的能力。引腳7為VCC，電壓范圍為10～34 V。引腳8為5 V基準電壓輸出端，帶載能力50 mA，為引腳4外接的RC電路提供電壓[1]。

1.2 UC3844開關電源工作原理介紹

如圖2是由UC3844構成的小功率變頻器的開關電源電路。變頻器母線530 V直流電壓經電阻R1降壓后加到UC3844的VCC端，為UC3844提供啟動電壓，電路啟動后高頻變壓器的次級線圈經過D3和C6整流濾波為UC3844提供正常工作電壓。UC3844引腳6輸出的方波信號經R7驅動MOS管，方波的頻率是f=1.72/（Rt×Ct）=1 720 000/15=114.6 kHz。引腳6方波的信號驅動MOS管導通或截止，MOS管的開關使高頻變壓器的初級線圈有產生114.6 kHz的高頻脈沖波，然后通過高頻變壓器進行變壓，高頻變壓器輸出交流電。高頻變壓器各個次級線圈和初級線圈的匝數比決定次級線圈輸出交流電壓大小，次級線圈的交流電壓經整流濾波后輸出大小不同的直流電壓供負載使用。該開關電源共有七路電源輸出，輸出﹢5 V電源為CPU板提供電源，輸出的﹢15V和﹣15 V電源為運放電路提供電源，其他輸出三路﹢15 V電源分別為下三臂的IGBT驅動光耦提供電源，輸出的﹢24 V電源為逆變電路的上三臂的IGBT驅動光耦和散熱風扇提供電源。電阻R5用于電流檢測，經R6和C13濾濾后送入UC3844的引腳3形成電流反饋環，當UC3844的引腳3電壓高于1 V時振蕩器停振，保護功率管不至于過流而損壞。高頻變壓器初級線圈并聯的RCD緩沖電路是用于限制高頻變壓器漏感造成的尖峰電壓對MOS管的損壞，MOS管截止時高頻變壓器漏感的能量引起的尖峰電壓通過D2向C1充電，MOS管導通時C1經過R2來放電。

1.3 UC3844開關電源穩壓原理

當電源的﹢5 V輸出電壓端輸出電壓大于5 V，﹢5 V輸出電壓端經兩電阻R12和R13分壓后的電壓大于2.5 V，TL431的參考輸入端電壓大于2.5 V。參考輸入端的電壓與可控精密穩壓源TL431內部的基準參考電壓2.5 V作比較，使得TL431陰陽極間電壓降低，PC817光耦引腳2的電壓降低，進而使得流過光耦的發光二極管的電流變大，光耦發光二極管的亮度變大，發光二極管的亮度變大使得流過光耦光敏三極管的電流變大。光耦輸出端引腳4電壓變低，光耦輸出端引腳4接UC3844的引腳1，而UC3844反相輸入端引腳2直接接地，略過了UC3844的內部誤差放大器，這使得電源的穩壓動態響應更快[2]。UC3844的引腳1輸入的電壓經過內部電流取樣比較器與電流取樣電壓進行比較后輸出變高，電流取樣比較器輸出變高使UC3844內部PWM發生器輸出脈沖變窄，即UC3844的引腳6輸出脈沖變窄，縮短MOS管Q1的導通時間，于是傳輸到副邊繞組的能量減小，使﹢5 V輸出電壓端電壓降低。從而使輸出電壓保持恒定，不受電網電壓或負載變化的影響，實現輸出電壓閉環控制的目的。

圖2 UC3844開關電源原理

2 開關電源維修技巧

2.1 電源輸入電路故障

開關電源的輸入電壓一般取自變頻器主電路的直流回路的兩端：P端和N端，PN端之間的直流電壓約為530 V，上電測量PN端之間的電壓是否是530 V，若是，整流濾波電路不存在故障，若不是，測量整流模塊和濾波電容的好壞。

2.2 UC3844振蕩電路故障

若上電后開關電源無輸出，則可能是UC3844震蕩電路故障。在電源上電的情況，測量UC3844的8腳有無16 V以上的電壓，若沒有檢測啟動電阻有無損壞。測量UC3844的8腳有無5 V電壓輸出，若有5 V電壓輸出則UC3844芯片正常，若沒有5 V電壓輸出則芯片UC3844損壞。測量UC3844的6腳有無114.6 kHz波形輸出，若有波形輸出則振蕩電路正常，若沒有則檢查R13和C18元器件的好壞和振蕩電路是否有虛焊、斷路。UC3844振蕩電路還存在保護停振情況，3腳電壓升到1 V以上或者1腳電壓降到1 V以下，振蕩電路停止振蕩6腳無方波輸出。檢測電流采樣電阻R10，R11和穩壓反饋電路的好壞[3]。

2.3 場效應管和高頻變壓器損壞

若開關電源無電壓輸出，則也可能是場效應管U1和電阻R7損壞，也可能是高頻變壓器故障。首先聞高頻變壓器有無燒糊的味道，測量高頻變壓的初級線圈和次級線圈是否存在開路和短路情況。

2.4 反饋電路故障

若上電后開關電源有輸出，但幾路輸出電壓不準時，則是穩壓反饋電路存在故障。測量TL431，PC817，穩壓反饋電路中電阻好壞和是否存在虛焊、斷路情況。

2.5 輸出電路故障

開關電源出現“打嗝”情況，該情況可能是輸出電路故障引起。輸出電路的大電流引起開關電源出現保護情況，開關電源出現間歇性振蕩。輸出電路故障包括：輸出濾波電容老化、整流二極管損壞、負載電路短路等。

3 結語

小功率變頻器的開關電源的原理圖大部分都有些區別，萬變不離其宗，掌握典型開關電源的原理，根據現象分析故障的位置。電路維修也需要多實踐，多維修就可以根據現象分析大概判斷故障的位置。