淺析發射機脈寬調制開關電源原理及故障檢修方法

馮守恒 勞善好 許程遠 陳志鵬 韋增業

（廣西廣播電視技術中心欽州分中心）

一、引言

電源是所有電子設備的核心要素之一。沒有電源供電，電子設備就無法工作。脈寬調制開關電源可以達到90%及以上的轉換率，被各電子設備選擇其來用作供電電源。而廣播電視發射機中的激勵器也用到脈寬調制開關電源。本文以浦北轉播臺凱騰1KW模擬電視發射機激勵器中的脈寬調制開關電源為例，介紹脈寬調制開關電源原理及故障檢修方法。

圖1 PWM輸出過程框圖及與控制電壓波形關系

二、脈寬調制開關電源的工作原理

（一）PWM脈沖輸出與控制電壓的關系

脈寬調制開關電源的靈魂是PWM脈沖。所謂脈寬調制就是說通過調節脈沖的占空比D控制開關管的飽和導通與截止關斷來達到穩定的直流電壓。如圖1所示，從框圖看出PWM脈沖的形成原理比較簡單，誤差放大器、鋸齒波發生器、比較器三個一起加上符合條件的電壓輸入就得到PWM脈沖。圖1中框圖部分，和通過誤差放大器后輸出一個控制電壓。這個電壓是一個非恒定電壓，它會與鋸齒波通過比較器都得到PWM脈沖。其波形關系圖1下半部分說明，從波形中看出當鋸齒波電壓比控制電壓小的時候比較器輸出高電平，反之比較器輸出低電平。隨著控制電壓電壓大小不一樣，從比較器得到的高低電平的時間比值就發生改變，即D的大小也不一樣（如公式1-1）。

（二）基于KA7500C芯片的開關電源電路

凱騰1KW模擬電視發射機激勵器脈寬調制開關電源，使用基于KA7500C它激式脈寬調制開關電源,其實物圖如圖4所示。其部分原理圖如圖2所示。

開關電源由于開關管需要激勵信號，按激勵方式劃分為它激式和自激式兩種方式。從圖2原理圖看出，大功率開關管激勵信號來源與芯片KA7500C。激勵信號只是通過互感線圈T1放大后推動大功率開關管，也可以說是開關管的導通與截止是由KA7500C直接控制。此圖是屬于它激式開關電源的原理圖。

圖2中原理圖電路工作時信號是從左往右單向流通。從左邊交流電輸入開始經過L1濾波，再經過整流橋VD1整流及大電容C5、C6得出一個相對高電壓直流電。直流電經過開關管V1、V2的斬波，此時在主耦合變壓器T1的作用下電信號得以傳到該變壓器的另一側。最后有后續電容濾波整形，就得到穩定的設定電壓輸出。因為電源要帶有負載，負載大小并非固定不變的。就在輸出電壓處，采樣一個反饋電壓回到控制芯片KA7500C。通過一個反饋電壓，KA7500C就會產生一個PWM信號以驅動開關管工作。這一反饋電壓就對應圖2的。

圖2 基于KA7500C開關電源原理圖

簡要說明引腳與波形的聯系。圖3中的3腳是一個反饋電壓輸入端，4腳是死區控制端，比較器輸出1、2是KA7500C內部波形并無輸出到芯片外。8、11腳雙端輸出，兩路輸出脈沖相位差半個周期，送到如圖4中V3、V4組成的推挽功率放大電路去進行放大后，通過變壓器T2傳送給開關管V1、V2。

三、故障檢修實例

（一）故障現象

在發射機開機時間，激勵器各種指示燈處于燈滅狀態，按激勵器的開關鍵和復位鍵無響應。

（二）故障分析

經過上文對開關電源的原理分析得知，從信號流從左到右上看，常見的故障有保險管燒斷，這樣會引起整個電路沒有供電。此時用萬用表測量整流電容很容易判斷。如果是整流橋損壞，整個電路包括大電容兩端就沒有一個穩定的直流電壓，這樣個不能讓電路正常工作輸出額定電壓值。開關管VT1、VT2是對變壓器整流的高直流電壓進行斬波，如果其中一個管子損壞都引起輸出端不正常輸出。核心部分的KA7500C芯片分析來看，如果其他部件沒損壞，芯片也自身引起電路非正常工作。KA7500C最主要的作用是通過輸出負載的情況產出PWM波，使輸出穩定的電壓值。在檢修電路時候必須注意此芯片有無起振，8、11腳有沒有PWM輸出到VT1、VT2的柵極。芯片是通過反饋電壓來調整PWM的占空比，如果反饋的電壓不正確也不能使輸出電壓為額定值。

（三）故障檢修

激勵器脈寬調制開關電源為多輸出電源，實物圖如圖4所示。即在輸出端可以輸出兩種以上電壓的電源。上文提到在臺站應急時用萬用表測量內部開關電源供電情況，發現開關電源輸出電壓與銘牌上不一致而且相差甚遠。用肉眼觀察其各個元器件并無燒毀現象，排除器件燒毀導致無輸出的可能。

本開關電源外殼上標明Vo1：12V，Vo2：5V。在臺站已證明兩輸出端口其對GND電壓均為非零低電壓。開關電源為了得到兩種以上輸出電壓必需用到穩壓芯片。這個開關電源為了得到12V和5V的電壓輸出就用到了378R12和3052V兩種芯片。這兩種芯片就能使終端輸出得到12V和5V的電壓。這兩片芯片在同一個開關電源中有一個特點，就是它們的輸入電壓是一樣的。現拆開該開關電源的保險管，用一個30W的白熾燈串聯其中。白熾燈的主要作用是，在某處短路可以起到保護整個電路作用，還有如果有電流流入負載白熾燈會比較亮。在開關電源輸入處接通交流工頻電后發現燈泡光線非常微弱，開關電源再接對應電壓負載后燈泡依然無大變化。用萬用表測整流電容兩端最高電壓為300V說明整流部分沒有故障。因為兩片穩壓芯片輸入具有電壓一致性，就用萬用表測量其輸入電壓發現兩片穩壓芯片對GND電壓均為非零低電壓。根據以上兩個動作初步判斷，主耦合變壓器,開關管V1、V2,放大管V3、V4,PWM芯片KA7500C有故障。用萬用表測V1、V2、V3、V4這幾個管并無擊穿短路現象，又測量發現變壓器無燒斷開路。再用示波器的探針固定于KA7500C的8、11腳，并把示波器調至單觸發狀態。把開關電源斷交流電，稍后重新對其上電。發現示波器并沒有抓到任何波形脈沖。就說明KA7500C并沒有起振。把探針固定于KA7500C的Vcc供電腳，就是芯片的第12腳。重復上述動作。此時示波器得到一個時間短暫的脈沖波形。這波形是通電時的從T1互感到Vcc的起振電壓。到此斷定是KA7500C有故障，無法提供PWM脈沖，使整個開關電源正常工作。

圖3 KA7500C芯片引腳圖及其工作時各管腳的波形圖

將開關電源中的原KA7500C拆卸，換上新的KA7500C。上電后用萬用表直接測量輸出端，得到兩個電壓值均與銘牌標的電壓值一致。給開關電源接上負載，發現串聯在保險管處的白熾燈光線明顯比無負載時強。說明有電流流通。到此已把故障消除，該開關電源恢復正常狀態，并可以放回臺站當備件使用。

圖4 待修開關電源實物圖

四、總結

維修電子設備是理論與實踐的結合，要認真查找及閱讀大量的相關資料、文獻，了解機器的工作原理、系統的信號流和操作注意事項，才能高效精準地處理故障。我們作為廣播電視維護人員必須要以安全播出為核心，爭分奪秒為機器正常運行保駕護航。通過這次對脈寬調制開關電源的理論學習，在同事們共同努力下，運用理論指導排查、消除故障使我受益匪淺，也讓我增加信心面對新的挑戰。