中功率開關電源快速檢修方法

王復奇

（貴州航天職業技術學院，貴州 遵義 563000）

0 引 言

開關電源是一類特殊類型的“電路”，有兩種呈現形式：有時以“內嵌”的形式與其他電路共置于一塊印制線路板（Printed Circuit Board，PCB）上；有時以獨立的電子設備形式，給其他電路或系統提供合適的電能量，使電子產品或系統穩定可靠工作[1]。因此，在各種各樣的電路或者電子系統中，開關電源呈現出特殊性（電路中的特殊類別）、代表性和普遍性。雖然開關電源存在多種類型（不同的拓撲結構），但是從近十多年的發展趨勢來看，中型開關電源大多采用它激式和隔離式結構。本文主要討論的中功率開關電源，是指輸出功率大于等于60 W、小于等于350 W的開關電源。

1 開關電源基本組成結構

開關電源基本組成結構如圖1所示。盡管開關電源的電路可以千變萬化，但是其基本構成大致相同，主要包括一次側外圍電路（含輸入端保護電路、輸入端整流濾波電路及鉗位保護電路）、主控芯片（脈寬調制控制器或單片開關電源集成電路）、高頻變壓器、二次側輸出電路、反饋電路以及其他保護電路[2]。

圖1 開關電源組成

2 開關電源工作原理

以HLI-2637型中功率開關電源為例，闡釋其工作原理。該型號開關電源采用脈寬調制（Pulse Width Modulation，PWM）型電路模式，只用一塊PCB板布局完成。其主要由一次側外圍電路、主控芯片電路、高頻變壓器、二次側輸出電路、反饋電路及其他保護電路組成，輸出功率為135 W。

2.1 一次側外圍電路

抗干擾電路如圖 2所示，由 L1、C1、L2、C2、C3、C4及L3組成，其中L1、L2及L3均采用共模電感，與C1、C2、C3和C4一起構成濾波器，阻止并濾除由輸入端引入的噪聲和開關電源本身振蕩產生的噪聲。該開關電源具有啟動浪涌電流限制功能和啟動浪涌電壓抑制功能，分別由RT1和RV1完成。

如圖2所示，它由VB1橋堆和電解電容C6、C7組成，作用是把交流220 V市電轉換為直流并濾波后成為平滑的直流電壓300 V，供功率因數校正（Power Factor Correction，PFC）和開關電源振蕩啟動。

圖2 一次側外圍電路

如圖3所示，該電路由專用驅動控制集成電路N1（MC33262）與開關管V1（10N60）和儲能電感L1構成，將整流濾波后的市電校正后提升至400 V，為主開關電源和電源板上的高壓板升壓輸出電路供電。由于PFC電路的故障率比較低，關于PFC電路詳細的工作原理這里不再贅述。

圖3 功率因數校正（PFC）電路

2.2 主控芯片（PWM控制器或單片開關電源集成電路）

該開關電源采用專用芯片OB2269CA為核心的它激式和隔離式結構[3]，主要由專用IC（OB2269CA）N4、功率開關管V7（FQPF3N80C）、開關變壓器T1、VD4、VD5、VD6、V3、V4、V5和V6等其他元器件組成，如圖4所示，輸出+12 V和+5 VM。

圖4 主控芯片電路、高頻變壓器、二次側輸出電路、反饋電路及其他保護電路

2.2.1 OB2269CA專用IC簡介

OB2269CA是一塊高性能（工作電流約為2.3 mA）專用IC，具有低待機功耗（待機功率＜0.3 W）、低啟動電流（VIN/VDD啟動電流低至4 μA）、過載保護、過電壓保護和過熱保護等諸多優越性能的電流模式PWM開關電源專用驅動控制集成電路，是昂寶電子（上海）有限公司On-Bright生產的產品。它的詳細的性能參數、內部電路框圖及參考電壓可查閱其官網和相關專業網站的數據表（Data Sheet），這里不再詳細闡述。

2.2.2 啟動過程

電源開關通電后，交流220 V經過整流濾波電路輸出約300 V直流電壓，經T1的初級③-①繞組加到V7的漏（D）極，同時經啟動電阻R916～R918加到OB2269CA的③腳，再通過內部的電流源給⑦腳上的外接電容C10充電。當C10上充電電壓達到啟動電壓值時（典型值為16.5 V），OB2269CA內部振蕩電路開始振蕩，產生的振蕩脈沖信號經內部相關電路處理后，從⑧腳輸出PWM開關脈沖加到V7的柵極，驅動V7進入開關狀態，在T1中形成變化的磁場，再通過互感作用在T1的次級產生感應脈沖電壓。

2.3 高頻變壓器

高頻變壓器T1主要作用是把原邊（T1左邊）主控芯片OB2269CA及其外圍電路產生的高頻電壓耦合到副邊（T1右邊），同時起著電氣隔離及其他作用。

2.4 二次側輸出電路

T1原邊繞組⑤腳輸出的脈沖信號經由VD3、C13組成的整流濾波電路后，得到20 V電壓，分為3路：第一路經VD1加到OB2269CA的⑦腳，作為OB2269CA穩定工作的工作電壓；第二路送往V1的集電極，作為V1的工作電壓；第三路經R4加到光電耦合器N1的C級，作為N1的工作電壓。

T1副邊繞組⑦腳輸出的脈沖信號經VD4、C15整流濾波后，得到的直流電壓加到V3的發射極，作為V3的工作電壓。

T1副邊繞組⑧腳輸出的脈沖信號經VD5、C21整流濾波后，得到的直流電壓加到V5的D極，作為V5的輸入電壓。

T1副邊繞組（12）腳輸出的脈沖信號經VD6、C23、L、C24整流濾波后，得到5 VQ、5 VB電壓作為整機待機時的工作電壓。

2.5 反饋電路及其他保護電路

2.5.1 閉環負反饋穩壓控制電路

閉環負反饋穩壓控制電路由取樣電阻R12、R13、R14、R15以及光電耦合器N2、精密穩壓放大器N3等元件組成。OB2269CA的②腳為反饋電壓輸入端，即穩壓信號輸入端。穩壓電路的工作原理是，當輸出的+5 VM因某種原因升高（或降低）時，通過取樣電路的變化信號與精密穩壓器比較后送到N2進行隔離后再反饋到OB2269CA的②腳，繼而控制OB2269CA的振蕩脈寬降低（或升高），完成一個閉環負反饋，從而穩定輸出電壓。

2.5.2 開關機控制電路

V5、N5等元件組成12 V電壓輸出電路。整機工作在待機狀態時，V3、V4截止，V5因控制極（柵極）無電壓也截止，其漏極（D極）無12 V電壓輸出。

用遙控器或本機鍵開機后，V4、V3由截止轉為導通。V3導通后，V5控制極得電也隨之導通，從漏極輸出12 V電壓。

V6組成+5 VM電壓形成電路。整機工作在待機狀態時，由于無開關電源12 V電壓輸出，V6控制極無電壓而截止不工作，故無+5 VM電壓輸出。用遙控器或本機鍵開機后，開關電源輸出的12 V電壓加到V6的控制極，使V6導通，輸出+5 VM電壓送往相關電路，作為相關電路的工作電壓。

V1、VZ1、N1等元件組成PFC電路中的驅動脈沖集成塊的供電電路。整機工作在待機狀態時，由于V2、N1截止，V1截止，故V1的發射極無VCC（供電電壓）輸出，PFC電路中的驅動脈沖形成電路因無供電電壓也會停止工作。用遙控器或本機鍵開機后，V2、V1、N2導通。V1導通后，+20 V電壓經V1送往PFC電路中的驅動脈沖形成電路，啟動PFC電路進入工作狀態。

2.5.3 保護電路

⑥腳電流反饋腳。當負載過重時，流經V7的D-S極、R26電阻上后電流增大。當在R26上產生的壓降大于0.86 V時，⑥腳內部的過流檢測電路啟動，導致反饋腳②腳電壓上升。這種現象持續80 ms后，芯片將進入過載保護狀態（OLP），⑧腳停止PWM信號輸出，開關電源停止工作。⑦腳為供電腳，正常工作典型值為16.5 V。當此腳電壓高于或等于23.5 V時，內置的過壓保護電路（OVP）起控，⑧腳停止輸出PWM脈沖。當⑦腳電壓低于11 V時，內置的欠壓保護電路（UVLO）起控，⑧腳停止輸出PWM脈沖。⑧腳為PWM脈沖信號輸出端，內部有灌流驅動電路，同時設有18 V鉗位二極管，防止柵極驅動電壓過高損壞V7。

集成塊OB2269CA的④腳為頻率設定腳，更改④腳外接電阻可以更改OB2269CA的振蕩頻率。⑤腳為軟啟動腳。

3 開關電源檢修

3.1 傳統檢修步驟及方法

第一步，觀察了解所檢修開關電源的電路拓撲結構，對于不熟悉新型核心元器件（如新上市的開關電源振蕩IC等元器件），查閱相關參考資料（如Data Sheet），之后進一步熟悉開關電源各個組成部分，分析并掌握各個部分電路的工作原理以及元器件所在PCB板上的具體位置，為檢測做好準備。

第二步，按照電路工作原理及信號處理流程，從“源頭”開始向“尾”即輸出端方向（通常是從左至右）逐級檢測，一般是采用萬用表和（或）示波器測量電壓和（或）波形的方法，獲取電壓值和（或）波形、頻率等參數值。再根據所測量的參數值，結合電路的工作原理，對所測量各級電路的工作狀態，分別逐級逐個元器件進行定量和（或）定性分析，判斷電路是否工作正常，以便縮小故障范圍。這種逐級、逐個元器件檢測的方法效率低、非常耗時。

第三步，對于工作異常的各級電路，故障范圍已較小，需要根據故障電路的具體結構情況（電路功能、性質等），使用萬用表靈活地、有針對性地對可疑元器件進行檢測，最終找到故障元器件。

第四步，拆焊故障元器件，更換同型號或參數相同的元器件即可。加電測量輸出電壓或其他參數，即可知道故障是否完全消除。

3.2 快速檢修步驟及方法

針對傳統逐級檢測、耗時長的弊端，筆者經過長期實踐、探索，對中型開關電源不同電路拓撲結構快速檢修，總結出一套快速有效的檢修步驟及方法。

第一步，判斷是否存在顯性（目測和嗅聞）的故障，即觀察、嗅聞開關電源PCB板上的FUSE管以及其他功率元器件是否燒斷或炸裂和（或）燒焦的味道。若沒有，則進行第二步。如果有，證明電源損壞嚴重。遇到這種情況，不能盲目加電，以免使故障范圍進一步擴大。只能用萬用表進一步檢測電源PCB板上其他元器件，排除短路元器件。再檢測開關電源的負載是否有嚴重的短路情況。如果有，基本上可判斷開關電源故障是由于負載故障引起的，則斷開負載。此時。需先解決電源故障，再檢修負載電路的短路。

更換損壞的元器件（用同規格或參數相同的元器件），加電觀察，若無冒煙、炸響及異味（通常是燒焦味）等異常情況，檢測開關電源的輸出端電壓是否正常。若正常，則繼續檢修負載電路。若仍不正常，則進行第二步。

第二步，用萬用表測量電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）、整流濾波電路的輸出端+300 V電壓。若無，則檢測RT1、RV1及整流橋堆是否正常，即可查出故障元器件。若有，進行第三步。

第三步，用萬用表測量PWM振蕩電路中IC（如圖4中N4）的啟動電壓輸入（VIN）腳和功率開關管（圖4中V7）的漏極（即T1的1腳）電壓值，若不正常，則判斷是啟動電阻和T1故障，檢測驗證啟動電阻和T1后更換即可。若正常，則測量PWM振蕩電路中IC（如圖4中N4）VDD腳電壓值；若不正常，則測量供給該電源（VDD）腳的整流二極管（圖4中VD3）是否正常。若不正常，則更換即可。若正常，則測量功率開關管（圖4中V7）是否正常。若不正常，則更換即可。若正常，則測量PWM振蕩電路IC其余各腳直流電壓。若不正常，則檢測過流保護電阻（圖4中R26）和負反饋電路（主要是N2、N3）中的元器件。若不正常，則更換故障元器件即可；若正常，則說明PWM振蕩電路IC損壞，更換即可。

第四步，檢測開關變壓器后面的整流濾波輸出電路中整流二極管（圖4中VD4、VD5、VD6）是否正常，若不正常，更換即可。

第五步，檢測開關機控制電路中各主要元器件（圖4 中 V1、V2、V3、V4、V5、N1、N5和 VZ1）是否正常，若不正常，更換即可。

4 結 論

基于以上闡述，對于中功率開關電源快速檢修，可總結出兩個層面的意義。

第一層面，在學習并掌握中功率開關電源基本結構及電路工作原理的基礎上，根據電路邏輯功能，確定關鍵（或重要）測試點，通過測量電壓或電流或波形等方法進行分析判斷，能快速縮小故障范圍，找出故障元件，最終排除故障。

第二層面，通過元器件級檢修只更換元器件，避免整板（PCB板）廢棄，可節約社會資源，減少浪費。