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1、开关电源常见故障的分析及维修（论文）开关电源常见故障的分析及维修(论文）摘要：本文主要是针对脉冲宽度调制（PWM）式开关电源常见故障进行分析和维修的。这类开关电源因其节能，环保，性价比高等优点，很快占领了市场，被广泛的应用于我们的生活中和各行各业中。但这种开关电源的线路复杂，维修不便，给我们的日常生活和生产带来诸多不便。因此本文就从这些角度出发，通过分析故障产生的原因以及如何排除故障，进行详细的阐述，希望对我们的日常生活和生产有所帮助。关键词：开关电源 高频变压器 UC 3842 PWM前言目前，开关电源已逐渐进入我们的日常生活和生产中，它以节能，环保，性价比高等优点，很快取代了以往传统的那种
2、既笨重效率又低的“线性电源”，很快被人们所接受。这类开关电源主要是以美国 Unitorde 公司生产的一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片 UC3842（KA3842）为主控芯片，IGBT（绝缘栅双极场效应晶体管）为“开”“关”器件，配合 LM324（四运放）或 LM358（双运放）及光电耦合器（PC817）作为输出负载反馈器件，以及 TL431（高精密并联稳压器），高频变压器为主要元件所组成的脉冲宽度调制（PulseWidthModulation,缩写为 PWM）式开关电源。本文就针对此类开关电源进行详细的阐述其原理，常见故障分析以及维修方法。开关电源的概述及工作原理1.1 开关电源的概述开
3、关电源是一种电源转换电路，一般是将交流电（AC）转换成不同电压的直流电（DC），且电压非常平稳。因开关电源中的开关管（IGBT）总是工作在“开”和“关”的工作状态，所以叫开关电源。它与传统的线性电源相比无论是在工作程式上还是在各方面的性能上都有了质的飞跃。传统的线性电源工作程式一般可归纳为：变压器降压，二极管桥式整流，大容量电解电容滤波，稳压电路或专用稳压 IC 稳压。而开关电源则不同，它的工作程式一般可归纳为：高压大电流二极管桥式整流，大容量电解电容滤波，中间控制高频变换环节，整流，滤波，稳压及反馈环节，保护环节等。很显然，我们从二者的工作程式可以看出开关电源中省去了笨重，效率低，发热量大的
4、电源变压器，取而代之的是高压大电流整流二极管，加之其控制部分，高频变换部分及较完善的过压，过流，过载保护电路，使得开关电源具有效率高（效率可达 90%以上），稳定性好，体积小，重量轻，功耗小，低噪声，发热量小等优点。价格较低廉，小功率的开关电源仅为几元到几十元，如手机充电器，其重量极轻。优异的性能价格比，使得开关电源很快占领了市场，传统的线性电源在如今的市场占有量明显不及开关电源。优异的性能使得开关电源应用范围极其广泛，大到航空航天，军事，国防，医疗，工业设备，小到家用电脑，彩色电视机，手机，MP3,MP4,MP5,电动车充电器等等。开关电源的身影无处不在。开关电源可按电源转换的形式可分为 A
5、CDC 和 DCDC 两大类，按控制方式可分为调宽式和调频式，按电源相数可分为单相，三相和多相，按电路工作象限可分为第一象限，第二象限，第三象限和第四象限。随着电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断的发展和创新，这为开关电源提供了广阔的发展空间。开关电源小型化，高频化，集成化是其发展方向，高频化是开关电源小型化，使得开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化，轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源，节约资源及保护环境等方面都具有十分重要的意义。12 开关电源的工作原理开关电源的主要电路是由:防雷电路，输入电磁干扰滤波器（Electromag
6、netic Interference,简称 EMI），输入整流滤波电路，功率变换电路，脉宽调制（PWM）控制器电路，输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过压，欠压保护电路, 输出过压，欠压保护电路,输出过流保护电路，输出短路保护电路等。开关电源的电路组成方框图如220V 的交流电经交流滤波电路滤除外来的杂波信号，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网的干扰。再经二极管桥式整流电路和滤波电路，整流滤波后得到约 300V 的直流电，送给功率变换电路进行功率转换。功率变换电路中的开关功率管（IGBT）就在脉冲宽度调制（PWM）控制器（UC3842）输出的脉冲控制信号和驱动下，工作在“开”“关”状态，
7、从而将 300V 直流电切换成宽度可变的高频脉冲电压。把高频脉冲电压送给高频变压器，高频变压器的次级（二次侧）就会感应出一定的高频脉冲交流电，并送给高频整流滤波电路进行整流，滤波。经高频整流滤波后便可得到我们所需的各种直流电压。输出电压下降或上升时，由取样电路将取样信号通过光电耦合器（PC817）,送入控制电路，经过其内部调制，由控制电路的输出端将变宽的或变窄的驱动脉冲送到开关功率管的栅极（G 极），使变换电路产生的高频脉冲方波也随之变宽或变窄，由此改变输出电压平均值的大小，从而使直流电压基本稳定在所须的电压值上。开关电源的电路原理图如下：开关电源电路原理图一 开关电源的常见故障分析及维修2.
8、1 开关电源的常见故障分析及维修由于开关电源的输入部分工作在高压，大电流的状态下，故障率最高，如高压大电流整流二极管，滤波电容，开关功率管等较易损坏。其次就是输出整流部分的整流二极管，保护二极管，滤波电容，限流电阻等较易损坏；再就是脉宽调制控制器的反馈部分和保护部分。下面就对开关电源常见故障产生的原因作一分析及如何排除这些故障的维修方法。一 保险丝熔断一般情况下，保险丝熔断说明开关电源的内部电路存在短路或过流的故障。由于开关电源工作在高电压，大电流的状态下，直流滤波和变换振荡电路在高压状态工作时间太长，电压变化相对大。电网电压的波动，浪涌都会引起电源内电流瞬间增大而使保险丝熔断。重点应检查电源
9、输入端的整流二极管，高压滤波电解电容，开关功率管，UC3842 本身及外围元器件等。检查一下这些元器件有无击穿，开路，损坏，烧焦，炸裂等现象。维修方法：首先仔细查看电路板上面的各个元件，看是否在这些元件的外表有没有被烧糊, 有没有电解液溢出，闻一闻有没有异味。经看，闻之后，再用万用表进行检查。首先测量一下电源输入端的电阻值，若小于 200K，则说明后端有局部短路现象，然后分别测量四只整流二极管正，反向电阻和两个限流电阻的阻值，看其有无短路或烧坏；然后再测量一下电源滤波电容是否能进行正常充放电，再就测量一下开关功率管是否击穿损坏，以及 UC3842 本身，及周围元件是否击穿，烧坏等。需要说明的一
10、点是：因是在路测量，有可能会使测量结果有误，造成误判。因此必要时可把元器件焊下来再进行测量。如果仍然没有上述情况则测量一下输入电源线及输出电源线是否内部短路。一般情况下，熔断器熔断故障，整流二极管，电源滤波电容，开关功率管，UC3842 是易损件，损坏的概率可达 95%以上，一般着重检查一下这些元器件，就可很容易排除此类故障。二 无直流电压输出或电压输出不稳定如果保险丝是完好的，在有负载的情况下，各级直流电压无输出。这种情况主要是以下原因造成的：电源中出现开路，短路现象，过压，过流保护电路出现故障，振荡电路没有工作，电源负载过重，高频整流滤波电路中整流二极管被击穿，滤波电容漏电等。维修方法：首
11、先，用万用表测量一下高频变压器次级的各个元器件是否有损坏。在排除了高频整流二极管击穿、负载短路的情况后，然后在测量各输出端的直流电压，如果这时输出仍为零，则可以肯定是电源的控制电路出了故障。控制电路的两部分是集成开关电源控制器和过压保护电路。最后用万用表静态测量高频滤波电路中整流二极管及低压滤波电容是否损坏。如果确实相关的元件损坏，在更换好新的完好的元件后，开机测试，一般故障即可排除。需要说明的是：电源输出线断线或开焊，虚焊也会造成这种故障。在维修时应注意这一点。三 电源负载能力差电源负载能力差是一个常见的故障，一般都是出现在老式或是工作时间长的电源中，主要原因是各元器件老化，开关管的工作不稳
12、定，没有及时进行散热等。此外还有稳压二极管发热漏电，整流二极管损坏等。维修方法：用万用表着重检查一下稳压二极管，高压滤波电容，限流电阻有无变质等再仔细检查一下电路板上的所有焊点是否开焊，虚接等。把开焊的焊点重新焊牢，更换变质的元器件，一般故障即可排除。四 无直流电压输出，但保险丝完好这种现象说明开关电源未工作，或者工作后进入了保护状态。维修方法：首先应判断一下开关电源的主控芯片 UC3842 是否处在工作状态或已经损坏。判断方法是这样的：加电测 UC3842 的第 7 脚对地电压，若测第 8 脚有+5V 电压，1，2，4，6 脚也有不同的电压，则说明电路已起振，UC3842 基本正常；若 7
13、脚电压低，其余管脚无电压或不波动，则 UC3842 已损坏。UC3842 芯片损坏最常见的是 6，7 脚对地击穿，5，7 脚对地击穿和 1，7 脚对地击穿。如果这几只脚都为击穿，而开关电源还是不能正常启动，则 UC3842 必坏，应直接更换。若判断芯片未坏，则就着重检查开关功率管的栅极（G 极）的限流电阻是否开焊，虚接，变值，变质以及开关功率管本身是否性能不良。除此之外，电源输出线也有可能断线或接触不良也会造成这种故障。因此在维修时也应注意检查一下。五有直流电压输出，但输出电压过高这种故障往往来自于稳压取样和稳压控制电路出现故障所致。在开关电源中，直流输出、取样电阻、误差取样放大器（如 LM3
14、24，LM358 等）、光耦合器（PC817）、电源控制芯片(UC3842)等电路共同构成了一个闭合的控制环路，任何一处出问题都会导致输出电压升高。维修方法：由于开关电源中有过压保护电路，输出电压过高首先会使过压保护电路动作。因此对于这种故障的维修，我们可以通过断开过压保护电路，使过压保护电路不起作用，在这时，测量开机瞬间的电源主电压。如果测量值比正常值高出 IV 以上，说明输出电压过高。我们应着重检查取样电阻是否变值或损坏，精密稳压放大器(TL431)或光耦合器（PC817）性能不良，变质或损坏；其中精密稳压放大器(TL431)极易损坏，我们可用下述方法对精密稳压放大器(TL431)作出好坏
15、的判别：将 TL431 的参考端(Ref)与它的阴极（Cathode）相连，串 10k 的电阻，接入 5V 电压，若阳极（Anode）与阴极之间为 2.5V，并且等待片刻还仍然为 2.5V，则为好管，否则为坏管。六有直流电压输出，但输出直流电压过低对于这种故障现象，根据维修经验可知，除稳压控制电路会引起输出电压过低外，还有一些原因会引起输出电压过低，主要有以下几点:1.开关电源负载有短路故障。此时，应断开开关电源电路的所有负载，以区分是开关电源电路还是负载电路有故障。若断开负载电路电压输出正常，说明是负载过重；若仍不正常，说明开关电源电路有故障。2.输出电压端整流二极管、滤波电容失效等，可以通
16、过代换法进行判断。3.开关功率管的性能下降，必然导致开关管不能正常导通，使电源的内阻增加，带负载能力下降。4.开关功率管的源极（S 极），通常接一个阻值很小，但功率很大的电阻，作为过流保护检测电阻，此电阻的阻值一般在 0.2 到 0.8 之间。此电阻如变值或开焊，接触不良也会造成输出电压过低的故障。5.高频变压器不良，不但造成输出电压下降，还会造成开关功率管激励不足从而屡损开关管。6. 高压直流滤波电容不良，造成电源带负载能力差，一接负载输出电压便下降。7.电源输出线接触不良，有一定的接触电阻，造成输出电压过低。8.电网电压是否过低。虽然开关电源在低压下仍然可以输出额定的电压值，但当电网电压低于开关电源的最低电压限定值时，也会使输出电压过低。维修方法：对于这种故障我们可以根据以上故障原因，来逐一进行排查。但在实际维修时，可根据实际情况来进行排查，不一定要逐一排查。首先用万用表检查一下高压直流滤波电容是否变质，容量是否下降，能否正常充放电。如无以上现象，则测量一下开关功率管的栅极（G 极）的限流电阻以及源极（S 极）的过
