DQZHAN技術訊：開關電源工作原理及維修技巧！
摘要：開關電源就是采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關，控制開關元件的占空比來調整輸出電壓。
一、開關電源的工作原理
開關電源就是采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關，控制開關元件的占空比來調整輸出電壓。開關元件以一定的時間間隔重復地接通和斷開，在開關無件接通時輸入電源Vi通過開關S和濾波電路向負載RL提供能量，當開關S斷開時，電路中的儲能裝置（L1、C2、二極管D組成的電路）向負載RL釋放在開關接通時所儲存的能量，使負載得到連續而穩定的能量。
開關電源原理圖
VO=TON/T*ViVO為負載兩端的電壓平均值TON為開關每次接通的時間T為開關通斷的工作周期由式可知，改變開關接通時間和工作周期的比例，VO間電壓平均值也隨之改變，因此，隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調整TON和T的比例便使輸出電壓VO維持不變。改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時間比率控制”（TimeRationControl,縮寫為TRC）。按TRC控制原理，有三種方式：
1、脈沖寬度調制（PulseWithModulation,縮寫為PWM）開關周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。
2、脈沖頻率調制（PulseFrequencyModulation,縮寫為PFM）導**沖寬度恒定，通過改變開關工作頻率來改變占空比的方式。
3、混合調制導**沖寬度和開關工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。
二、開關電源的維修技巧和常見故障
1、維修技巧
開關電源的維修可分為兩步進行：斷電情況下，“看、聞、問、量”看：打開電源的外殼，檢查保險絲是否熔斷，再觀察電源的內部情況，如果發現電源的PCB板上有燒焦處或元件破裂，則應重點檢查此處元件及相關電路元件。
聞：聞一下電源內部是否有糊味，檢查是否有燒焦的元器件。
問：問一下電源損壞的經過，是否對電源進行違規操作。
量：沒通電前，用萬用表量一下高壓電容兩端的電壓先。如果是開關電源不起振或開關管開路引起的故障，則大多數情況下，高壓濾波電容兩端的電壓未泄放悼，此電壓有300多伏，需小心。用萬用表測量AC電源線兩端的正反向電阻及電容器充電情況，電阻值不應過低，否則電源內部可能存在短路。電容器應能充放電。脫開負載，分別測量各組輸出端的對地電阻，正常時，表針應有電容器充放電擺動，*后指示的應為該路的泄放電阻的阻值。加電檢測通電后觀察電源是否有燒保險及個別元件冒煙等現象，若有要及時切斷供電進行檢修。測量高壓濾波電容兩端有無300伏輸出，若無應重點查整流二極管、濾波電容等。測量高頻變壓器次級線圈有無輸出，若無應重點查開關管是否損壞，是否起振，保護電路是否動作等，若有則應重點檢查各輸出側的整流二極管、濾波電容、三通穩壓管等。如果電源啟動一下就停止，則該電源處于保護狀態下，可直接測量PWM芯片保護輸入腳的電壓，如果電壓超出規定值，則說明電源處于保護狀態下，應重點檢查產生保護的原因。
2、常見故障
保險絲熔斷一般情況下，保險絲熔斷說明電源的內部線路有問題。由于電源工作在高電壓、大電流的狀態下，電網電壓的波動、浪涌都會引起電源內電流瞬間增大而使保險絲熔斷。重點應檢查電源輸入端的整流二極管，高壓濾波電解電容，逆變功率開關管等，檢查一下這此元器件有無擊穿、開路、損壞等。如果確實是保險絲熔斷，應該首先查看電路板上的各個元件，看這些元件的外表有沒有被燒糊，有沒有電解液溢出，如果沒有發現上述情況，則用萬用表測量開關管有無擊穿短路。需要特別注意的是：切不可在查出某元件損壞時，更換后直接開機，這樣很有可能由于其它高壓元件仍有故障又將更換的元件損壞，一定要對上述電路的所有高壓元件進行**檢查測量后，才能徹底排除保險絲熔斷的故障。無直流電壓輸出或電壓輸出不穩定如果保險絲是完好的，在有負載情況下，各級直流電壓無輸出。這種情況主要是以下原因造成的：電源中出現開路、短路現象，過壓、過流保護電路出現故障，輔助電源故障，振蕩電路沒有工作，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。
在用萬用表測量次級元件，排除了高頻整流二極管擊穿、負載短路的情況后，如果這時輸出為零，則可以肯定是電源的控制電路出了故障。若有部分電壓輸出說明前級電路工作正常，故障出在高頻整流濾波電路中。高頻濾波電路主要由整流二極管及低壓濾波電容組成直流電壓輸出，其中整流二極管擊穿會使該電路無電壓輸出，濾波電容漏電會造成輸出電壓不穩等故障。用萬用表靜態測量對應元件即可檢查出其損壞的元件。例：某一24伏直流電機供電電源通電后無直流24伏輸出，拆開電源外殼，觀察保險絲未燒斷且電路板無明顯的燒焦處或破裂元件，在未通電情況下量AC輸入端阻值和DC輸出端阻值正常，量開關管、整流橋、整流管等重要元件正常，故判斷不存在內部嚴重短路的可能，估計保護電路動作。經檢查此開關電源采用U3842PWM控制芯片，經查找相關的資料得知，當U3842芯片的3端電壓高于1伏時，內部電流敏感比較器輸出高電平，將PWM鎖存器復位使輸出關閉。通電測量U3842的3端高于1伏，6端無輸出，經檢查相關電路，發現穩壓管D2擊穿，如圖3，故PC1導通，致使U3842的3端為高電平，故6端無輸出，開關管不工作，直流側無直流輸出。更換同型號穩壓管D2，故障解除。電源負載能力差電源負載能力差是一個常見的故障，一般都是出現在老式或工作時間長的電源中，主要原因是各元器件老化，開關管的工作不穩定，沒有及時進行散熱等。應重點檢查穩壓二極管是否發熱漏電，整流二極管損壞、高壓濾波電容損壞等。
例：我廠近紅處激光光譜儀（VECTOR22），開機后無法完成自檢并報警且主板指示燈不斷閃爍。經檢查，供光譜儀主板的直流5V電源僅剩2.3伏左右，脫開5V直流電源的負載，通電再次測量5V直流電源，這時則有5V，初步判斷此5V直流電源帶載能力差，拆開電源外殼進行檢修，由于沒有帶負載時，通電有直流5V輸出，故重點檢查次級線圈側的輸出整流電路，給5伏電源接上假負載通電進行測量發現三通穩壓7805的1、2腳之間電壓為5.2伏，2、3腳之間卻剩2.3伏，如圖4，故判斷三通穩壓管7805性能變壞，更換三通穩壓管7805故障解決。
三、開關電源維修具體方法
1、開關電源維修的時候，我們首先需要利用萬用表檢測一下各功率器件是否存在擊穿短路，例如電源整流橋堆、開關管、高頻大功率整流管、抑制浪涌電流的大功率電阻是否燒斷等，然后需要再檢測各輸出電壓端口電阻是否異常，如上述器件有損壞的情況我們則需要進行更換新的器件。
2、我們在完成上述檢測之后，接通電源后如還不能正常工作，接著我們就要檢測功率因數模塊(PFC)和脈寬調制組件(PWM)，查閱相關資料，熟悉PFC和PWM模塊每個腳的功能及其模塊正常工作的必備條件。
3、對于具有PFC電路的電源則需測量濾波電容兩端電壓是否為380VDC左右，如有380VDC左右電壓，說明PFC模塊工作正常，接著檢測PWM組件的工作狀態，測量其電源輸入端VC，參考電壓輸出端VR，啟動控制Vstart/Vcontrol端電壓是否正常，利用220VAC/220VAC隔離變壓器給開關電源供電，用示波器觀測PWM模塊CT端對地的波形是否為線性良好的鋸齒波或三角形，如TL494CT端為鋸齒波，FA5310其CT端為三角波。輸出端V0的波形是否為有序的窄脈沖信號。
4、在開關電源維修實踐中，有許多開關電源采用UC38××系列8腳PWM組件，大多數電源不能工作都是因為電源啟動電阻損壞，或芯片性能下降。當R斷路后無VC，PWM組件無法工作，需更換與原來功率阻值相同的電阻。當PWM組件啟動電流增加后，可減小R值到PWM組件能正常工作為止。在修一臺GEDR電源時，PWM模塊為UC3843，檢測未發現其他異常，在R(220K)上并接一個220K的電阻后，PWM組件工作，輸出電壓均正常。有時候由于外圍電路故障，致使VR端5V電壓為0V，PWM組件也不工作，在修柯達8900相機電源時，遇到此情況，把與VR端相連的外電路斷開，VR從0V變為5V，PWM組件正常工作，輸出電壓均正常。
5、當濾波電容上無380VDC左右電壓時，說明PFC電路沒有正常工作，PFC模塊關鍵檢測腳為電源輸入腳VC，啟動腳Vstart/control，CT和RT腳及V0腳。修理一臺富士3000相機時，測試一板上濾波電容上無380VDC電壓。VC，Vstart/control,CT和RT波形以及V0波形均正常，測量場效應功率開關管G極無V0波形，由于FA5331(PFC)為貼片元件，機器用久后出現V0端與板之間虛焊，V0信號沒有送到場效應管G極。將V0端與板上焊點焊好，用萬用表測量濾波電容有380VDC電壓。當Vstart/control端為低電平時，PFC亦不能工作，則要檢測其端點與外圍相連的有關電路。
總之，開關電源電路有易有難，功率有大有小，輸出電壓多種多樣。只要抓住其核心的東西，即充分熟悉開關電源的基本結構以及PFC及PWM模塊的特性，它們工作的基本條件，按照上述步驟和方法，多動手進行開關電源的維修，就能迅速地排除開關電源故障，達到事半功倍的效果。
四、開關電源維修經驗之談
1、開關電源出現不啟振的時候，我們通常需要查看開關頻率是否正確、保護電路是否封鎖、電壓反饋電路、電流反饋電路又沒問題，開關管是否擊穿等。
2、開關電源變壓器發熱或發出“嗞嗞嗞”聲，一般是開關頻率不對。
3、開關電源輸出電壓電源指示燈一閃一閃的一般是副邊有短路的。
