直流稳压电源常见故障分析与排查

凌云峰，张晨亮，孙艳丽，毕 涛

（海军航空工程学院 基础实验部，山东 烟台264001）

在现代工业控制电路、电子设备、仪器仪表中使用了大量半导体器件，这些半导体器件需要几伏到几十伏的直流供电，大多数电子设备的直流供电方法都是将交流电源经过变压、整流、滤波、稳压等变换为所需的直流电压，完成这种变换任务的电源称为直流稳压电源[1]。

随着电力电子技术的迅速发展，军用以及民用各个领域如教学、科研、生产及维修中大范围的使用直流稳压电源，直流稳压电源是电子技术常用的基本元件，也是大部分现代化电子仪器，各种电子设备的重要组成部分。 根据对以往针对电子设备故障的统计学分析，其故障超过半数以上是由于直流稳压电源的故障造成的，电源一旦发生故障，往往会引起整台设备的瘫痪，造成巨大的经济损失或人员伤亡，故直流稳压电源的可靠性应该受到更高的重视。

我院电工电子实验中心的所有实验设备中几乎都包含有直流稳压电源单元，并且还为数字实验室、低频实验室、高频实验室、 电子线路实践实验室相应配备了130 台CA18303D 型直流稳压电源，以供学生学习和使用。 实验室装置完好率是实验教学保障的重要指标，能否及时发现并排除实验设备故障，是保证实验教学质量的重要环节[2]。 本项目基于实验室这一有利平台，针对实验设备使用率高，故障频繁的特点， 将实验设备维修经验与学员实验报告的数据分析有机结合，重点研究直流稳压电源常见故障的分析与排查方法，根据设备的健康状况实施及时有效的设备检修， 不仅提高了实验课质量、节约经费，同时也能为今后大型装备中的电源维修与保障打下基础。

1 直流稳压电源的简要工作原理

直流稳压电源按照稳压原理来分， 一般又包括串联稳压电源和开关稳压电源两大类。 两类直流稳压电源各有其优缺点：串联稳压电源电路简单，纹波小，但效率低。开关稳压电源效率高、体积小，但电路复杂，对周围的电子系统影响大。 目前，开关稳压电源的应用越来越广泛[3]。

1.1 串联直流稳压电源的基本原理

串联式直流稳压电源的电路形式多种多样， 但从本质上看都有其相似性。 一般的串联式直流稳压电源的组成框图如图1 所示。

一般情况，直流稳压电源的输出电压较低，而交流输入电压一般为市电的220 V 左右， 因此首先需要一个功率满足要求的工频变压器来将220 V 电压降低到适当的幅度， 然后再采用整流桥或整流二极管构成的桥式电路进行整流， 再经电容滤波， 最后经集成稳压器或由三极管等电路构成的串联稳压电路进行稳压，得到所需的直流输出电压[4]。

图1 串联式直流稳压电源的组成框图Fig. 1 The block diagram of the series DC regulated power supply

比较典型的串联直流稳压电源如图2 所示。

图2 中未给出变压器电路， 只给出了从整流桥往后的电路原理。 图中的7805 是很常用的串联稳压电路， 输出电压为+5 V，输出电流最大为1 A。

图2 +5 V 输出的串联直流稳压电源电路原理图Fig.2 Structure diagram of +5V DC power supply

由于工频频率低，因此，当要传递一定功率时，变压器的体积会比较大。同时为了保证当输入电压在一定范围变化时，输出电压都能够稳定在规定的数值上， 在稳压电路的输入端（即图2 中的7805 的输入端） 的电压必须保证其输出电压高于一定的数值。 由于整个电路的无效功耗约等于稳压电路（7805）的输入输出压差乘以负载电流，因此，整个电路的效率普遍比较低。

1.2 CA1800 系列多路直流稳压电源原理简介

本中心实验室配备的直流稳压电源属于CA1800 系列可调式直流稳压稳流电源， 是一种具有输出电压与输出电流均连续可调、稳压与稳流自动转换的高稳定性、高可靠性、高精度的多路直流电源[5]。

CA1800 系列为LED 显示，可同时显示输出电压和电流值，且所有规格都具有固定5 V，3 A 输出。 另外，两路可调电源无需另外接线即可进行串联或并联使用， 并且一路主电源进行电压或电流跟踪。 串联时最高输出电压可达两路电压额定值之和；并联时最大出电流可达两路电流额定值之和。

CA1800 系列多路直流稳压电源的原理框图如图3 所示。

图3 CA1800 系列多路直流稳压电源的原理框图Fig. 3 Principle diagram of CA1800 series DC regulated power supply

2 直流稳压电源故障分析与故障排查方法

1)故障一：无输出电压，即输出电压为0 V

电路输出电压为零，实际就是电路无输出。 可以从电路输入端分析到输出端不难看出， 如果电路存在以下几种情况中任意一种情况，电路均会无输出电压。

①电源线和输出导线故障或接触不良、 ②保险丝熔断或开路、③变压器开路、④桥式整流电路开路、⑤电容短路、⑥电阻开路、⑦三极管开路、⑧稳压管开路[8]。如何判断到底是由哪一种原因造成的呢？可以按下列步骤来检测，如发现故障则可以进行维修，若故障排除则可以不再继续进行下一步：

第一步： 观察电源线和输出导线的插头和接口处两者是否有松动，查看线体是否损坏，用万用表测量接口处电压是否与插座上的电压一致，分别测其通断。如有故障直接手动调节和更换导线即可。

第二步： 取出保险丝看是否熔断， 或存在接触不良的现象。 如果保险丝熔断更换相应参数的保险丝即可。

第三步：打开机盖，观察是否有元件烧坏，导线断开，电路板是否虚焊、脱焊等断路现象存在，如无直观故障，则利用万用表进一步测量各单元间的通断， 发现故障后要更换元件或将断路处重新进行焊接或接线。

以上排查过程如图4 所示。

图4 故障一排查流程图Fig. 4 The flow chart of fault 1 checking

2)故障二：输出电压不准确，即电压高于或低于正常电压，且不可调

电路输出不准时， 我们可以利用万用表或示波器对各单元电路的性能进行带电检测， 如发现问题可对单元电路中的独立元件分别进行带电或不带电检测。 常见故障主要有以下几种原因。

①降压单元故障、②电压调整电路单元、③稳压单元故障、④输出电压幅度调节单元故障。 建议按下列步骤来检测：

第一步： 测量变压器的输出端电压值是否在规定的范围，如有故障需更换变压器后再进行测试。

第二步：测量电压调整电路输出端电压是否准确。 如有故障需进一步检测调整管等相关元件，确定故障元件，主要是检测该单元内部相应的三极管、二极管是否被击穿。

第三步：测量稳压单元的输出端电压，检测该单元是否起到了稳压效果。 如有故障需更换稳压芯片及其外围元件后再进行测试。

第四步： 测量电压幅度调节单元在调整过程中电压是否进行有规律的变化。 如有故障需要更换调压电位器后再进行测试。

以上排查过程如图5 所示。

图5 故障二排查流程图Fig. 5 The flow chart of fault 2 checking

3)故障三：输出电压不稳定，有波动或含有纹波电压

出现该现象时应重点检查是否存在以下故障。①电源电压不稳定、②整流单元故障、③滤波单元故障、④稳压单元故障。 重点排查以下几项：

第一步：应仔细检查交流电源电压是否太低，如不是应检查桥式整流电路中是否有断路或个别二极管短路而导致全波整流变成半波整流的情况。

第二步：纹波电压较大，则应检查滤波电容是否有断路、漏电、漏液、鼓泡等原因导致的电容容量减小或失效的现象。

第三步：不稳定时，可能是稳压管稳压性能变坏，本来稳压管的作用是为比较放大器提供一个基准电压， 这一电压应保持不变，但当稳压管性能变坏时，送入比较放大器同相端的电位将发生变化， 经比较放大后送给调整管基极的信号就不再是真正的取样信号，结果也会使稳定度降低。

以上排查过程如图6 所示。

以上几类常见故障是针对直流稳压电源的原理所进行的分析与排查，当然还会有其它故障发生，如显示单元，按键、旋钮等控制单元， 但不是其主要故障， 往往对其功能影响不大，可以继续使用，在此不作过多赘述。

3 结束语

图6 故障三排查流程图Fig. 6 The flow chart of fault 3 checking

直流稳压电源发生故障势必影响正常的实验教学、科研、生产、维修等工作，只要掌握电路原理，提高故障分析能力，运用跟踪排除法细心检测，就完全能够及时找到故障源头，缩短故障排除时间。这样不仅提高了工作效率，保证实验教学任务的顺利进行，还能延长设备使用寿命，节约维护和采购经费。下一步的研究重点是故障机理分析、 故障研究对象扩展及故障预测算法研究[6]。

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