开关电源电路原理与检修

2016-03-09湛江市第二技工学校任巧灵

电子世界 2016年3期

湛江市第二技工学校任巧灵

开关电源电路原理与检修

湛江市第二技工学校任巧灵

【摘要】近年来各种电子设备的开关稳压电源逐步由分立元件结构发展到以集成电路为核心的电路，配合少量外围器件完成稳定的大功率电流、电压输出。这种以集成电路为核心的新型开关稳压电源具有过压过流自身保护功能等特点。本文通过典型实例阐述了开关电源电路的原理与检修。

【关键词】开关电源；传统线性电源；集成电路

0 前言

开关式稳压电源，是一个将交流转换为直流，将直流又转换为交流，再将交流转换为稳定直流电的电源转换电路。它是通过改变电路中控制元件的导通时间来调整电压大小随负载而变化，且无论输入电压和电源负载发生何种变化，它都能使输出电压保持在一个非常稳定的工作状态，是一种新型直流稳压电源，其效率可达85%以上，稳压范围宽。除此之外，还具有稳压精度高等特点，是一种较理想的稳压电源。正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中。

1 开关电源技术的发展

以分立元件为主体的传统开关电源是以大体积的工频变压器将市电变压至适当的交流电压，再整流成脉动直流电，再连接大容量的电解电容来进行滤波，滤波后加上线性稳压电路。其调整管工作在放大状态，发热量大，还需要加大体积的散热片，且工作效率不高。逐步以集成电路为主体的新型开关电源所取代，各种新型开关电源集成控制器的不断出现，省掉了大体积的变压器，其开关管工作在饱和和截止状态，发热小，效率高。开关电源集成控制器除控制主电路把交流电转换成符合要求的高频方波脉冲电压外，还要执行电压调整、电流检测、温度监视、电路运行状况检测及各种保护功能，以此保证所有参数在电源运行过程中都不偏离正常值。

2 开关电源的结构组成

图1 开关电源的组成

开关电源的结构主要由输入整流滤波电路、开关功率变换电路、输出整流滤波电路，以及输入和输出的干扰抑制滤波电路组成。

输入的220V交流电先经干扰抑制低通滤波和一次整流滤波后得到直流电压Ui，经开关功率变换，把直流电压Ui变换成受到控制的、符合要求的高频方波脉冲电压，然后再经二次整流滤波后得到直流输出电压Uo，此电压不随输入电压的波动和输出负载的变化而变化，达到了稳定输出电压的目的。

图2 S538型万能充电器电路图

3 开关电源电路实例分析

下例是分立元件构成的开关电源实物图，S538型万能充电器的原理图，分析其工作原理如图2所示。

该电路由振荡电路，充电电路，稳压保护电路，过流电路组成。

3.1 接通电源瞬间

（1）220V的交流电经二极管VD2半波整流，形成约100V左右的直流电压（有滤波电容的话，约300V），该电压经变压器初级线圈（T1-1）流到三极管VT2的C极。此时三极管VT2处于截止状态。

（2）同时，100V直流还经过启动电阻R4加到VT2的B极，提供一个正向偏置电压，使之开始导通。电流经初级线圈流入集电极，发射极流出，R5为过流检测电阻。

3.2 振荡过程

（1）由于变压器的互感特性，反馈线圈（T1-2）感应到一个上正下负的电压，经C1和R1加到VT2的基极，使三极管强烈导通，流过初级线圈的电流进一步加大。变压器储能。

（2）当三极管VT2完全导通，流过初级线圈的电流不再加大，反馈线圈（T1-2）感应的电流开始减少。由电感的互感原理（当流过电感线圈的电流减少时，电感线圈将产生一个阻止其电流减少的反向电动势）可知，初级线圈的能量开始向次级线圈（T1-3）释放，经VD3整流后输出到负载端。同时，反馈线圈的感应电压变为上负下正，使三极管开始进入截止状态。

（3）释能结束后，由于R4与反馈线圈的存在，重新开始使三极管VT2开始导通、截止的过程，如此往复，形成振荡。

3.3 充电过程

该电路主要由一块软塑封集成电路IC1(YLT539)和三极管VT3等组成。从变压器T的1-3绕组感应出的交流电压5.5V经二极管VD3整流、电容C3滤波后，输出一个直流8.5V左右电压(空载时)，该电压一部分加到三极管VT3的e极；另一部分送到软塑封集成块IC1(YLT539)的①脚，为其提供工作电源。集成块IC1有了工作电源后开始启动工作，在其⑧脚输出低电平充电脉冲，使三极管VT3导通，直流8.5V电压开始向电池E充电。

当待充电池E电压低于4.2V时，该电压经取样电阻R11、R12分压后，加到集成块IC1的⑥脚上，该电压低于集成块IC1内部参考电压越多，集成块IC1的⑧脚输出的电平越低，三极管VT3的b极电位也越低，其导通量越大，直流电压(8.5V)经极性转换开关S1向电池E快速充电。由于集成块IC1的②、③、④脚和电容C4共同组成振荡谐振电路，其②脚输出的振荡脉冲经电阻R16送至充电指示灯LED1(绿)的正极，其负极接到集成块IC1的⑧脚。在电池刚接人电路时，集成块IC1的⑧脚输出的电平越低，充电指示灯LED1闪烁发光强。随着充电时间延长，电池所充的电压慢慢升高，集成块IC1的⑧脚输出电压慢慢升高，充电指示灯LED1闪烁发光逐渐变弱。

当电池E慢慢充到4.2V左右时，集成块IC1的⑥脚电位也达到其内部的参考电压1.8V。此时，集成块IC1内部电路动作，使其⑧脚电压输出高电平，三极管VT3截止，充电指示灯LED1不再闪烁发光而熄灭，充满指示灯LED2(绿)由灭变亮。

3.4 稳压保护电路

3.4.1 过压保护

当输出电压升高时，在变压器T的1-2反馈绕组端感应的电压就会升高，则电容C2所充电压升高。当电容C2两端电压超过稳压二极管VDZ1的稳压值时，稳压二极管VDZ1击穿导通，三极管VT2的基极电压拉低，使其导通时间缩短或迅速截止，经开关变压器T1耦合后，使次级输出电压降低。反之，使输出电压升高，从而确保输出电压稳定。

3.4.2 过流保护

在接通电源瞬间或当某种原因使三极管VT2的电流过大时，在R5、R6上的压降就大，使过流保护管VT1导通，VT2截止，从而有效防止开关管VT1因冲击电流过大而损坏。同时电阻R6上的压降，使电容C2两端电压升高，此后过流保护过程与稳压原理相同，这里不再重复。三极管VT1是过流保护管，R5、R6是VT2的过流取样保护电阻。

采用电源控制芯片组成的开关电源：

下例为康佳T2169E型机彩电开关电源分析，其开关稳压电源的组成如图3所示，它由TDA4605和场效应开关管组成，TDA4605集成电路内部包含稳压取样电压比较放大电路、初级欠压检测、逻辑保护电路、软启动控制电路，供电电压监测电路，输出级和电流驱动控制电路等。

TDA4605本身具有较完善的保护功能：

（1）过低压保护与过载保护

220V交流电经桥式整流、滤波后得到约300V的直流电压，通过电阻组成的分压电路，加到③脚判断是否欠压，若市电电压过低，使③脚电压低于基准电压（约1V）时，则⑤脚将停止输出激励脉冲，开关稳压电源将停止工作。

（2）过压保护与空载保护

当某些原因引起各路输出电压过高或电路元器件故障，而使⑥电压高于16V时，TDA4605进入保护状态，⑤脚停止输出激励脉冲，因为⑥脚电压是由开关变压器绕组经整流滤波取得，假若稳压系统有故障，开关变压器副方空载时，+B电压会上升，则⑥脚电压也会上升，当⑥脚电压超过16V时，则⑤脚便停止输出激励脉冲，这样就保证开关稳压电源在空载情况下的安全。

（3）过热保护

当TDA4605的芯片结温超过150℃时，其⑤脚即停止输出激励脉冲，TDA4605进入保护状态，开关电源停止工作。

采用场效应管2SK1794作为开关管，一方面场效应管属于电压控制器件，只要TDA4605的⑤脚输出较小的功率，就能实现对开关管的导通截止控制；另一方面场效应管具有驱动电路简单，驱动功率小，开关损耗小，开关速度快，热稳定性好等优点。

4 开关电源常见故障检修

开关电源电路常见故障主要有如下几种情况：

4.1 保险管烧断

引起保险管烧断的原因可能是交流输入和整流滤波电路中存在短路故障。如电网电压不稳定引起电源内电流瞬间增大；大滤波电容击穿或漏电；开关管击穿；消磁电阻变值等。

4.2 保险管正常，整机无电压输出

引起此类故障的原因可能是电源电路中存在开路、短路、过压、过流等故障，其内部保护电路动作，使振荡电路停止工作。通常是由于电源负载过重，高频整流滤波电路中整流二极管被击穿，滤波电容漏电等原因造成。

4.3 输出电压过低或过高

输出电压过低或过高，故障主要在稳压电路，稳压调节电路中取样、比较放大、基准电压电路元器件参数的变化都会导致电源电压过高；开关电源负载短路、输出电压端整流二极管、滤波电容失效、开关管性能差、开关变压器不良等造成输出电压不正常。

5 康佳T2169E故障实例分析

5.1 故障现象：开机“三无”，指示灯不亮

故障检查与分析：开关电源不工作；行、场扫描电路部分故障；微控制器部分故障；待机控制、保护电路及其本身故障等都有可能使电视机出现“三无”故障现象。打开电视机机壳，观察机内无烧焦及炸裂元件，无异常气味，检查该机电路板，未发现有虚焊、脱焊现象。开机，机内无异常气味及过热现象。测量C922两极﹢B输出端，发现电压为零，可判断故障部位应该在开关电源电路本身。接着再测电容C909两端，300V直流电压正常，说明交流输入、桥式整流、滤波等电路正常。测量振荡集成N901 （TDA4605）的各脚电压值，发现⑥脚电压不正常，查集成资料，得知此脚功能为集成电路电源供电脚，如无电压将使整个振荡电路不工作。沿着该引脚检查外围电路，发现⑥脚的电源供电是由220V交流电经半桥整流后再经过R917、R918降压所得。进一步测量发现启动电阻R917阻值为无穷大，按标称阻值更换后，开机，电视机恢复正常，故障排除。

此“三无”是由于启动电阻R917开路，振荡集成电路⑥脚得不到电源供电导致整机不工作出现“三无”现象。

5.2 故障现象：开机“三无”，指示灯亮

故障检查与分析：开机指示灯亮，闪动，则说明电源电路起振，工作基本正常，用遥控器不能开机，整机处于待机状态。拆开电视机外壳，测量开关变压器T901负载的电压均为正常值的一半左右，按压遥控器开关机键，输出直流电压无变化，但微处理器N601的20脚的电压有0V～3.4V的变化，说明中央处理器已经输出正常控制信号。V904基极也有0～0.7V的变化，但集电极、发射极两端电压一直不变。再测量光电耦合器N902的①、②脚也未有按照开关控制信号变化，说明稳压调整控制环路有故障，使光敏三极管长期饱和，无法进入开机状态，进一步测量V904的B、E间电位差，发现达5V以上，初步判断V904损坏。更换V904后，故障排除。

此故障是由于稳压放大管V904击穿短路，中央处理器20脚输出的开关控制信号，无法正常控制V904的导通～截止，影响振荡电路的脉冲宽度调整输出电压所致，使电源一直处于待机状态。

5.3 故障现象：图、声基本正常，光栅异常

故障检查与分析：开机仔细观察光栅，发现光栅亮度比原来暗、而且左右拉长。由故障现象可知，整机的基本工作条件已经具备，但电路参数指标不符。打开机器外壳检查电路焊点与元器件没有明显虚焊与烧焦痕迹。接通电源，测量﹢B输出端电压，发现电压只有90V左右，正常值应该是108V。﹢B电压下降会使行扫描电路扫描时间变长导致逆程电压过低、光栅亮度下降、光栅行幅度变大。进一步用遥控器进行开～关机操作，发现在待机状态下，﹢B输出有约60V，属于正常范围，说明电源的振荡电路、开～关机控制电路基本正常，故障应该在电源的稳压部分。由原理图可知，稳压取样由﹢B端经R932、R931、RP901、V904、V902、VD914等进行取样、调节、放大、基准等工作，+B电源输出异常很有可能是上述元件有故障，经进一步检查，发现R931由原来标称的3.9K变为16K，更换后﹢B输出上升为105V，图像光栅正常，故障排除。

此故障是由于取样电阻R931阻值变大，使取样电压上升，导致开关电源稳压电路误判断，造成﹢B电压输出降低，光栅异常。