浅析发射机脉宽调制开关电源原理及故障检修方法

冯守恒 劳善好 许程远 陈志鹏 韦增业

（广西广播电视技术中心钦州分中心）

一、引言

电源是所有电子设备的核心要素之一。没有电源供电，电子设备就无法工作。脉宽调制开关电源可以达到90%及以上的转换率，被各电子设备选择其来用作供电电源。而广播电视发射机中的激励器也用到脉宽调制开关电源。本文以浦北转播台凯腾1KW模拟电视发射机激励器中的脉宽调制开关电源为例，介绍脉宽调制开关电源原理及故障检修方法。

图1 PWM输出过程框图及与控制电压波形关系

二、脉宽调制开关电源的工作原理

（一）PWM脉冲输出与控制电压的关系

脉宽调制开关电源的灵魂是PWM脉冲。所谓脉宽调制就是说通过调节脉冲的占空比D控制开关管的饱和导通与截止关断来达到稳定的直流电压。如图1所示，从框图看出PWM脉冲的形成原理比较简单，误差放大器、锯齿波发生器、比较器三个一起加上符合条件的电压输入就得到PWM脉冲。图1中框图部分，和通过误差放大器后输出一个控制电压。这个电压是一个非恒定电压，它会与锯齿波通过比较器都得到PWM脉冲。其波形关系图1下半部分说明，从波形中看出当锯齿波电压比控制电压小的时候比较器输出高电平，反之比较器输出低电平。随着控制电压电压大小不一样，从比较器得到的高低电平的时间比值就发生改变，即D的大小也不一样（如公式1-1）。

（二）基于KA7500C芯片的开关电源电路

凯腾1KW模拟电视发射机激励器脉宽调制开关电源，使用基于KA7500C它激式脉宽调制开关电源,其实物图如图4所示。其部分原理图如图2所示。

开关电源由于开关管需要激励信号，按激励方式划分为它激式和自激式两种方式。从图2原理图看出，大功率开关管激励信号来源与芯片KA7500C。激励信号只是通过互感线圈T1放大后推动大功率开关管，也可以说是开关管的导通与截止是由KA7500C直接控制。此图是属于它激式开关电源的原理图。

图2中原理图电路工作时信号是从左往右单向流通。从左边交流电输入开始经过L1滤波，再经过整流桥VD1整流及大电容C5、C6得出一个相对高电压直流电。直流电经过开关管V1、V2的斩波，此时在主耦合变压器T1的作用下电信号得以传到该变压器的另一侧。最后有后续电容滤波整形，就得到稳定的设定电压输出。因为电源要带有负载，负载大小并非固定不变的。就在输出电压处，采样一个反馈电压回到控制芯片KA7500C。通过一个反馈电压，KA7500C就会产生一个PWM信号以驱动开关管工作。这一反馈电压就对应图2的。

图2 基于KA7500C开关电源原理图

简要说明引脚与波形的联系。图3中的3脚是一个反馈电压输入端，4脚是死区控制端，比较器输出1、2是KA7500C内部波形并无输出到芯片外。8、11脚双端输出，两路输出脉冲相位差半个周期，送到如图4中V3、V4组成的推挽功率放大电路去进行放大后，通过变压器T2传送给开关管V1、V2。

三、故障检修实例

（一）故障现象

在发射机开机时间，激励器各种指示灯处于灯灭状态，按激励器的开关键和复位键无响应。

（二）故障分析

经过上文对开关电源的原理分析得知，从信号流从左到右上看，常见的故障有保险管烧断，这样会引起整个电路没有供电。此时用万用表测量整流电容很容易判断。如果是整流桥损坏，整个电路包括大电容两端就没有一个稳定的直流电压，这样个不能让电路正常工作输出额定电压值。开关管VT1、VT2是对变压器整流的高直流电压进行斩波，如果其中一个管子损坏都引起输出端不正常输出。核心部分的KA7500C芯片分析来看，如果其他部件没损坏，芯片也自身引起电路非正常工作。KA7500C最主要的作用是通过输出负载的情况产出PWM波，使输出稳定的电压值。在检修电路时候必须注意此芯片有无起振，8、11脚有没有PWM输出到VT1、VT2的栅极。芯片是通过反馈电压来调整PWM的占空比，如果反馈的电压不正确也不能使输出电压为额定值。

（三）故障检修

激励器脉宽调制开关电源为多输出电源，实物图如图4所示。即在输出端可以输出两种以上电压的电源。上文提到在台站应急时用万用表测量内部开关电源供电情况，发现开关电源输出电压与铭牌上不一致而且相差甚远。用肉眼观察其各个元器件并无烧毁现象，排除器件烧毁导致无输出的可能。

本开关电源外壳上标明Vo1：12V，Vo2：5V。在台站已证明两输出端口其对GND电压均为非零低电压。开关电源为了得到两种以上输出电压必需用到稳压芯片。这个开关电源为了得到12V和5V的电压输出就用到了378R12和3052V两种芯片。这两种芯片就能使终端输出得到12V和5V的电压。这两片芯片在同一个开关电源中有一个特点，就是它们的输入电压是一样的。现拆开该开关电源的保险管，用一个30W的白炽灯串联其中。白炽灯的主要作用是，在某处短路可以起到保护整个电路作用，还有如果有电流流入负载白炽灯会比较亮。在开关电源输入处接通交流工频电后发现灯泡光线非常微弱，开关电源再接对应电压负载后灯泡依然无大变化。用万用表测整流电容两端最高电压为300V说明整流部分没有故障。因为两片稳压芯片输入具有电压一致性，就用万用表测量其输入电压发现两片稳压芯片对GND电压均为非零低电压。根据以上两个动作初步判断，主耦合变压器,开关管V1、V2,放大管V3、V4,PWM芯片KA7500C有故障。用万用表测V1、V2、V3、V4这几个管并无击穿短路现象，又测量发现变压器无烧断开路。再用示波器的探针固定于KA7500C的8、11脚，并把示波器调至单触发状态。把开关电源断交流电，稍后重新对其上电。发现示波器并没有抓到任何波形脉冲。就说明KA7500C并没有起振。把探针固定于KA7500C的Vcc供电脚，就是芯片的第12脚。重复上述动作。此时示波器得到一个时间短暂的脉冲波形。这波形是通电时的从T1互感到Vcc的起振电压。到此断定是KA7500C有故障，无法提供PWM脉冲，使整个开关电源正常工作。

图3 KA7500C芯片引脚图及其工作时各管脚的波形图

将开关电源中的原KA7500C拆卸，换上新的KA7500C。上电后用万用表直接测量输出端，得到两个电压值均与铭牌标的电压值一致。给开关电源接上负载，发现串联在保险管处的白炽灯光线明显比无负载时强。说明有电流流通。到此已把故障消除，该开关电源恢复正常状态，并可以放回台站当备件使用。

图4 待修开关电源实物图

四、总结

维修电子设备是理论与实践的结合，要认真查找及阅读大量的相关资料、文献，了解机器的工作原理、系统的信号流和操作注意事项，才能高效精准地处理故障。我们作为广播电视维护人员必须要以安全播出为核心，争分夺秒为机器正常运行保驾护航。通过这次对脉宽调制开关电源的理论学习，在同事们共同努力下，运用理论指导排查、消除故障使我受益匪浅，也让我增加信心面对新的挑战。