中功率开关电源快速检修方法

王复奇

（贵州航天职业技术学院，贵州 遵义 563000）

0 引 言

开关电源是一类特殊类型的“电路”，有两种呈现形式：有时以“内嵌”的形式与其他电路共置于一块印制线路板（Printed Circuit Board，PCB）上；有时以独立的电子设备形式，给其他电路或系统提供合适的电能量，使电子产品或系统稳定可靠工作[1]。因此，在各种各样的电路或者电子系统中，开关电源呈现出特殊性（电路中的特殊类别）、代表性和普遍性。虽然开关电源存在多种类型（不同的拓扑结构），但是从近十多年的发展趋势来看，中型开关电源大多采用它激式和隔离式结构。本文主要讨论的中功率开关电源，是指输出功率大于等于60 W、小于等于350 W的开关电源。

1 开关电源基本组成结构

开关电源基本组成结构如图1所示。尽管开关电源的电路可以千变万化，但是其基本构成大致相同，主要包括一次侧外围电路（含输入端保护电路、输入端整流滤波电路及钳位保护电路）、主控芯片（脉宽调制控制器或单片开关电源集成电路）、高频变压器、二次侧输出电路、反馈电路以及其他保护电路[2]。

图1 开关电源组成

2 开关电源工作原理

以HLI-2637型中功率开关电源为例，阐释其工作原理。该型号开关电源采用脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）型电路模式，只用一块PCB板布局完成。其主要由一次侧外围电路、主控芯片电路、高频变压器、二次侧输出电路、反馈电路及其他保护电路组成，输出功率为135 W。

2.1 一次侧外围电路

抗干扰电路如图 2所示，由 L1、C1、L2、C2、C3、C4及L3组成，其中L1、L2及L3均采用共模电感，与C1、C2、C3和C4一起构成滤波器，阻止并滤除由输入端引入的噪声和开关电源本身振荡产生的噪声。该开关电源具有启动浪涌电流限制功能和启动浪涌电压抑制功能，分别由RT1和RV1完成。

如图2所示，它由VB1桥堆和电解电容C6、C7组成，作用是把交流220 V市电转换为直流并滤波后成为平滑的直流电压300 V，供功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）和开关电源振荡启动。

图2 一次侧外围电路

如图3所示，该电路由专用驱动控制集成电路N1（MC33262）与开关管V1（10N60）和储能电感L1构成，将整流滤波后的市电校正后提升至400 V，为主开关电源和电源板上的高压板升压输出电路供电。由于PFC电路的故障率比较低，关于PFC电路详细的工作原理这里不再赘述。

图3 功率因数校正（PFC）电路

2.2 主控芯片（PWM控制器或单片开关电源集成电路）

该开关电源采用专用芯片OB2269CA为核心的它激式和隔离式结构[3]，主要由专用IC（OB2269CA）N4、功率开关管V7（FQPF3N80C）、开关变压器T1、VD4、VD5、VD6、V3、V4、V5和V6等其他元器件组成，如图4所示，输出+12 V和+5 VM。

图4 主控芯片电路、高频变压器、二次侧输出电路、反馈电路及其他保护电路

2.2.1 OB2269CA专用IC简介

OB2269CA是一块高性能（工作电流约为2.3 mA）专用IC，具有低待机功耗（待机功率＜0.3 W）、低启动电流（VIN/VDD启动电流低至4 μA）、过载保护、过电压保护和过热保护等诸多优越性能的电流模式PWM开关电源专用驱动控制集成电路，是昂宝电子（上海）有限公司On-Bright生产的产品。它的详细的性能参数、内部电路框图及参考电压可查阅其官网和相关专业网站的数据表（Data Sheet），这里不再详细阐述。

2.2.2 启动过程

电源开关通电后，交流220 V经过整流滤波电路输出约300 V直流电压，经T1的初级③-①绕组加到V7的漏（D）极，同时经启动电阻R916～R918加到OB2269CA的③脚，再通过内部的电流源给⑦脚上的外接电容C10充电。当C10上充电电压达到启动电压值时（典型值为16.5 V），OB2269CA内部振荡电路开始振荡，产生的振荡脉冲信号经内部相关电路处理后，从⑧脚输出PWM开关脉冲加到V7的栅极，驱动V7进入开关状态，在T1中形成变化的磁场，再通过互感作用在T1的次级产生感应脉冲电压。

2.3 高频变压器

高频变压器T1主要作用是把原边（T1左边）主控芯片OB2269CA及其外围电路产生的高频电压耦合到副边（T1右边），同时起着电气隔离及其他作用。

2.4 二次侧输出电路

T1原边绕组⑤脚输出的脉冲信号经由VD3、C13组成的整流滤波电路后，得到20 V电压，分为3路：第一路经VD1加到OB2269CA的⑦脚，作为OB2269CA稳定工作的工作电压；第二路送往V1的集电极，作为V1的工作电压；第三路经R4加到光电耦合器N1的C级，作为N1的工作电压。

T1副边绕组⑦脚输出的脉冲信号经VD4、C15整流滤波后，得到的直流电压加到V3的发射极，作为V3的工作电压。

T1副边绕组⑧脚输出的脉冲信号经VD5、C21整流滤波后，得到的直流电压加到V5的D极，作为V5的输入电压。

T1副边绕组（12）脚输出的脉冲信号经VD6、C23、L、C24整流滤波后，得到5 VQ、5 VB电压作为整机待机时的工作电压。

2.5 反馈电路及其他保护电路

2.5.1 闭环负反馈稳压控制电路

闭环负反馈稳压控制电路由取样电阻R12、R13、R14、R15以及光电耦合器N2、精密稳压放大器N3等元件组成。OB2269CA的②脚为反馈电压输入端，即稳压信号输入端。稳压电路的工作原理是，当输出的+5 VM因某种原因升高（或降低）时，通过取样电路的变化信号与精密稳压器比较后送到N2进行隔离后再反馈到OB2269CA的②脚，继而控制OB2269CA的振荡脉宽降低（或升高），完成一个闭环负反馈，从而稳定输出电压。

2.5.2 开关机控制电路

V5、N5等元件组成12 V电压输出电路。整机工作在待机状态时，V3、V4截止，V5因控制极（栅极）无电压也截止，其漏极（D极）无12 V电压输出。

用遥控器或本机键开机后，V4、V3由截止转为导通。V3导通后，V5控制极得电也随之导通，从漏极输出12 V电压。

V6组成+5 VM电压形成电路。整机工作在待机状态时，由于无开关电源12 V电压输出，V6控制极无电压而截止不工作，故无+5 VM电压输出。用遥控器或本机键开机后，开关电源输出的12 V电压加到V6的控制极，使V6导通，输出+5 VM电压送往相关电路，作为相关电路的工作电压。

V1、VZ1、N1等元件组成PFC电路中的驱动脉冲集成块的供电电路。整机工作在待机状态时，由于V2、N1截止，V1截止，故V1的发射极无VCC（供电电压）输出，PFC电路中的驱动脉冲形成电路因无供电电压也会停止工作。用遥控器或本机键开机后，V2、V1、N2导通。V1导通后，+20 V电压经V1送往PFC电路中的驱动脉冲形成电路，启动PFC电路进入工作状态。

2.5.3 保护电路

⑥脚电流反馈脚。当负载过重时，流经V7的D-S极、R26电阻上后电流增大。当在R26上产生的压降大于0.86 V时，⑥脚内部的过流检测电路启动，导致反馈脚②脚电压上升。这种现象持续80 ms后，芯片将进入过载保护状态（OLP），⑧脚停止PWM信号输出，开关电源停止工作。⑦脚为供电脚，正常工作典型值为16.5 V。当此脚电压高于或等于23.5 V时，内置的过压保护电路（OVP）起控，⑧脚停止输出PWM脉冲。当⑦脚电压低于11 V时，内置的欠压保护电路（UVLO）起控，⑧脚停止输出PWM脉冲。⑧脚为PWM脉冲信号输出端，内部有灌流驱动电路，同时设有18 V钳位二极管，防止栅极驱动电压过高损坏V7。

集成块OB2269CA的④脚为频率设定脚，更改④脚外接电阻可以更改OB2269CA的振荡频率。⑤脚为软启动脚。

3 开关电源检修

3.1 传统检修步骤及方法

第一步，观察了解所检修开关电源的电路拓扑结构，对于不熟悉新型核心元器件（如新上市的开关电源振荡IC等元器件），查阅相关参考资料（如Data Sheet），之后进一步熟悉开关电源各个组成部分，分析并掌握各个部分电路的工作原理以及元器件所在PCB板上的具体位置，为检测做好准备。

第二步，按照电路工作原理及信号处理流程，从“源头”开始向“尾”即输出端方向（通常是从左至右）逐级检测，一般是采用万用表和（或）示波器测量电压和（或）波形的方法，获取电压值和（或）波形、频率等参数值。再根据所测量的参数值，结合电路的工作原理，对所测量各级电路的工作状态，分别逐级逐个元器件进行定量和（或）定性分析，判断电路是否工作正常，以便缩小故障范围。这种逐级、逐个元器件检测的方法效率低、非常耗时。

第三步，对于工作异常的各级电路，故障范围已较小，需要根据故障电路的具体结构情况（电路功能、性质等），使用万用表灵活地、有针对性地对可疑元器件进行检测，最终找到故障元器件。

第四步，拆焊故障元器件，更换同型号或参数相同的元器件即可。加电测量输出电压或其他参数，即可知道故障是否完全消除。

3.2 快速检修步骤及方法

针对传统逐级检测、耗时长的弊端，笔者经过长期实践、探索，对中型开关电源不同电路拓扑结构快速检修，总结出一套快速有效的检修步骤及方法。

第一步，判断是否存在显性（目测和嗅闻）的故障，即观察、嗅闻开关电源PCB板上的FUSE管以及其他功率元器件是否烧断或炸裂和（或）烧焦的味道。若没有，则进行第二步。如果有，证明电源损坏严重。遇到这种情况，不能盲目加电，以免使故障范围进一步扩大。只能用万用表进一步检测电源PCB板上其他元器件，排除短路元器件。再检测开关电源的负载是否有严重的短路情况。如果有，基本上可判断开关电源故障是由于负载故障引起的，则断开负载。此时。需先解决电源故障，再检修负载电路的短路。

更换损坏的元器件（用同规格或参数相同的元器件），加电观察，若无冒烟、炸响及异味（通常是烧焦味）等异常情况，检测开关电源的输出端电压是否正常。若正常，则继续检修负载电路。若仍不正常，则进行第二步。

第二步，用万用表测量电磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）、整流滤波电路的输出端+300 V电压。若无，则检测RT1、RV1及整流桥堆是否正常，即可查出故障元器件。若有，进行第三步。

第三步，用万用表测量PWM振荡电路中IC（如图4中N4）的启动电压输入（VIN）脚和功率开关管（图4中V7）的漏极（即T1的1脚）电压值，若不正常，则判断是启动电阻和T1故障，检测验证启动电阻和T1后更换即可。若正常，则测量PWM振荡电路中IC（如图4中N4）VDD脚电压值；若不正常，则测量供给该电源（VDD）脚的整流二极管（图4中VD3）是否正常。若不正常，则更换即可。若正常，则测量功率开关管（图4中V7）是否正常。若不正常，则更换即可。若正常，则测量PWM振荡电路IC其余各脚直流电压。若不正常，则检测过流保护电阻（图4中R26）和负反馈电路（主要是N2、N3）中的元器件。若不正常，则更换故障元器件即可；若正常，则说明PWM振荡电路IC损坏，更换即可。

第四步，检测开关变压器后面的整流滤波输出电路中整流二极管（图4中VD4、VD5、VD6）是否正常，若不正常，更换即可。

第五步，检测开关机控制电路中各主要元器件（图4 中 V1、V2、V3、V4、V5、N1、N5和 VZ1）是否正常，若不正常，更换即可。

4 结 论

基于以上阐述，对于中功率开关电源快速检修，可总结出两个层面的意义。

第一层面，在学习并掌握中功率开关电源基本结构及电路工作原理的基础上，根据电路逻辑功能，确定关键（或重要）测试点，通过测量电压或电流或波形等方法进行分析判断，能快速缩小故障范围，找出故障元件，最终排除故障。

第二层面，通过元器件级检修只更换元器件，避免整板（PCB板）废弃，可节约社会资源，减少浪费。