发射机开关电源原理及故障检修方法

许 伟

十堰市四方山广播电视发射台 湖北省 十堰市442000

引 言

全固态广播电视发射机的功放模块主要由低电压、大电流的开关电源为其供电。大功率的开关电源设计较为复杂，在维修过程中又缺乏完整的维修资料及图纸，为维修工作带来不便。实际上，现阶段的开关电源出现问题，基本上都是返回厂家维修，发射台的技术人员一般不再自己直接维修。但是，在应急处理时，掌握开关电源的原理，能分析出开关电源故障原因并做出处理，是非常有必要且重要的。

1 开关电源的原理

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。这里介绍的开关电源，包含AC/DC转换和DC/DC转换，AC/DC转化是将交流电变换为直流，DC/DC转换是将电能质量较差的直流转换成满足设备要求电压值的质量较高的直流电压。开关电源的核心是DC/DC转换器，DC/DC转化器就是通过重复通断开关，把直流电压或电流转换成高频方波电压或电流，再经过整流平滑变为直流电压输出。DC/DC转换器的分类基本上就是开关电源的分类。开关电源根据连接方式、激励方式、调制方式等有多种分类，本文介绍的是一款全桥谐振开关电源。

开关电源大致由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部分组成。其中主电路包括：交流输入滤波、桥式整流与滤波、DC/DC变换、输出整流与滤波。辅助电源为保护电路和控制电路工作供电。

2 结合实例介绍AC/DC、DC/DC模块

现结合四方山广播电视发射台使用的一台48V/50A的开关电源实例（图1），对其AC/DC、DC/DC变换进行理论解析。如图1所示，市电三相380V交流电输入后，通过交流保险、交流互感滤波后接到桥式整流模块，桥式整流后的直流电通过电容滤波后，送入开关电路，经过开关电路后的直流电再经过整流滤波后输出。

本开关电源的桥式整流部分将三相交流电整流成直流电，使用了2个整流桥堆。图2为三相整流电路的原理图，图3为三相整流电路的实际电路示意图。

开关电路部分使用的是全桥变换器拓扑结构，如图4所示。斜对角的两个开关管（Q1、Q4或Q2、Q3）同 时 导通，两组开关管交替导通半个周期。通过变压器耦合的方式，从初级向次级传递能量。

3 故障检修实例

3.1 故障现象

保险管炸裂。

3.2 故障分析

保险管熔断可能是由于过载等情况引起，但是保险管炸裂，则多为主电路出现短路，瞬间出现强电流引起的。经过对开关电源的原理分析，我们猜测可能出现短路的情况为：（1）滤波电容损坏，产生短路；（2）整流桥堆损坏，产生短路；（3）开关管损坏，产生短路；（4）控制电路出现问题，引发开关管动作，产生短路。由于控制电路检查较为复杂，可先检查为控制电路的辅助电路是否正常。

图2 三相整流电路的原理图

图3 三相整流电路的实际电路示意图

图4 全桥变换器拓扑结构

3.3 故障检修

1.首先用肉眼观察整个开关电源各个元器件有无烧毁现象，主要观察整流滤的电解电容是否正常。通常观察，初步排除滤波电容损坏而产生的短路。

2.桥式整流堆的检查。取出桥式整流堆，根据图5的桥式整流堆原理图，依次判断内部4个二极管是否正常。判断方法为，使用电子万用表的二极管挡，分别测试各个引脚。例如，红表笔接2脚，黑表笔接1脚，此时管子应当处于正向导通状态，显示值即为正向压降，完好管子的正向压降为：硅管0.5～0.7V，锗管为0.15～0.3V。若显示“0”，表明管子击穿短路，若显示“1”，则表明管子内部已经断路。当红表笔接1脚，黑表笔接2脚，此时被测二极管应当反向截止，完好的管子应当显示“1”，若显示“0”，说明被测管子必坏无疑。经过检测，判定整流桥堆正常，排除整流桥造成的短路。

图5 桥式整流堆原理图

图6 N沟道MOS管

3.开关管的检查。开关电源的开关管有很多型号，根据应用的场景，常见的有双极性晶体管（BJT）、金属氧化物半导体晶体管（MOSFET）、还有绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。如果开关管上标有型号，则根据型号判断开关管好坏。以N沟道MOS管（图6）为例介绍，一般封装面对自己时，左栅 极（G）中 漏 极(D)右 源 极（S），栅极与漏极和源极之间相当于一个电容，栅极的击穿电压比较小，在知道型号下，要查阅资料，判定管脚的极性，避免误操作，击穿MOS管。我们使用指针型万用表，先把MOS管的G极和S极短接（用镊子夹一下就行了），然后测量D极和S极的电阻。测试时电流从S极流到D极，即红笔接S极，黑笔接D极，这个时候测出来的电阻和正常MOS管测出来的做对比，如果差太大，那肯定就是烧了。如果表笔接反了，正常的MOS管测出来的电阻是断路（寄生二极管存在的缘故）。

对于双极性晶体管（BJT），则比较简单，在已知型号下，分别测量集电极—基极、发射极—基极和基极—集电极、基极—发射极的电阻即可，利用PN结的电阻特性可以判断管子的好坏。

图7 IGBT管示意图

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，如图7所示。若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若1GBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOS截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件。我们使用指针式万用表来测试，检测前先将IGBT管三只引脚短路放电，避免影响检测的准确度；然后用指针万用表的两枝表笔正反测G、e两极及G、c两极的电阻，对于正常的IGBT管上述所测值均为无穷大。最后，用指针万用表的红笔接c极，黑笔接e极，有一定阻值，对照资料查询比较。

对不明的、没有任何标识开关管，本开关电源开关管就是这种情况，需要分情况一一测试判断，这样比较复杂且费时。结合实际，由于四只开关管同时损坏的概率很小，可以采用一种简单的方法，对比测量四只开关管管脚间的电阻，把明显阻值小于其它管的拿出来，做进一步的判断。一般来说，管子击穿后的阻值要明显小于其它管。

经过判断，2只对管阻值明显小，怀疑是开关管损坏，对其他辅助电路做了全面排查后，更换相同型号开关电源的开关管后，开关电源正常使用。

4.可以查询相关资料，对检测、辅助电路进行相关的学习判断。

结束语

开关电源电路图较为复杂，在面临缺少图纸资料的情况下，抓住主电路、关键器件的检查，才能高效精准地处理故障。广播电视维护人员必须要加强电子技术学习，通过对开关电源的理论学习和实际检修，可以举一反三的应对其他相关的检修任务。