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開關(guān)電源的原理分析與維修,1,一、【什么是直流電源】？,2,電源就是把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。發(fā)電機能把機械能轉(zhuǎn)換成電能，干電池能把化學能轉(zhuǎn)換成電能.干電池等叫做電源。,通過變壓器和整流器，把交流電變成直流電的裝置叫做整流電源或者叫直流電源,3,直流電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置，也稱電源供應(yīng)器或電源適配器，它提供電子板卡所有部件所需要的電能。直流電源功率的大小，電流和電壓是否穩(wěn)定，將直接影響電子板卡的工作性能和使用壽命,4,直流電源是一種安裝在封閉式獨立外殼的部件，它的作用是將交流電換為直流+5V，+12V，+24V等穩(wěn)定的直流電源，以供應(yīng)給AFC系統(tǒng)內(nèi)的各種電子板卡版使用。,5,二、【直流電源分類】,6,根據(jù)直流電源工作原理不同大致可分為線性電源與開關(guān)電源兩大類,1、線性電源,2、開關(guān)電源,7,1、線性電源,顧名思義，線性電源就是穩(wěn)壓調(diào)整管工作在線性區(qū)間的直流電源。,8,線性電源,線性電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路等。,9,線性電源,線性電源是先將交流電經(jīng)過變壓器變壓后，再經(jīng)過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，最后經(jīng)過調(diào)整管調(diào)整后輸出穩(wěn)定的直流電壓。,10,要達到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓，這種電源技術(shù)很成熟，可以達到很高的穩(wěn)定度，波紋也很小，而且沒有開關(guān)電源具有的干擾與噪音。,11,但是它的缺點是需要龐大而笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也相當大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，調(diào)整管上有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時，致使調(diào)整管的功耗太大，轉(zhuǎn)換效率低，還要安裝很大的散熱片。這種電源不適合大型緊密的電子設(shè)備的需要，將逐步被開關(guān)電源所取代。,12,線性電源的組成,13,電源變壓器,將電網(wǎng)交流電壓（220V）變換成符合需要的交流電壓，此交流電壓經(jīng)過整流后可獲得電子板卡所需的直流電壓。,14,整流電路,利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，把方向和大小都變化?0Hz交流電變換為方向不變但大小仍有脈動的直流電。,15,濾波電路,利用電容器C的儲能特性，通交隔直的性質(zhì)，把電容C與整流電路的負載并聯(lián)，就可以將整流電路輸出中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電。,16,穩(wěn)壓調(diào)整電路,當電網(wǎng)電壓或負載電流發(fā)生變化時，濾波電路輸出的直流電壓的幅值也將隨之變化，因此，穩(wěn)壓調(diào)整電路就是通過控制調(diào)整管的兩端壓降使輸出的直流電壓基本上不隨交流電網(wǎng)電壓和負載的變化而變化。簡單的小型穩(wěn)壓元件如78XX系列穩(wěn)壓IC,17,2、開關(guān)電源,18,開關(guān)電源就是電網(wǎng)交流電壓（220V）直接整流濾波后得到+300V左右的電流電再通過電路控制開關(guān)管進行高速的導通與截止．將+300V直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進行降壓！,19,轉(zhuǎn)化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比工頻50HZ高很多．所以開關(guān)變壓器可以做的很小，而且工作時自身損耗低，發(fā)熱量少，成本低。故其克服了線性電源的缺點。應(yīng)用廣泛。,20,開關(guān)電源電路的組成,21,整流濾波,AC220V輸入經(jīng)整流濾波成+300V直流電加至T2初級繞級。,22,脈沖振蕩器,提供脈沖三角波供脈寬調(diào)制。,23,脈寬調(diào)制,把脈沖三角波與反饋信號合成調(diào)整成脈寬調(diào)制方波。,24,推動級,把脈寬調(diào)制方波放大至一定電壓去推動開關(guān)管。 小功率開關(guān)電源可能沒有推動級,25,逆變,脈寬調(diào)制信號控制開關(guān)管VT，將+300V直流電經(jīng)開關(guān)變壓器初級和開關(guān)管VT形成回路。開關(guān)變壓器起振，次級感應(yīng)輸出高頻交流電壓,26,整流濾波,開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出的高頻電壓，經(jīng)電感電容整流濾波后輸出+24V。,27,反饋,輸出部分通過分壓取樣電路反饋給放大電路與基準電壓進行比較放大后控制脈寬調(diào)制方波占空比，以達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。,28,從圖中可以看出，交流220V市電經(jīng)直接整流和初步濾波后成為末穩(wěn)直流電壓。該電壓經(jīng)T2初級和開關(guān)調(diào)整管VT形成回路。由于開關(guān)調(diào)制而工作于開關(guān)狀態(tài)，所以通過T2初級線圈的電流為脈沖電流，此電流經(jīng)T2變換成為所需的電壓，經(jīng)整流濾波而成為輸出電壓Vo。,29,輸出電壓Vo經(jīng)取樣電路取出，經(jīng)比較放大電路與基準電壓對比，得出誤差電壓。該誤差電壓用來控制脈沖寬度調(diào)制器，改變由脈沖振蕩器送來的脈沖寬度，從而控制開關(guān)調(diào)整管導通時間，達到調(diào)壓的目的。,30,開關(guān)電源一般還應(yīng)該增加一些保護電路，比如空載、短路、過壓、欠壓等保護，否則可能會燒毀開關(guān)電源。,31,其實現(xiàn)在已經(jīng)有了集成度非常高的專用芯片，可以使外圍電路非常簡單，功率可以做到很大，保護功能很全面，甚至做到免調(diào)試。 目前AFC設(shè)備的直流電源中常用的控制芯片有TL494，UC38XX系列。,32,三、【以ＵC3842芯片為核心控制部件的開關(guān)電源原理分析】,,33,UC3842的概述與特點,34,,UC3842是一種高性能的固定頻率電流型控制器，單端輸出，可直接驅(qū)動晶體管和場較應(yīng)管，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡單、安裝與調(diào)試簡便、性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)點，在100W以下的開關(guān)電源中有很好的應(yīng)用前景。,35,UC3842是開關(guān)電源用電流控制方式的脈寬調(diào)制集成電路。與電壓控制方式相比在負載響應(yīng)和線性調(diào)整度等方面有很多優(yōu)越之處。 最高電源電壓 Vcc 30 V 最大輸出電流 Io ±1 A 誤差放大器最大電流 Isink（EA） 10 mA 誤差放大器輸入電壓 Vin（EA） -0.3～+6.3 V 功耗 PD 1 W,36,UC3842主要功能,*內(nèi)含欠電壓鎖定電路 *低起動電流（典型值為 0.12mA） *穩(wěn)定的內(nèi)部基準電壓源 *大電流推挽輸出（驅(qū)動電流達 1A） *工作頻率可到 500kHz *自動負反饋補償電路 *雙脈沖抑制 *較強的負載響應(yīng)特性,37,UC3842是單電源供電，帶電流正向補償，單路調(diào)制輸出的集成芯片，其內(nèi)部組成框圖如圖所示。,38,1腳外接阻容元件，用來補償誤差放大器的頻率特性。 2腳是反饋電壓輸入端，將取樣電壓加到誤差放大器的反相輸入端，再與同相輸入端的基準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓。 3腳是電流檢測輸入端，與電阻配合，構(gòu)成過流保護電路。 4腳外接鋸齒波振蕩器外部定時電阻與定時電容，決定振蕩頻率。,39,5腳是接地腳。 6腳是輸出腳接開關(guān)管的G極。 7腳是電源腳。 8腳是基準電壓輸入腳，基準電壓VREF為5V。輸出電壓將決定變壓器的變壓比。,40,由圖可見，它主要包括高頻振蕩、誤差比較、欠壓鎖定、電流取樣比較、脈寬調(diào)制鎖存等功能電路。,41,UC3842主要用于高頻中小容量開關(guān)電源，用它構(gòu)成的傳統(tǒng)離線式反激變換器電路在驅(qū)動隔離輸出的單端開關(guān)時，通常將誤差比較器的反向輸入端通過反饋繞組經(jīng)電阻分壓得到的信號與內(nèi)部2．5V基準進行比較，誤差比較器的輸出端與反向輸入端接成PI補償網(wǎng)絡(luò)，誤差比較器的輸出端與電流采樣電壓進行比較，從而控制PWM序列的占空比，達到電路穩(wěn)定的目的。,42,電路工作原理分析,43,下圖是一、二號線TVM +5V直流電源。它是一款以UC3842為核心控制部件的一款A(yù)C 220V輸入，+5V、12A輸出的單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源控制電路是一個電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。變換器的幅頻特性為單極點，穩(wěn)定幅度大，具有良好的頻率響應(yīng)特性,44,主要的功能模塊包括：啟動電路、過流過壓欠壓保護電路、反饋電路、整流電路,45,,+5V開關(guān)電源電路圖,46,啟動電路,47,如圖所示交流電由C28、C32、C1以及L1、C4、C2、C3進行低通濾波，其中C1、C4組成抗串模干擾電路，用于抑制正態(tài)噪聲；C28、C32、L1、C2、C3組成抗共模干擾電路，用于抑制共態(tài)噪聲干擾。它們的組合應(yīng)用對電磁干擾由很強的衰減旁路作用。ZNR1、R1組成抗高壓保護電路，當瞬間電壓過高時ZNR1擊穿短路，燒斷保險絲從而保護電路不被損壞。,,48,濾波后的交流電壓經(jīng)BD1橋式整流以及電解電容C5濾波后變成+300V的直流電壓，此電壓經(jīng)R4、R29降壓后給C9充電，當C9的電壓達到UC3842的啟動電壓門檻值時，UC3842開始工作并提供驅(qū)動脈沖，由腳6輸出推動開關(guān)管工作。,,,49,隨著UC3842的啟動，R4、R29的工作也就基本結(jié)束，余下的任務(wù)交給反饋繞組，由反饋繞組產(chǎn)生電壓給UC3842供電。,50,短路過流、過壓、欠壓保護電路,51,,由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時會導致電路出現(xiàn)短路、過壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護功能。,52,過流保護,如圖所示，如果由于某種原因，輸出端短路而產(chǎn)生過流，開關(guān)管的漏極電流將大幅度上升，R6兩端的電壓上升，UC3842的腳3上的電壓也上升。當該腳的電壓超過正常值0．3V達到1V(即電流超過1．5A)時，UC3842內(nèi)部的PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復位，關(guān)閉輸出。這時，UC3842的腳6無輸出，MOS管Q1截止，從而保護了電路。,,53,短路保護,如果人為意外地將輸出端短路，這時輸出電流將成倍增大，使得自動恢復開關(guān)RF內(nèi)部的熱量激增，它立即斷開電路，起到過壓保護作用。一旦故障排除，自動恢復開關(guān)RF在5s之內(nèi)快速恢復阻抗。,54,過壓保護,如果供電電壓發(fā)生過壓(在265V以上)，UC3842無法調(diào)節(jié)占空比，變壓器的初級繞組電壓大大提高，UC3842的腳7供電電壓也急劇上升，關(guān)閉輸出。,,,55,欠壓保護,如果電網(wǎng)的電壓低于160V，UC3842的腳1電壓也下降，當下降lV(正常值3．4V)以下時，PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復位，關(guān)閉輸出。,56,反饋電路,反饋電路采用精密穩(wěn)壓源TL431和線性光耦CNH82A。利用TL43l可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過線性光耦對輸出進行精確的調(diào)整。如圖所示，R4、R5是精密穩(wěn)壓源的外接控制電阻，它們決定輸出電壓的高低，和TL431一并組成外部誤差放大器。,,57,當輸出電壓升高時，SHR1取樣電壓也隨之升高，設(shè)定電壓大于基準電壓(TL431的基準電壓為2．5V)，使TL431輸出電壓降低，也使U2輸出電流增大，最后輸出電壓趨于穩(wěn)定；反之，輸出電壓下降引起設(shè)置電壓下降，當輸出電壓低于設(shè)置電壓時，TL431的輸出電壓升高，最終使得UC3842的腳2的補償輸入電流隨之變化，促使片內(nèi)對PWM比較器進行調(diào)節(jié)，改變占空比，達到穩(wěn)壓的目的。,58,反之，輸出電壓下降引起設(shè)置電壓下降，當輸出電壓低于設(shè)置電壓時，TL431的輸出電壓升高，最終使得UC3842的腳2的補償輸入電流隨之變化，促使片內(nèi)對PWM比較器進行調(diào)節(jié)，改變占空比，達到穩(wěn)壓的目的。,59,整流濾波電路,60,輸出整流濾波電路直接影響到電壓波紋的大小，影響輸出電壓的性能。開關(guān)電源輸出端中對波紋幅值的影響主要有以下幾個方面。,61,輸出電源的噪聲，是指輸出電源中所包含的交流成分。解決的方案是在電源輸出端加電容C21、C22、C23、C24，以濾除此噪聲干擾。,,62,高頻信號噪聲，開關(guān)電源中對直流輸入進行高頻的斬波，然后通過高頻的變壓器進行傳輸，在這個過程中，必然會摻入高頻的噪聲干擾。還有功率管器件在開關(guān)的過程中引起的高頻噪聲。對于這類高頻噪聲的解決方案是在輸出端采用π型濾波的方式。濾波電感采用150μH的電感，可濾除高頻噪聲。,63,采用快速恢復二極管D4整流?；诘蛪?、功耗低、大電流的特點，有利于提高電源的效率，其反向恢復時間短，有利于減少高頻噪聲。,64,四、【以ＵC3842芯片為核心控制部件的開關(guān)電源維修】,65,檢修電源要接觸到220V高壓電，人體一旦接觸36V以上的電壓就有生命危險！檢修必須嚴格按照維修規(guī)程進行！嚴禁進行違規(guī)的操作！,66,由于開關(guān)電源工作電壓較高，通過的電流較大，發(fā)熱量大，又工作在有自感電動勢的狀態(tài)下，因此，使用過程中故障率較高。所以要對開關(guān)電源電路工作原理認真了解和分析，不能盲目更換電子元件。,67,常見故障維修,1、無+24V輸出,68,首先，開關(guān)電源先將電網(wǎng)的交流電（220V）通過橋堆整流以后成為高電壓的脈沖直流電，再經(jīng)過電容濾波以后成為+300V左右的高壓直流電。故+300V是判斷前級是否故障的測試點。,,69,+300V直流電經(jīng)R4、R29降壓后給加至UC3842的7腳及C9充電，,70,當C9的電壓達到UC3842的啟動電壓門檻值時，UC3842開始工作，UC3842 7腳電壓為15-25V。如果UC3842 7腳的電壓不正常，那么整個電路就會停止工作。,71,由于開關(guān)電源啟動時+300V經(jīng)過R4、R29對C9瞬間進行大電流高電壓充電，所以此段電路比較容易損壞，應(yīng)重點檢查。,72,R10，C14是UC3842 4腳外接鋸齒波振蕩器外部定時電阻與定時電容，決定振蕩頻率，當其阻值或容量發(fā)生變化時，將會影響UC3842 4腳的三角波頻率，甚至不起振。必要時可以用示波器觀察其波形是否正常。,73,除上述元件外還有什么元件損壞會引起無+24V輸出？,74,常見故障維修,2、短路，燒保險絲,75,斷電情況下用萬用表測量保險管后的電源兩端正反向及對地電阻，正常時其阻值應(yīng)能達到100千歐以上。如果電阻值過低，說明電源內(nèi)部存在短路，短路的原因通常有是開關(guān)管Q1短路或高壓抗干擾電容擊穿。,76,由于濾波電容充放電，剛測量瞬間可能有短暫的短路或低阻值現(xiàn)象，這是屬于正常的。,77,常見故障維修,3、輸出電壓不穩(wěn)定，長時間工作電壓變化大,78,由于開關(guān)電源長時間工作，其負載較大，發(fā)熱量大，內(nèi)部溫度較高，對電子元件的損耗較大。檢查重點是受溫度影響性能變化較大的電子元件，如電容，開關(guān)管，IC，等。對維修此類故障時可用替換法進行檢查維修。,79,另外，一些大功率開關(guān)電源通常配有風扇散熱系統(tǒng)。當風扇不轉(zhuǎn)動或積有灰塵而轉(zhuǎn)動不順暢時會影響到開關(guān)電源的散熱從而導致開關(guān)電源穩(wěn)定性下降。,80,對經(jīng)常受大電流、大電壓沖擊的電子元件如濾波電容，可直接進行更換以消除故障隱患。,81,五【直流電源在AFC系統(tǒng)中的應(yīng)用】,82,在AFC系統(tǒng)中，直流電源的應(yīng)用最為廣泛。無論是TVM，AGM還是BOM，SC。穩(wěn)定的直流電源都是設(shè)備正常穩(wěn)定運行的保障。,83,下面就請跟著我們的圖片認識AFC系統(tǒng)內(nèi)的直流電源,84,其主要功能是提供+5V ，+12V， +24V電壓供各模塊使用。,一、二號線TVM直流電源,85,一、二號線TVM直流電源內(nèi)部分別由+5V ， +5V 、 +12， +24V三個開關(guān)電源組合而成,86,+5V電源,+5V電源它是一款以UC3842為核心芯片的開關(guān)電源。輸出+5V供負載使用,87,+5V、+12V開關(guān)電源,+5V、+12V開關(guān)電源它是一款以TL494為核心芯片的開關(guān)電源輸出電壓為+5V和+12V,88,+24V電源,+24V電源與+5V、+12V電源的內(nèi)部電路大致一樣，只是增加風扇散熱系統(tǒng)。,89,除此而外一、二號線TVM內(nèi)部還有一個獨立的觸摸屏電源與打印機電源，其輸出電壓分別為+12V與+24V。,90,+5V和+12V電源板,+5V和+12V電源板是+24V輸入，+5V、+12V兩路輸出的開關(guān)電源。,91,電池充放電板的功能是監(jiān)測輸入與輸出電路的工作狀態(tài)，當輸出無電或電壓低時自動切換至電池供電模式，當輸出短路或過流時停止輸出，從而保護電路。,電池充放電板,92,+24V開關(guān)電源,+24V開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)與TVM直流電源內(nèi)的+24V開關(guān)電源一樣 +24V開關(guān)電源的輸出一路供給+5V、+12V電源板。 另一路直接輸出供負載使用。,93,三號線TVM、AGM、TCM電源,其與一、二號線AGM電源功能大致相同,94,六、【開關(guān)電源的維修實操與提問】,95,