开关电源的原理及维修方法和技巧

技术论文

论文题目：

开关电源的原理及维修方法和技巧

单位：铁运中心机务车间姓名：黄江华

工种：维修电工

现等级（职称）：技师

申报等级（职称）：高级技师

2015年10月

摘要：

随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达85% 以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、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。由于开关电源常工作在恶劣的环境当中，原件老化快，并且防水性能差，开关电源难免也有损坏。数年来，本人对我厂诸多电子设备的开关电源的现场维修和调试，总结积累了一些排除开关电源故障的实战经验，本着先简后难，先明到暗，先外到内的原则，做到“望闻问切”，虽然不是什么“灵丹妙药”，但也能“药”到病除。本文就重点介绍开关电源的原理及维修方法和技巧。

关键词：

整流启动稳压过流反馈保护

一，开关电源的工作原理。

开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。

对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压Ｕ。可由公式计算，即

Uo=Um×T1/T 式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期。T1为矩形脉冲宽度。从上式可以看出，当Um 与T 不变时，直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。这样，只要我们设法改变脉冲的宽度，就可以达到稳定电压的目。开关电源的典型电路如图二所示。

当开关管VT1 导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。

二，懂得了开关电源的工作原理，下面以集成电路(uc3842)为例，讲一下开关电源的维修方法及技巧。典型电路图如下：

集成电路uc3842为脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。

1.整流滤波电路。

交流市电压经D14整流及C5滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压（300v），该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。

检修一台开关电源前，首先要將电路板初略检查一遍，看看那些电压高、电流大、发热量大的区域的电路有无断裂、烧焦、异味；电容是否有鼓包、炸裂、漏液；保险管是否明显变色，烧断；电阻是否烧糊，烧断。

例：维修上图开关电源，目测发现保险管发黑，说明电路有短路；C5滤波电容炸裂，说明电路滤波不良。更换保险管及滤波电容，再用万用表在线测量C5两端的正反向电阻为0Ω（正常值是几k到10几kΩ）,说明短路故障并未排除。断开场效应管D极，继续测量C5两端的正反向电阻还是为0Ω，说明短路点在整流滤波之前，对整流桥的二极管一一进行测量，发现整流桥已经击穿短路。更换整流桥，恢复电路，在次级C15电容两端接12v灯泡做假负载，通电试机，灯泡点亮，开关电源恢复正常。

总结：开关电源的整流滤波电路易损元件一般有保险管，整流桥及主滤波电容。更换完元件后，一定要对电路再次测量，直到短路点解除后方可通电。

2.启动电路。

开关电源uc3842启动电路分为两路：①交流市电压经D14整流及C5滤波后，经R6降压向UC3842的7脚提供17v的启动电压。正常情况UC3842的6脚就会输出矩形开关脉冲，开关变压器就会起振。②开关变压器起振后3脚感应出电流经D6整流C10滤波后向UC3842的7脚提供稳定持续的直流工作电压。对于保险丝完好，元件没有明显热损坏的三无机器，我们应首先测量

uc3842的7脚工作电压。常见故障有R6启动电阻断路，C10是3842的电源滤波电容，虽然他出现故障相对少一些，但他促成的一些故障现象更应注意。它容量的大小及漏电程度的大小可造成启动难、不启动等一系列故障。

例：将开关电源通电，C5两端有300v电压，次级各路电压为零，电路没有起振。测量uc3842的7脚电压只有7v，电压明显偏低（正常启动电压最少16v）。对启动电路的几个元件R6，C10,D6一一测量，发现D6击穿。更换

D6，通电，电路工作还是不正常（电压只有11v），继续更换C10，通电电路恢复。

总结：C10,D6长期处在高频整流滤波状态，极容易损坏（C10电容容易干枯失效，D6容易击穿或软击穿），维修这类启动电路时，不必测量C10和

D6，因为有时候用万用表根本量不出来，应对这两个元件直接予以更换，更换时最好使用品牌电容和快恢复二极管，会有立竿见影的效果。

3.电压采样电路。

该开关电源的电压采样电路是由：光电耦合器CP817和三端可稳压管

TL431等组成。该电路反应了输出电压的变化；当输出电压升高时，经电阻

R13及R14分压后输入TL431的2脚参考电压也升高，稳压管的稳压值升高，流过光耦中发光二极管的电流减少，流过光电三级管的电流也相应的减少，误差放大器的输入反馈电压降低，导致uc3842脚6输出驱动信号的占空比变小，于是输出电压下降，达到稳压的目的。

当稳压采样电路出现故障时可以在R13的两端并联一只10kΩ的滑动电阻，首先把滑动电阻的阻值扭到最大，接好24v假负载，然后接通电源，慢慢减小滑动电阻的阻值，看假负载两端电压是否有变化（应该慢慢升高），如果没有变化，可以借助万用表依次测量：tl431的k端应该电压升高（不升高

tl431坏），光耦的发光二极管通光量减少，流过光电三级管的电流也相应的减少，uc3842的2脚电压降低（电压没有降低光耦坏）。顺着电路测量查到哪一个点没有电压变化，就是电路前面一个元件坏了，这种“顺藤摸瓜”的方法在电路中非常实用，可以很快的找到故障点。

4.过流保护路。

过载和短路保护，一般是通过在开关管的源极串一个电阻（R9 0.2Ω），把电流信号送到3842的第3脚来实现保护（大于1v保护）。当电源过载时，3842保护动作，使占空比减小，输出电压降低，3842的7脚供电电压也跟着降低，当低到3842不能工作时（15v），整个电路关闭，然后靠R6开始下一次启动过程。这被称为“打嗝”式保护。在这种保护状态下，电源只工作几个

开关周期，然后进入很长时间（几百ms到几s）的启动过程，平均功率很低，即使长时间输出短路也不会导致电源的损坏。

5.尖峰吸收电路。

由于漏感等原因，开关电源在每个开关周期有很大的开关尖峰，开关的通断产生较大电流浪涌与电压浪涌。所以在开关电源的初级线圈要增设尖峰吸收电路，并且与初级线圈并联。一般由整流二极管D5上串一个电阻（R1）和C6形成RC滤波，滤掉开通瞬间的尖峰。尖峰吸收电路出现故障时，开关管会承受很高的逆程电压，使开关管发热严重，加速老化，甚至击穿烧毁。

6. UC3842好坏判断。

在更换完外围损坏的元器件后，先不装开关管，加电测UC3842的７脚电压，若电压在10-17v间波动，其余各脚也分别有波动的电压，则说明电路已起振，UC3842基本正常；若７脚电压低，其余管脚无电压或不波动，则UC3842已损坏。

在UC3842的７、５脚间外加＋１７Ｖ左右的直流电压，若测８脚有＋５Ｖ电压，１、２、４、６脚也有不同的电压，则UC3842基本正常，由于它工作电流小，自身不易损坏。它损坏的最常见原因是电源开关管短路后，高电压从Ｇ极加到其６脚而致使其烧毁。而有些机型中省去了Ｇ极接地的保护二极管，则电源开关管损坏时，UC3842和Ｇ极外接的限流电阻会一同坏。此时直接更换即可。

需要注意的是，电源开关管源极（Ｓ极）通常接一个小阻值、大功率的电阻作为过流保护检测电阻。由于此电阻阻值小，要求精度高（电阻的阻值一般在0.2-0.6Ω）之间，大于此值会出现带不起负载的现象（就是次极电压偏低）。出现这些情况，过流取样电阻大多都脱不了关系。所以在遇到这些情况的时候，顺便检查一下此电阻的阻值。当我们更换该电路的其他元件时，由于这些元件参数的差异，也可能导致过流电路的误动作，此时我们应精细的调整该电阻的阻值。

7. 开关管的维修及防止开关管炸裂方法。

虽然UC3842有着完善的保护功能，但在实际中开关管击穿、炸裂等故障还是比比皆是。我们在维修开关电源时如果只是开关管损坏，更换开关管及保险即可。

但实际维修开关电源时，一般不会一帆风顺，难免漏换一些没检查出来的元件，往往会因一念之差，通电造成保险、开关管和UC3842同时损坏，产生爆炸，有时炸的很无赖，一连炸几次后使人失去信心继续往下维修。

究其原因是：检查时不大可能把每个元件从电路板上拆下来一一检查，即使你把元件拆下来，有些非线性元件也不一定测得出好坏来；在路检查又不准确，一般是把很明显损坏的元件或根据经验需要换的元件换后就通电，若遇电路脉宽频率过低，使开关管导通时间过长或过流保护电路失效等都会烧毁管子。它损坏的最常见原因是电源开关管击穿短路后，高电压从Ｇ极加到其６脚而致使其烧毁．换新开关管后，如果其他不良元件未更换，二次开机时又会引发新开关管炸裂。

遇到炸机的情况前面讲的1-6几点都要仔细检查，切不可大意。

这里介绍一种简便检修开关电源防止开关管炸裂方法：在开关电源交流输入A、B间串入一只220V60W-200W的白炽灯泡，电路如附（图五）所示。更换开关管后通电试机，正常情况下灯一闪而灭，此时开关电源输出电压正常。如果灯泡不亮，说明电源没形成回路，有断路现象。当开关管或输出端有严重短路时，灯泡显示很亮；若电路有轻微短路，则灯泡微亮。

这样的通电试机方法不易引起开关管炸裂，且易快速划断和查找故障。其原理是：无论是何种原因导致管子饱和导通，由于灯泡的限流，管子的电流不会无限增大，管温也不会增高，故管子不可能在一瞬间烧毁。可以有机会检查元件直至修好，为维修争得时间。，其次还能通过观察灯泡的亮度来直观感知电压的高低、电流的大小及变化。这时你可以放心测量输入输出电压，若输出电压正确，该电源就OK了。

按上述方法检测，待开关电源正常工作后，再取下灯泡，将附图中A、B 接通，然后再加负载开机，以确保电源正常工作。

以上讲的几点只不过是在同行面前班门弄斧，但在维修电源中非常实用。现在开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中，向着大型化、智能化发展。由于各机型开关电源参数不尽相同，各控制集成ic五花八门，可能会有些差异。但原理相通，万变不离其宗，维修的方法及步骤都差不多。只要正确的掌握维修方法及步骤，慢慢积累经验，久而久之，维修开关电源也并非难事。笔者写下此文希望能给同行们共同探讨开关电源维修方法和技巧,并起到一个抛砖引玉的作用。