32V开关电源.doc

32V / 80A 开关电源的原理与维修口吴义灵 杨宝珊 （安徽宿州电视台，安徽 宿州 234000）开关电源具有输入电源范围宽，输出电压稳定、调整范围宽，转换效率高，可防雷击等优点。便于实现过压、欠压、过流、过温、短路等保护措施。因此广泛用于工业、家用电器直流电路中。我们根据某一品牌开关电源的实物绘出电路分析如下：一、开关电源的电路组成与工作原理此开关电源输入为AC380V，输出为DC32V /80A。各部分电路分别叙述如下：1开关电源的逻辑框图及电路组成 本文介绍的开关电源属于并联型他激式四管全桥脉冲可调式开关电源。电路是由电源噪声滤波电路、高压整流滤波电路、开关电路（功率变换电路）、低压整流滤波电路、控制电路、面板测量显示电路等组成。方框图如图一所示。1 2各单元电路功能及原理开关电源主电路如图二所示，它的工作过程是:交流直流高频直流。下面分别介绍各部分功能及工作原理。121 电源噪声滤波电路图二中U、V、W为AC380V输入，FU为保险管，防止交流负载短路而危及电网。三只压敏电阻，用来防雷击。抗干扰电路由L05和与其相邻的六只电容组成滤波网络，滤除共模干扰信号和差模干扰信号。抑制消除外部噪声，也防止转换电路产生的噪声传送到外部对电网形成干扰。 122 高压整流滤波电路为区别于后面的低压整流滤波电路，我们把图二中输入端的整流电路称为高压整流电路，它的作用是把380V交流电压变成直流电压，整流电路采用三相桥式整流，L1与C101、C102组成LC滤波电路。C101由4只270UF/400V电解电容并联组成，C102与C101相同。R101、R102为泄放电阻。C103为高频滤波电容。R103与J并联组成开机缓冲电路。L2是一只1：100的电流互感器，用来检测开关电路的工作电流，也是过流保护电路的取样电路。 图二 开关电源主电路 123 开关电路（功率变换电路）该部分电路是将直流电压变换为宽度可调的高频矩形波电压，通过变压器T103耦合到下一级电路。该部分电路主要由PWM推动电路、T101、T102、V44-V47、C5153、L03、T103及外围元件组成。其工作原理是：V44-V47、C5153、T103构成全桥式主开关回路，它需要的矩形开关驱动脉冲为宽度可调的脉冲，称为PWM脉冲。脉冲越宽（占空比越大），开关管导通时间就越长。T103内存储的能量就越大，次级经整流得到的输出电压就越高。反之输出电压就越低。T101、T102是两个PWM脉冲分配变压器，它把来自推动级的PWM脉冲信号分配给四个开关管，使它们两个一组轮流导通。具体过程是：由于PWM脉冲A与C同步，B与D同步，若在某一瞬间A、C为正，B、D为负。则T101、T102的1、7两端为正，2、8两端为负，次级中1、7的同名端3、5、9、11为正，2、8的同名端4、6、10、12为负。开关管V44、V47因栅源电压为正而饱和导通，V46、V45因栅源电压为负而截止。电流从电源正极经过V44、C51、L03、T103初级绕组、V47到电源负极，构成放电回路。T103初级绕组中电流从上至下流过。当另一个相位相差180度的PWM脉冲到来时，同理V46、V45导通，V44、V47截止。电流从电源正极经过V46、T103初级、L03、C51、V45到电源负极构成放电回路。T103初级绕组中电流从下至上流过。一个周期的工作过程如图四所示： 图四 PWM脉冲波形与开关管的开关状态 在PWM脉冲的驱动下，V44、V47和V46、V45交替导通与截止，为高频变压器T103提供高频交变工作电流。因此在T103次级绕组中就感应出另一电压值的交变电压。四只开关管为MOSFET管，R93、R95、R97、R99为限流电阻，R94、R96、R98、R100为匹配电阻。 124 低压整流输出电路低压整流输出电路的作用是将T103次级绕组得到的高频矩形波电压经整流、滤波后输出给负载。V60V63组成全波整流电路，L04、C104与L06、C105、C106组成两级LC滤波电路，FL1两端输出负载电流检测信号，送至控制电路用作电流测量和过载保护等。32V电压经L07、R145、DCDC变换电路N07降至24V给冷却风扇供电。T103次级电压还经R120、R121、R86限流降压、V66整流后送至面板上的LED作为输出显示。V60V63为高频整流二极管组件，其工作电流较大，损坏后要用同型号或参数相同的二极管代替，切不可盲目代换。R109R112和C93C96用于保护整流管。C61、C138、C107分别为高频滤波和消噪声电容。 125 辅助电源图二中，辅助电源变压器输入AC380V，取自消噪声电路之后。次级输出AC24V。经整流滤波后送入DCDC变换电路，输出15V供给PWM信号产生与控制电路。整流后的电压还供输入电压取样之用。 126 控制电路该控制电路采用目前比较先进的PWM 脉宽调制电路，它的作用是控制开关管的工作状态，同时用输出端检测的电压值来调整PWM的脉冲宽度（占空比），去控制V44V47的导通时间，改变T103的初级电流，从而改变次级电压的目的。且在输出异常时关断PWM脉冲来保护开关电源和负载，并将工作状态显示在面板上。 该部分是由PWM 脉宽调制电路、稳压控制电路、保护电路、开机缓冲电路等组成。如图五所示： 图五 PWM控制电路图中的核心电路是UC3875集成电路，为20脚双列直插塑料封装，它的功能是产生PWM脉冲，稳压调整、保护等。其内部结构图、各管脚的定义如图六所示：图五中LM324是较为常见的四运算放大器，CA3240、LM358是二运算放大器，CA3140是单运算放大器，LM393是双精密电压比较器，NE555为时基电路，均为双直列塑料封装。如图七所示： 图六 UC3875 内部功能框图及各引脚功能 下面简要介绍一下控制电路的工作原理：1261 PWM脉冲的产生 如图六所示， UC3875内部的振荡器产生2MHZ的锯齿波。一路通过18脚输出；第二路送到内部双稳态触发器，分成二个相位相差180度的脉冲；第三路送到二个与非门。同相输入端电压高于反相输入端时，比较放大器输出矩形脉冲与触发器输出的两个相位相差180度的矩形脉冲同时送到两个与非门中，在与非门中相“与”后，分别输出两组相位相差180度的矩形脉冲，经内部的三极管进行功率放大后分别从14、13脚和9、8脚输出，波形如图四。再经推动级进一步放大，控制主开关电路工作。 1262 稳压控制电路 +32V取样电压经二级电阻限流、分压后加到UC3875-3脚（见图五），通过内部的误差放大器，与4脚的基准电压进行比较。若输出电压升高时，3脚电压也随之升高，误差放大器通过比较放大器控制PWM脉冲变窄，减小V44V47的导通时间使通过T103的初级绕组的平均电流减小，从而降低输出电压。反之若输出电压降低，PWM的脉冲幅度变宽，增加V44V47的导通时间，使通过T103初级绕组的平均电流增大，从而升高输出电压。 1263 保护电路UC3875的6脚为软起动控制端。当该脚低于欠电压锁定门限电平时，内部电路将封锁PWM信号输出。 a、输出过压保护电路过压保护的目的是为了防止因稳压控制电路异常引起电源输出电压过高而对发射机电路造成损坏。+32V电压经过电阻限流分压后送入LM393的3脚，与2脚的基准电压进行比较。若+32V电压高出允许值时，LM393的1脚输出高电平。这个高电平一路加到V13的基极使V13饱和导通，使UC3875-6为低电平，从而封锁PWM脉冲，使开关电源无输出。另一路经CT1输出告警信号。b、输入欠压保护电路当交流输入电压低于315V时，加到LM358的2脚取样电压低于3脚电压时，1脚输出高电平。V13饱和导通，UC3875的6脚为低电平，UC3875的内部电路封锁PWM信号输出。当输入电压高于323V，2脚取样电压高于3脚电压时，V13截止，UC3875的6脚恢复高电平，UC3875自动开启工作，为自恢复式保护电路。c、过流保护电路FL1两端拾取的负载电流信号分别加到CA3140的3、2两脚，由CA3140运算放大后从6脚输出。一路送至面板电流测量端（输出电流= 此端电压X 12。5）；另一路送入CA3240的5脚。负载电流越大，FL1两端的电压就越高。当负载电流超过保护值后，CA3140-6脚输出的高电平使CA3240-5脚电压高于6脚，此时CA3240-7输出高电平，使V34导通，PWM信号停止输出。电路进入软启动状态。电流互感器检测的信号经整流后加到LM3936脚，若开关电路过流，则LM3936电压高于5脚，7脚输出低电平，时基电路NE5553输出高电平并加到UC38755脚。当该脚电压超过2。5V时，过电流锁存器置位，输出关断。d、过热保护电路当开关管、整流管电流太大或冷却风扇停转而导致散热片温度超过80度时，安装在散热片上的温控开关接通，VCC经温控开关使V13导通而封锁PWM脉冲，同时输出告警信号。1264 开机缓冲电路为避免开机瞬间的冲击电流，采用了缓冲电路。开机缓冲电路由图二中R103、R104、J和图五中LM358-5-6-7脚、V01、J、R201、C201等组成。开机瞬间，冲击电流在R103、R104并联电阻上产生压降，使开关电路欠压工作，同时也减小了回路电流。图五中VCC通过R201开始给C201充电，当LM3585的电压高于6脚时，7脚输出高电平，V01饱和导通，继电器J吸合，图二中R103、R104被短路。以满足电路大电流的需要。 127 后面板插座CT1:管脚定义：1、2、3： AC380V输入； 4：过温告警信号； 5：均流信号； 6：输入欠压告警信号； 7：输入过压告警信号； 8：输出电流信号； 10、 11：信号地； 13：接机壳； 141516：DC32V输出“+”； 171819：DC32V输出“”。 二、开关电源维修本文介绍的开关电源可热插拔。在使用中热插拔要尽量快速。避免在插拔时插头打火，扩大故障范围。在维修时一般采用熟悉电路、观察、测量等几个步骤。 2 1 观察 打开故障开关电源的盖板后，无论故障大小都要先仔细观察，了解它的结构，布局。 211 看“电路”通过找出几个核心元件如：高压整流桥块、滤波电容、开关管、变压器、整流组件、PWM集成块后，结合图二即可以基本了解开关电源的电路和布局。 212 看故障 和所有的电器一样，高电压、大电流的元器件都是容易损坏的。因此应先仔细观察几个易损坏的器件。如保险管是否发黑，整流桥是否炸裂，滤波电容是否有鼓胀、漏液，开关管和整流管外表及引脚附近电路板有无发热痕迹等等。通过观察到的异常元件，再结合故障现象，即可判断出故障的初步原因和维修部位。 22 测量测量是指使用万用表判断出有故障的元件便于维修（测量控制板时要用数字表）。 221 静态测量（不加电），测量几个关键部件的通断。保险丝、R103、R104、整流桥。高压滤波电容器（注意电容应先放电）、开关管。低压整流二极管、输出滤波电容器（注意先放电）。C51-53的电容容量是否和本身的标注一致。 222 动态测