开关电源电路中的振荡小板.doc

兼论稳压控制工作过程的开关特性 许多品牌的变频器产品，其开关电源电路均采用将开关管、开关变压器及二次侧整流电路以外的振荡与稳压电路，集中于一个振荡小板上的方法，以达到精简电路，缩小电路板体积的目的。这样的振荡小板，如图1所示，其上集成以了以284X振荡芯片、光耦合器及电压基准源电路为核心器件的振荡与稳压电路，若以光耦合器的输入侧、输出侧电路来划分，则可分为输出电压采样信号处理电路和振荡电路两个部分。图1 开关电源电路中的振荡小板在故障检修中，如果先行确定了振荡小板外围（器件数量少，电路简单）电路元件，如开关管、开关变压器、二次测整流电路都无问题，故障检修的重点便转移至对振荡小板的检修上来。而此振荡小板往往作为一个独立部件，垂直安装于电源/驱动板上，与周围开关变压器、开关管等元件相交错，不易搭上表笔，检修起来相对困难。想彻底对振荡小板进行检修，一般需费劲从电源/驱动板上焊下进行检测，而脱机后如何上电验证振荡小板是否工作正常，也成为一个棘手的问题。因而，如何采用相关措施对振荡小板进行脱机检测，或者进一步，如何对在线状态，对振荡小板有无故障进行快速和较为准确的判断，在故障检修中，就显得非常有意义了。图2 WIN-9P型15kW变频器开关电源图2电路为本人在近期故障检修中，据实物测绘出的WIN-9P型15kW变频器开关电源电路，虚线框内为振荡小板内部电路，从图2中可以明显看到，振荡小板作为一个独立部件，为6线端元件，其中VG+、VG-为振荡芯片3844B的供电电源引入端；+5V、GND为输出电压采样信号引入端；G和IF则为脉冲信号输出端和电流反馈信号引入端。可以以光耦合器U1为分界线，分为输入侧和输出侧两部分电路，在线或脱机状态下，分别提供U1输入侧电路和输出侧电路的供电电源，完成单独对振荡小板进行检修和故障确认。从VG+、VG-端接入1624V以内的直流电源，以满足振荡芯片的起振工作条件。注意，若在脱机状态，必须将3844B的3脚暂时与5脚短接，以防因3脚悬空形成静态高电平，导致内部电流保护电路动作而禁止6脚脉冲信号的输出！此时若振荡芯片U2及外围电路元件是好的，则采用直流电压挡，能测到以下工作电压：1、首先能在U2的8脚检测到稳定的5V电压；2、继之在U2的4脚检测到24V以内的振荡（稳定）电压输出；3、随后在U2的6脚检测到6V以上的脉冲信号电压输出。以上检测，若1、2步骤检测都异常，先换掉U2再试。若1、2步骤检测正常，在6脚无法测到脉冲电压的输出，首先确定3脚是接为0V低电平（不为低电平时暂时短接3、5脚使之为低电平），继之检测1脚是否远高于1V，若1脚电压偏低，检查1脚外围电路，有无漏电或短路元件，排除后，使1脚电压上升为38V以内，随之将会在6脚测到正常的脉冲信号输出。一般经过1、2、3步骤，便可以找到故障原因或确定振荡电路的好坏了。 光耦合器U1的输入侧电路，如图3所示。这是一个输出电压采样与处理电路，从整个电压反馈处理电路来看，U1输入侧与输出侧（即振荡芯片U2的1、2脚内、外部电路）构成了一个电压反馈放大器电路。若以线性稳压的眼光来看，输出+5V高低的变化，导致了U1输入侧光电流的变化，引起输出侧3、4脚导通电阻的变化。但这种看法是错误的，若分析电压基准源431内部电路（见图4），U1的输入侧电路只能工作开关模式，而无法进入线性区域。图3 开关电源的输出电压采样电路（稳压回路之一）在+5V、GND端送入06V的可调直流电压信号，以满足图3电路的电压采样条件，观察U1输出侧电阻或电压的变化，可大致判断图3电路是否处于正常状态。图4 电压基准源TL431封装形式及内部原理框图TL431内部电路原理如上图所示，内含一个2.5V基准电压源、电压比较器及并联分流管VT。TL431为三线端元件，其中VREF为外部基准电压端，输入信号与内部Vref相比较，在VREF端输入电压信号高于2.5V时，内部VT导通，否则VT处于截止状态。配合外部电路分析，TL1和U1仅对采样电压的一个点5V作出反应，采样电压低于5V时，TL1内部VT处于截止状态，光耦合器U1也无输入电流产生；采样电压高于5V时，TL1内部VT导通，提供U1输入电流的通路。整个图3电路，其实是工作开关状态的。稳压控制的实施过程，并非是实现U1输出侧导通内阻大小的控制，而是实现其截止/导通时间比来进行控制的。1、停掉VG+、VG-端接供电的情况下，可以检测U1输出侧3、4脚之间的电阻值在+5V、GND端送入06V的可调直流电压信号，当输入信号电压低于5V以下时，测U1的3、4脚之间的电阻值，指针表黑笔接4脚，应大于10k，数字表显示值更大些。U1输出侧内部三极管明显处于截止状态；当输入信号电压大于5V时，U1的3、4脚之间的电阻值，指针表测量值小于1k。数字表测量值为几十欧姆。U1输出侧内部三极管明显处于导通状态。2、在VG+、VG-端引入供电的情况下，可以检测U1输出侧3、4脚之间的压值在+5V、GND端送入06V的可调直流电压信号，当输入信号电压低于5V以下时，测U1的3、4脚之间的电压值，应在38V之间。同时，检测振荡芯片6脚的脉冲信号，在正常输出状态。若测量电压偏低，更换U1后再试。更换U1后仍低，检查U1的4脚外接元件有无损坏；当输入信号电压大于5V时，测量U1的3、4脚之间的电压值，应低于1V，说明U1输出侧内部三极管处于良好