开关电源技术应用与维修[杨亚平][电子教案和教学指南]第3章

1、第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 第第3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 它激式开关电源有独立的振荡器、激励级、脉宽调制器、各种保护电路等，目前已开发出了一系列功能完善、外电路简单的开关电源集成控制器，使它激式开关电源有了极大的发展。不仅简化了电路结构，而且大幅度提高了开关电源的效率和稳压性能。现在即使中小功率的电源，也采用它激式开关电源。 本章主要讲述脉宽调制隔离型他激式开关电源的类型及特点、基本工作原理，他激式开关电源的实际应用及故障检修。 第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 3.1 他激式开关

2、电源的类型与工作原理他激式开关电源的类型与工作原理 3.1.1 他激式开关电源的类型及特点他激式开关电源的类型及特点 从整体电路上看，他激式开关电源较自激式开关电源要复杂得多。但现在所有他激式开关电源都使用集成化控制电路(集成控制器)，将误差放大器、脉宽调制器、振荡器以及过电压、过电流保护集成在一体。这使得整体电路结构简化，控制性能大大提高。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 它激式开关电源按控制器的调制方式可分为脉宽调制型(PWM)、频率调制型(PFM) 和混合调制型；按储能元件与负载的连接方式可分为串联型(降压式非隔离型)、并联型(升压式非隔离型)和变压器

3、耦合型(隔离型)。变压器耦合脉宽调制型它激式开关电源是电子设备中最常用的开关电源类型 。 变压器耦合型它激式开关电源按功率变换电路中开关功率管的连接方式又可分为： (1) 单端式 (2) 推挽式 (3) 半桥式 (4) 全桥式第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 3.2.2 单端他激式开关电源单端他激式开关电源 单端他激式开关电源通常采用单端输出集成控制器控制，按开关变压器的极性分有单端正激式(单端顺向型)和单端反激式(单端回扫型)；按开关管的数量又有单管变换电路和双管变换电路。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 1. 单端正激

4、式开关电源单端正激式开关电源 (1) 单端正激式变换电路的特点 开关变压器的初级绕组与次级绕组的极性相同(也就是绕向相同)； 在电路中需要有续流二极管和扼流圈； 在功率开关管导通的时间内向外输送能量； 输出电压的高低取决于开关变压器的匝数比N1/N2和脉冲信号占空比D。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 (2) 单管正激式变换电路图3-1 单管正激式变换电路第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 (3) 双管正激式变换电路 图3-2 双管正激式变换电路第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 2. 单端

5、反激式开关电源单端反激式开关电源 (1) 单端反激式变换电路的特点 反激式变换电路也是单端式功率变换的一种形式，其特点如下： 开关变压器的初级绕组与次级绕组的极性相反(也就是绕向相反）； 在电路中没有续流二极管和扼流圈； 在开关晶体管导通时把能量储存在开关变压器内，截止时由变压器传输给负载； 输出电压的高低取决于功率开关管输出信号的占空比、初级绕组的电感LP。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 (2) 单管反激式变换电路 图3-3 单管反激式变换电路第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 (3) 双管反激式变换电路 图3-4 双管

6、反激式变换电路第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 3.1.3 桥式他激式桥式他激式开关电源开关电源 桥式他激式开关电源是变压器耦合开关电源中比较好的结构形式，由于他克服了推挽式开关电源中功率开关管集电极承受电压高、集电极电流大、对磁芯材料要求严、开关变压器必须具有中心抽头等缺点，继承了推挽式变换电路输出功率大、开关变压器磁滞回线利用率高、电路结构简单等优点，因此在许多领域获得了广泛的应用。 第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 1. 桥式桥式开关电源的类型与特点开关电源的类型与特点 桥式开关电源可分为半桥式和全桥式，其主要优点有

7、： 输出功率大。与单端式变换电路相比，在相同的成本下，半桥式变换电路的输出功率就可以提高两倍；全桥式变换电路的输出功率就可以提高四倍。 开关管所承受的电压低。功率开关管的最大反向电压都不会超过所提供的一次电压，对于变压器所产生的漏感，不必要设计吸收电路，简化了电路结构。 开关变压器没有中心抽头，实际加工制作比较简单。 一次绕组通过正反电压交变而得到正反向磁通，二次侧采用全波整流或同步整流，得到输出纹波电压很低的优质电能，而变压器磁心磁损低，磁耦合强度高。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 2. 半桥式半桥式开关电源开关电源图3-5 半桥式变换电路第第3 3章章

8、 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 3. 全全桥式桥式开关电源开关电源图3-6 全桥式变换电路第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 3.2 他激式开关电源的应用他激式开关电源的应用 它激式开关电源由于采用了集成控制器，因此，性能优良，是目前应用非常广泛的开关电源。下面我们介绍它激式开关电源在常见电子产品中的实际应用。 2.3.1 他激式电视机开关电源他激式电视机开关电源 在彩色电视机中也常采用他激式开关电源。MC44608就是电视机中常用的一种高性能开关电源集成控制器。 第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 1

9、. MC44608的特点和内部结构的特点和内部结构 图3-7 MC44608的内部电路结构框图第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 表表3-3 MC44608引脚定义及功能引脚定义及功能序号符号功能直流电压序号符号功能直流电压1Demag去磁、退耦端0.96V5Drive控制输出端1.96V2Isense过流保护输入端0.05V6VCC工作电压端12.8V3Control控制信号输入端1V7NC空脚悬空4Ground接地端0V8Vi启动电压端13V第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 2. TCL-AT2113型电视机开关电源型电

10、视机开关电源 TCL-AT2113型彩色电视机开关电源属于变压器耦合他激式开关电源，采用集成控制器MC44608P40完成脉冲振荡、稳压控制、过电流保护等功能。他主要是由输入滤波电路、整流滤波电路、功率变换电路、脉宽调制电路、输出整流滤波电路以及保护电路等部分构成。 第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 图3-8 TCL-AT2113型彩色电视机开关电源第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 3.2.2 他激式视盘机开关电源他激式视盘机开关电源 视盘机也常采用他激式开关电源，韩国现代HCV型视盘机开关电源电路如图3-9所示。该电源电

11、路由主开关电源和副开关电源(待机电源)组成，副开关电源是自激式开关电源，一插上电源就开始工作。如图3-9下部所示电路，此类电路已在第2章介绍过，在此不再赘述。下面仅介绍主开关电源 。 1交流输入整流滤波电路交流输入整流滤波电路2主开关电源的工作过程主开关电源的工作过程3次级输出及稳压控制电路次级输出及稳压控制电路 4主开关电源通主开关电源通/断控制电路断控制电路第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 图3-9 韩国现代HCV型VCD影碟机开关电源电路第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 5. 集成控制器集成控制器KA3842功能说明

12、功能说明 KA3842 (UC3842) 是一种高性能的PWM电流型开关电源集成控制器，其内部结构框图如图3-9所示，各引脚功能和参考工作电压如下：表表3-3 KA3842 引脚定义及功能引脚定义及功能引脚号引脚定义功能参考电压（V）1COMP误差信号放大器输出，外接补偿元件2.952VFB误差信号反相输入端，用于控制脉冲宽度2.53CS过流保护信号输入端0.354RT/CT振荡器矩齿波脉冲形成端0.75GND地06OUTPUT脉冲推挽放大输出端2.17VCC供电、欠压保护输入端178Vref+5V基准电压输出端5第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 图3-10

13、 KA3842内部结构框图第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 3.3.1 他激式显示器开关电源他激式显示器开关电源 计算机显示器也常采用他激式开关电源，控制电路采用集成控制器，使其控制性能优于自激式开关电源，TDA4605是他激式开关电源常用的一种集成控制器。图3-11 TDA4605内部结构框图 第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 图3-12 由TDA4605构成的显示器开关电源电路第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 3.2.5 半桥式计算机半桥式计算机开关电源开关电源 目前计算机开关电源基

14、本上都是采用半桥他激式开关电源，常用TL494作为开关电源的集成控制器，完成脉宽调制和多种保护功能。 1. 集成控制器集成控制器TL494的结构特点的结构特点 开关电源集成控制器TL494是美国德州仪器公司开发的民用电子产品，于20世纪80年代销往中国。TL494广泛用于100200 W中功率开关电源中，它的特点是： 第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 (1) 可用于推挽、半桥、单端输出电路，它的适用性强，比较机动灵活。 (2) 该电路的工作频率是由外部锯齿波发生器（即振荡器）上的定时元件RT、CT决定的，一旦定时元件固定后，电路输出信号的工作频率就固定不变了

15、，它的最高工作频率可以达到300kHz。 (3) 该电路具有输出过电流保护、过电压保护，输入欠电压保护，等多种保护功能，电源可靠性高，运行安全。 (4) 工作温度范围宽，为 -2085；电源电压从100V到240V都能使用。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 图3-13 TL494的内部电路框图及管脚排列图第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 2. 半桥式开关电源的应用电路半桥式开关电源的应用电路 半桥式计算机开关电源电路如图3-16所示，脉宽调制采用集成电路TL494，在+5V直流输出端采用电压负反馈来稳定输出电压，在反馈信号

16、的控制下，向半桥式变换电路馈送出两路相位相差180o的脉宽调制信号。该信号经功率放大后，被开关变压器耦合给4个独立的变压器二次绕组，再经整流滤波，形成5V和12V直流电压。+5V和 +12V直流输出具有过电流保护功能。开关电源的主变换电路是由半桥驱动电路驱动的。驱动电路要高效率地传递功率和调节脉冲宽度，以保证输出电压稳定。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 图3-14 由TL494组成的半桥式计算机开关电源第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 3.1.6 全全桥式大电流开关电源桥式大电流开关电源 在实际应用中，需要输出大电流低电

17、压的地方很多，采用全桥式变换电路能满足需要。桥式变换电路具有一般变换电路没有的优点，主要有：变压器绕制比较简单，一次绕组通过正反电压交变得到正反向磁通，二次侧采用全波整流或采用同步整流，得到输出纹波电流很低的优质电能，而变压器磁心磁损低，磁耦合强度高。这样，他的效率和功率密度得到很大提高。另外功率开关管的最大反向电压都不会超过所提供的一次电压，对于变压器所产生的漏感，不必要设置吸收电路，简化了电路结构。 第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 1. 集成控制器集成控制器UC3525B的内部结构的内部结构 图3-15 UC3525B的内部结构框图第第3 3章章 他激

18、式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 图3-16 由UC3525B构成的全桥式大电流开关电源第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 3.3 他激式开关电源的维修他激式开关电源的维修 3.3.1 开关电源的安全检测方法开关电源的安全检测方法 在开关电源电路中同时有几个元件损坏的情况下，一旦故障元件未完全查出，而又误认为故障已排除时，如果开机试之，就会引起换上的好元件一同损坏。况且电源主回路与市电电网直接相连，电压高，短路电流大，以致这种损坏过程太快而无法手动控制加以避免，使得旧故障未修好，甚至引发产生新的故障。因此在检修开关电源时，这种常规检测方法是有很

19、大局限性的，为此在这里介绍两种检查故障的安全测试方法。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 1. 降压安全检测法降压安全检测法 降压安全检测法接线图如图3-17所示，在待修的开关电源的输入端接入交流调压器、交流电流表和交流电压表，在电源的输出端接上直流电流表、直流电压表及假负载，以监视输入电压、输入电流的变化引起输出电压、输出电流的变化，该方法对维修开关电源的输入电路、主变换电路及输出电路中发生严重过流或短路等故障时，十分安全有效，且不会引发新的故障源。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 2. 外接电压检测法外接电压检测法 外接

20、电压测法就是在电源输出端从外部接入相应的直流稳定电压，来模拟开关电源的正常工作状态，以分析判断故障范围。该方法适用于检查控制电路、保护电路和输出整流滤波电路的故障。下面以两种不同情况介绍这种安全检测方法。 (1) 控制电路的检测方法 (2) 输出电路的检测方法第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 3.3.2 它激式开关电源常见故障它激式开关电源常见故障(1) 保险丝熔断 (2) 无输出电压 (3) 输出不稳压 (4) 电磁噪声干扰强 (5) 输出纹波过大 (6) 电源带负载能力差第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 3.3.3 典

21、型他激式开关电源的检修典型他激式开关电源的检修 下面我们以半桥它激式计算机开关电源为例说明它激式开关电源的检修方法。图3-18是半桥它激式计算机开关电源的典型电路图。该电路与图3-9有所不同，控制集成电路采用的是SG3524，在这里针对一些常见故障介绍其检修方法。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 1通电后无任何反应通电后无任何反应 (1) 故障现象 接通电源后，电源指示灯不亮，整个系统无任何反应。 (2) 检修方法 通电后无任何反应，是计算机开关电源最常见的故障，对此首先应采用直观检查法察查电源盒内有无烧坏的元器件，接着采用电阻检测法，用万用表电阻挡对关键元

22、器件逐个地进行静态电阻检测，看有无明显的短路或损坏。若无明显元器件烧坏，也没有明显短路或过流情况，则可接通电源，采用动态电压测量法，对电源中各关健点的电压进行检测。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 图3-20计算机开关电源通电后全无的检修步骤第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 2一通电就烧断交流保险管一通电就烧断交流保险管 (1) 故障现象 接通电源后，电源盒内发出“叭”的一声，交流保险管随即烧断。 (2) 检修方法 一通电就烧断交流保险管，说明电源盒内有严重过流元件，除短路之外，故障部位一般在高频开关变压器初级绕组之前，通

23、常有以下三种情况： 输入桥式整流模块中的某个二极管被击穿。由于PC机电源的高压滤波电容一般都是220F左右的大容量电解电容，瞬间工作充电电流达20A以上，所以瞬间大容量的浪涌电流将会造成桥堆中某个质量较差的整流管过流工作，尽管有限流电阻限流，但也会发生一些整流管被击穿的现象，造成烧断保险管。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 高压滤波电解电容C1、C2被击穿，甚至发生爆裂现象。由于所用滤波电解电容的工作电压一般为200V，而实际工作电压均已接近额定值。因此当输入电压产生波动时，或某些质量较差的电解电容，就极容易发生电容被击穿现象。更换电容时最好选择耐压高些的，

24、如300F/450 V的电解电容。 第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 开关管VT1、VT2损坏。由于高压整流后的输出电压一般达300V左右，功率开关管的负载又是感性负载，漏感所形成的电压尖峰将有可能使功率开关管的VCE值接近于400V，而VT1、VT2的2SC3039所标BVCEO只有400V左右。因此当输入电压偏高时，某些质次的开关管将会发生E-C极之间击穿现象，从而烧毁保险丝。在更换功率开关管VT1、VT2时，要求BVCEO 必须大于600V，而且截止频率越高越好。另外，要注意的是，由于某些功率开关管是与激励推挽管是直接耦合的，故往往是大、小晶体管同时击

25、穿。因此，在检修这种电源时应将前级的激励管一同进行检测。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 3保险管完好但各路输出电压均为零保险管完好但各路输出电压均为零 (1) 故障现象 接通电源后，主机不启动，测量5V、12V均没有输出。 (2) 检修方法 计算机电源在有负载情况下测量不出各输出端的直流电压时，即认为电源无输出。这时应先打开电源盒检查保险丝，如果保险丝完好，应检查电源中是否有开路或短路现象，过压和过流保护电路是否发生误动作等。 第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 4启动电源时发出启动电源时发出“滴嗒滴嗒”声声 (1) 故障

26、现象 接通电源后，主机不启动，电源盒内发出“滴嗒”的怪声响。 (2) 检修方法 这种故障一般是输入电压过高或某处的短路造成的大电流使+5V处输出电压过高，这样引起过压保护动作，短路消失，使电源重新启动供电。如此周而复始地循环，将会使电源发生嘀嗒滴嗒的开关声，此时应关闭电源进行仔细检查，找出短路故障处，从而修复整个电源。第第3 3章章 他激式他激式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 5某一路无直流输出某一路无直流输出 (1) 故障现象 开机后，主机不启动，用万用表检测5V，12V，其中一路无输出。 (2) 检修方法 在主机电源中，有5V和12V四组直流电源，若有一路或一路以上因故障无电压输出时，整个电源将因此而进入保护状态。这时可用万用表测量各输出端电压，开启电源，观察在启动瞬间哪一路电压无输出，则故障就出在这一路电压的输出电路上。重点检查该路电压的整流二极管或滤波电