ＫＡ３５１１半橋式開關(guān)電源的特點(diǎn)及常見故障

摘要：以一實(shí)用電路為例，對KA351l的特點(diǎn)進(jìn)行闡述，并對常見故障進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：過壓保護(hù) 欠壓保護(hù) 軟啟動 過流保護(hù)PS－ON

中圖分類號：TM405 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002－2422(2008)03－0091－02

1 KA3511的特點(diǎn)

KA351l的主要特點(diǎn)：(1)固定頻率、可變占空比電壓型PWM控制，類似TL494(2)只需少量外部元件，就可以組成獨(dú)立，性能優(yōu)良的主開關(guān)電源控制電路；(3)具有利用死區(qū)時間控制，來實(shí)現(xiàn)軟啟動的能力；(4)為推挽操作對偶輸出，每個輸出晶體管的電流容量為200mA(5)對主電源輸出的+3，3V、+5V和+12V，具有過壓及欠壓保護(hù)(OVP、UVP)功能：(6)遙控開供控制功能(PS－ON)；(7)含有滯后功能電源好信號生成器；(8)精密電壓參考，容差為±2％(4.9V≤Vref≤5.1V)：(9)電源電壓VCC=14～30V，待機(jī)(STANDBY)時KA3511電流(ICC)典型值是10mA：(10)具有對輸入的遙控及保護(hù)控制功能進(jìn)行鎖定。

2 KA3511供電方式

KA3511一般采用雙電源供電方式：一路來自獨(dú)立輔助電源的+12V：另一路則由主電源高頻開關(guān)變壓器T2次級+12V繞組一端，經(jīng)R21、D21、C32組成的寄生輔助電源，其電壓為+24V。當(dāng)電源接通市電時，此刻主電源尚未工作。獨(dú)立輔助電源的+12V經(jīng)D11，一路到KA3511第一腳VCC即前級驅(qū)動電路。當(dāng)KA3511第6腳PS－ON為低電位時，主電源啟動。寄生輔助電源+24V輸出，D11反向偏置，+12V被阻斷，整個驅(qū)動及控制電路均由+24V供電。

ATX開關(guān)電源中若采用TL494脈寬調(diào)制芯片，其必須與運(yùn)放器及部分有源元件方可構(gòu)成完整的控制電路。要使在待機(jī)時各控制電路能正常工作，則需要提供+5V作為參考和偏置電源。此電源主要來自+5VSB或PWMIC自帶對外輸出的基準(zhǔn)電源+5VR(如TL494第14腳)。KA351l周邊電路只采用少量的無源元件，其內(nèi)部的基準(zhǔn)源主要提供給自身電路。另KA3511第9腳為欠壓檢測輸入，將VCC通過RIO、R11分壓饋送到此腳，來監(jiān)測VCC是否欠壓，其閥值為1.25V。

3 過流保護(hù)電路

對半橋式它激型開關(guān)電源，由于PWMIC位于與功率開關(guān)隔離的輸出端。采用第一種方法，需用電流互感器將采樣點(diǎn)與前級隔離。因此用電流互感器T3，將初級與功率主回路開關(guān)變壓器T2初級串聯(lián)，將T3次測到的信號經(jīng)過處理輸出過流檢測信號經(jīng)二極管D23電容C1經(jīng)整流濾波，再經(jīng)電阻R3降壓送到KA3511第16腳PT端。另一種為PWM信號采樣法，是將PWM信號驅(qū)動變壓器T1次級的中點(diǎn)b作為采樣點(diǎn)。此點(diǎn)信號為兩對稱點(diǎn)a、c相差180度PWM信好的合成，后續(xù)處理過程如同第一種主回路電流互感法。當(dāng)輸出負(fù)載增大時，PWM的占空比也相應(yīng)增大，經(jīng)處理饋送到16腳PT的電位也隨之上升。AK3511的閥值電壓為+1.2V，即當(dāng)16腳的電位≥1.2V，KA3511第1、3腳輸出相位相差180度的PWM信號被關(guān)斷，主電源停止工作。

4 過壓、欠壓保護(hù)及輸出電壓調(diào)整

KA3511的13、14、15三只引腳，分別連接到輸出電壓端+3.3V、+5V、+12V上。每只引腳分別承擔(dān)相應(yīng)輸出電壓的過壓和欠壓保護(hù)功能。相應(yīng)的過、欠壓典型閥值為+4.1V、+6.2V、+14.4V和+2.3V、+4.0V、+10V。實(shí)測過壓閥值為下限+3.8V、+5.8V、+13.5V，欠壓不變。在過欠壓保護(hù)上，KA3511與TL494的優(yōu)點(diǎn)在：為各輸出電壓過欠壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)帶來極大的方便。KA3511第4腳為輸出電壓調(diào)整反饋端。+5V、+12V、+3.3V輸出電壓的設(shè)定值由R1、R2、R3、VR1、R9的電阻分壓比來決定。調(diào)整VR1為一級統(tǒng)調(diào)，通常以+5V為基準(zhǔn)。其余各路與設(shè)定值存在一定偏差，為達(dá)到準(zhǔn)確設(shè)定值，需經(jīng)二級細(xì)調(diào)。現(xiàn)時采用最多的是針對+3.3V一路，通常此路是引自主開關(guān)變壓器T2，+5V一對稱繞組d、e兩端，相同的PWM波形相差180度。其中一端經(jīng)一特定電感L4，將占空比減小(f點(diǎn))，并與另一端分別整流匯合成(g點(diǎn))，再經(jīng)電感L3電容C15濾波得+3.3V。二級細(xì)調(diào)電路由TL431、Q5、VR2、D13、D10等組成。

5 PS－ON、PG、軟啟動電路

5.1 PS－ON、PG控制電路

采用KA3511PWM芯片的ATX半橋式他激型開關(guān)電源，其PG(電源好)直接由第11腳發(fā)送到主板。而主板送出的PS－ON(電源遙控開關(guān))信號，可采用相同的傳送方式到芯片第6腳REM。與TL494組成的電源相比，PG和PS－ON控制電路大為簡化。圖1為采用KA351l電源，PG，+5V、PS－ON三信號間的時序關(guān)系。當(dāng)電源接通市電后，PS－ON為+5V高電位，主電源未啟動。當(dāng)PS－ON為低時，啟動主電源。35ms后+5V和其它各路輸出電壓經(jīng)軟啟動電路控制，經(jīng)15ms上升到輸出正常值。再經(jīng)150ms，PG由低變高，完成電源正常啟動過程(圖l左半部分)。主機(jī)能否正常啟動，與PG信號的好壞密不可分：(1)好的PG信號應(yīng)是，一旦各路輸出電壓建立后應(yīng)至少延遲lOOms，PG信號才由低變高：(2)由低變高的PG信號上升沿盡可能是一階躍函數(shù)曲線，當(dāng)市電關(guān)閉或PS-ON為低時，PG信號比+5V提前8ms消失(圖1右半部分)。這可確保運(yùn)行中的硬盤磁頭在+5V，+12V消失前回到安全區(qū)，防止盤片物理性損壞。

5.2軟啟動電路

當(dāng)開關(guān)電源開啟時，PWM芯片的反饋為零。此時開關(guān)變換器的占空比會達(dá)到最大值，即各路輸出電壓會快速達(dá)到OVP值。同時為給輸出電容充電，功率回路將有大電流流過。由于此刻過流保護(hù)電路還未進(jìn)入工作狀態(tài)，這大電流可能導(dǎo)致功率器件損壞。為了防止這一情況的發(fā)生，解決的方法是給開關(guān)變換器的占空比限制一個上限值。讓占空比隨時間增加而線性增大，這一緩升變化過程通常是對一電容充電來控制。當(dāng)電容充滿時，占空比也就達(dá)到它調(diào)接輸出電壓所需的穩(wěn)態(tài)值。通常將軟啟動的控制端設(shè)置在PWM芯片的死區(qū)電平控制輸入端，KA3511為第19腳DTC(TL494為第4腳)。其外部電路由緩升充電電容C31及分壓電阻R31、R23組成。由于各路輸出電壓上升時值基本相同，現(xiàn)以+5V一路為例。當(dāng)遙控信號PS－ON變低，主電源開啟經(jīng)35ms后，+5V經(jīng)15ms由零線性增大到設(shè)定值(見圖1)。

6 KA3511與KA3511BS的差別

KA3511與KA3511BS均為雙列直插，內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同。差別有三點(diǎn)，(1)外部引腳的個數(shù)，前者為22腳，后者則為24腳，多出的最后一列12、13腳正好為空腳(NC)。(2)外形尺寸不相同，KA3511BS為22.95mmx7.62mmx3.25mm，而KA3511則為27.9mmxl0.16mmx3.8mm，相應(yīng)的引腳間距分別為1.77mm和2.54mm。(3)功率耗散Pd，KA3511BS為1.5W，KA3511則為1W。另一種KA3511DS無論是內(nèi)部參數(shù)，外形尺寸、引腳個數(shù)與KA3511BS完全相同，兩者可直接互換。

7 常見故障及排除方法

以KA3511為核心的半橋式他激型開關(guān)電源，其前級與采用TL494同類型電源相同，所以故障形式及排除方法相同。次級的輸出電路相同，但控制電路差異較大。由于KA3511包含了PG及PS-ON等控制電路，其外圍電路比采用TIA94脈寬調(diào)制芯片簡單了許多。見圖1：除KA3511外只使用了幾只有源元件及少量的無源元件，對判斷故障部位，遠(yuǎn)比采用TL494的控制電路來得容易。常見的故障有如下幾種：

7.1接通市電，開啟主機(jī)電源燈不亮

首先把電源與主板相連的ATX連接頭拔出，用短接線將PS－ON(綠)與地(黑)短接，故障依舊。再用萬用表歐母10K檔測電源輸入回路是否開路，無開路說明保險(xiǎn)絲正常。再查+5VSB無輸出，初步斷定獨(dú)立輔助電源損壞。

7.2開啟主機(jī)，電源風(fēng)扇有輕微轉(zhuǎn)后就停止

同樣先用上述方法，故障依舊。在用萬用表歐母10歐檔測各路輸出對地正反向電阻是否接近零，不為零即輸出整流管無反向擊穿。因KA351l具有輸出電壓確相保護(hù)功能，所以應(yīng)檢查各輸出電壓端饋線是否開路。由于控制電路除KA3511外，只有少量的無源元件，基本可斷定KA3511損壞。實(shí)驗(yàn)室此類故障不為個別現(xiàn)象，或許集成度的提高和設(shè)計(jì)的缺陷KA3511的故障率遠(yuǎn)高于TL494。

7.3開機(jī)電源工作正常，PG常低

首先檢查連接KA3511第10腳的PG延遲電容是否漏電，若不是則只有更換芯片或另做一延遲電路。