中功率開關(guān)電源快速檢修方法

王復(fù)奇

（貴州航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 遵義 563000）

0 引 言

開關(guān)電源是一類特殊類型的“電路”，有兩種呈現(xiàn)形式：有時(shí)以“內(nèi)嵌”的形式與其他電路共置于一塊印制線路板（Printed Circuit Board，PCB）上；有時(shí)以獨(dú)立的電子設(shè)備形式，給其他電路或系統(tǒng)提供合適的電能量，使電子產(chǎn)品或系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作[1]。因此，在各種各樣的電路或者電子系統(tǒng)中，開關(guān)電源呈現(xiàn)出特殊性（電路中的特殊類別）、代表性和普遍性。雖然開關(guān)電源存在多種類型（不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)），但是從近十多年的發(fā)展趨勢(shì)來看，中型開關(guān)電源大多采用它激式和隔離式結(jié)構(gòu)。本文主要討論的中功率開關(guān)電源，是指輸出功率大于等于60 W、小于等于350 W的開關(guān)電源。

1 開關(guān)電源基本組成結(jié)構(gòu)

開關(guān)電源基本組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。盡管開關(guān)電源的電路可以千變?nèi)f化，但是其基本構(gòu)成大致相同，主要包括一次側(cè)外圍電路（含輸入端保護(hù)電路、輸入端整流濾波電路及鉗位保護(hù)電路）、主控芯片（脈寬調(diào)制控制器或單片開關(guān)電源集成電路）、高頻變壓器、二次側(cè)輸出電路、反饋電路以及其他保護(hù)電路[2]。

圖1 開關(guān)電源組成

2 開關(guān)電源工作原理

以HLI-2637型中功率開關(guān)電源為例，闡釋其工作原理。該型號(hào)開關(guān)電源采用脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）型電路模式，只用一塊PCB板布局完成。其主要由一次側(cè)外圍電路、主控芯片電路、高頻變壓器、二次側(cè)輸出電路、反饋電路及其他保護(hù)電路組成，輸出功率為135 W。

2.1 一次側(cè)外圍電路

抗干擾電路如圖 2所示，由 L1、C1、L2、C2、C3、C4及L3組成，其中L1、L2及L3均采用共模電感，與C1、C2、C3和C4一起構(gòu)成濾波器，阻止并濾除由輸入端引入的噪聲和開關(guān)電源本身振蕩產(chǎn)生的噪聲。該開關(guān)電源具有啟動(dòng)浪涌電流限制功能和啟動(dòng)浪涌電壓抑制功能，分別由RT1和RV1完成。

如圖2所示，它由VB1橋堆和電解電容C6、C7組成，作用是把交流220 V市電轉(zhuǎn)換為直流并濾波后成為平滑的直流電壓300 V，供功率因數(shù)校正（Power Factor Correction，PFC）和開關(guān)電源振蕩啟動(dòng)。

圖2 一次側(cè)外圍電路

如圖3所示，該電路由專用驅(qū)動(dòng)控制集成電路N1（MC33262）與開關(guān)管V1（10N60）和儲(chǔ)能電感L1構(gòu)成，將整流濾波后的市電校正后提升至400 V，為主開關(guān)電源和電源板上的高壓板升壓輸出電路供電。由于PFC電路的故障率比較低，關(guān)于PFC電路詳細(xì)的工作原理這里不再贅述。

圖3 功率因數(shù)校正（PFC）電路

2.2 主控芯片（PWM控制器或單片開關(guān)電源集成電路）

該開關(guān)電源采用專用芯片OB2269CA為核心的它激式和隔離式結(jié)構(gòu)[3]，主要由專用IC（OB2269CA）N4、功率開關(guān)管V7（FQPF3N80C）、開關(guān)變壓器T1、VD4、VD5、VD6、V3、V4、V5和V6等其他元器件組成，如圖4所示，輸出+12 V和+5 VM。

圖4 主控芯片電路、高頻變壓器、二次側(cè)輸出電路、反饋電路及其他保護(hù)電路

2.2.1 OB2269CA專用IC簡介

OB2269CA是一塊高性能（工作電流約為2.3 mA）專用IC，具有低待機(jī)功耗（待機(jī)功率＜0.3 W）、低啟動(dòng)電流（VIN/VDD啟動(dòng)電流低至4 μA）、過載保護(hù)、過電壓保護(hù)和過熱保護(hù)等諸多優(yōu)越性能的電流模式PWM開關(guān)電源專用驅(qū)動(dòng)控制集成電路，是昂寶電子（上海）有限公司On-Bright生產(chǎn)的產(chǎn)品。它的詳細(xì)的性能參數(shù)、內(nèi)部電路框圖及參考電壓可查閱其官網(wǎng)和相關(guān)專業(yè)網(wǎng)站的數(shù)據(jù)表（Data Sheet），這里不再詳細(xì)闡述。

2.2.2 啟動(dòng)過程

電源開關(guān)通電后，交流220 V經(jīng)過整流濾波電路輸出約300 V直流電壓，經(jīng)T1的初級(jí)③-①繞組加到V7的漏（D）極，同時(shí)經(jīng)啟動(dòng)電阻R916～R918加到OB2269CA的③腳，再通過內(nèi)部的電流源給⑦腳上的外接電容C10充電。當(dāng)C10上充電電壓達(dá)到啟動(dòng)電壓值時(shí)（典型值為16.5 V），OB2269CA內(nèi)部振蕩電路開始振蕩，產(chǎn)生的振蕩脈沖信號(hào)經(jīng)內(nèi)部相關(guān)電路處理后，從⑧腳輸出PWM開關(guān)脈沖加到V7的柵極，驅(qū)動(dòng)V7進(jìn)入開關(guān)狀態(tài)，在T1中形成變化的磁場(chǎng)，再通過互感作用在T1的次級(jí)產(chǎn)生感應(yīng)脈沖電壓。

2.3 高頻變壓器

高頻變壓器T1主要作用是把原邊（T1左邊）主控芯片OB2269CA及其外圍電路產(chǎn)生的高頻電壓耦合到副邊（T1右邊），同時(shí)起著電氣隔離及其他作用。

2.4 二次側(cè)輸出電路

T1原邊繞組⑤腳輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)由VD3、C13組成的整流濾波電路后，得到20 V電壓，分為3路：第一路經(jīng)VD1加到OB2269CA的⑦腳，作為OB2269CA穩(wěn)定工作的工作電壓；第二路送往V1的集電極，作為V1的工作電壓；第三路經(jīng)R4加到光電耦合器N1的C級(jí)，作為N1的工作電壓。

T1副邊繞組⑦腳輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)VD4、C15整流濾波后，得到的直流電壓加到V3的發(fā)射極，作為V3的工作電壓。

T1副邊繞組⑧腳輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)VD5、C21整流濾波后，得到的直流電壓加到V5的D極，作為V5的輸入電壓。

T1副邊繞組（12）腳輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)VD6、C23、L、C24整流濾波后，得到5 VQ、5 VB電壓作為整機(jī)待機(jī)時(shí)的工作電壓。

2.5 反饋電路及其他保護(hù)電路

2.5.1 閉環(huán)負(fù)反饋穩(wěn)壓控制電路

閉環(huán)負(fù)反饋穩(wěn)壓控制電路由取樣電阻R12、R13、R14、R15以及光電耦合器N2、精密穩(wěn)壓放大器N3等元件組成。OB2269CA的②腳為反饋電壓輸入端，即穩(wěn)壓信號(hào)輸入端。穩(wěn)壓電路的工作原理是，當(dāng)輸出的+5 VM因某種原因升高（或降低）時(shí)，通過取樣電路的變化信號(hào)與精密穩(wěn)壓器比較后送到N2進(jìn)行隔離后再反饋到OB2269CA的②腳，繼而控制OB2269CA的振蕩脈寬降低（或升高），完成一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋，從而穩(wěn)定輸出電壓。

2.5.2 開關(guān)機(jī)控制電路

V5、N5等元件組成12 V電壓輸出電路。整機(jī)工作在待機(jī)狀態(tài)時(shí)，V3、V4截止，V5因控制極（柵極）無電壓也截止，其漏極（D極）無12 V電壓輸出。

用遙控器或本機(jī)鍵開機(jī)后，V4、V3由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。V3導(dǎo)通后，V5控制極得電也隨之導(dǎo)通，從漏極輸出12 V電壓。

V6組成+5 VM電壓形成電路。整機(jī)工作在待機(jī)狀態(tài)時(shí)，由于無開關(guān)電源12 V電壓輸出，V6控制極無電壓而截止不工作，故無+5 VM電壓輸出。用遙控器或本機(jī)鍵開機(jī)后，開關(guān)電源輸出的12 V電壓加到V6的控制極，使V6導(dǎo)通，輸出+5 VM電壓送往相關(guān)電路，作為相關(guān)電路的工作電壓。

V1、VZ1、N1等元件組成PFC電路中的驅(qū)動(dòng)脈沖集成塊的供電電路。整機(jī)工作在待機(jī)狀態(tài)時(shí)，由于V2、N1截止，V1截止，故V1的發(fā)射極無VCC（供電電壓）輸出，PFC電路中的驅(qū)動(dòng)脈沖形成電路因無供電電壓也會(huì)停止工作。用遙控器或本機(jī)鍵開機(jī)后，V2、V1、N2導(dǎo)通。V1導(dǎo)通后，+20 V電壓經(jīng)V1送往PFC電路中的驅(qū)動(dòng)脈沖形成電路，啟動(dòng)PFC電路進(jìn)入工作狀態(tài)。

2.5.3 保護(hù)電路

⑥腳電流反饋腳。當(dāng)負(fù)載過重時(shí)，流經(jīng)V7的D-S極、R26電阻上后電流增大。當(dāng)在R26上產(chǎn)生的壓降大于0.86 V時(shí)，⑥腳內(nèi)部的過流檢測(cè)電路啟動(dòng)，導(dǎo)致反饋腳②腳電壓上升。這種現(xiàn)象持續(xù)80 ms后，芯片將進(jìn)入過載保護(hù)狀態(tài)（OLP），⑧腳停止PWM信號(hào)輸出，開關(guān)電源停止工作。⑦腳為供電腳，正常工作典型值為16.5 V。當(dāng)此腳電壓高于或等于23.5 V時(shí)，內(nèi)置的過壓保護(hù)電路（OVP）起控，⑧腳停止輸出PWM脈沖。當(dāng)⑦腳電壓低于11 V時(shí)，內(nèi)置的欠壓保護(hù)電路（UVLO）起控，⑧腳停止輸出PWM脈沖。⑧腳為PWM脈沖信號(hào)輸出端，內(nèi)部有灌流驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)設(shè)有18 V鉗位二極管，防止柵極驅(qū)動(dòng)電壓過高損壞V7。

集成塊OB2269CA的④腳為頻率設(shè)定腳，更改④腳外接電阻可以更改OB2269CA的振蕩頻率。⑤腳為軟啟動(dòng)腳。

3 開關(guān)電源檢修

3.1 傳統(tǒng)檢修步驟及方法

第一步，觀察了解所檢修開關(guān)電源的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)于不熟悉新型核心元器件（如新上市的開關(guān)電源振蕩IC等元器件），查閱相關(guān)參考資料（如Data Sheet），之后進(jìn)一步熟悉開關(guān)電源各個(gè)組成部分，分析并掌握各個(gè)部分電路的工作原理以及元器件所在PCB板上的具體位置，為檢測(cè)做好準(zhǔn)備。

第二步，按照電路工作原理及信號(hào)處理流程，從“源頭”開始向“尾”即輸出端方向（通常是從左至右）逐級(jí)檢測(cè)，一般是采用萬用表和（或）示波器測(cè)量電壓和（或）波形的方法，獲取電壓值和（或）波形、頻率等參數(shù)值。再根據(jù)所測(cè)量的參數(shù)值，結(jié)合電路的工作原理，對(duì)所測(cè)量各級(jí)電路的工作狀態(tài)，分別逐級(jí)逐個(gè)元器件進(jìn)行定量和（或）定性分析，判斷電路是否工作正常，以便縮小故障范圍。這種逐級(jí)、逐個(gè)元器件檢測(cè)的方法效率低、非常耗時(shí)。

第三步，對(duì)于工作異常的各級(jí)電路，故障范圍已較小，需要根據(jù)故障電路的具體結(jié)構(gòu)情況（電路功能、性質(zhì)等），使用萬用表靈活地、有針對(duì)性地對(duì)可疑元器件進(jìn)行檢測(cè)，最終找到故障元器件。

第四步，拆焊故障元器件，更換同型號(hào)或參數(shù)相同的元器件即可。加電測(cè)量輸出電壓或其他參數(shù)，即可知道故障是否完全消除。

3.2 快速檢修步驟及方法

針對(duì)傳統(tǒng)逐級(jí)檢測(cè)、耗時(shí)長的弊端，筆者經(jīng)過長期實(shí)踐、探索，對(duì)中型開關(guān)電源不同電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速檢修，總結(jié)出一套快速有效的檢修步驟及方法。

第一步，判斷是否存在顯性（目測(cè)和嗅聞）的故障，即觀察、嗅聞開關(guān)電源PCB板上的FUSE管以及其他功率元器件是否燒斷或炸裂和（或）燒焦的味道。若沒有，則進(jìn)行第二步。如果有，證明電源損壞嚴(yán)重。遇到這種情況，不能盲目加電，以免使故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。只能用萬用表進(jìn)一步檢測(cè)電源PCB板上其他元器件，排除短路元器件。再檢測(cè)開關(guān)電源的負(fù)載是否有嚴(yán)重的短路情況。如果有，基本上可判斷開關(guān)電源故障是由于負(fù)載故障引起的，則斷開負(fù)載。此時(shí)。需先解決電源故障，再檢修負(fù)載電路的短路。

更換損壞的元器件（用同規(guī)格或參數(shù)相同的元器件），加電觀察，若無冒煙、炸響及異味（通常是燒焦味）等異常情況，檢測(cè)開關(guān)電源的輸出端電壓是否正常。若正常，則繼續(xù)檢修負(fù)載電路。若仍不正常，則進(jìn)行第二步。

第二步，用萬用表測(cè)量電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）、整流濾波電路的輸出端+300 V電壓。若無，則檢測(cè)RT1、RV1及整流橋堆是否正常，即可查出故障元器件。若有，進(jìn)行第三步。

第三步，用萬用表測(cè)量PWM振蕩電路中IC（如圖4中N4）的啟動(dòng)電壓輸入（VIN）腳和功率開關(guān)管（圖4中V7）的漏極（即T1的1腳）電壓值，若不正常，則判斷是啟動(dòng)電阻和T1故障，檢測(cè)驗(yàn)證啟動(dòng)電阻和T1后更換即可。若正常，則測(cè)量PWM振蕩電路中IC（如圖4中N4）VDD腳電壓值；若不正常，則測(cè)量供給該電源（VDD）腳的整流二極管（圖4中VD3）是否正常。若不正常，則更換即可。若正常，則測(cè)量功率開關(guān)管（圖4中V7）是否正常。若不正常，則更換即可。若正常，則測(cè)量PWM振蕩電路IC其余各腳直流電壓。若不正常，則檢測(cè)過流保護(hù)電阻（圖4中R26）和負(fù)反饋電路（主要是N2、N3）中的元器件。若不正常，則更換故障元器件即可；若正常，則說明PWM振蕩電路IC損壞，更換即可。

第四步，檢測(cè)開關(guān)變壓器后面的整流濾波輸出電路中整流二極管（圖4中VD4、VD5、VD6）是否正常，若不正常，更換即可。

第五步，檢測(cè)開關(guān)機(jī)控制電路中各主要元器件（圖4 中 V1、V2、V3、V4、V5、N1、N5和 VZ1）是否正常，若不正常，更換即可。

4 結(jié) 論

基于以上闡述，對(duì)于中功率開關(guān)電源快速檢修，可總結(jié)出兩個(gè)層面的意義。

第一層面，在學(xué)習(xí)并掌握中功率開關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)及電路工作原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)電路邏輯功能，確定關(guān)鍵（或重要）測(cè)試點(diǎn)，通過測(cè)量電壓或電流或波形等方法進(jìn)行分析判斷，能快速縮小故障范圍，找出故障元件，最終排除故障。

第二層面，通過元器件級(jí)檢修只更換元器件，避免整板（PCB板）廢棄，可節(jié)約社會(huì)資源，減少浪費(fèi)。