便攜式船舶通導(dǎo)開關(guān)電源的設(shè)計維修分析

金祎祺

（中海電信有限公司大連分公司，遼寧 大連116021）

船舶通信是以船舶為基本承載平臺，以水上航行為基本運(yùn)行環(huán)境，服務(wù)船舶運(yùn)行的一種綜合性通信系統(tǒng)。為了能夠確保以上技術(shù)的有效使用，根據(jù)船舶通信導(dǎo)航特點(diǎn)來設(shè)計出滿足需要的電源開關(guān)。

1 便攜式船舶通導(dǎo)開關(guān)電源設(shè)計需求分析

1.1 船載通導(dǎo)設(shè)備電源性能分析

船載通信導(dǎo)航設(shè)備電源性能要高于其他設(shè)備。考慮到水面環(huán)境濕氣比較重、鹽分含量高，在電源系統(tǒng)處于工作狀態(tài)的時候要采取措施避免線路出現(xiàn)短路情況。為了能夠達(dá)到以上要求要減少分立器件的使用數(shù)量，同時，在船舶的核心器件方面要盡可能的使用較高集成度的元件。

1.2 船載通導(dǎo)設(shè)備開關(guān)電源特點(diǎn)分析

船載通導(dǎo)設(shè)備電源開關(guān)由多個模塊共同組成，具體包含系統(tǒng)控制單元、穩(wěn)壓調(diào)節(jié)單元、整流單元。為了能夠更好的滿足直流負(fù)載的要求，整個電源的輸出功率一般需要設(shè)定在70%以上的比例。

2 便攜式船舶通導(dǎo)開關(guān)電路系統(tǒng)設(shè)計

2.1 開關(guān)電源系統(tǒng)的基本框架

開關(guān)電源系統(tǒng)框架主要由三部分組成，包含電壓輸出控制模塊、DC-DC 變換模塊、交直整流模塊。電路保護(hù)模塊。本文結(jié)合實(shí)際選擇UC3843 和UC3844 兩種脈寬調(diào)制器，UC3843 脈寬調(diào)制芯片，它有功能全外圍元件簡單工作頻率高引腳少等特點(diǎn)，其電壓調(diào)整率為0.01%V，接近線性穩(wěn)壓電源水平。工作頻率最高可達(dá)500kHz，啟動電流1mA 啟動電壓只要8.5V 以上，占空比范圍0-97%。而UC3844 與UC3843 不同之處是：啟動電壓要16V 以上，占空比范圍0-48%，UC3843 的輸出頻率就是振蕩器工作頻率。而UC3844 的輸出頻率是振蕩器頻率的二分之一。

2.2 控制模塊的設(shè)計

在整個控制模塊中通過對反饋信號參數(shù)和電路負(fù)責(zé)PWM單元的綜合比對處理來完成對數(shù)據(jù)的監(jiān)督控制。這個時候基準(zhǔn)電壓模塊會負(fù)責(zé)向電壓比較器提供能夠測試溫度的恒定電壓值。系統(tǒng)驅(qū)動電路一般會選擇大功率MOS 管，為整個系統(tǒng)運(yùn)作提供持續(xù)的電壓支持。不僅如此，驅(qū)動電路還具備比較快速的響應(yīng)機(jī)制，在抗干擾能力方面性能優(yōu)越。船舶通導(dǎo)開關(guān)電源在使用的過程中還需要注重保護(hù)電路，目的是在極端的環(huán)境下通過調(diào)整電路工作狀態(tài)來確保電路始終處于良好的工作狀態(tài)。在這個過程中如果電壓超過電路的負(fù)載能力，就需要及時中斷系統(tǒng)輸出，目的是更好的保護(hù)核心電路模塊，避免電路模塊被燒壞。多數(shù)保護(hù)電路模塊都會涉及到溫度過低的保護(hù)單元、輸入欠壓單元、短路中斷單元、靜電保護(hù)單元等。

2.3 應(yīng)用電路

使用UC3843 脈寬調(diào)制器，使用它脈寬可調(diào)的固定頻率的脈沖輸出，推動開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，通過高頻變壓器將電壓輸出到次級繞組上，再經(jīng)快恢復(fù)二極管整流和電容濾波向負(fù)載提供直流電，電源兼反饋繞組獲得控制電壓的同時還能輸入UC3843的誤差放大器電壓，與其內(nèi)部基準(zhǔn)電壓比較而產(chǎn)生控制電壓，從而控制輸出脈寬的占空比，最終達(dá)到穩(wěn)壓目的。下面是分析使用UC3843 的一個船用設(shè)備電源電路，此電路小巧高效耐用。在此電路中為了抑制和減少對電源線的高頻雜波干擾，在電感線圈L1 周圍建立由C1,C2,C3,C4 組成的濾波器。此外，由R3 和C10組成的RC 緩沖器可以防止在過渡期間出現(xiàn)不必要的振蕩。二極管D7 與R16 和電容C19 一起能鉗制開關(guān)管Q1 的瞬態(tài)電壓尖峰。當(dāng)電源接通時，電容器C6 通過R1 充電，當(dāng)電壓超過約8.7V 時，控制器U1 開始工作產(chǎn)生震蕩推動Q1 工作, 幾個周期后，電源從變壓器的自舉繞組T10 和T11 經(jīng)D2,D1 整流，C9，C6濾波D9 穩(wěn)壓后輸送到U1 電源端，以維持控制器U1 的供電。自舉繞組的整流電壓也用于調(diào)節(jié)輸出電壓，主要由R8 和R11 決定。反饋電壓引至U1 的第2 腳。電阻器R10 和R9 以及電容器C17 構(gòu)成電壓調(diào)節(jié)補(bǔ)償電路。控制器工作頻率約為100kHz，由R7 和C16 決定。開關(guān)管工作電流由R15 檢測，經(jīng)R14 和C18 濾波后引至U1 引腳3。此電流感應(yīng)到電壓是一個斜率值，與電壓調(diào)節(jié)電路確定的基準(zhǔn)電平相比較。當(dāng)檢測電壓超過基準(zhǔn)電平時，控制器U1 關(guān)閉Q1。這個電流檢測電路形成一個電流調(diào)節(jié)回路，這樣就能穩(wěn)定電壓和防止大電流損壞開關(guān)管Q1。

圖1

扼流圈L2 和L3 是低通濾波器的一部分，用于抑制電壓尖峰在測試點(diǎn)P 上，用示波器可以觀察到輸入電壓12V 時待機(jī)與加負(fù)載時的標(biāo)準(zhǔn)波形。

圖2

輸入電壓24V 時待機(jī)與加負(fù)載時的標(biāo)準(zhǔn)波形。

圖3

UC3843 與UC3844 外形一樣，管腳排列也一樣

圖4 是用UC3844 構(gòu)成的一個24V 開關(guān)電源電路這種單端反激式開關(guān)電源，是成本很低的一種電源電路，其輸出功率為10W～160W，工作頻率在20kHz～300kHz 之間，接近線性穩(wěn)壓電源的調(diào)整率，啟動電流很低。開關(guān)穩(wěn)壓電源的反饋回路決定了開關(guān)電源的精度和整體性能。這種基于電流型脈寬調(diào)制芯片的反饋回路，采用可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器加光耦器接法，具體使用TL431 與PC817。這種方法因為使用精密電壓源做控制參考電壓，所以控制精度可以非常高，所以性能穩(wěn)定故障率低。

圖4

R16 電阻作用：一是指示電源是否有輸出，便于故障的排查；二是可以進(jìn)行放電，避免輸出側(cè)的電容長時間帶電而造成安全隱患；三是可以在空載時給電源一個小的負(fù)載。輸入的交流電經(jīng)整流濾波后變?yōu)?50V 直流電，經(jīng)電阻R6 降壓后加到UC3844 的電源端，為其提供啟動電壓，當(dāng)電路啟動后變壓器的次級線圈經(jīng)過D6,L1 和C10 整流濾波后為UC3844 提供正常工作電壓。UC3844 第6 腳輸出的方波信號經(jīng)R7 驅(qū)動場效應(yīng)管導(dǎo)通或截止。這兩路交流電經(jīng)整流濾波后輸出+5V 和+24V 直流電供負(fù)載使用。+5 V 為CPU 板提供電源，+24V 電源為主電源。電阻R9 用于電流檢測，其在工作時上端電壓經(jīng)R10 和C9 濾濾后送入UC3844 的3 腳形成電流反饋環(huán)，當(dāng)?shù)? 腳電壓高于1 V 時振蕩器停振，保護(hù)功率管不至于因過流而損壞。高頻變壓器初級線圈并聯(lián)的R1，C6，D5 組成的緩沖電路是用于限制高頻變壓器漏感造成的尖峰電壓對場效應(yīng)管的損壞，場效應(yīng)管截止時高頻變壓器漏感引起的尖峰電壓通過D5 向C6 充電，場效應(yīng)管導(dǎo)通時C6 經(jīng)過R1 來放電。

3 開關(guān)電源維修技巧

3.1 電源輸入電路故障

開關(guān)電源的輸入電壓來自變壓器主電路的直流回路的兩端：P 端和N 端，PN 端間的直流電壓約為350 V 左右，加電后測量PN 端之間的電壓是否有直流350 V，若是，前級整流濾波電路不存在故障，若不是，測量整流模塊和濾波電容的好壞。

3.2 UC3844 振蕩電路故障

如果加電后開關(guān)電源無輸出，有可能是UC3844 震蕩電路故障。先測量UC3844 第7 腳有沒有16 V 以上電壓，若沒有，先檢測啟動電阻R6 有無損壞。再測量第8 腳有無5 V 電壓，若有5 V 電則UC3844 芯片正常，若沒有5 V 電壓則芯片損壞。然后再測量UC3844 的6 腳有無114.6 kHz 波形輸出，若有波形輸出則振蕩電路基本正常，若沒有則要檢查R7R8 和C10 這3 個元器件的好壞，還要檢查振蕩電路是否有虛焊、斷路故障。UC3844 振蕩電路還存在保護(hù)停振情況，當(dāng)?shù)? 腳電壓升到1 V 以上，或者第1 腳電壓降到1 V 以下時，振蕩電路會停止振蕩，第6 腳無方波輸出。

3.3 場效應(yīng)管和高頻變壓器損壞

若開關(guān)電源無電壓輸出，則也可能是場效應(yīng)管和電阻R9 損壞，也可能是高頻變壓器故障。測量高頻變壓的初次級線圈是否存在開路和短路情況。然后用電阻法測量開關(guān)管有無擊穿現(xiàn)象，取樣電阻R9 有可能在場效應(yīng)管損壞時因受沖擊而阻值變大或斷路。場效應(yīng)管的G 極串聯(lián)電阻R7 和震蕩芯片往往受強(qiáng)電沖擊而損壞。這時就要同時更換。

3.4 反饋電路故障

若加電后開關(guān)電源有輸出，但兩路輸出電壓都不準(zhǔn)時，則是穩(wěn)壓反饋電路存在故障。測量TL431 和PC817 的好壞，再檢查穩(wěn)壓反饋電路中各電阻電容好壞和是否有虛焊、斷路情況。

3.5 輸出電路故障

如果開關(guān)電源出現(xiàn)“打嗝”情況，該情況可能是輸出電路故障引起。輸出電路的大電流會引起開關(guān)電源出現(xiàn)保護(hù)情況，如果負(fù)載是打印機(jī)等有電機(jī)等的負(fù)載電路，往往是滑軌或者齒輪組件缺少潤滑油潤滑，造成阻力過大，而造成工作電流超限的現(xiàn)象。如果開關(guān)電源出現(xiàn)間歇性振蕩。則輸出電路可能有濾波電容老化、或者整流二極管損壞、負(fù)載電路短路等故障原因。

結(jié)束語

綜上所述，文章結(jié)合實(shí)際設(shè)計出一種應(yīng)用船舶通信導(dǎo)航設(shè)備的方便攜帶的開關(guān)電源設(shè)計電路，對整個開關(guān)電源設(shè)計電路的原理、模塊功能進(jìn)行了分析，旨在能夠更好的發(fā)揮其在滿足通信導(dǎo)航設(shè)備運(yùn)行中的作用。