發射機開關電源原理及故障檢修方法

許 偉

十堰市四方山廣播電視發射臺 湖北省 十堰市442000

引 言

全固態廣播電視發射機的功放模塊主要由低電壓、大電流的開關電源為其供電。大功率的開關電源設計較為復雜，在維修過程中又缺乏完整的維修資料及圖紙，為維修工作帶來不便。實際上，現階段的開關電源出現問題，基本上都是返回廠家維修，發射臺的技術人員一般不再自己直接維修。但是，在應急處理時，掌握開關電源的原理，能分析出開關電源故障原因并做出處理，是非常有必要且重要的。

1 開關電源的原理

開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源。這里介紹的開關電源，包含AC/DC轉換和DC/DC轉換，AC/DC轉化是將交流電變換為直流，DC/DC轉換是將電能質量較差的直流轉換成滿足設備要求電壓值的質量較高的直流電壓。開關電源的核心是DC/DC轉換器，DC/DC轉化器就是通過重復通斷開關，把直流電壓或電流轉換成高頻方波電壓或電流，再經過整流平滑變為直流電壓輸出。DC/DC轉換器的分類基本上就是開關電源的分類。開關電源根據連接方式、激勵方式、調制方式等有多種分類，本文介紹的是一款全橋諧振開關電源。

開關電源大致由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部分組成。其中主電路包括：交流輸入濾波、橋式整流與濾波、DC/DC變換、輸出整流與濾波。輔助電源為保護電路和控制電路工作供電。

2 結合實例介紹AC/DC、DC/DC模塊

現結合四方山廣播電視發射臺使用的一臺48V/50A的開關電源實例（圖1），對其AC/DC、DC/DC變換進行理論解析。如圖1所示，市電三相380V交流電輸入后，通過交流保險、交流互感濾波后接到橋式整流模塊，橋式整流后的直流電通過電容濾波后，送入開關電路，經過開關電路后的直流電再經過整流濾波后輸出。

本開關電源的橋式整流部分將三相交流電整流成直流電，使用了2個整流橋堆。圖2為三相整流電路的原理圖，圖3為三相整流電路的實際電路示意圖。

開關電路部分使用的是全橋變換器拓撲結構，如圖4所示。斜對角的兩個開關管（Q1、Q4或Q2、Q3）同 時 導通，兩組開關管交替導通半個周期。通過變壓器耦合的方式，從初級向次級傳遞能量。

3 故障檢修實例

3.1 故障現象

保險管炸裂。

3.2 故障分析

保險管熔斷可能是由于過載等情況引起，但是保險管炸裂，則多為主電路出現短路，瞬間出現強電流引起的。經過對開關電源的原理分析，我們猜測可能出現短路的情況為：（1）濾波電容損壞，產生短路；（2）整流橋堆損壞，產生短路；（3）開關管損壞，產生短路；（4）控制電路出現問題，引發開關管動作，產生短路。由于控制電路檢查較為復雜，可先檢查為控制電路的輔助電路是否正常。

圖2 三相整流電路的原理圖

圖3 三相整流電路的實際電路示意圖

圖4 全橋變換器拓撲結構

3.3 故障檢修

1.首先用肉眼觀察整個開關電源各個元器件有無燒毀現象，主要觀察整流濾的電解電容是否正常。通常觀察，初步排除濾波電容損壞而產生的短路。

2.橋式整流堆的檢查。取出橋式整流堆，根據圖5的橋式整流堆原理圖，依次判斷內部4個二極管是否正常。判斷方法為，使用電子萬用表的二極管擋，分別測試各個引腳。例如，紅表筆接2腳，黑表筆接1腳，此時管子應當處于正向導通狀態，顯示值即為正向壓降，完好管子的正向壓降為：硅管0.5～0.7V，鍺管為0.15～0.3V。若顯示“0”，表明管子擊穿短路，若顯示“1”，則表明管子內部已經斷路。當紅表筆接1腳，黑表筆接2腳，此時被測二極管應當反向截止，完好的管子應當顯示“1”，若顯示“0”，說明被測管子必壞無疑。經過檢測，判定整流橋堆正常，排除整流橋造成的短路。

圖5 橋式整流堆原理圖

圖6 N溝道MOS管

3.開關管的檢查。開關電源的開關管有很多型號，根據應用的場景，常見的有雙極性晶體管（BJT）、金屬氧化物半導體晶體管（MOSFET）、還有絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等。如果開關管上標有型號，則根據型號判斷開關管好壞。以N溝道MOS管（圖6）為例介紹，一般封裝面對自己時，左柵 極（G）中 漏 極(D)右 源 極（S），柵極與漏極和源極之間相當于一個電容，柵極的擊穿電壓比較小，在知道型號下，要查閱資料，判定管腳的極性，避免誤操作，擊穿MOS管。我們使用指針型萬用表，先把MOS管的G極和S極短接（用鑷子夾一下就行了），然后測量D極和S極的電阻。測試時電流從S極流到D極，即紅筆接S極，黑筆接D極，這個時候測出來的電阻和正常MOS管測出來的做對比，如果差太大，那肯定就是燒了。如果表筆接反了，正常的MOS管測出來的電阻是斷路（寄生二極管存在的緣故）。

對于雙極性晶體管（BJT），則比較簡單，在已知型號下，分別測量集電極—基極、發射極—基極和基極—集電極、基極—發射極的電阻即可，利用PN結的電阻特性可以判斷管子的好壞。

圖7 IGBT管示意圖

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是由MOSFET和雙極型晶體管復合而成的一種器件，其輸入極為MOSFET，輸出極為PNP晶體管，如圖7所示。若在IGBT的柵極和發射極之間加上驅動正電壓，則MOSFET導通，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態而使得晶體管導通；若1GBT的柵極和發射極之間電壓為0V，則MOS截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。IGBT與MOSFET一樣也是電壓控制型器件。我們使用指針式萬用表來測試，檢測前先將IGBT管三只引腳短路放電，避免影響檢測的準確度；然后用指針萬用表的兩枝表筆正反測G、e兩極及G、c兩極的電阻，對于正常的IGBT管上述所測值均為無窮大。最后，用指針萬用表的紅筆接c極，黑筆接e極，有一定阻值，對照資料查詢比較。

對不明的、沒有任何標識開關管，本開關電源開關管就是這種情況，需要分情況一一測試判斷，這樣比較復雜且費時。結合實際，由于四只開關管同時損壞的概率很小，可以采用一種簡單的方法，對比測量四只開關管管腳間的電阻，把明顯阻值小于其它管的拿出來，做進一步的判斷。一般來說，管子擊穿后的阻值要明顯小于其它管。

經過判斷，2只對管阻值明顯小，懷疑是開關管損壞，對其他輔助電路做了全面排查后，更換相同型號開關電源的開關管后，開關電源正常使用。

4.可以查詢相關資料，對檢測、輔助電路進行相關的學習判斷。

結束語

開關電源電路圖較為復雜，在面臨缺少圖紙資料的情況下，抓住主電路、關鍵器件的檢查，才能高效精準地處理故障。廣播電視維護人員必須要加強電子技術學習，通過對開關電源的理論學習和實際檢修，可以舉一反三的應對其他相關的檢修任務。