开关电源的工作原理与故障维修方法

开关电源的工作原理与故障维修方法

文章来源：作者：发布时间： ( 2010-5-4 ) 浏览次数：122

开关电源与线性电源相比，具有输出电压稳定可靠，稳压范围宽、保护全面、功耗小、转换效率高等特点。所以有线电视设备电源多数用开关电源，如光发射机、光接收机、光放大器、数字卫星接收机、放大器、调制器等设备均采用开关电源。

一、开关电源的组成及各部分作用

开关电源主要由四部分组成，其方框图见图1。

输入电路由线路滤波器、浪涌电流抑制电路、整流滤波电路组成。线路滤波器作用是有效抑制外来干扰杂波从市电源线（220V或60V）进入开关电源电路；防止开关电源的高次谐波进入市电网中。浪涌电流抑制电路是降低尖锋电流、电压的幅度。保护电路主要是保护场效应开关管不被击穿。功率变换电路作用是实现变压、变频和完成电压调整任务，保证变压器输出能量平稳（即输出电压平稳）。功率变换电路是开关电源的核心部分。不同厂家、不同设备的开关电源，对这部分所设计的电路和所用的器件差别较大，有的设备使用16脚的脉宽调制集成块，有的采用8脚的脉宽调制集成块，有的使用脉宽调制管。有的电路设计较简单，有的电路设计较复杂些。输出电路作用是把高频变压器输出的电压进行整流、滤波输出平稳的直流电压。输出电压的数值和种类根据各种设备需要而定。如放大器的开关电源只输出24V或12V单种类直流电压值。数字卫星接收机的开关电源可输出33V、28V、29V、22V、18/14V、12V、5V、3.3V等多种类直流电压值。控制电路的作用是：当输入电压过高或由某种原因使电路中电流过大时，控制电路无输出控制信号，开关管关断，保证电路的主件不受损坏；根据采样电路的数据控制脉冲占空比，自动调整输出电压，保证输出直流电压平稳。

二、开关电源工作原理

开关电源电路图如图2所示。

1 交流电源输入电路

220V或60V交流电通过保险丝F和热敏电阻RT加到由L1、L2、L3、C1-C5组成的电源滤波器，可有效地把市电网中的高频成份滤除掉，防止外来高频干扰波进入开关电源。同时也抑制开

关电源产生的高频波，以防止串入市电网。R1为避雷器，当遭雷击时将被击穿短路、保险丝将熔断，保护开关电源各器件不被击损。RT热敏电阻的特性是冷电阻小、热电阻大，当由某种原因输入电流增大时，热敏电阻发热阻值变大，阻止大电流进入开关电源电路中。

D1-D4、C6-C8组成整流滤波电路，输出平稳直流各种电压值满足各设备所需。若输入交流电压为60V，滤波电容输出的直流电压在46-78V之间，若输入交流电压为220V，C8输出的直流电压可达300V左右。

2 启动与功率转换电路

整流后的直流电压一路经高频变压器B初级①—②绕组线圈加至开关管Q1（场效应管）的漏极D。另一路通过R6、R7、R8加至启动管Q5，Q5工作后T4管导通工作，三端稳压管Q6得到输入电压，三端稳压管Q6输出的直流电压经C12滤波后，向脉宽调制集成块Q4提供正常工作电压。Q4获得工作电压后，Q4输出脉宽调制电流，送入开关管Q1的G极，Q1工作后高频变压器B 的反馈线圈③—④绕组输出电压，经T2、C10整流滤波后，通过T3向Q6提供输入直流电压（此时Q5因早已达到饱和截止状态，已不能向三端稳压管Q6提供输入电压）。三端稳压管输出电压

又经过C12滤波后向脉宽调制集成块Q4提供工作电压。即电路正常工作后，Q4工作电压不再是由启动电路提供，而是由变压器③—④线圈绕组输出电压提供。

当Q4获得正常工作电压后，Q4受控起振、振荡器的振荡频率范围为100HZ—500kHZ。振荡脉冲经整形及放大后由Q4⑥脚输出经R4加至开关管Q1的栅极G。控制Q1是处于导通状态还是处于截止状态。当Q4输出的脉冲为上升沿时，Q1处于导通状态，高频变压器B储存能量。当Q4输出的脉冲为下降沿时，Q1处于截止状态，此时高频变压器释放能量，在B的次级多绕组线圈中产生感应电动势。

3 输出电路

输出电路由B的次级绕组线圈⑤—⑥、⑦—⑧、⑨—⑩及T5—T10整流管和各滤波电容组成。

变压器B的次级各绕组线圈产生的感应电压，由整流管整流后，经滤波电容器滤波组输出直流电压。各绕组输出不同值的直流电压供设备负载用。

4 稳压控制过程

基准稳压控制电路由取样电阻R13、R14，精密稳压集成电路Q2、光电耦合器Q3、B的次级、Q4组成。输出电路输出的24V直流电压经R12降压后加到取样电阻R13、R14两端。在R13、R14取得的取样电压，加至Q2的R端。12V直流电压经R10降压后加至光电耦合器Q3的①脚，Q3

的②脚与Q2的K端相连结，如图2。稳压调控过程是：若由某种原因使输出的24V直流电压升高，在取样电阻R13、R14上降压升高，使Q2的R端的电位升高，导致Q2两端所加的电压下降（即使Q2的K端的电位下降），使接在Q3①—②脚内部的发光二级管亮度增强（或说电流增大），导致接在Q3③—④脚内部的光敏三级管c-e极间的内阻变小（即电流增大），Q3的④脚电位升高，Q4的①、②脚电位随着升高，经Q4内部的误差放大器与基准电压比较放大，产生误差电压加到Q4的PWM销存器，使振荡脉冲宽度减小，此脉冲信号经Q4的⑥脚输出控制开关管Q1，使Q1导通时间变短，导致变压器B初级①—②线组线圈存储能量下降，变压器B次级各绕组线圈感应电动势下降，输出直流电压下降，达到稳压的目的。

当由某种原因使24V直流电压下降→R13上降压↓→Q2R端电位↓→Q3①—②脚电流↓→Q3的③—④脚输出电流↓→Q4输入电流（电压）↓→Q4内的振荡脉冲宽度↑→变压器B次级各绕组线圈产生感应电动势↑→输出直流电压↑，达到稳压目的。

5 过压保护

当输入交流电60V或220V电压升高，或稳压控制电路失控造成输出电压过高时，变压器B 的辅助组③—④线圈上的电压升高，经T2、C10整流滤波后加至三端稳压管Q6，若超过稳压范围，输出电压升高，通过R8加到Q4的⑦脚电压也随之升高，超过起控电压后，使其Q4内部振荡电路停振，关断驱动脉冲输出，场效管Q1截止，无电压输出，达到了过压保护目的。

6 过流保护

①输入保护由保险丝F和热敏电阻RT组成，其保护作用前面已谈过。

②过载或短路护。

当过载或出现短路时，可引发Q1S极的电流增大，在R5上的降压增大，R5上的降压通过R7加到Q4的③脚。当加到Q4的③脚电压升高一定程度(不同型号Q4管所需电压值不同，若Q4为KA3842型号③脚电压高达1V左右时，Q4若为L6565型号管④脚电压高于2.2V时)时，Q4内部电路迫使振荡电路停振，无脉冲输出，Q1截止，无电压输出，起到过流保护作用。

7 尖锋吸收电路

由T1、R2、C9、B①—②绕组构成Q1D极的尖锋脉冲吸收电路。当Q1D极尖锋脉冲电压很高时，T1导通给R2、C9充放电，吸收了尖锋脉冲，防止开关管Q1在截止期间被反锋电压击穿损坏。