中小功率开关稳压电源的故障分析及维修技巧

中小功率开关稳压电源的故障分析及维

修技巧

摘要：随着现代控制技术在工业中的应用越来越广泛，工业设备越来越多地使用中、小功率开关稳定电压电源，因为控制技术和电路的复杂性通常需要技术人员来修复电源故障但是，如果了解这些电源的基本组成和工作原理，了解故障规律，一般工程技术人员也可以掌握维修技术。基于此，对中小功率开关稳压电源的故障分析及维修技巧进行研究，以供参考。

关键词：开关电源；故障；维修

引言

20世纪50年代初，开关电源逐步代替了传统的工作电源，其因其体积小、重量轻、效率高、稳定性强等优势，被广泛应用在工业电子等领域。直至20世纪90年代，开关式电源系列逐渐迈入高速发展的关键时期，主要应用于军事、电子、电力、家电等关键应用领域。进入21世纪以来，开关电源技术已广泛应用在手机、个人电脑、消费电子、家用电子设备、学校设施和工业机器等各个领域。当前环境下，设计一种切换速度快、频率高、效率高、安全和环保的电源已经成为了众多学者的研究课题。

1开关电源的基本组成与工作原理

整流后，交流工频电压转变为脉冲直流，然后转变为PFC和滤波链路后的V+高压直流。脉冲直流电源通过启动电路供电给控制电路，芯片启动后输出驱动脉冲，开关电路工作，直流高压变换电压转换为交易电压，由变压器连接到二侧，二侧交流电流被整流滤波到采样电路将检测电压传递给控制芯片，控制芯片通过改变脉冲信号占用比来调整输出电压。

2开关电源的常见故障

2.1直流稳压电压运行关机重启问题分析

首先确认电源的电压负载，同时可以打开电源负载平衡，表明电源未损坏。

对潜在的问题原因进行了测试和分析，对带接触器的直流电源的负载、负载电流

在0A到89a之间变化的时刻进行了分析，因为接触线圈脉冲电流引起的接触脉

冲短暂触发，会通过输出电缆或空间线路对电源内的电路产生电磁干扰，从而在

接触电流时产生直流母线电流。

2.2元件老化引起的故障

开关电源包含各种电子元件，其使用寿命不同，启动时间长，对元件老化的

影响明显，元件的实际参数与额定强度不同。例如，用于过滤的电解槽容量、规

格表上的有效工作指标约2000h，实际使用寿命可能比指标数据长得多，但毕竟

这些装置的使用寿命有限，因此开关电源的使用寿命例如，某些开关电源在轻负

荷输出时是正常的，电压电流等参数是正常的，但是当负荷增加时(例如，当负

荷增加到额定电压的70%时)，输出电压开始下降。如果负载降低，则输出电压会

恢复正常。在这种情况下，需要考虑构件老化的原因。根据经验，元素老化顺序

大致如下:工频滤波电容器、输出高频滤波电容器、小型一般滤波电容器等。半

导体装置也是老化的，但由于不明显，通常不被考虑在内。微继电器触点的氧化

是常见的，触点的轻度氧化不会影响通电流，但严重氧化也是输出不稳定的原因，不能忽视。

3中小功率开关稳压电源维修技巧

3.1主回路功能介绍

NBI可调PSM电源模块主回路拓扑结构如图1所示。10kV进线通过三绕组变

压器，其原副边接线方式为∆/∆/Y，原副边电压为380V/560V/110V，两个子模块

分别通过软启动来保护启动时引起的过流问题。该模块由脉冲阶梯调制模块(PSM)和脉宽调制模块(PWM)串联组成。因此主回路拓扑由两部分组成。PSM电源由软启动、三相可控整流桥、类BUCK电路和续流二极管D1组成。快速调压电源由软启动、三相不控整流桥、BUCK电路和续流二极管D2组成。其中PSM电源开关管

VT1作普通电子管导通PSM电源，调压电源的开关管VT2用PWM导通。其中阶梯

调制模块三相输入电压为560V，直流输出电压为750V；脉宽调制模块三相输入

电压为110V，直流输出电压为0~50V可调。

3.2降低纹波方法

由于纹波和噪声的干扰，开关电源的输出是带有交流分量的直流电压。当开

关电源工作时，直流电压的波动会在开关操作过程中产生纹波，导致输出电压不

稳定。由于开关电源的幅值大，由共模纹波、UHF谐振和闭环控制等因素引起的

纹波噪声，其纹波复杂度高，难以滤波。在实验中已证明功率纹波主要由开关频

率纹波和高频峰值噪声组成。开关频率纹波是指电源的开关操作使电容器充放电，产生低频脉动电压；高频脉冲噪声则主要是由MOS晶体管在开/关时所产生。在

设计中，降低纹波的方法包括：(1)计算低频滤波器的电感、电容值。输出纹波

与输出电容呈反比关系，可在电源电路设计中通过并联的方式改变电容值，最终

减小纹波。(2)电容器并联连接在MOS管栅极与源之间，使MOS管的电感和并联

等效电容构成RC振荡器。用MOS管的栅源连接电容或RC缓冲网络抑制MOS管在

开关过程中的高频振荡。(3)通过最大限度地提高功率变换器的工作频率，来缩

短电容器的充放电时间，减少纹波。(4)示波器带宽限值为20Mpbs，在示波器探

头上并联0.1μF的陶瓷电容和10μF的电解电容，可以减少纹波干扰，同时通

过示波器探头进行调节。

3.3小元件引起的故障解决措施

(1)通电后，电源无输出。测量直流母线高压，电压值正常。此问题可能是

由于引导电路无法正常工作造成的。如其名称所示，启动电路是为整个电源供应

器提供启动条件，如果条件满足，电路会振动，电源供应器会有正常输出。如果

条件不符合，电源不能输出。为了保证电源的可靠性和稳定性，脱机开关电源的

控制IC电源端必须与地面相反并连接到电容器，起动电阻是电容器的负载电阻l

在正常情况下，电阻的两端必须承受数百伏的直接电流，不能忽略能耗，但如果

冷却条件恶化，会导致温度升高，并在严重情况下打开通道。解决方法是更换相

同口径的电阻。(2)通电后电源输出有时为零且非常不稳定。由于输出，电路中

不太可能有穿孔元件，因此外观看不到明显的损坏迹象。因为IC控制器的电源

针脚通常具有电源关闭功能，也就是说，当电源针脚上的电压低于电源动作电压