变频器开关电源的原理及维修

检查并联在开关变压器一次绕组的尖峰电压吸收网络（由电阻与电容并联后与二极管串联），用指针式万用表测量二极管正反向电阻均为15欧姆，感觉异常。将两只并联二极管拆开检测，正常。细观察，电容器有细微裂纹，测其引脚，查出为2kV 103电容击穿短路。更换后，机器恢复正常。
此电容短路引起开关电源起振困难的故障殊不多见。
顺便说明一下，该机的启动支出路电阻为300k，再加上其它环节的电阻，实际加到开关管栅极的启动电流仅1mA多一点。虽然场效应管为电压控制器件，理论上不吸取电流，但能使其导通的结电容充电电流，恰恰是使其导通的硬指标。从此一角度来讲，场效应管仍为电流驱动器件。当电路参数产生变动后，原启动支路的供给电流不足以使开关管导通乃至微导通，所以电路不能起振。将此启动电流值稍稍加大，电路便有可能起振。300k启动电阻有阻值偏大之嫌，我认为稍稍减小其阻值有利无弊。
只有乙机的故障稍微有趣，试分析如下：
表面看起来，乙机查不出一个坏件，致使维修陷入困境。但减小启动支路的电阻值后，则能正常工作。乙机的“异常之处”到底在哪里呢？可能是元器件性能的微弱变化导致电器参数的的变动，如开关管放大能力的些微降低、或开关变压器因轻度受潮使Q值变化、或3844B输出内阻有所增大，或阻容元件有轻微变异，上述原因的查找与确认委实不易，或者是有一种，甚至有可能是数种原因参与其中。但上述多种原因只导致了一个后果：开关管不能被有效启动，电路不能起振！解决的办法是转变掉现有状态，往促成开关管起振的方面下力气，在起动支路并联电阻是最省力也是最有效的一个方法。
变频器开关电源的原理及维修
维修部 杨海涛
电源是每一个电路的重要组成部分，担负着为电路提供能量的重要作用，它是设备能够正常运行的重要保障。电源的种类很多，开关电源由于体积小、重量轻、效率高、动态稳压效果好，因此被广泛应用到了各种电子设备中。下面就以UC3844开关电源芯片为例讲述一下开关电源的基本原理和在变频电路中的作用。右图a-1所示为开关电源PWM波形调制芯片。该图为8脚双列直插封装。 7脚是芯片的电源输入端，该端在内部集成了稳压器和最低门限电压控制器，所以该芯片不用在外围设置稳压电路，只要接一只降压电阻即可。最低门限值为10V，当7脚输入电压低于10V，该芯片将禁止输出，处于保护状态。正常工作时该端电压约为12V—16V之间。 4脚是内部压控振荡器的定时端，通过接上合适的RC网络，使输出的PWM波控制在20KHZ—100KHZ之间。 a—1 2脚、3脚是输出取样反馈端，用于检测开关电源的输出，以便进行PWM调制控制，从而达到稳压的目的。 在变频器系统中，开关电源需要输出：一组5V/DC、一组±12V/DC、四组20V/DC等多组电压。其中5V/DC 主要用作主板及控制板的供电，±12V/DC用作霍尔检测器件的供电，四组20V/DC用作IGBT的触发供电。变频器的型号及品牌不同，其开关电源的电压值也不尽相同，但基本构架是一样的，在此仅以下图为例讲一讲开关电源的工作原理。 a—2 如图a—2所示：电源经D1—D4、C1、C2整流滤波之后，通过降压电阻R3到了UC3844的7脚电源正端，为其供电，UC3844通过检测当7脚电压大于10V时，控制内部压控振荡器开始工作，通过R8、C5将PWM的频率控制在要求范围之内。此时6脚输出PWM信号去控制开关管Q1的通断，R10是开关管的电流检测电阻，通过检测R10的电压值来实时调整PWM的脉冲度，从而达到自动稳压的目的。在图中变压器的副绕组通过D6、C7、C8整流滤波之后到了UC3844的7脚，增强了UC3844的驱动能力。C9、R11、D5是开关管的滤波吸收网络，目的在于吸收变压器的反向脉冲，保护开关管。AC-1——AC-4是开关变压器的次级输出绕组，通过D7、D8、D9、D10、C10、C11---C17进行整流滤波后输出对后级电路进行供电。了解了开关电源的原理之后，让我们来看看如果开关电源出现问题应该怎样进行维修。开关电源的几个维修步骤如下： 1、检测整流电路D1—D4是否击穿或断路，滤波电路的电容是否损坏，平衡电阻R1、R2是否正常，降压电阻R3是否烧断或阻值增大失效（断电情况下测试）。 2、检测开关管b-e结、c-e结是否有击穿短路现象、测量开关变压器各个绕组是否有短路现象，以确定开关管、及开关变压器的好坏（断电情况下测试）。 3、检测次级输出绕组的整流滤波元件，重点察看滤波电容是否鼓包或损坏，以排除次级电路短路的可能。 4、检测吸收回路D5、R11、C9是否正常（断电情况下测试）。 5、在确定上述元件正常的情况下，我们可以把开关电源板从变频器上取下单独对其进行加电试验。用调压器缓缓地调至开关电源的额定电压值，此时应能听到变压器起振时的吱吱声，如没有听到起振的声音，用万用表检测UC3844的电源正、负级之间是否有12V—16V左右的直流电压。 6、在确定UC3844的供电端电压正常后，可用示波器察看一下UC3844的6脚是否有PWM波输出到开关管的触发端（根据电路设计的不同，PWM波的频率一般在20KHZ—100KHZ之间）。 7、如果没有PWM波输出，则更换定时元件C5、R8、C6或UC3844。经过上述几个步骤的排除，开关电源应该可以正常工作了。在变频器中，开关电源的种类很多，但基本原理都是一样的，比如说每个PWM管理芯片都有供电端、定时元件RC网络、输出PWM波的端口等，只要我们了解了它们的工作原理，按照一定的方法步骤都能够把故障排除掉。下面就把实际维修中遇到的问题和解决办法列举出来，供大家参考一下。案例1：台达变频器（故障现象：上电无显示）经检测发现电源主回路、充电电阻、主回路接触器都正常，因此确定为开关电源板故障。按照上述维修步骤对开关电源板进行测量。在进行第一步测量时，发现直流母线560V到PWM调制芯片之间的的330KΩ/2W的降压电阻损坏，标称330KΩ/2W的电阻，实际测量值达2MΩ以上，因此PWM调制芯片得不到启动的电源，所以无法起振工作。为谨慎起见又检测了开关管、变压器、整流二极管及滤波电容等关键器件，在确定没问题之后上电试验，OK！开关电源起振，输出各组电压正常，装回变频器后开机试验正常，此变频器修复完毕（注：维修人员在维修中，一定要养成习惯：发现坏元件后不要急于更换试机，一定要把功率大的、容易坏的元件都测一下，确定没问题后再试机，这样既安全又保险）。案例2：台安变频器（故障现象：上电无显示）经检测发现电源主回路、充电电阻、主回路接触器都正常，故障确定在电源板。按照维修步骤对开关电源板进行测量。第一步测量通过，第二步测量时发现开关管c-e结击穿，将其拆下，然后检测变压器、及整流二极管、滤波电容等关键器件，在确定没问题之后上电试验，输出各组电压正常，装机测试正常，故障排除。案例3：西门子变频器（故障现象：上电无显示）经检测发现电源主回路、充电电阻、主回路接触器都正常，故障确定在电源板。按照维修步骤对开关电源板进行测量。第一步测量通过，第二步测量通过，第三步测量通过，第四步测量通过，然后单独对电源板加电测量PWM调制芯片的电源端对地有12.5V左右的电压，说明供电正常。用示波器看芯片的PWM输出端，发现没有PWM调制波形。更换PWM调制芯片后，上电试验正常，故障排除。案例4：施耐德变频器（故障现象：上电无显示）屡烧开关管经检测发现电源主回路、充电电阻、主回路接触器都正常，故障确定在电源板。按照维修步骤对开关电源板进行测量。第一步测量通过，第二步测量发现开关管击穿，第三步测量通过，第四步测量通过，更换新的开关管，单独对电源板加电，管子又烧了。把开关管拆下后不装管子，通电试验，测量PWM调制芯片的电源端对地有12V左右的电压，也正常。用示波器看芯片的PWM输出端，发现PWM波只有5-6 KHZ左右，断电后把定时元件拆下测量，发现定时电阻阻值变大，更换定时电阻、开关管后上电正常，不再烧电源管，故障排除。案例5：伦茨变频器（故障现象：上电无显示）屡烧开关管按照维修步骤对开关电源板进行测量。第一步测量通过，第二步测量时发现开关管c-e结击穿，第三、四、五、六、七步都测量通过。装上新的开关管上电试验，随着调压器电压的升高，可以听到起振的吱吱声，就是有点响，把电压调到额定电压后测量输出电压低于正常值，不到2分钟，突然闻到一股烧焦的味，保险丝就断了，赶快断电发现开关管很烫手，测量发现其已经击穿。拆下开关管通电试验，测量PWM调制芯片的电源端对地有12V左右的电压，用示波器看芯片的PWM输出端，发现有PWM波输出且频率在30 KHZ左右，也正常。因此怀疑刚换的开关管质量不行，又换上一只，上电试验，结果又把管子给烧了，断电后无意之间碰到了吸收回路的元件，发现烫手，可是在测量的时候正常啊，于是又测一遍，还是正常。干脆把吸收回路先拆了，又换上一只管子通电试验，发现变压器的吱吱声小了，测量各组输出电压也正常。运行了20分钟开关管也没再烧，断电后触摸开关管微热，属正常起热状态，因此判断故障在吸收回路，更换吸收回路元件，故障排除。有的元件老化后虽然我们在冷态测量是好的，可能加电一起热就不行了。以上是一些维修的小经验，在此和大家分享。
电路起振的条件是：1、500V供电回路正常，500V直流经主绕组加至开关管漏极，开关管源极经小阻值电流采样电阻形成供电回路；2、上电启动支路正常，提供足够幅度的起振电压（电流）；3、正反馈和工作电源支路正常，提供满足幅度要求的正反馈电压（电流）和工作电源；4、负载侧无短路，负载侧短路无法使反馈电压建立起来足够的幅度，故电路不能起振。以上电路可称之为振荡回路。
此电压尖峰电压吸收网络的设置，本是为了吸收开关管截止期间产生的异常的危及开关管安全的尖峰电压，但电容击穿后，开关变压器一次绕组相当于并联了二极管。对开关变压器来说，开关变压器在开关管导通期间吸入的能量在开关管截止期间，被二极管快速泻放，不能够积累产生振荡能量，同时二极管相当开关变压器一个过重的负载，因而造成开关电源起振困难的故障现象。
因而高效率的修理方法不妨走以下的路子：检查开关管不坏，4个支路大致无异常，先在启动支路上并联电阻试验，无效后，再换用3844B，再无效，才下功夫细查电路。往往第一、二个步骤，故障就已经排除了。
例二：佳灵JP6C-9开关电源故障一例
上电，操作面板无显示，检测主电路输入、输出端子电阻均正常。判断为控制板开关电源故障。细听有轻微的间隔的嗒、嗒声，显然为电源起振困难。据经验，此种现象多为电源负载异常引起。查各路电源的整流、滤波及负载电路，均无异常；先后脱开散热风扇电源、逆变驱动电源、操作面板显示电源等电流较大的电源支路，故障现象依旧。