開關(guān)電源的概述及工作原理
     1.1開關(guān)電源的概述
    開關(guān)電源是一種電源轉(zhuǎn)換電路，一般是將交流電（AC）轉(zhuǎn)換成不同電壓的直流電（DC），且電壓非常平穩(wěn)。因開關(guān)電源中的開關(guān)管（IGBT）總是工作在“開”和“關(guān)”的工作狀態(tài)，所以叫開關(guān)電源。它與傳統(tǒng)的線性電源相比無論是在工作程式上還是在各方面的性能上都有了質(zhì)的飛躍。傳統(tǒng)的線性電源工作程式一般可歸納為：變壓器降壓，二極管橋式整流，大容量電解電容濾波，穩(wěn)壓電路或?qū)Ｓ梅�(wěn)壓IC穩(wěn)壓。而開關(guān)電源則不同，它的工作程式一般可歸納為：高壓大電流二極管橋式整流，大容量電解電容濾波，中間控制高頻變換環(huán)節(jié)，整流，濾波，穩(wěn)壓及反饋環(huán)節(jié)，保護環(huán)節(jié)等。很顯然，我們從二者的工作程式可以看出開關(guān)電源中省去了笨重，效率低，發(fā)熱量大的電源變壓器，取而代之的是高壓大電流整流二極管，加之其控制部分，高頻變換部分及較完善的過壓，過流，過載保護電路，使得開關(guān)電源具有效率高（效率可達(dá)90%以上），穩(wěn)定性好，體積小，重量輕，功耗小，低噪聲，發(fā)熱量小等優(yōu)點。價格較低廉，小功率的開關(guān)電源僅為幾元到幾十元，如手機充電器，其重量極輕。優(yōu)異的性能價格比，使得開關(guān)電源很快占領(lǐng)了市場，傳統(tǒng)的線性電源在如今的市場占有量明顯不及開關(guān)電源。優(yōu)異的性能使得開關(guān)電源應(yīng)用范圍極其廣泛，大到航空航天，軍事，國防，醫(yī)療，工業(yè)設(shè)備，小到家用電腦，彩色電視機，手機，MP3,MP4,MP5,電動車充電器等等。開關(guān)電源的身影無處不在。開關(guān)電源可按電源轉(zhuǎn)換的形式可分為AC\DC和DC\DC兩大類，按控制方式可分為調(diào)寬式和調(diào)頻式，按電源相數(shù)可分為單相，三相和多相，按電路工作象限可分為第一象限，第二象限，第三象限和第四象限。
    隨著電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷的發(fā)展和創(chuàng)新，這為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。開關(guān)電源小型化，高頻化，集成化是其發(fā)展方向，高頻化是開關(guān)電源小型化，使得開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化，輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源，節(jié)約資源及保護環(huán)境等方面都具有十分重要的意義。
    1．2開關(guān)電源的工作原理
    開關(guān)電源的主要電路是由:防雷電路，輸入電磁干擾濾波器（Electromagnetic Interference,簡稱EMI），輸入整流濾波電路，功率變換電路，脈寬調(diào)制（PWM）控制器電路，輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過壓，欠壓保護電路, 輸出過壓，欠壓保護電路,輸出過流保護電路，輸出短路保護電路等。開關(guān)電源的電路組成方框圖如
220V的交流電經(jīng)交流濾波電路濾除外來的雜波信號，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)的干擾。再經(jīng)二極管橋式整流電路和濾波電路，整流濾波后得到約300V的直流電，送給功率變換電路進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換。功率變換電路中的開關(guān)功率管（IGBT）就在脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器（UC3842）輸出的脈沖控制信號和驅(qū)動下，工作在“開”“關(guān)”狀態(tài)，從而將300V直流電切換成寬度可變的高頻脈沖電壓。把高頻脈沖電壓送給高頻變壓器，高頻變壓器的次級（二次側(cè)）就會感應(yīng)出一定的高頻脈沖交流電，并送給高頻整流濾波電路進(jìn)行整流，濾波。經(jīng)高頻整流濾波后便可得到我們所需的各種直流電壓。輸出電壓下降或上升時，由取樣電路將取樣信號通過光電耦合器（PC817）,送入控制電路，經(jīng)過其內(nèi)部調(diào)制，由控制電路的輸出端將變寬的或變窄的驅(qū)動脈沖送到開關(guān)功率管的柵極（G極），使變換電路產(chǎn)生的高頻脈沖方波也隨之變寬或變窄，由此改變輸出電壓平均值的大小，從而使直流電壓基本穩(wěn)定在所須的電壓值上。
    一． 開關(guān)電源的常見故障分析及維修
    2.1開關(guān)電源的常見故障分析及維修
    由于開關(guān)電源的輸入部分工作在高壓，大電流的狀態(tài)下，故障率最高，如高壓大電流整流二極管，濾波電容，開關(guān)功率管等較易損壞。其次就是輸出整流部分的整流二極管，保護二極管，濾波電容，限流電阻等較易損壞；再就是脈寬調(diào)制控制器的反饋部分和保護部分。
    下面就對開關(guān)電源常見故障產(chǎn)生的原因作一分析及如何排除這些故障的維修方法。
    一． 保險絲熔斷
    一般情況下，保險絲熔斷說明開關(guān)電源的內(nèi)部電路存在短路或過流的故障。由于開關(guān)電源工作在高電壓，大電流的狀態(tài)下，直流濾波和變換振蕩電路在高壓狀態(tài)工作時間太長，電壓變化相對大。電網(wǎng)電壓的波動，浪涌都會引起電源內(nèi)電流瞬間增大而使保險絲熔斷。重點應(yīng)檢查電源輸入端的整流二極管，高壓濾波電解電容，開關(guān)功率管，UC3842本身及外圍元器件等。檢查一下這些元器件有無擊穿，開路，損壞，燒焦，炸裂等現(xiàn)象。
    維修方法：首先仔細(xì)查看電路板上面的各個元件，看是否在這些元件的外表有沒有被燒糊, 有沒有電解液溢出，聞一聞有沒有異味。經(jīng)看，聞之后，再用萬用表進(jìn)行檢查。首先測量一下電源輸入端的電阻值，若小于200K，則說明后端有局部短路現(xiàn)象，然后分別測量四只整流二極管正，反向電阻和兩個限流電阻的阻值，看其有無短路或燒壞；然后再測量一下電源濾波電容是否能進(jìn)行正常充放電，再就測量一下開關(guān)功率管是否擊穿損壞，以及UC3842本身，及周圍元件是否擊穿，燒壞等。需要說明的一點是：因是在路測量，有可能會使測量結(jié)果有誤，造成誤判。因此必要時可把元器件焊下來再進(jìn)行測量。如果仍然沒有上述情況則測量一下輸入電源線及輸出電源線是否內(nèi)部短路。一般情況下，熔斷器熔斷故障，整流二極管，電源濾波電容，開關(guān)功率管，UC3842是易損件，損壞的概率可達(dá)95%以上，一般著重檢查一下這些元器件，就可很容易排除此類故障。
    二． 無直流電壓輸出或電壓輸出不穩(wěn)定
    如果保險絲是完好的，在有負(fù)載的情況下，各級直流電壓無輸出。這種情況主要是以下原因造成的：電源中出現(xiàn)開路，短路現(xiàn)象，過壓，過流保護電路出現(xiàn)故障，振蕩電路沒有工作，電源負(fù)載過重，高頻整流濾波電路中整流二極管被擊穿，濾波電容漏電等。
    維修方法：首先，用萬用表測量一下高頻變壓器次級的各個元器件是否有損壞。在排除了高頻整流二極管擊穿、負(fù)載短路的情況后，然后在測量各輸出端的直流電壓，如果這時輸出仍為零，則可以肯定是電源的控制電路出了故障�？刂齐娐返膬刹糠质羌�成開關(guān)電源控制器和過壓保護電路。最后用萬用表靜態(tài)測量高頻濾波電路中整流二極管及低壓濾波電容是否損壞。如果確實相關(guān)的元件損壞，在更換好新的完好的元件后，開機測試，一般故障即可排除。需要說明的是：電源輸出線斷線或開焊，虛焊也會造成這種故障。在維修時應(yīng)注意這一點。
    三． 電源負(fù)載能力差
    電源負(fù)載能力差是一個常見的故障，一般都是出現(xiàn)在老式或是工作時間長的電源中，主要原因是各元器件老化，開關(guān)管的工作不穩(wěn)定，沒有及時進(jìn)行散熱等。此外還有穩(wěn)壓二極管發(fā)熱漏電，整流二極管損壞等。
    維修方法：用萬用表著重檢查一下穩(wěn)壓二極管，高壓濾波電容，限流電阻有無變質(zhì)等再仔細(xì)檢查一下電路板上的所有焊點是否開焊，虛接等。把開焊的焊點重新焊牢，更換變質(zhì)的元器件，一般故障即可排除。
    四． 無直流電壓輸出，但保險絲完好
    這種現(xiàn)象說明開關(guān)電源未工作，或者工作后進(jìn)入了保護狀態(tài)。
    維修方法：首先應(yīng)判斷一下開關(guān)電源的主控芯片UC3842是否處在工作狀態(tài)或已經(jīng)損壞。判斷方法是這樣的：加電測UC3842的第7腳對地電壓，若測第8腳有+5V電壓，1，2，4，6腳也有不同的電壓，則說明電路已起振，UC3842基本正常；若7腳電壓低，其余管腳無電壓或不波動，則UC3842已損壞。UC3842芯片損壞最常見的是6，7腳對地?fù)舸��?，7腳對地?fù)舸┖?，7腳對地?fù)舸�。如果這幾只腳都為擊穿，而開關(guān)電源還是不能正常啟動，則UC3842必壞，應(yīng)直接更換。若判斷芯片未壞，則就著重檢查開關(guān)功率管的柵極（G極）的限流電阻是否開焊，虛接，變值，變質(zhì)以及開關(guān)功率管本身是否性能不良。除此之外，電源輸出線也有可能斷線或接觸不良也會造成這種故障。因此在維修時也應(yīng)注意檢查一下。
    五．有直流電壓輸出，但輸出電壓過高
    這種故障往往來自于穩(wěn)壓取樣和穩(wěn)壓控制電路出現(xiàn)故障所致。在開關(guān)電源中，直流輸出、取樣電阻、誤差取樣放大器（如LM324，LM358等）、光耦合器（PC817）、電源控制芯片(UC3842)等電路共同構(gòu)成了一個閉合的控制環(huán)路，任何一處出問題都會導(dǎo)致輸出電壓升高。
    維修方法：由于開關(guān)電源中有過壓保護電路，輸出電壓過高首先會使過壓保護電路動作。因此對于這種故障的維修，我們可以通過斷開過壓保護電路，使過壓保護電路不起作用，在這時，測量開機瞬間的電源主電壓。如果測量值比正常值高出IV以上，說明輸出電壓過高。我們應(yīng)著重檢查取樣電阻是否變值或損壞，精密穩(wěn)壓放大器(TL431)或光耦合器（PC817）性能不良，變質(zhì)或損壞；其中精密穩(wěn)壓放大器(TL431)極易損壞，我們可用下述方法對精密穩(wěn)壓放大器(TL431)作出好壞的判別：將TL431的參考端(Ref)與它的陰極（Cathode）相連，串10k的電阻，接入5V電壓，若陽極（Anode）與陰極之間為2.5V，并且等待片刻還仍然為2.5V，則為好管，否則為壞管。
    六．有直流電壓輸出，但輸出直流電壓過低
    對于這種故障現(xiàn)象，根據(jù)維修經(jīng)驗可知，除穩(wěn)壓控制電路會引起輸出電壓過低外，還有一些原因會引起輸出電壓過低，主要有以下幾點:
    1.開關(guān)電源負(fù)載有短路故障。此時，應(yīng)斷開開關(guān)電源電路的所有負(fù)載，以區(qū)分是開關(guān)電源電路還是負(fù)載電路有故障。若斷開負(fù)載電路電壓輸出正常，說明是負(fù)載過重；若仍不正常，說明開關(guān)電源電路有故障。
    2.輸出電壓端整流二極管、濾波電容失效等，可以通過代換法進(jìn)行判斷。
    3.開關(guān)功率管的性能下降，必然導(dǎo)致開關(guān)管不能正常導(dǎo)通，使電源的內(nèi)阻增加，帶負(fù)載能力下降。
    4.開關(guān)功率管的源極（S極），通常接一個阻值很小，但功率很大的電阻，作為過流保護檢測電阻，此電阻的阻值一般在0.2到0.8之間。此電阻如變值或開焊，接觸不良也會造成輸出電壓過低的故障。
    5.高頻變壓器不良，不但造成輸出電壓下降，還會造成開關(guān)功率管激勵不足從而屢損開關(guān)管。
    6. 高壓直流濾波電容不良，造成電源帶負(fù)載能力差，一接負(fù)載輸出電壓便下降。
    7.電源輸出線接觸不良，有一定的接觸電阻，造成輸出電壓過低。
    8.電網(wǎng)電壓是否過低。雖然開關(guān)電源在低壓下仍然可以輸出額定的電壓值，但當(dāng)電網(wǎng)電壓低于開關(guān)電源的最低電壓限定值時，也會使輸出電壓過低。
    維修方法：對于這種故障我們可以根據(jù)以上故障原因，來逐一進(jìn)行排查。但在實際維修時，可根據(jù)實際情況來進(jìn)行排查，不一定要逐一排查。首先用萬用表檢查一下高壓直流濾波電容是否變質(zhì)，容量是否下降，能否正常充放電。如無以上現(xiàn)象，則測量一下開關(guān)功率管的柵極（G極）的限流電阻以及源極（S極）的過流保護檢測電阻是否變值，變質(zhì)或開焊，接觸不良。經(jīng)判別后，若無問題，我們就檢查一下高頻變壓器的鐵芯是否完好無損。因在日常生活使用中，不可避免的重摔或重幢，使高頻變壓器的鐵芯損壞。使高頻變壓器的磁通量，磁感應(yīng)強度，以及磁路等都會受到很大的影響，造成傳輸?shù)男�率，能量將會大打折扣。由于高頻變壓器為了減小渦流，增大高頻交流電的傳輸效率，它的鐵芯是用軟磁鐵氧體制作而成的。這種磁性材料具有高的導(dǎo)磁率，但質(zhì)脆，易碎。因此它的損壞率也是很高的。因此在維修時千萬不要忘了檢查此處，以免走彎路。除此之外還有可能就是輸出濾波電容容量降低，甚至失容或開焊，虛接；電源輸出限流電阻變值或虛接，電源輸出線虛接等。在實際維修時，這些因素都不要放過，都應(yīng)檢查一下，以保證萬無一失。
    七． 散熱風(fēng)扇不轉(zhuǎn)
    這種故障原因主要是由于控制風(fēng)扇的三極管（8550或8050）損壞，或者風(fēng)扇本身損壞或風(fēng)葉被雜物卡住。但有些開關(guān)電源中采用的是智能散熱，對于采用這種方式散熱的開關(guān)電源，熱敏電阻損壞的概率是很大的。
    維修方法：首先用萬用表測量一下控制風(fēng)扇的三極管是否損壞，若測得此管未損壞那就有可能是風(fēng)扇本身損壞�？梢园扬L(fēng)扇從電路板上拔下來，另外接上一個12V的直流電（注意正負(fù)極），看是否轉(zhuǎn)動，并看有無異物卡住。若擺動幾下風(fēng)扇的電線，風(fēng)扇就轉(zhuǎn)動，則說明電線內(nèi)部有斷線或接頭接觸不良。若仍不轉(zhuǎn)動，則風(fēng)扇必壞。對于采用智能散熱的開關(guān)電源來說，除按上述檢查外，還應(yīng)檢查一下熱敏電阻是否不良或損壞，開焊等。但要注意此熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，更換時應(yīng)注意。
    檢修實例
    實例一. YG-WY-H型電動三輪車智能充電器有電壓輸出，但充不進(jìn)去電
    根據(jù)此故障現(xiàn)象，初步判斷電源輸入整流電路部分可能有故障，也有可能是輸出電源插頭與充電插座接觸不良所致。用十字旋具將充電器的四顆緊固螺釘拆下，打開上蓋。首先發(fā)現(xiàn)輸入整流電路中的電源濾波電容以炸裂，漏液。然后用萬用表的“RX1”歐檔測量了一下輸出電源插頭和充電插座，發(fā)現(xiàn)阻值很小，幾乎為0歐，這說明它們接觸良好。為了萬無一失，又用萬用表測量了其它易損壞的元件及充電保險，經(jīng)測量均未損壞。最后換上一個與原來相同電壓和容量的電解電容（330uf/450V），焊好，插上電源插頭和充電插頭。經(jīng)數(shù)小時的充電，充電器上的“充滿”指示燈亮了，表明蓄電池已充滿。故障排除。
    實例二. FTC-2001型充電器無電壓輸出，但保險絲完好
    根據(jù)此故障現(xiàn)象可知，此故障屬于本文中的第四類故障。經(jīng)拆開后，先仔細(xì)的檢查了一下有無開焊，聞一聞有無燒焦等明顯故障現(xiàn)狀。然后用萬用表的“RX1”K擋測量了一下UC3842的限流電阻，此電阻為1W/150K歐的碳膜色環(huán)電阻。經(jīng)測量其阻值與標(biāo)稱值相接近，此電阻未壞。然后插上電源插頭，對UC3842進(jìn)行加電檢測，將萬用表撥至“直流電壓50V”擋，測得7腳的對地電壓為15V左右，第8腳對地有+5V的電壓，1，2，4，6腳對地也有不同的電壓，這說明UC3842在正常工作，未損壞。下一步就應(yīng)著重檢查開關(guān)功率管本身及其柵極的限流電阻了。為了不影響測量的準(zhǔn)確性，將開關(guān)功率管及柵極限流電阻用烙鐵拆下。稍等片刻，帶元件冷卻到室溫后，便用萬用表“RX1”歐擋，對柵極限流電阻進(jìn)行測量。此電阻為一個0.25W/0.15歐的碳膜色環(huán)電阻。經(jīng)測量其阻值與標(biāo)稱值相接近，此電阻未壞。再將萬用表的電阻擋撥至“RX1”K擋，對開關(guān)功率管進(jìn)行測量。此開關(guān)功率管的型號為“10N60”（10A600V）的一個IGBT型功率管。在測量前要對IGBT管的三個引腳短路放電，以避免影響測量的準(zhǔn)確度。然后用萬用表的紅，黑表筆正，反測量一下G極與D極，G及與S極，均有幾十千歐的電阻。（正常時，G極與D極，G及與S極，之間的電阻均為無窮大），這說明此開關(guān)功率管的性能已經(jīng)不好了。于是換了一個新的10N60型的開關(guān)功率管。將拆下元件及其新的10N60焊好，通電試驗，電源指示燈亮了，這時用萬用表的“直流電壓50V”擋，測量了一下輸出電壓，為44V。電路恢復(fù)正常工作，故障排除。
    實例三. 青鳥牌電動車充電器無直流電壓輸出，且保險絲熔斷
    此故障現(xiàn)象屬于本文中的第一類故障。此故障是最為常見的故障之一。打開上蓋，頓時就聞到了一股燒焦的味道，看到了燒糊并炸開的UC3842，燒的發(fā)黑的保險絲，以及兩個限流電阻。（一個是UC3842的限流電阻，另一個是開關(guān)功率管的柵極限流電阻）。根據(jù)維修經(jīng)驗可知，開關(guān)功率管肯定在劫難逃，必壞。先將損壞明顯的元件焊下，再將萬用表的電阻擋撥至“RX1”K擋，對開關(guān)功率管進(jìn)行測量。判斷是否真的損壞了。經(jīng)測量，開關(guān)功率管的三個電極全部擊穿；然后將其焊下。然后接著，用萬用表一下四個整流二極管及電源濾波電容，經(jīng)測量四個整流二極管及電源濾波電容均未損壞。然后把損壞的元件處理干凈后，根據(jù)上面元件所標(biāo)的型號，電阻的阻值等，換上了新的元器件，焊好，通電試驗。不料，保險絲又爆了。馬上拔下電源插頭，用螺絲刀將電源濾波電容的兩電極短接，已快速放掉所存電荷。然后用萬用表分別對四個整流二極管，電源濾波電容，UC3842，限流電阻，開關(guān)功率管等一一進(jìn)行檢查測量。經(jīng)測量，所換元件，全部都燒壞了。把損壞的元件全部焊下；將萬用表的電阻擋撥至“RX1”K擋，對其余易損元件進(jìn)行一一檢查測量，排查。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)一個阻值為0.15歐，功率為0.25W的碳膜色環(huán)電阻燒壞，及阻值為無窮大。換上一個新的0.25W/0.15歐的碳膜色環(huán)電阻和前面所換元器件，焊好，通電試驗。不料，保險絲又爆了。如此反復(fù)燒保險，故障點肯定還是沒有真正找到，沒有被根除。那么故障點到底在哪呢？經(jīng)過進(jìn)一步深入的分析可知：最初的故障現(xiàn)象是很嚴(yán)重的，有好幾個電子元器件都被燒糊甚至炸裂，這一方面說明電路確實存在短路和過流的故障。但從另一方面則說明，電子元器件被燒糊甚至炸裂的瞬間會產(chǎn)生大量的熱，致使PCB板上的某些細(xì)小的覆銅板會因瞬間高溫而被融化，因其十分細(xì)小，且被燒處已發(fā)黑，不容易被發(fā)現(xiàn)，因此即使元器件都是完好無損的，但因某些細(xì)小的，使電路無法連接完整，使某些電路殘缺不全，無法完成某項特定的功能，從而導(dǎo)致保險絲履燒。根據(jù)以上分析，仔細(xì)的對燒焦處進(jìn)行清理，檢查有無覆銅板被燒化后留下的痕跡。發(fā)現(xiàn)在連接光電耦合器（PC817）的第3腳與UC3842第2只腳（中間有一個1K歐的碳膜色環(huán)電阻）之間的覆銅板燒化了。于是用一段電線將其焊接，連接好，同時也把其它損壞的元器件全部換上新的，焊好。為確保這次萬無一失，便用萬用表又從新檢查了一遍。無誤后，通電試驗，保險絲安然無恙，電源指示燈亮了，用萬用表測量了一下輸出電壓為55V。電路終于恢復(fù)了正常工作，故障終于被徹底排除。
    結(jié)束語
    總的來說，開關(guān)電源的常見故障基本上就是這七種類型。但在實際維修中，保險絲熔斷，整流二極管損壞，濾波電容擊穿，漏液或開路，開關(guān)功率管擊穿，主控芯片燒壞以及限流電阻燒壞等，這些元器件是最容易損壞的。大部分故障都是由于這些元器件損壞而造成的。除此之外，由于長期不正確的使用和維護開關(guān)電源，工作環(huán)境較惡劣，致使有些元器件松動，造成接觸不良或開焊，電源的插頭以及接線柱等生銹，松動，使其虛接或有一定的接觸電阻。這些在實際維修中也是經(jīng)常會遇到的，因此有些開關(guān)電源的故障并不是由于元器件損壞造成的，而是由于不正確使用，不去維護，工作環(huán)境較惡劣等造成的自然故障。所以有些故障無論你用什么檢查方法去檢查，用很長的時間去檢查，即使查的滿頭大汗也查不出來。其實用小刀刮一刮上面的銹跡，故障就排除了。其實維修開關(guān)電源并不難，只要有足夠的電子基礎(chǔ)知識，多看看相關(guān)技術(shù)文章，資料，多動動手，細(xì)心，平時多注意經(jīng)驗的積累，維修開關(guān)電源是不難的。最后再多說一句：無論是維修什么類型的故障，在認(rèn)為維修好了之后都要先進(jìn)行仔細(xì)的檢查，必要時應(yīng)復(fù)查。由其是電路板上的某些覆銅板被燒壞的那種，一定要仔細(xì)檢查，看是否已經(jīng)真正的復(fù)原了。不然就前功盡棄了。在確定沒有其它地方損壞和短路的情況下，再進(jìn)行通電試驗。最后希望本文能夠?qū)ξ覀兊膶嶋H生產(chǎn)和日常生活有所幫助。