開關(guān)電源就是利用電子開關(guān)器件(如晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅閘流管等)，通過控制電路，使電子開關(guān)器件不停地“接通”和“關(guān)斷”，讓電子開關(guān)器件對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動(dòng)穩(wěn)壓。

開關(guān)電源一般有三種工作模式：頻率、脈沖寬度固定模式，頻率固定、脈沖寬度可變模式，頻率、脈沖寬度可變模式。前一種工作模式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換;后兩種工作模式多用于開關(guān)穩(wěn)壓電源。另外，開關(guān)電源輸出電壓也有三種工作方式：直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值輸出電壓方式。同樣，前一種工作方式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換;后兩種工作方式多用于開關(guān)穩(wěn)壓電源。

根據(jù)開關(guān)器件在電路中連接的方式，目前比較廣泛使用的開關(guān)電源，大體上可分為：串聯(lián)式開關(guān)電源、并聯(lián)式開關(guān)電源、變壓器式開關(guān)電源等三大類。其中，變壓器式開關(guān)電源(后面簡(jiǎn)稱變壓器開關(guān)電源)還可以進(jìn)一步分成：推挽式、半橋式、全橋式等多種;根據(jù)變壓器的激勵(lì)和輸出電壓的相位，又可以分成：正激式、反激式、單激式和雙激式等多種;如果從用途上來(lái)分，還可以分成更多種類。

開關(guān)電源就是利用電子開關(guān)器件(如晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅閘流管等)，通過控制電路，使電子開關(guān)器件不停地“接通”和“關(guān)斷”，讓電子開關(guān)器件對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動(dòng)穩(wěn)壓。

開關(guān)電源一般有三種工作模式：頻率、脈沖寬度固定模式，頻率固定、脈沖寬度可變模式，頻率、脈沖寬度可變模式。前一種工作模式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換;后兩種工作模式多用于開關(guān)穩(wěn)壓電源。另外，開關(guān)電源輸出電壓也有三種工作方式：直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值輸出電壓方式。同樣，前一種工作方式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換;后兩種工作方式多用于開關(guān)穩(wěn)壓電源。

根據(jù)開關(guān)器件在電路中連接的方式，目前比較廣泛使用的開關(guān)電源，大體上可分為：串聯(lián)式開關(guān)電源、并聯(lián)式開關(guān)電源、變壓器式開關(guān)電源等三大類。其中，變壓器式開關(guān)電源(后面簡(jiǎn)稱變壓器開關(guān)電源)還可以進(jìn)一步分成：推挽式、半橋式、全橋式等多種;根據(jù)變壓器的激勵(lì)和輸出電壓的相位，又可以分成：正激式、反激式、單激式和雙激式等多種;如果從用途上來(lái)分，還可以分成更多種類。

開關(guān)電源又稱交換式電源、開關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，是電源供應(yīng)器的一種。其功能是將一個(gè)位準(zhǔn)的電壓，透過不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電流。

開關(guān)電源，顧名思義，其工作原理類似于一扇可控制的門。在這扇“門”的背后，實(shí)際上是由可控硅或開關(guān)管等元器件來(lái)執(zhí)行開啟和關(guān)閉的操作。這些元器件通過基極或控制極上的脈沖信號(hào)來(lái)控制其導(dǎo)通與截止。當(dāng)脈沖信號(hào)的正半周到來(lái)時(shí)，控制極上的電壓會(huì)升高，從而使得開關(guān)管或可控硅導(dǎo)通。此時(shí)，220V的電壓經(jīng)過整流和濾波后，會(huì)輸出一個(gè)300V的電壓，并通過開關(guān)變壓器傳遞到次級(jí)。通過變壓比的作用，這個(gè)電壓會(huì)被升高或降低，以供應(yīng)給各個(gè)電路使用。

一、開關(guān)電源的工作原理詳解

開關(guān)電源，一種高效、穩(wěn)定的電源解決方案，其核心在于利用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件。這種電源通過周期性地通斷開關(guān)，精確控制開關(guān)元件的占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)整。在工作過程中，開關(guān)元件會(huì)按照設(shè)定的時(shí)間間隔重復(fù)接通與斷開。接通時(shí)，輸入電源Vi會(huì)通過開關(guān)S和濾波電路為負(fù)載RL提供必要的能量。而當(dāng)開關(guān)S斷開，電路中的儲(chǔ)能裝置，包括電感L1、電容C2以及二極管D，會(huì)協(xié)同工作，向負(fù)載RL釋放開關(guān)接通時(shí)所儲(chǔ)存的能量，確保負(fù)載能夠持續(xù)且穩(wěn)定地獲得所需能量。

開關(guān)電源原理圖

VO=TON/T*Vi，其中VO表示負(fù)載兩端的電壓平均值，TON代表開關(guān)每次接通的時(shí)間，T則是開關(guān)通斷的工作周期。從公式中可以看出，通過調(diào)整開關(guān)接通時(shí)間和工作周期的比例，可以改變VO的電壓平均值。這種自動(dòng)調(diào)整機(jī)制使得輸出電壓VO能夠穩(wěn)定不變，即使負(fù)載及輸入電源電壓發(fā)生變化。而改變接通時(shí)間TON和工作周期的比例，實(shí)質(zhì)上就是在調(diào)整脈沖的占空比，這種技術(shù)被稱為“時(shí)間比率控制”(TimeRationControl，簡(jiǎn)稱TRC)。根據(jù)TRC控制原理，可以實(shí)現(xiàn)三種不同的控制方式。

1、脈沖寬度調(diào)制(PWM)

在脈沖寬度調(diào)制(PWM)中，開關(guān)周期保持恒定，而占空比則通過調(diào)整脈沖寬度來(lái)改變。這種方式下，輸出電壓的穩(wěn)定性得以保障，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換。

2、脈沖頻率調(diào)制(PFM)

與PWM不同，脈沖頻率調(diào)制(PFM)保持導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過改變開關(guān)的工作頻率來(lái)調(diào)整占空比。這種方式在某些應(yīng)用中可能更為合適，能夠有效地響應(yīng)負(fù)載及輸入電源電壓的變化。

3、混合調(diào)制

混合調(diào)制方式則更為靈活，導(dǎo)通脈沖寬度和開關(guān)工作頻率均不固定，兩者都可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。這種方式結(jié)合了PWM和PFM的優(yōu)點(diǎn)，適用于更復(fù)雜的電源管理需求。

接下來(lái)，我們將探討開關(guān)電源的維修技巧和常見故障。

1、維修技巧

開關(guān)電源的維修流程可概括為“看、聞、問、量”四步。首先，在斷電情況下，我們需要仔細(xì)觀察電源的內(nèi)部狀況，檢查保險(xiǎn)絲是否熔斷，并留意PCB板上是否有燒焦或元件破裂的痕跡。其次，通過嗅覺判斷電源內(nèi)部是否有燒焦的氣味，以發(fā)現(xiàn)可能存在的燒焦元器件。此外，向用戶詢問電源損壞的詳細(xì)經(jīng)過，了解是否有違規(guī)操作，也是非常重要的環(huán)節(jié)。

在量測(cè)方面，我們需要在未通電前使用萬(wàn)用表測(cè)量高壓電容兩端的電壓。對(duì)于開關(guān)電源不起振或開關(guān)管開路引發(fā)的故障，通常高壓濾波電容兩端的電壓會(huì)保持較高水平，需謹(jǐn)慎操作。同時(shí)，我們還需要測(cè)量AC電源線兩端的正反向電阻及電容器充電情況，以確保電阻值在合理范圍內(nèi)，電容器能夠正常充放電。

在加電檢測(cè)階段，我們需要仔細(xì)觀察電源是否有燒保險(xiǎn)或元件冒煙等異?，F(xiàn)象。若出現(xiàn)此類情況，應(yīng)立即切斷供電并進(jìn)行詳細(xì)檢修。此外，我們還需要測(cè)量高壓濾波電容兩端是否有300伏輸出，以及高頻變壓器次級(jí)線圈是否有輸出。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，我們可以進(jìn)一步確定故障原因并采取相應(yīng)的維修措施。

若電源啟動(dòng)后立即停止工作，這通常表明電源處于保護(hù)狀態(tài)。此時(shí)，我們可以直接測(cè)量PWM芯片保護(hù)輸入腳的電壓來(lái)判斷具體原因。若電壓超出規(guī)定范圍，則應(yīng)重點(diǎn)檢查導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作的原因并采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。

2、常見故障

保險(xiǎn)絲熔斷通常意味著電源內(nèi)部線路存在問題。在電源高負(fù)荷、大電流的工作環(huán)境下，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或浪涌都可能導(dǎo)致瞬間電流激增，從而引發(fā)保險(xiǎn)絲熔斷。此時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查電源輸入端的整流二極管、高壓濾波電解電容以及逆變功率開關(guān)管等關(guān)鍵元器件，查看是否存在擊穿、開路或損壞的情況。若發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)絲熔斷，務(wù)必在更換元件前對(duì)電路板上的所有元件進(jìn)行仔細(xì)檢查，確保無(wú)燒糊或電解液溢出等異常現(xiàn)象。之后，使用萬(wàn)用表測(cè)量開關(guān)管是否短路，以確保徹底排除故障。

此外，若保險(xiǎn)絲完好但電源無(wú)直流電壓輸出或輸出不穩(wěn)定，則可能是電源內(nèi)部出現(xiàn)開路、短路、過壓、過流保護(hù)電路故障、輔助電源問題、振蕩電路失效、負(fù)載過重或高頻整流濾波電路中整流二極管被擊穿、濾波電容漏電等原因所致。

在用萬(wàn)用表對(duì)次級(jí)元件進(jìn)行測(cè)量并排除高頻整流二極管擊穿和負(fù)載短路的可能性后，若輸出仍為零，則可斷定是電源的控制電路出現(xiàn)了故障。而若有部分電壓輸出，則說(shuō)明前級(jí)電路工作正常，故障集中在高頻整流濾波電路中。該電路主要由整流二極管和低壓濾波電容組成，負(fù)責(zé)直流電壓的輸出。整流二極管的擊穿會(huì)導(dǎo)致電路無(wú)電壓輸出，而濾波電容的漏電則會(huì)造成輸出電壓的不穩(wěn)定。通過萬(wàn)用表的靜態(tài)測(cè)量，我們可以找出損壞的元件。

例如，某一24伏直流電機(jī)供電電源在通電后無(wú)法輸出直流24伏電壓。拆開電源外殼后，發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)絲未燒斷且電路板無(wú)明顯燒焦或破裂元件。在未通電狀態(tài)下測(cè)量AC輸入端和DC輸出端的阻值，以及開關(guān)管、整流橋和整流管等重要元件，均顯示正常。由此判斷，內(nèi)部嚴(yán)重短路的可能性較小，可能是保護(hù)電路動(dòng)作所致。

經(jīng)進(jìn)一步檢查，該開關(guān)電源采用U3842 PWM控制芯片。查閱相關(guān)資料得知，當(dāng)U3842芯片的3端電壓高于1伏時(shí)，其內(nèi)部電流敏感比較器會(huì)輸出高電平，從而將PWM鎖存器復(fù)位并關(guān)閉輸出。通電后測(cè)量U3842的3端電壓高于1伏，但6端無(wú)輸出。經(jīng)仔細(xì)檢查相關(guān)電路，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓管D2已擊穿(如圖3所示)。這使得PC1導(dǎo)通，導(dǎo)致U3842的3端保持高電平狀態(tài)，6端無(wú)輸出，開關(guān)管無(wú)法工作，最終造成直流側(cè)無(wú)直流輸出。更換同型號(hào)的穩(wěn)壓管D2后，故障得以排除。

此外，電源負(fù)載能力差也是一個(gè)常見的故障問題。這主要出現(xiàn)在老式或長(zhǎng)時(shí)間工作的電源中。隨著元器件的老化以及開關(guān)管的不穩(wěn)定工作，若未能及時(shí)散熱，就可能導(dǎo)致負(fù)載能力下降。在檢查過程中，應(yīng)特別關(guān)注穩(wěn)壓二極管是否發(fā)熱漏電、整流二極管是否損壞以及高壓濾波電容是否完好等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

例如，我廠使用的近紅外激光光譜儀(VECTOR 22)在開機(jī)后無(wú)法完成自檢并發(fā)出報(bào)警，同時(shí)主板指示燈持續(xù)閃爍。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)供光譜儀主板的直流5V電源電壓僅為2.3伏左右。在斷開5V直流電源的負(fù)載并重新通電測(cè)量時(shí)，電壓恢復(fù)至5V，這初步判斷為5V直流電源的帶載能力不足。為了進(jìn)一步檢修，拆開了電源外殼。由于不帶負(fù)載時(shí)通電能提供5V直流輸出，因此將檢修重點(diǎn)放在了次級(jí)線圈側(cè)的輸出整流電路。在給5伏電源接上假負(fù)載并通電測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)三端穩(wěn)壓7805的1、2腳間電壓為5.2伏，而2、3腳間電壓卻降至2.3伏(如圖4所示)。據(jù)此，我們判斷三端穩(wěn)壓管7805性能已變差。更換新的三端穩(wěn)壓管7805后，故障得以排除。

二、開關(guān)電源的維修流程

在處理開關(guān)電源問題時(shí)，我們遵循一系列的步驟以確保高效且準(zhǔn)確地修復(fù)電源。首先，我們?cè)敿?xì)檢查了光譜儀主板的直流5V電源電壓，發(fā)現(xiàn)其僅維持在2.3伏左右，明顯低于正常水平。接下來(lái)，我們斷開了5V直流電源的負(fù)載，并重新通電進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示電壓已恢復(fù)至5V，這進(jìn)一步印證了我們的初步判斷——5V直流電源的帶載能力存在問題。

為了深入探究問題根源，我們拆開了電源的外殼。在檢查過程中，我們發(fā)現(xiàn)，在不帶負(fù)載的情況下，電源能夠提供正常的5V直流輸出。因此，我們將檢修的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了次級(jí)線圈側(cè)的輸出整流電路。在給5伏電源接上假負(fù)載并重新通電測(cè)量時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)三端穩(wěn)壓7805的1、2腳間電壓為5.2伏，而2、3腳間電壓卻異常地降至2.3伏。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，我們判斷三端穩(wěn)壓管7805的性能已經(jīng)出現(xiàn)惡化。

最后，我們更換了新的三端穩(wěn)壓管7805，并再次進(jìn)行測(cè)試，成功排除了故障，確保了電源的正常工作。

1、在維修開關(guān)電源時(shí)，首要任務(wù)是利用萬(wàn)用表檢測(cè)各功率器件，如電源整流橋堆、開關(guān)管、高頻大功率整流管以及抑制浪涌電流的大功率電阻等，以確保它們沒有擊穿短路。同時(shí)，還需檢測(cè)各輸出電壓端口的電阻，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換損壞的器件。

2、完成上述檢測(cè)后，若電源仍無(wú)法正常工作，接下來(lái)應(yīng)重點(diǎn)檢查功率因數(shù)模塊(PFC)和脈寬調(diào)制組件(PWM)。需要熟悉這兩個(gè)模塊的功能及其正常工作的條件，并利用相關(guān)工具進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量。

3、對(duì)于具備PFC電路的電源，需特別關(guān)注濾波電容兩端的電壓。若電壓維持在380VDC左右，說(shuō)明PFC模塊工作正常。隨后，應(yīng)檢測(cè)PWM組件的工作狀態(tài)，包括測(cè)量其電源輸入端VC、參考電壓輸出端VR以及啟動(dòng)控制Vstart/Vcontrol端的電壓。同時(shí)，利用示波器觀察PWM模塊CT端對(duì)地的波形，確保其為線性良好的鋸齒波或三角形。

4、在維修實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì)遇到采用UC38××系列8腳PWM組件的開關(guān)電源。這類電源常見的問題是電源啟動(dòng)電阻損壞或芯片性能下降。維修時(shí)，需根據(jù)具體情況更換電阻或調(diào)整啟動(dòng)電流，以恢復(fù)PWM組件的正常工作。

5、若濾波電容上無(wú)380VDC左右電壓，則說(shuō)明PFC電路未正常工作。此時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢測(cè)PFC模塊的關(guān)鍵腳，包括電源輸入腳VC、啟動(dòng)腳Vstart/control、CT和RT腳以及V0腳。通過仔細(xì)測(cè)量和調(diào)整這些關(guān)鍵腳的電壓和波形，可以恢復(fù)PFC電路的正常工作。

綜上所述，只要我們充分熟悉開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)以及各模塊的特性及其工作條件，并按照上述步驟和方法進(jìn)行維修操作，就能迅速地排除開關(guān)電源的故障，提高維修效率。