時(shí)間：2022-01-31 09:24:45
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇開(kāi)關(guān)電源工作原理，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
1．開(kāi)關(guān)電源的基本工作原理
開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖1。由對(duì)輸出電壓“取樣”，并對(duì)基準(zhǔn)源進(jìn)行“比較”后控制“調(diào)整管”或“開(kāi)關(guān)管”，此時(shí)開(kāi)關(guān)電源的“開(kāi)關(guān)管”相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)，開(kāi)通時(shí)間由比較結(jié)果而定；當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出的電壓太低時(shí)，通過(guò)“比較放大”控制“開(kāi)關(guān)時(shí)間控制電路”使“開(kāi)關(guān)管”開(kāi)通時(shí)間變長(zhǎng)，從而使輸出的電壓提升。
開(kāi)關(guān)電源的核心部分是“開(kāi)關(guān)管”和“變換器”組成的開(kāi)關(guān)式直流-直流變換器。它把直流電壓Ui（一般由輸入市電經(jīng)整流、濾波后獲得）經(jīng)開(kāi)關(guān)管后變?yōu)橛幸欢ㄕ伎毡鹊拿}沖電壓Ua，然后經(jīng)整流濾波后得到輸出的電壓Uo。
2．大宇DVD的開(kāi)關(guān)電源電路
圖2所示是大宇DVD電源電路的實(shí)物圖。圖中右上角輸入220V交流市電，先經(jīng)電源濾波電路后用右下角的二極管進(jìn)行整流，再經(jīng)大電容濾波后輸出直流。由于是對(duì)220V交流信號(hào)進(jìn)行整流濾波，所以二極管的耐壓值要高，而電容的容量也要大，所以實(shí)物圖中右下角的電容體積很大。整流濾波后得到的直流信號(hào)再經(jīng)右邊居中的開(kāi)關(guān)電源IC轉(zhuǎn)換成高頻的交流信號(hào)，再經(jīng)變壓器耦合輸出各路低電壓的交流信號(hào)。由于變壓器是工作在高頻狀態(tài)，所以其體積較小。耦合輸出的各組交流信號(hào)經(jīng)左邊的二極管整流、電容濾波和三極管穩(wěn)壓或三端穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓后輸出各部分電路工作所需的直流電壓。此電路由于采用了變壓器并聯(lián)耦合，而且比較放大電路反饋回脈沖調(diào)寬電路是利用光耦器件，即用光信號(hào)來(lái)傳遞信息，輸入端與輸出之間實(shí)現(xiàn)絕緣，是冷底盤(pán)機(jī)，其防觸電的警告標(biāo)志僅在電路板的右邊。光耦跨接在有警告標(biāo)志和無(wú)警告標(biāo)志部分，起到傳遞信號(hào)而又能隔離前后級(jí)地線的作用。這種機(jī)型在維修主電路板時(shí)，由于主電路板與大地不相連，通常比較安全。但在測(cè)量后級(jí)電壓時(shí)，不能使用前級(jí)的地線，否則所測(cè)電壓將全部為0V。
圖3所示是大宇DVD的電源電路原理圖。大宇DVD所用的電源IC為專用開(kāi)關(guān)電源集成電路VIPER22A，圖4是其外引腳圖，圖中，第1、2腳SOURCE是內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管源極的表示，在使用中通常接地，3腳FB是取樣電壓輸入端，4腳VDD是供電電壓端，第5、6、7、8腳的DRAIN表示接通內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管的柵極。圖5是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
220V的交流電源經(jīng)開(kāi)關(guān)輸入后，經(jīng)四個(gè)二極管構(gòu)成的橋式整流電路整流、C1濾波后輸出一個(gè)300V左右的直流信號(hào)。由于VIPER22A處于工作狀態(tài)，在其內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管截止時(shí)，會(huì)在變壓器初級(jí)(L左1)兩端產(chǎn)生大于300V的電壓，利用R1、C2和D5構(gòu)成防沖激電路，使其電壓有一個(gè)釋放回路，以免激穿VIPER22A內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)管。
從圖5所示VIPER22A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知，它與其它開(kāi)關(guān)電源存在一些不同。開(kāi)機(jī)后，300V的直流電壓從DRAIN（漏極）腳進(jìn)入集成電路，經(jīng)整流和穩(wěn)壓后供給開(kāi)關(guān)電源IC工作，從而使這個(gè)電路工作時(shí)不需要外接啟動(dòng)電阻。即使Vdd供電電路不正常，電源電路的振蕩電路仍能起振，而且電路有輸出電壓。用這種專用電源IC的DVD機(jī)電源有故障時(shí)，故障現(xiàn)象和其他開(kāi)關(guān)電源的故障有所不同，其他開(kāi)關(guān)電源通常無(wú)Vdd時(shí)，電源電路中的振蕩電路不起振，會(huì)出現(xiàn)無(wú)輸出的故障現(xiàn)象。
電路工作正常時(shí)，開(kāi)機(jī)后，在Vdd正常前，由芯片內(nèi)部自身供電，經(jīng)過(guò)很短時(shí)間后，Vdd供電電源正常，此時(shí)，利用門(mén)電路控制開(kāi)關(guān)電路（ON/OFF）斷開(kāi)從柵極輸入的供電回路。VIPER22A有過(guò)熱、過(guò)壓保護(hù)功能。Vdd從4腳輸入后，首先送入比較器，一旦輸入Vdd大于42V，則觸發(fā)器（FF1）輸出一個(gè)置位信號(hào)1使控制振蕩電路工作的觸發(fā)器（FF2）輸出為0，鎖住U2，振蕩信號(hào)無(wú)法輸出，即開(kāi)關(guān)管不工作。當(dāng)輸入電壓小于14.5V時(shí)，U3也將輸出一個(gè)復(fù)位脈沖，使開(kāi)關(guān)管不工作。當(dāng)電路過(guò)熱時(shí)，R1為1，將FF2置0，開(kāi)關(guān)管不工作。當(dāng)供電電壓Vdd在正常范圍時(shí)，F(xiàn)B所得的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓0.23V相比較，用其比較結(jié)果去控制FF2的轉(zhuǎn)換頻率，從而控制開(kāi)關(guān)管的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)控制輸出電壓，達(dá)到穩(wěn)壓的功能。該集成電路芯片內(nèi)部包含60kHz的振蕩電路，其電路相當(dāng)簡(jiǎn)單。
下面，為分析方便，把電源變壓器左邊的兩組線圈從上到下定義為L(zhǎng)左1、L左2。右邊的線圈從上到下定義為L(zhǎng)右1、L右2、L右3。
圖3中，L左2互感產(chǎn)生的交流脈沖電壓經(jīng)D6整流、R2限流和C3和C6濾波后作為開(kāi)關(guān)芯片的供電電壓。由于VIPER22A的特殊結(jié)構(gòu)，如無(wú)Vdd時(shí)可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部供電，所以R2即使擊穿開(kāi)路，仍有電壓輸出，但不正常，故障表現(xiàn)為開(kāi)機(jī)后開(kāi)關(guān)指示燈和出/入盤(pán)指示燈閃爍。
同時(shí)，Vdd也為取樣回路中的光耦的接收部分供電。L右3感應(yīng)到的脈沖電壓經(jīng)D8整流，電感L6、電容C12、C13、C14濾波后，輸出+5V電壓供解壓板、DSP處理及其它小信號(hào)處理芯片使用。+5V電壓同時(shí)經(jīng)穩(wěn)壓管Z2后給光耦電路發(fā)射部分供電，通過(guò)光耦的接收部分接收到的光作為取樣信號(hào)，從VIPER22的3腳FB輸入到芯片，從而去控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率，控制電源電壓的穩(wěn)定，起到穩(wěn)壓的作用。該種電源電路由于前后級(jí)是通過(guò)光耦進(jìn)行互相控制，前后級(jí)不共地，稱為冷底盤(pán)機(jī)，這種機(jī)器由于后級(jí)主電路板與市電不相連，維修時(shí)比較安全。維修時(shí)測(cè)量后級(jí)的電壓，一定不能用前級(jí)的接地點(diǎn)，否則所測(cè)電壓始終為0V。
同時(shí)，變壓器電感線圈L右3另一端經(jīng)D7整流C10濾波后輸出+12V的電壓供電機(jī)驅(qū)動(dòng)和音頻功率放大電路使用。這組電源的故障，主要表現(xiàn)為DVD機(jī)有圖像無(wú)聲音，或者是進(jìn)給電機(jī)、主軸電機(jī)或出入盤(pán)電機(jī)不工作。
關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源;原理;原理框圖;電路圖
電子技術(shù)教學(xué)中，我們有的教師對(duì)開(kāi)關(guān)電源部分內(nèi)容常常忽視，這與目前生產(chǎn)、生活實(shí)際是不符，本文根據(jù)自己的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)開(kāi)關(guān)電源教學(xué)談一些認(rèn)識(shí)。
一、明確開(kāi)關(guān)電源教學(xué)的重要性
簡(jiǎn)單的分類，直流穩(wěn)壓電源有串聯(lián)型線性直流穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)型直流穩(wěn)壓電源。串聯(lián)型線性直流穩(wěn)壓電源由整流、濾波、穩(wěn)壓等部分組成，穩(wěn)壓部分的調(diào)整部分工作在線性狀態(tài)，學(xué)生易理解，掌握串聯(lián)型線性直流穩(wěn)壓電源的工作原理和進(jìn)行實(shí)際電路分析也是較為容易的。
開(kāi)關(guān)電源（SwitchingMode Power Supply，SMPS）采用“交流直流交流直流”變換技術(shù)，是一種組合變流電路，包括由沖擊電流限幅、輸入濾波器、輸入側(cè)整流與濾波、逆變、輸出側(cè)整流與濾波等部分組成的主電路，以及控制電路、檢測(cè)電路、輔助電源四大部份組成。開(kāi)關(guān)電源較直流線性穩(wěn)壓電源復(fù)雜，但開(kāi)關(guān)電源功耗小，轉(zhuǎn)化率高，且體積和重量只有線性電源的20%―30%，目前它已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。因此我們?cè)诮虒W(xué)時(shí)應(yīng)重視開(kāi)關(guān)電源這部分內(nèi)容，不要淡化它。
二、讀懂開(kāi)關(guān)電源原理框圖
要理解開(kāi)關(guān)電源工作原理，會(huì)分析開(kāi)關(guān)電源電路圖，那就要讀懂開(kāi)關(guān)電源原理框圖。下圖就是典型的開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源原理框圖。
圖1 開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源原理框圖
（一） 框圖組成
框圖由主電路、控制電路、檢測(cè)比較放大電路、輔助電源四大部份組成。
1.主電路。主電路即完成“交流直流交流直流”變換的功能電路部分，由沖擊電流限幅、輸入濾波器、輸入側(cè)整流與濾波、逆變、輸出側(cè)整流與濾波等部分組成;沖擊電流限幅部分功能：限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流;輸入濾波器功能：其作用是過(guò)濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng);輸入側(cè)整流與濾波：將電網(wǎng)送來(lái)的交流電直接整流濾波為較平滑的直流電;逆變：利用開(kāi)關(guān)調(diào)整電路將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分;輸出側(cè)整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，將高頻交流電進(jìn)行整流與濾波，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。
2.控制電路。一方面從輸出端取樣，與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后去控制逆變器（開(kāi)關(guān)調(diào)整電路），改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測(cè)試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。
3.檢測(cè)電路。提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。
4.輔助電源。實(shí)現(xiàn)電源的軟件（遠(yuǎn)程）啟動(dòng)，為保護(hù)電路和控制電路（PWM等芯片）工作供電。
（二）開(kāi)關(guān)電源的工作原理
開(kāi)關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件（開(kāi)關(guān)管），開(kāi)關(guān)元件以一定時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開(kāi)，在開(kāi)關(guān)元件接通時(shí)輸入側(cè)整流濾波的直流電通過(guò)逆變器（開(kāi)關(guān)管）、輸出側(cè)整流濾波電路向負(fù)載提供能量，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件斷開(kāi)時(shí)，電路中的儲(chǔ)能裝置（有電感、電容等組成）向負(fù)載釋放開(kāi)關(guān)接通時(shí)所儲(chǔ)存的能量，使負(fù)載得到連續(xù)穩(wěn)定的能量。
根據(jù)開(kāi)關(guān)電源輸出的直流電壓情況，經(jīng)過(guò)取樣進(jìn)行檢測(cè)比較放大得到反映輸出電壓穩(wěn)定情況的誤差信號(hào)，將其送入控制電路產(chǎn)生控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)元件的占空比（導(dǎo)通時(shí)間與周期之比）進(jìn)行控制，這樣傳到輸出端的能量得到調(diào)整，即調(diào)整輸出電壓使其穩(wěn)定。
三、讀懂開(kāi)關(guān)電源電路圖
讀開(kāi)關(guān)電源電路圖，不要急于弄清某一元器件的作用，要按一定順序逐步進(jìn)行。首先，找到來(lái)自電網(wǎng)的交流電位置（即“信號(hào)”入口，）和直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)定電壓輸出位置（“信號(hào)”出口）;其次，找到開(kāi)關(guān)電源電路的主電路（“主信號(hào)”電路，正向電路），它由沖擊電流限幅、輸入濾波器、輸入側(cè)整流與濾波、逆變、輸出側(cè)整流與濾波等部分組成;找到反饋控制電路，它由取樣比較放大、時(shí)鐘振蕩電路、脈寬（脈頻）調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路等組成;最后對(duì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的主電路和反饋控制電路的各組成部分進(jìn)行分析，分析出各部分的功能和作用，具體到每一個(gè)元器件的功能和作用;完成以上分析后，引導(dǎo)學(xué)生再回頭體會(huì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的原理，會(huì)有更深刻的理解。
目前，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。作為電子技術(shù)的教學(xué)專業(yè)人員，有必要將開(kāi)關(guān)電源這部分教學(xué)內(nèi)容向?qū)W生講清楚，講明白。
參考文獻(xiàn)：
[1]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2009.
【關(guān)鍵詞】工作原理分析；常見(jiàn)故障分析；故障檢測(cè)實(shí)例
目前，計(jì)算機(jī)、DVD、彩電等家用電器電源大部分采用開(kāi)關(guān)電源，這些家用電器出現(xiàn)的電路故障大部分由開(kāi)關(guān)電源損壞引起。筆者長(zhǎng)期從事家用電子專業(yè)理論與實(shí)操教學(xué)，對(duì)開(kāi)關(guān)電源接觸較多，下面以長(zhǎng)虹G2136（K）彩電開(kāi)關(guān)電源為例，深入介紹該電源的工作原理和典型故障分析與檢修。
一、工作原理分析
電源原理圖如圖1所示。
1.整流濾波電路
電源設(shè)計(jì)有兩級(jí)濾波器。L502、C501、C502組成一級(jí)型低通濾波器，防止電網(wǎng)高頻干擾進(jìn)入機(jī)內(nèi)。L503、C507、C518再組成一級(jí)低通濾波器，抑制開(kāi)關(guān)電源本身產(chǎn)生的高頻干擾信號(hào)，防止其串入電網(wǎng)造成干擾。VD501～VD504、C507組成橋式整流濾波電路，C503～C506四個(gè)小電容分別并聯(lián)在四個(gè)整流二極管兩端，起分流和過(guò)濾作用，防止高頻浪涌電流損壞二極管。
2.消磁電路
RT501、XC216組成開(kāi)機(jī)消磁電路。開(kāi)機(jī)瞬間，消磁回路電流很大，電流在消磁線圈中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，對(duì)顯像管屏幕進(jìn)行消磁。消磁電阻RT501是個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻，因?yàn)殡娏鳠嵝?yīng)，阻值隨溫度上升而增大，當(dāng)溫度達(dá)到居里點(diǎn)后，電阻值趨向無(wú)窮大，這時(shí)消磁回路呈開(kāi)路狀態(tài)。
3.啟動(dòng)電路
220V交流電經(jīng)整流濾波后產(chǎn)生約300V直流電壓，經(jīng)T511的繞組③、⑦繞組加到開(kāi)關(guān)管V513集電極。同時(shí)300V直流電壓經(jīng)R520、R521、R522、R524加到V513基極，為V513提供基極電流IB，V513具備導(dǎo)通條件，產(chǎn)生集電極電流IC。IC流過(guò)T511的③、⑦繞組，因互感效應(yīng)在反饋繞組產(chǎn)生①為正②為負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)經(jīng)反饋支路C514、R519、VD517、R524向開(kāi)關(guān)管V513提供持續(xù)的基極電流，使得IB迅速增大，導(dǎo)致IC增大，這一正反饋過(guò)程促使V513迅速進(jìn)入飽和狀態(tài)，開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)工作。VD517的作用在于加大電源啟動(dòng)時(shí)由正反饋繞組提供給V513的基極電流，加快V513進(jìn)入飽和狀態(tài)。因?yàn)樵陂_(kāi)機(jī)瞬間C517電壓不能突變，可保護(hù)V513防止大電流沖擊損壞，還具有吸收激勵(lì)尖峰電壓的作用。
4.振蕩電路
電源啟動(dòng)后，開(kāi)關(guān)管V513進(jìn)入飽和狀態(tài)，300V直流電壓加在變壓器T511的繞組③、⑦上，反饋繞組①、②感應(yīng)出上正下負(fù)電壓對(duì)電容C514充電，使C514兩端產(chǎn)生上負(fù)下正的電壓，促使C513基極電位下降，開(kāi)關(guān)管V513退出飽和狀態(tài)，V513集電極電流急劇下降，繞組③、⑦和反饋繞組①、②的電壓極性變成上負(fù)下正，強(qiáng)烈正反饋過(guò)程促使V513基極電位進(jìn)一步下降，其集電極電流迅速下降，V513迅速?gòu)娘柡蛯?dǎo)通狀態(tài)進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。這時(shí)初級(jí)繞組存儲(chǔ)的磁能開(kāi)始通過(guò)次級(jí)繞組和負(fù)載放電。由于V513截止，C514兩端電壓經(jīng)VD517R519進(jìn)行放電，一定時(shí)間后，在啟動(dòng)電路作用下，最終使開(kāi)關(guān)管V513再次回到初始狀態(tài)，開(kāi)關(guān)電源完成了一個(gè)周期振蕩過(guò)程。如此循環(huán)工作，電源進(jìn)入穩(wěn)定的振蕩過(guò)程。
5.受控振蕩及穩(wěn)壓電路
為了穩(wěn)定開(kāi)關(guān)電源輸出電壓，必須使振蕩處于受控狀態(tài)，受控振蕩主要靠開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路中的誤差取樣電路R561、R562、R563、RP551，誤差放大管V553，光耦VD515及V511、V512等組成。通過(guò)對(duì)130V電壓取樣誤差放大，經(jīng)過(guò)光電耦合器的隔離，由V511、V512管控制電源開(kāi)關(guān)管V513的導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)際是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)電源振蕩頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。
6.保護(hù)電路
過(guò)壓保護(hù)電路由VD518、VD519、R523、V512組成，當(dāng)輸入電壓升高，正反饋電壓隨著升高，V519反向擊穿導(dǎo)通，反饋電壓經(jīng)VD518、VD519、R523給V512提供較大的IB，V512飽和導(dǎo)通后對(duì)V513進(jìn)行分流，迫使其截止，電源處于待機(jī)保護(hù)狀態(tài)。
過(guò)流保護(hù)電路由R526、R515、V512組成，當(dāng)開(kāi)關(guān)管V513電流過(guò)大時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)上升導(dǎo)致其基極電壓升高，因R526、R515串聯(lián)分壓，使V512基極電壓上升而進(jìn)入飽和狀態(tài)，將V513基極和發(fā)射極完全旁路，控制V513在截止?fàn)顟B(tài)，開(kāi)關(guān)電源停止工作，實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。
二、開(kāi)關(guān)電源常見(jiàn)故障分析
1.燒保險(xiǎn)絲
產(chǎn)生此故障主要原因是：整流二極管擊穿、大濾波電容擊穿、開(kāi)關(guān)管擊穿、消磁電阻短路、負(fù)載短路等導(dǎo)致電路中電流過(guò)大，一般通過(guò)電阻測(cè)量法查出。
2.輸出電壓全部為0V
輸出電壓全部為0V時(shí)，故障可能在以下電路：?jiǎn)?dòng)回路、開(kāi)/待機(jī)控制電路、保護(hù)電路、振蕩控制電路和整流輸出電路等。在檢修該類型故障時(shí)，本著先易后難逐步深入檢測(cè)的原則，細(xì)心觀察電源部分元器件是否有燒毀，變色變味跡象，然后利用萬(wàn)用表檢測(cè)各關(guān)鍵點(diǎn)、關(guān)鍵元件電壓、電流或阻值是否正常。根據(jù)檢修經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)較多故障有：開(kāi)/待機(jī)控制電路不正常；啟動(dòng)回路的電阻燒斷；保護(hù)或振蕩控制電路的三極管損壞；整流濾波電路的保險(xiǎn)電阻燒斷等。
3.輸出電壓整體偏低
因有電壓輸出，所以啟動(dòng)電路、開(kāi)/待機(jī)控制電路基本正常。該類型故障一般由振蕩穩(wěn)壓控制電路不正常造成，在檢修時(shí)，重點(diǎn)檢測(cè)反饋繞組的反饋回路、光耦控制回路和取樣控制回路等部分電路元器件是否有損壞。如電源的穩(wěn)壓二極管、光耦等是最容易損壞的元器件。
4.開(kāi)關(guān)管發(fā)熱，容易燒壞
產(chǎn)生此類型故障時(shí)，開(kāi)關(guān)管通常很快燒壞。在開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)管是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，發(fā)熱量很小，當(dāng)進(jìn)入放大狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的熱量急劇增大，最終過(guò)流或過(guò)熱損壞。所以針對(duì)此故障應(yīng)重點(diǎn)檢測(cè)振蕩電路。
三、故障檢修實(shí)例
實(shí)例1：
故障現(xiàn)象：開(kāi)機(jī)，工作指示燈不亮，開(kāi)關(guān)電源無(wú)電壓輸出。
分析和檢修：先觀察開(kāi)關(guān)電源的元器件無(wú)燒毀變色變味跡象，接著用萬(wàn)用表測(cè)量輸出電壓全部為0V。本著先易后難的原則，直接測(cè)量C507主濾波電容兩端電壓，發(fā)現(xiàn)有約300V，再測(cè)量開(kāi)關(guān)管V513的基極無(wú)負(fù)壓，首先檢測(cè)啟動(dòng)電路。關(guān)機(jī)，電阻法測(cè)量啟動(dòng)電路的各個(gè)元件。在測(cè)量前，先對(duì)主濾波電容進(jìn)行放電，用自制的燈泡負(fù)載對(duì)C507進(jìn)行放電，徹底放完后再檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)R521阻值為2M歐姆，已嚴(yán)重變值，按圖紙參數(shù)更換后，開(kāi)機(jī)，電源輸出全部正常，工作一段時(shí)間后電壓依然保持穩(wěn)定，故障徹底排除。
實(shí)例2：
故障現(xiàn)象：開(kāi)機(jī)，工作指示燈不亮，開(kāi)關(guān)電源無(wú)電壓輸出。
分析和檢修：該機(jī)是因遭受雷擊后才無(wú)法工作，先觀察開(kāi)關(guān)電源的元器件無(wú)燒毀變色變味跡象，測(cè)量C507主濾波電容兩端有約300V的電壓，檢測(cè)啟動(dòng)電路正常，測(cè)量V513基極電壓為0V，初步判斷故障在振蕩控制、穩(wěn)壓控制或者保護(hù)電路。斷開(kāi)負(fù)載，接上燈泡做負(fù)載，通電檢測(cè)V513基極依然沒(méi)有負(fù)壓。斷電，電阻法測(cè)量V513基極對(duì)地阻值為0，存在短路。根據(jù)圖紙分析可知，重點(diǎn)檢測(cè)與基極有關(guān)的元件，檢測(cè)振蕩和反饋電路的元件正常，當(dāng)檢測(cè)V512的C和E極阻值時(shí)發(fā)現(xiàn)為0，拆下認(rèn)真檢測(cè)時(shí)果然其C和E極已擊穿短路。由于V512的C和E極擊穿，造成V513基極電位始終為0V，最終導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源不工作。試用相同參數(shù)的三極管更換，開(kāi)機(jī)，電源指示燈亮，開(kāi)關(guān)電源輸出正常，故障排除。
實(shí)例3：
故障現(xiàn)象：開(kāi)機(jī)，電源瞬間有微弱電壓輸出，但立即變?yōu)?V。
分析和檢修：先觀察開(kāi)關(guān)電源的元器件無(wú)燒毀變色變味跡象，接著用萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)輸出電壓，開(kāi)關(guān)接通一瞬間有電壓輸出，還沒(méi)來(lái)得及看大小立即變?yōu)?V。根據(jù)原理分析，能夠有瞬間輸出，說(shuō)明啟動(dòng)電路基本正常，但電源不能維持振蕩，可能是因?yàn)楸Ｗo(hù)或自身電路出問(wèn)題。把所有負(fù)載斷開(kāi)，接上一燈泡做負(fù)載，通電，故障依舊，不是因?yàn)楸Ｗo(hù)而停振。檢查開(kāi)關(guān)管基極有關(guān)元件，重點(diǎn)檢測(cè)振蕩控制元件，當(dāng)檢測(cè)C514時(shí)發(fā)現(xiàn)其容量偏低，試用相同參數(shù)的新電容更換，再開(kāi)機(jī)時(shí)電源工作一切正常，試機(jī)一段時(shí)間后正常，故障排除。原因是C514已經(jīng)接近開(kāi)路，電源在啟動(dòng)一瞬間有電壓輸出，但不能建立振蕩，所以電壓立即變?yōu)?V。
實(shí)例4：
故障現(xiàn)象：開(kāi)機(jī)后圖像在垂直方向上有S形扭曲。
分析和檢修：先觀察開(kāi)關(guān)電源的元器件無(wú)燒毀變色變味跡象，用萬(wàn)用表檢測(cè)各組輸出電壓值和正常值相差不大。根據(jù)原理分析此類故障多數(shù)由電源濾波不良而造成，直接用示波器觀察開(kāi)關(guān)管V513基極波形，發(fā)現(xiàn)除了有正常調(diào)制的脈沖信號(hào)外，還看到低頻脈沖信號(hào)，果然是由于低頻干擾存在紋波而造成圖像S扭曲。關(guān)機(jī)，用電阻法檢測(cè)整流濾波電路和與V513基極有關(guān)的各個(gè)元件。首先檢測(cè)C507、C518主濾波電容，用儀表檢測(cè)C507的容量由原來(lái)的100uF變成60uF，試用一原參數(shù)電容更換，發(fā)現(xiàn)圖像正常，故障排除。
四、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)長(zhǎng)虹G2136（K）彩電開(kāi)關(guān)電源原理分析和故障檢修，我不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn)，舉一反三，深刻體會(huì)到“維修”是一門(mén)理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的技術(shù)，促使我今后加強(qiáng)專業(yè)理論的學(xué)習(xí)，進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)際檢修操作。
參考文獻(xiàn)
[1]錢(qián)如竹，主編.大屏幕彩色電視機(jī)速修方法與技巧[M].人民郵電出版社，1999，10.
關(guān)鍵詞 開(kāi)關(guān)電源；智能儀表；故障判斷
中圖分類號(hào) TM46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)081-0236-01
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化的產(chǎn)品越來(lái)越多。目前，我國(guó)電力行業(yè)方面，已經(jīng)大量研發(fā)了智能設(shè)備，而智能儀表也在其中。開(kāi)關(guān)電源在智能儀表中的使用也越來(lái)越普遍，但是在使用中往往會(huì)出現(xiàn)一些故障，這就需要相關(guān)工作人員給予及時(shí)的判斷與處理。智能儀表是一種高新技術(shù)產(chǎn)品，它具有精度高、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，而開(kāi)關(guān)電源在其中的使用出現(xiàn)的故障，往往需要用專業(yè)的眼光去判斷。
1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理及其在智能儀表中的應(yīng)用
1.1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理
開(kāi)關(guān)電源主要由主電路、檢測(cè)電路、控制電路以及輔助電源等部分組成，它的功率半導(dǎo)體器件采用的是開(kāi)關(guān)元器件，而開(kāi)關(guān)采用的是周期性通斷型開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)元件的占空比的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的輸出。它的具體工作原理為：接通開(kāi)關(guān)元件后，輸入的電源先通過(guò)開(kāi)關(guān)，然后經(jīng)過(guò)濾波電路，最后向負(fù)載部分輸送能量；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，電路中的儲(chǔ)能裝置則向負(fù)載釋放能量（這部分能量相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通時(shí)電路所儲(chǔ)存的能量），這樣便能讓負(fù)載擁有穩(wěn)定、持續(xù)的能量。
1.2 開(kāi)關(guān)電源在智能儀表中的應(yīng)用
從目前來(lái)看，我國(guó)大部分智能儀表都是采用開(kāi)關(guān)電源為其進(jìn)行供電，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源具有電路簡(jiǎn)單且效率高等優(yōu)點(diǎn)。智能儀表中使用的開(kāi)關(guān)電源一般都采用脈沖調(diào)制器，型號(hào)包括TOP220、TOP221、TOP222等，這是一種二合一元件，其內(nèi)部包括了PWN控制器與MOS-FEET功率開(kāi)關(guān)管。此外，智能儀表在內(nèi)部空間的設(shè)計(jì)上都比較狹窄，電源內(nèi)部各個(gè)元件之間的距離也比較近，尤其是電解電容與穩(wěn)壓元件之間距離特別近。
2 常見(jiàn)的故障判斷
由于開(kāi)關(guān)電源得到了廣泛的使用，其在智能儀表中的運(yùn)用也越來(lái)越普遍，但是具體的使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障問(wèn)題也非常普遍。本文將對(duì)常見(jiàn)的幾類故障判斷進(jìn)行闡述，具體來(lái)講有以下幾個(gè)方面：
2.1 開(kāi)關(guān)電源保險(xiǎn)絲的熔斷判斷
一般而言，開(kāi)關(guān)電源的保險(xiǎn)絲產(chǎn)生了熔斷，則表示其內(nèi)部線路必定出現(xiàn)了問(wèn)題。開(kāi)關(guān)電源往往在強(qiáng)電流與高電壓下工作，而電網(wǎng)的電壓波動(dòng)、浪涌等情況均能導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源的內(nèi)部電流瞬間增大，增大的程度往往會(huì)超過(guò)開(kāi)關(guān)電源的最大負(fù)荷能力，繼而引發(fā)保險(xiǎn)絲的熔斷。當(dāng)判斷出了開(kāi)關(guān)電源保險(xiǎn)絲的熔斷后，應(yīng)該重點(diǎn)檢查其輸入端的逆變功率開(kāi)關(guān)管、整流二極管以及高壓濾波電解電容等部件，檢查是不是這些部件出現(xiàn)了損壞，或者有無(wú)擊穿、開(kāi)路等現(xiàn)象。當(dāng)查出了屬于某部件的損壞引發(fā)的保險(xiǎn)絲熔斷，更換了部件后不宜立刻開(kāi)機(jī)，而應(yīng)該等一段時(shí)間后再連接通電。智能儀表所能承受的負(fù)載有一定的限度，當(dāng)其他高壓元器件出現(xiàn)了故障，而開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部更換了新元件后，立刻通電易導(dǎo)致新元件的損壞。只有對(duì)電路中的相關(guān)高壓元件一一進(jìn)行全面檢查，才能徹底判斷出保險(xiǎn)絲熔斷的故障。
2.2 電壓輸出不穩(wěn)定或無(wú)直流電壓輸出判斷
假如開(kāi)關(guān)電源的保險(xiǎn)絲是好的，在加了負(fù)載情況下，卻沒(méi)有直流電壓的輸出，產(chǎn)生這種情況的主要原因在于：開(kāi)關(guān)電源中存在短路、開(kāi)路，輔助電源出現(xiàn)故障。電源負(fù)載過(guò)大，濾波電容漏電以及振蕩電路沒(méi)有工作等。面對(duì)這種情況的判斷，應(yīng)該使用萬(wàn)能表檢測(cè)次級(jí)元件，待排除了負(fù)載短路與高頻整流二極管擊穿等情況后，假如輸出依然為零，那么便能肯定問(wèn)題出在開(kāi)關(guān)電源的控制電路上；假如輸出了少部分的電壓，則表示前級(jí)電路的工作正常，問(wèn)題可能出在高頻整流濾波電路上。低壓濾波電容與整流二極管組成了直流電壓的輸出部件，若整流二極管被擊穿則會(huì)導(dǎo)致電路中無(wú)電壓，而濾波電容的漏電也會(huì)引起輸出的電壓不穩(wěn)定。
2.3 電源負(fù)載能力差的判斷
在老式開(kāi)關(guān)電源中，電源的負(fù)載能力一般都比較差，而對(duì)于智能儀表而言，電源負(fù)載能力差主要在于工作的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管的工作不穩(wěn)定、不能夠及時(shí)散熱。在這方面的判斷上，應(yīng)該及時(shí)檢查穩(wěn)壓二極管的散熱情況是否良好，整流二極管是否損壞等。
3 基本的處理措施
前文對(duì)開(kāi)關(guān)電源在智能儀表中使用出現(xiàn)的故障進(jìn)行了一番分析，可見(jiàn)開(kāi)關(guān)電源自身的故障問(wèn)題會(huì)影響智能儀表的正常運(yùn)行。要處理好這些故障，可以采取以下幾個(gè)基本措施：
3.1 及時(shí)替換損壞元器件
在故障判斷中，若檢查出了是某個(gè)元器件發(fā)生了損壞現(xiàn)象，或者只是懷疑它有問(wèn)題，就應(yīng)該將它及時(shí)從原位置上取下，然后對(duì)其進(jìn)行徹底的檢查與分析。當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程對(duì)于用接線或者插座集成的電路比較方便，而對(duì)于那些直接焊接在電路板上的集成電路芯片而言，那就顯得有些難度。因此，在換取損壞的元器件時(shí)，應(yīng)該抉擇最佳的處理方法。這里有以下幾種方法：
1）使用“塑料吸管”，即使用一種不帶電烙鐵的吸錫器。
2）采用特制的大號(hào)注射針頭將其磨平，然后再用烙鐵加熱焊錫將它熔化，同時(shí)快速將針頭插下去，促使焊錫和端子分離。
3）先用一根銅絲束帶與焊錫接觸，再加熱焊點(diǎn)四周的銅束，銅束便會(huì)迅速升溫，同時(shí)把熱量傳給焊錫，導(dǎo)致焊錫的熔化，最后在毛細(xì)作用下進(jìn)入銅絲束帶，焊錫便被吸走了。
4）采用熔焊頭或“起出器”等專用工具。
3.2 確保輸入電壓的穩(wěn)定性
輸入的電壓不穩(wěn)定，會(huì)對(duì)智能儀表內(nèi)部產(chǎn)生危害，因此要確保輸入電壓的穩(wěn)定性。在具體的操作過(guò)程中，首先要檢查輸入電壓的標(biāo)準(zhǔn)值以及范圍，最好在智能儀器允許通過(guò)的范圍之內(nèi)；在輸入電壓的時(shí)候，要隨時(shí)觀察電壓的變化，若變化過(guò)大，應(yīng)該立刻終止電壓的輸送，進(jìn)行相應(yīng)的處理，盡可能地減少電壓的波動(dòng)。比如，可以安裝一個(gè)合適的變壓器，合理控制電壓的變化，達(dá)到范圍的變化最小，從而實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定輸送。
3.3 減少運(yùn)行中的負(fù)載
在使用過(guò)程中，要盡量減少運(yùn)行中的負(fù)載，這樣能降低內(nèi)部的溫度，從而減小由于溫度過(guò)高對(duì)開(kāi)關(guān)電源以及智能儀表的危害。對(duì)于某些擁有很多負(fù)載的電路環(huán)境，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行一定的處理，比如關(guān)閉那些無(wú)關(guān)緊要的負(fù)載或者將負(fù)載的數(shù)量進(jìn)行一定的調(diào)整，以便有效控制運(yùn)行中的負(fù)載。
4 結(jié)束語(yǔ)
開(kāi)關(guān)電源在智能儀表中的使用越來(lái)越廣泛，但是出現(xiàn)的故障問(wèn)題也越來(lái)越頻繁，這就需要相關(guān)工作人員隨時(shí)注意檢修，確保開(kāi)關(guān)電源在智能儀表中的正常使用。
參考文獻(xiàn)
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[2]傅首昌.EX(S)系列PLC開(kāi)關(guān)電源常見(jiàn)故障的維修及改善方法[J].建材與裝飾:中旬,2012,3:132-132.
1、開(kāi)關(guān)管工作原理是就是利用電子開(kāi)關(guān)器件(如晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅閘流管等)，通過(guò)控制電路，使電子開(kāi)關(guān)器件不停地“接通”和“關(guān)斷”，讓電子開(kāi)關(guān)器件對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)DCAC、DCDC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動(dòng)穩(wěn)壓。
2、開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。
3、隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。
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關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；準(zhǔn)諧振變換；零電壓開(kāi)關(guān) 中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 文章編號(hào)：
0 引 言
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，目前，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)不可缺少的一種電源方式[1]。
由于開(kāi)關(guān)電源頻率的提高，開(kāi)關(guān)電源苦工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)，開(kāi)關(guān)管的電流上升和電壓下降同時(shí)進(jìn)行。關(guān)斷時(shí)，電壓上升和電流下降也同時(shí)進(jìn)行。電壓、電流波形的交疊產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)損耗，該損耗隨開(kāi)關(guān)頻率的提高而急劇增加。為了提高電源的效率，就必須減少開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗。也就是要求開(kāi)關(guān)電源工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
軟開(kāi)關(guān)技術(shù)實(shí)際上就是利用電容與電感的諧振，以使開(kāi)關(guān)管上的電壓或通過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流按正弦或者準(zhǔn)正弦規(guī)律變化，在減少開(kāi)關(guān)損耗的同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生。在軟開(kāi)關(guān)技術(shù)中，有全諧振、準(zhǔn)諧振、多諧振等變換方式[3]。本文引入準(zhǔn)諧振變換方式來(lái)提高開(kāi)關(guān)電源的效率。
1 反激式準(zhǔn)諧振變換基本工作原理
圖1反激式準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)電源的原理圖
圖1所示為反激式準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)電源的原理圖，其中：RP 包括變壓器初級(jí)繞組的電阻以及線路電阻，T為開(kāi)關(guān)變壓器，Lm 為初級(jí)勵(lì)磁電感量，Llk為初級(jí)繞組漏感量，VT為MOS開(kāi)關(guān)管，VD為整流二極管，Co為濾波電容，電容Cr為緩沖電容，也是諧振電容，包括開(kāi)關(guān)管VT 的輸出電容COSS ，變壓器的層間電容以及電路中的其他一些雜散電容。
圖2反激式準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)電源的工作波形
準(zhǔn)諧振變換的工作波形如圖2 所示，在準(zhǔn)諧振變換中，每個(gè)周期可分為4個(gè)不同的時(shí)間段，各時(shí)間段分析如下：
（1）t0～t1 時(shí)段
開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，輸入電壓 全部加到初級(jí)電感 （ 包括勵(lì)磁電感Lm和漏感Llk）上，電感電流以斜率 線性增大。此時(shí)能量被存儲(chǔ)在初級(jí)電感中(稱磁化)，開(kāi)關(guān)管的漏源極電壓 = 0，整流二極管VD 截止。電流達(dá)到 后開(kāi)關(guān)管被關(guān)斷。
開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)間 為：
（1）
（2）t1 ～t2 時(shí)段
t1 時(shí)，MOS開(kāi)關(guān)管被關(guān)斷。先是Lm與Llk串聯(lián)對(duì) 充電，由于 兩端電壓不能突變，開(kāi)關(guān)管的漏源極電壓以斜率為
上升。隨著 的充電，當(dāng) 兩端電壓為 時(shí)( 為整流二極管VD的正向?qū)妷海琋為變壓器T的初次級(jí)匝數(shù)比)，VD導(dǎo)通，儲(chǔ)存在變壓器中的能量通過(guò)變壓器由次級(jí)繞組釋放給負(fù)載，并給電容器Co充電。然后Llk 和Cr發(fā)生振蕩，由于RP的存在，該振蕩為阻尼振蕩。若忽略漏極上的其他電容的影響，其峰值電壓為：
果 ,盡管VT無(wú)法實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通，但是在t4時(shí)刻導(dǎo)通仍然可以最大程度地減小VT的開(kāi)通損耗。
從以上四個(gè)時(shí)段的分析可知，諧振元件僅參與某一時(shí)段的能量變換，沒(méi)有全程參與，故稱為準(zhǔn)諧振變換。
2 電路實(shí)現(xiàn)
圖3 基于TEA1751的準(zhǔn)諧振反激式開(kāi)關(guān)電源的原理圖
圖3就是基于TEA1751的準(zhǔn)諧振反激式開(kāi)關(guān)電源的電路圖，主要元器件有：主芯片TEA1751、變壓器T2、場(chǎng)效應(yīng)管S2、諧振電容C7、輸出整流管D2、光電耦合器IC2、基準(zhǔn)電壓源IC1等，其中TEA1751內(nèi)部有啟動(dòng)電流源、頻率控制、輸出驅(qū)動(dòng)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等電路。
AC 90V-264V電壓經(jīng)過(guò)整流器BD1整流和C1濾波，經(jīng)L1、S1、D1、C10的功率因素校正電路后得到直流高壓電壓，此直流高壓經(jīng)過(guò)中心抽頭和電阻R13連結(jié)至TEA1751的16腳，通過(guò)TEA1751內(nèi)部的高壓電流源穿過(guò)TEA1751 的1腳向C9充電。當(dāng)1腳電壓上升至22V時(shí)，TEA1751由1腳供電。TEA1751的13腳輸出開(kāi)關(guān)脈沖，控制開(kāi)關(guān)管S2的開(kāi)通與關(guān)斷，高壓直流電壓通過(guò)變壓器T2的初級(jí)繞組、S2、R11到電源的地端。此時(shí)T2通過(guò)初級(jí)繞組存儲(chǔ)能量。利用變壓器的同名端作用。這時(shí)的次級(jí)線圈整流管D2因反向電壓而截止。只有當(dāng)S2關(guān)斷，初級(jí)繞組電流有減小趨勢(shì)時(shí)、此時(shí)S2初級(jí)繞組存儲(chǔ)的能量通過(guò)S2的次級(jí)繞組、次級(jí)整流管D2向電容 Cout充電與負(fù)載供電,產(chǎn)生Uo輸出電壓。輸出電壓經(jīng)過(guò)R15，R16電壓取樣以及與IC1基準(zhǔn)電源、取樣信號(hào)放大電路，再經(jīng)過(guò)光電耦合器IC1對(duì)TEA1751的3腳設(shè)置反饋控制電壓，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。過(guò)流檢測(cè)電阻R11 上的電壓也經(jīng)過(guò)R10加到TEA1751的10腳。
開(kāi)關(guān)變壓器的磁復(fù)位檢測(cè)由輔助繞、R12、TEA1751的4腳組成。輔助繞組是去磁檢測(cè)繞組，其兩端電壓波形與開(kāi)關(guān)管S2的漏極電壓基本相同。該電壓一方面經(jīng)過(guò)D2、C9整流濾波后，給芯片TEA1751的1腳供電，另一方面，電壓通過(guò)R12直接通連結(jié)至TEA1751的 4腳。TEA1751的內(nèi)部電路監(jiān)視4腳電壓波形，以便在去磁時(shí)段未結(jié)束前不輸出開(kāi)關(guān)脈沖，并能將開(kāi)關(guān)管S2控制在漏源極電壓降到谷底時(shí)開(kāi)通。同時(shí)TEA1751的4腳還具有過(guò)壓保護(hù)和過(guò)功率保護(hù)的作用。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；應(yīng)用；原理
開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向下移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。
1.開(kāi)關(guān)電源的分類
人們?cè)陂_(kāi)關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開(kāi)發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開(kāi)發(fā)開(kāi)關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開(kāi)關(guān)電源每年以超過(guò)兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，也有AC/AC和DC/AC， 如逆變器。
開(kāi)關(guān)電源工作方式主要有兩種，一種是自激式，這種方式是不需要外加激勵(lì)信號(hào)電路即能自行振蕩，也可以把自激式看做是一個(gè)變壓器反饋式振蕩電路；另一種是它激式，這種方式就是完全依賴外部來(lái)維持振蕩。在實(shí)際應(yīng)用中自激式電源的應(yīng)用較為廣泛，比如在家用電器中使用的開(kāi)關(guān)電源，將220V的交流電經(jīng)過(guò)橋式整流，變換成300V左右的直流電，濾波后進(jìn)入變壓器后加到開(kāi)關(guān)管的集電極進(jìn)行高頻振蕩，反饋繞組反饋到基極維持電路振蕩，負(fù)載繞組感應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓得到的直流電壓給負(fù)載提供電能。
2.開(kāi)關(guān)電源的新技術(shù)
這里所說(shuō)的新技術(shù)，指在最近幾年發(fā)展起來(lái)的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)。
2.1軟開(kāi)關(guān)技術(shù)
軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是使功率變換器得以高頻化的重要技術(shù)之一, 它應(yīng)用諧振的原理, 使開(kāi)關(guān)器件中的電流(或電壓) 按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律變化。當(dāng)電流自然過(guò)零時(shí), 使器件關(guān)斷(或電壓為零時(shí), 使器件開(kāi)通) , 從而減少開(kāi)關(guān)損耗。它不僅可以解決硬開(kāi)關(guān)變換器中的硬開(kāi)關(guān)損耗問(wèn)題、容性開(kāi)通問(wèn)題、感性關(guān)斷問(wèn)題及二極管反向恢復(fù)問(wèn)題, 而且還能解決由硬開(kāi)關(guān)引起的EMI等問(wèn)題。
目前無(wú)源無(wú)損緩沖電路是實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的重要技術(shù)之一, 在直流開(kāi)關(guān)電源中也得到了廣泛的應(yīng)用。軟開(kāi)關(guān)的工作原理是MOS管關(guān)斷后電路中的Lr與Cr間發(fā)生諧振，電壓和電流的波形類似于正弦半波，諧振減緩了開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓和電流的變化，而且使MOS管兩端的電壓在其開(kāi)通前就降為零。
2.2同步整流技術(shù)
同步整流技術(shù)就是用具有低導(dǎo)通電阻特性的MOSFET代替?zhèn)鹘y(tǒng)的肖特基整流二極管，由于MOSFET的正向壓降很小，所以大大降低了整流部分損耗。在開(kāi)關(guān)管動(dòng)作的同時(shí)，對(duì)MOSFET給出[全文]時(shí)序隨電路拓?fù)涔ぷ饕笞飨鄳?yīng)變化的門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由于門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)與MOSFET開(kāi)關(guān)動(dòng)作接近同步，所以稱為同步整流(Synchronous Rectification ,簡(jiǎn)稱SR) 。與肖特基二極管的整流方式相比較，很顯然，在低壓大電流的應(yīng)用中采用同步整流技術(shù)可以獲得更高的效率。
2.3多相變換器技術(shù)
多相變換器（Multiphase Converter）的概念是大約5年前提出的，針對(duì)的應(yīng)用場(chǎng)合就是微處理器類的負(fù)載，因?yàn)樵擃愗?fù)載對(duì)電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、紋波的要求非常嚴(yán)格。要滿足這樣的要求，電源需要工作在非常高的頻率，但開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)速度和損耗成為難以解決的問(wèn)題。這種情況下，多相變換器的概念應(yīng)運(yùn)而生，即采用多個(gè)變換器并聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在開(kāi)關(guān)信號(hào)上作統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)幾個(gè)變換器在一個(gè)完整周期內(nèi)輪流交替運(yùn)行，這樣，開(kāi)關(guān)損耗被幾個(gè)變換器分擔(dān)，而開(kāi)關(guān)頻率則是幾個(gè)變換器的疊加。
3. 開(kāi)關(guān)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇
開(kāi)關(guān)電源的電路多達(dá)幾十種，選擇電路拓?fù)涫且豁?xiàng)非常重要的工作，因?yàn)橄裨骷x擇、磁芯元件選擇、環(huán)路補(bǔ)償?shù)榷既Q于電路拓?fù)洹Ｃ糠N電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有各自的特點(diǎn)，工作過(guò)程不一樣，應(yīng)用場(chǎng)合也不一樣，要根據(jù)電源的要求和技術(shù)指標(biāo)來(lái)選取合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
電路拓?fù)涞姆N類包括buck變換器、反激式變換器、正激式變換器、buck-boost變換器、推挽變換器、諧振變換器、軟開(kāi)關(guān)變換器和符合變換器等，其選擇時(shí)需要考慮的因素包括電源是升壓還是降壓，占空比的實(shí)際限制，輸出的組數(shù)，是否需要隔離，EMI的要求，開(kāi)關(guān)器材選用雙極型晶體管還是MOPSFET，工作電流是否連續(xù)，控制模式是電壓控制還是電流控制模式等。
4.開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向
【關(guān)鍵詞】全橋軟開(kāi)關(guān)電源；負(fù)載-效率最佳工作點(diǎn)；電源休眠；綠色；節(jié)能；創(chuàng)新
1.解決損耗的辦法
1.1變硬開(kāi)關(guān)為軟開(kāi)關(guān)
在眾多損耗中，最重要的損耗是開(kāi)關(guān)電源在開(kāi)關(guān)過(guò)程中由于電流和電壓的交叉導(dǎo)通產(chǎn)生的熱損耗，所以改變電源的工作狀態(tài)，即變硬開(kāi)關(guān)電源為軟開(kāi)關(guān)電源是根本解決辦法。
1.2提高電源的負(fù)載
從圖1可以看出：開(kāi)關(guān)電源在40%額定電流輸出區(qū)間以下，整流器的效率是比較低的，而且輸出電流越小效率越低。但整流器的持續(xù)工作電流過(guò)大一旦達(dá)到或者超過(guò)額定工作電流，其工作穩(wěn)定性要受到影響，因此，從提高整流器的工作效率來(lái)講，我們有必要采取措施確保開(kāi)關(guān)整流器工作在40%-80%的負(fù)載區(qū)間內(nèi)。
綜上所述，現(xiàn)有開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的缺陷是：開(kāi)關(guān)整流器沒(méi)有得到合理的利用，工作效率低，熱損耗大，浪費(fèi)資源。有必要采取合理的技術(shù)措施，避免多個(gè)整流器工作在效率較低的負(fù)載率區(qū)間內(nèi)，提升整個(gè)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的工作效率，降低熱損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。
2.解決電源損耗帶來(lái)的問(wèn)題
2.2可靠性的問(wèn)題
電源的可靠度是時(shí)間和負(fù)載的函數(shù)，時(shí)間越長(zhǎng)，可靠度下降，負(fù)載越大可靠度越低，本來(lái)電源是并聯(lián)工作在小負(fù)載狀態(tài)，當(dāng)認(rèn)為提高負(fù)載后電源的可靠度下降，故可靠性設(shè)計(jì)重要的一個(gè)方面是負(fù)載率的設(shè)計(jì)，根據(jù)元器件的特性及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，元器件的在小負(fù)載率下工作時(shí)，電源系統(tǒng)的可靠性較高的。
2.2電源冗余設(shè)計(jì)的問(wèn)題
冗余電源是用于服務(wù)器中的一種電源，是由兩個(gè)完全一樣的電源組成，由芯片控制電源進(jìn)行負(fù)載均衡，當(dāng)一個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)電源馬上可以接管其工作，在更換電源后，又是兩個(gè)電源協(xié)同工作。冗余電源是為了實(shí)現(xiàn)服務(wù)器系統(tǒng)的高可用性。除了服務(wù)器之外，磁盤(pán)陣列系統(tǒng)應(yīng)用也非常廣泛。電源冗余一般可以采取的方案有容量冗余、冗余冷備份、并聯(lián)均流的N+1備份、冗余熱備份等方式。容量冗余是指電源的最大負(fù)載能力大于實(shí)際負(fù)載，這對(duì)提高可靠性意義不大。冗余冷備份是指電源由多個(gè)功能相同的模塊組成，正常時(shí)由其中一個(gè)供電，當(dāng)其故障時(shí)，備份模塊立刻啟動(dòng)投入工作。這種方式的缺點(diǎn)是電源切換存在時(shí)間間隔，容易造成電壓豁口。并聯(lián)均流的N+1備份方式是指電源由多個(gè)相同單元組成，各單元通過(guò)或門(mén)二極管并聯(lián)在一起，由各單元同時(shí)向設(shè)備供電。這種方案在1個(gè)電源故障時(shí)不會(huì)影響負(fù)載供電，但負(fù)載端短路時(shí)容易波及所有單元。冗余熱備份是指電源由多個(gè)單元組成，并且同時(shí)工作，但只由其中一個(gè)向設(shè)備供電，其他空載。主電源故障時(shí)備份電源可以立即投入，輸出電壓波動(dòng)很小。對(duì)于一些需要長(zhǎng)時(shí)間不間斷操作、高可靠的系統(tǒng)，如基站通信設(shè)備、*設(shè)備、服務(wù)器等，往往需要高可靠的電源供應(yīng)。冗余電源設(shè)計(jì)是其中的關(guān)鍵部分，在高可用系統(tǒng)中起著重要作用。冗余電源一般配置2個(gè)以上電源。當(dāng)1個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，其他電源可以立刻投入，不中斷設(shè)備的正常運(yùn)行。這類似于UPS電源的工作原理：當(dāng)市電斷電時(shí)由電池頂替供電。冗余電源與UPS的區(qū)別主要是由不同的電源同時(shí)供電，而UPS則是一個(gè)電源供電另一個(gè)則隨時(shí)備用，有需要時(shí)自動(dòng)切換。傳統(tǒng)的冗余電源設(shè)計(jì)方案是由2個(gè)或多個(gè)電源通過(guò)分別連接二極管陽(yáng)極，以“或門(mén)”的方式并聯(lián)輸出至電源總線上。如圖1所示。可以讓1個(gè)電源單獨(dú)工作，也可以讓多個(gè)電源同時(shí)工作。當(dāng)其中1個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，由于二極管的單向?qū)ㄌ匦裕粫?huì)影響電源總線的輸出。
3.兩全其美的解決辦法
3.1軟件辦法的電源休眠技術(shù)
從2009年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)各開(kāi)關(guān)電源廠家陸續(xù)推出了結(jié)合自身電源產(chǎn)品的軟件休眠節(jié)能技術(shù)，其普遍的技術(shù)原理是：廠家根據(jù)自身的開(kāi)關(guān)整流器的負(fù)載-效率特性，預(yù)設(shè)一個(gè)合理的負(fù)載率區(qū)間，通過(guò)電源系統(tǒng)監(jiān)控單元實(shí)時(shí)采集整流器輸出電流與總負(fù)載電流，計(jì)算判斷需要工作的整流器數(shù)量，然后通過(guò)整流器遙控開(kāi)/關(guān)機(jī)命令實(shí)現(xiàn)對(duì)整流器的軟關(guān)機(jī)和開(kāi)機(jī)，達(dá)到休眠節(jié)能的目的。
3.2硬件辦法的電源輪流工作技術(shù)
節(jié)能控制器不依賴于開(kāi)關(guān)電源監(jiān)控單元，而是獨(dú)立實(shí)現(xiàn)對(duì)整流器輸出電流總和各模塊工作狀態(tài)的檢測(cè)，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的整流器工作效率區(qū)間，判斷當(dāng)前負(fù)載情況下需要工作的整流器數(shù)量，然后控制加裝在整流器交流輸入前端的繼電器，控制整流器的市電輸入通斷，通過(guò)冷備份方式來(lái)達(dá)到休眠節(jié)能的目的。
4.結(jié)束語(yǔ)
采用電源休眠技術(shù)控制的開(kāi)關(guān)電源，不僅可以提高整個(gè)電源系統(tǒng)的工作效率，減少能源損耗，還可以對(duì)電源輸出狀況進(jìn)行監(jiān)控，有效實(shí)現(xiàn)了“該干活時(shí)就掄起膀子大干，該休閑時(shí)就安靜的休閑”的工作模式杜絕了“干也不好好干，休也休不好”的工作模式，減少了因電源閑置和怠工產(chǎn)生的浪費(fèi)和損失。
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關(guān)鍵詞：電子維修 技工 技師 電源 檢修
彩電原理與維修是中職、高職電子技術(shù)專業(yè)必修課之一，也是電子維修技工、技師的考試科目之一，因其結(jié)構(gòu)、原理較復(fù)雜，故障檢修有一定難度。整機(jī)電路中開(kāi)關(guān)電源電路的故障率最高，且其工作電壓高、電流大和整機(jī)其他電路關(guān)聯(lián)密切，容易產(chǎn)生二次故障，是維修、考試中的難點(diǎn)，尤其是初學(xué)者往往感到無(wú)從下手。在這里根據(jù)其故障機(jī)理及以往一些經(jīng)驗(yàn)以一個(gè)專題的形式歸納、總結(jié)其主要檢修方法、步驟。
一、開(kāi)關(guān)電源始終無(wú)輸出（保險(xiǎn)管正常）的故障檢修
1．測(cè)開(kāi)關(guān)管集電極電壓為0或遠(yuǎn)低于300v，檢查交流220V輸入電路及整流濾波電路；若集電極電壓正常，檢查開(kāi)關(guān)管b極電壓。
2．測(cè)開(kāi)關(guān)管b極電壓或者在關(guān)機(jī)瞬間，用指針萬(wàn)用表Rx1擋，黑筆接b極，紅筆接熱地，如聽(tīng)到震蕩聲音，說(shuō)明開(kāi)關(guān)振蕩部分正常，是啟動(dòng)電路開(kāi)路或斷路問(wèn)題。若無(wú)聲，在測(cè)發(fā)射結(jié)后，迅速將表轉(zhuǎn)到電壓擋，測(cè)c極電壓是否快速泄放。若是，則開(kāi)關(guān)管及其放電回路均正常，正反饋電路存在故障，包括反饋電阻、電容、續(xù)流二極管、正反饋繞組及其開(kāi)關(guān)管故障。若c極電壓仍不泄放，說(shuō)明開(kāi)關(guān)管及其回路有開(kāi)路故障或b極有短路接地故障。
二、開(kāi)關(guān)電源瞬間有電壓輸出的故障檢修技巧
1．假負(fù)載法：斷開(kāi)行供電，在B+接假負(fù)載，監(jiān)測(cè)B+電壓（應(yīng)先將電壓表接到位，開(kāi)機(jī)后即關(guān)機(jī)）。如果高于正常值十幾伏以上，可判斷故障是由開(kāi)關(guān)電源輸出過(guò)壓，并擊穿行輸出管所致，或電源本身的保護(hù)電路動(dòng)作關(guān)斷電源。應(yīng)對(duì)控制開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的脈寬調(diào)制電路和振蕩定時(shí)電容進(jìn)行檢查（后面將專門(mén)講述）。
若開(kāi)關(guān)電源B+正常，則變換負(fù)載或改變市電壓觀察B+是否穩(wěn)定輸出，對(duì)于直接取樣電源可空載，以便更好地判斷開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)定性能，若確認(rèn)其良好，則故障系負(fù)載過(guò)流或保護(hù)電路動(dòng)作所引起。
2．檢查保護(hù)電路：當(dāng)B+正常時(shí)，測(cè)B+對(duì)地阻值，看是否直流輸出端對(duì)地短路。若沒(méi)短路，恢復(fù)行負(fù)載,開(kāi)機(jī)測(cè)保護(hù)電路取樣電壓，逐一監(jiān)測(cè)各保護(hù)檢測(cè)支路，直致查出故障點(diǎn)，不要輕易取消保護(hù)電路，因斷開(kāi)保護(hù)機(jī)器失去保護(hù)功能，如果當(dāng)時(shí)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓過(guò)高，引起燈絲電壓過(guò)高等故障，會(huì)造成嚴(yán)重的后果。
若確實(shí)找不出故障點(diǎn)，可以斷開(kāi)過(guò)流保護(hù)電路，因過(guò)流故障充其量損壞故障電路中的供電回路元件，如限流電阻等，不會(huì)損壞末端負(fù)載。
三、開(kāi)關(guān)電源輸出電壓高的故障檢修技巧
1．判斷整流濾波電路是否為倍壓整流狀態(tài)：測(cè)開(kāi)關(guān)管集電極電壓，若比交流供電電壓高出1.4倍以上，可判斷為開(kāi)關(guān)管集電極電壓高所致，應(yīng)對(duì)倍壓整流電路進(jìn)行檢查。對(duì)于電網(wǎng)電壓比較正常的地區(qū)，可以拆除倍壓整流濾波電路，降低電源故障率。
2．用替換法判斷振蕩定時(shí)電容是否不良。
3．脈寬調(diào)制電路故障也可導(dǎo)致電壓升高。
（1）調(diào)整交流電壓法
用調(diào)壓器改變交流輸入，使B+保持在略高于正常值，然后測(cè)脈寬調(diào)整電路中各級(jí)三極管的b、e、c極電壓，光耦①、②腳間壓降變化，看其是否與穩(wěn)壓原理相符或變化趨勢(shì)一致，測(cè)到某一點(diǎn)與穩(wěn)壓原理應(yīng)得值相反，說(shuō)明被測(cè)點(diǎn)的這一級(jí)有故障，不能正確傳送穩(wěn)壓信息，使穩(wěn)壓失敗，應(yīng)逐一檢查相關(guān)元件。
（2）分割法（適用于直接取樣電源）
以穩(wěn)壓反饋光耦為分水嶺，對(duì)電路實(shí)行分割，確定故障范圍，短路光耦③、④端，觀察B+變化。
a.B+嚴(yán)重下降或停止輸出，說(shuō)明熱底板部分正常，故障點(diǎn)在B+取樣電路及光耦。
b.變化不明顯或無(wú)變化，說(shuō)明熱底板部分有故障，詳細(xì)檢查此部分的脈寬調(diào)整電路。點(diǎn)檢查脈沖調(diào)整電路工作電壓的形成電路，如濾波電容、整流管等，應(yīng)采用替換法，還應(yīng)檢查代換各調(diào)整管和相關(guān)元件，檢查銅皮是否斷路。
注意事項(xiàng)：檢修電壓高的機(jī)器，應(yīng)盡量脫開(kāi)各負(fù)載，B+接假載，避免故障擴(kuò)大，特別是CPU+5V供電取自同一電源的機(jī)器，還用采取保護(hù)措施，防止CPU損壞。
四、開(kāi)關(guān)電源輸出電壓低（帶負(fù)載能力差）的故障檢修技巧
電壓低可能涉及到開(kāi)關(guān)電源自身的各個(gè)部分和與開(kāi)關(guān)電源相關(guān)的所有電路，在檢修時(shí)應(yīng)先縮小故障范圍。
1．先測(cè)開(kāi)關(guān)管c極電壓，確認(rèn)開(kāi)關(guān)管供電正常。
2．根據(jù)開(kāi)關(guān)電源各個(gè)輸出端電壓判斷故障。
（1）開(kāi)關(guān)電源有的輸出端電壓正常，有的低于正常值。故障在輸出電壓低的這個(gè)整流輸出電路，應(yīng)對(duì)電路中的限流電阻、整流二極管、濾波電容進(jìn)行檢查代換，若限流電阻發(fā)燙，說(shuō)明負(fù)載過(guò)流，查負(fù)載。
（2）開(kāi)關(guān)電源各路輸出均低。
這種情況說(shuō)明負(fù)載和整流輸出電路均正常，故障在開(kāi)關(guān)電源的正反饋電路、脈寬調(diào)整、開(kāi)／待機(jī)電路、保護(hù)電路。
（3）輸出電壓有的下降比例大，有的輸出電壓下降比例小。
測(cè)量結(jié)果說(shuō)明故障在輸出電壓下降比例大的電路。此時(shí)可斷開(kāi)此路負(fù)載，如果斷開(kāi)的是行電路，應(yīng)接假負(fù)載。在斷開(kāi)負(fù)載后，再測(cè)開(kāi)關(guān)電源各輸出端電壓，若恢復(fù)正常，可判斷所斷電路的負(fù)載有過(guò)流現(xiàn)象。若仍不正常，說(shuō)明故障在該整流濾波電路。
3．?dāng)嚅_(kāi)主負(fù)載、接上燈泡，判斷是否負(fù)載故障。
有些收臺(tái)圖閃、帶負(fù)載后電壓不穩(wěn)的機(jī)器，難于鑒別故障是在電源或是負(fù)載時(shí)，可以采用“借法”，用此電源帶同等尺寸、相同B+電壓的另一臺(tái)機(jī)器行負(fù)載，進(jìn)行判斷。
4．保留啟動(dòng)、正反饋、軟啟動(dòng)及負(fù)反饋電路。逐一取消各種保護(hù)電路、待機(jī)控制電路末端三極管。開(kāi)機(jī)觀察故障是否消除，確定故障范圍。
注意：兼有穩(wěn)壓作用的電路不能斷開(kāi)（例如光電耦合器）。斷開(kāi)保護(hù)電路時(shí)，須謹(jǐn)慎，并采取防止電壓升高的措施。查熱地部分的負(fù)反饋方法與檢查電壓高的方法相近，采用使B+輸出高的思路（注意改變工作點(diǎn)不能造成B+過(guò)高擴(kuò)大故障）。
引言
隨著社會(huì)信息化的不斷發(fā)展以及先進(jìn)制作工藝的不斷提高，作為大屏幕壁掛式電視和高質(zhì)量多媒體信息顯示的終端——彩色交流等離子體顯示器（AC-PDP）,其屏幕做得越來(lái)越大，功耗越來(lái)越小，電路結(jié)構(gòu)越來(lái)越簡(jiǎn)單，成本也越來(lái)越低。而電源作為AC?PDP的一個(gè)重要組成部分，也向著小型化和簡(jiǎn)單化的方向發(fā)展。
傳統(tǒng)的AC?PDP電源一般采用兩級(jí)方案，即PFC級(jí)＋DC/DC變換的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它們分別有各自的開(kāi)關(guān)器件和控制電路。盡管其能夠獲得很好的性能，但其體積過(guò)大，成本太高，電路比較復(fù)雜。因此，對(duì)其進(jìn)行小型化改造也成了AC-PDP技術(shù)研究的一個(gè)方向。
由于AC?PDP驅(qū)動(dòng)控制電路的復(fù)雜性，導(dǎo)致了其開(kāi)關(guān)電源的復(fù)雜性。分析可知，不管從傳輸能量角度還是從所占體積的角度，PFC模塊和掃描驅(qū)動(dòng)電極DC/DC變換模塊都占有相當(dāng)大的比例。因此，對(duì)這兩部分的改造就成為AC-PDP開(kāi)關(guān)電源小型化改造的一個(gè)切入點(diǎn)。本文根據(jù)單級(jí)功率因數(shù)校正的工作原理，提出了一種AC-PDP電極驅(qū)動(dòng)電源模塊改進(jìn)方案。
1 單級(jí)PFC維持電極電源模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理
本文采用的單級(jí)功率因數(shù)校正變換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。單相交流電經(jīng)全波整流后，通過(guò)串聯(lián)兩個(gè)感性ICS（Input?currentshaping）接到雙管反激的DC/DC變換單元。
圖中的兩個(gè)ICS單元完全相同，即LB1=LB2，LD1=LD2，N1p=N1n。采用這種雙ICS的單元結(jié)構(gòu)是為了減小儲(chǔ)能電容器上的電壓以及流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流。
下面通過(guò)開(kāi)關(guān)管的動(dòng)作過(guò)程分析整個(gè)電路的工作原理以及工作過(guò)程。
1）S1和S2導(dǎo)通期間其簡(jiǎn)化電路如圖2（a）所示。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，儲(chǔ)能電容經(jīng)圖2（a）中右邊回路釋放電能，反激變換器TR開(kāi)始儲(chǔ)能，iDC由零開(kāi)始上升。線圈N1p及N1n分別感應(yīng)產(chǎn)生左負(fù)右正和左正右負(fù)的電壓，D1n和D1p開(kāi)始導(dǎo)通，D2n和D2p截止。Vin經(jīng)圖2（a）中左邊的回路給儲(chǔ)能電容CB1及CB2充電，iin開(kāi)始上升，電感LB1，LB2，LD1，LD2充電。
因?yàn)閂LB1=VLB2，VLD1=VLD2，為了分析方便，令
VLB=VLB1＋VLB2=2VLB1VLD=VLD1＋VLD2=2VLD1在右邊的回路中，根據(jù)基爾霍夫定律有
VLB＋VLD=Vin－VB(1-2N1/Np)>0 （1）
式中：Vin為全波整流后的輸出電壓，即Vin=
Vs|sinωt|；
VB=VB1＋VB2；
N1為繞組N1n及N1p的匝數(shù)；
Np為反激變換器原邊主繞組的匝數(shù)。
又因?yàn)?/p>
VLB=VLB1＋VLB2=LB1(diin/dt)＋LB2(diin/dt) （2）
VLD=VLD1＋VLD2=LD1(diin/dt)＋LD2(diin/dt) （3）
將式（2）及式（3）代入式（1），可得
(LB＋LD)(diin/dt)=Vin-(1-2N1/Np)VB（4）
所以
diLB/dt=Vin-(1-2N1/Np)VB/(LB+LD)
式中：LB=LB1＋LB2；
LD=LD1＋LD2。
2）S1和S2截止期間
簡(jiǎn)化電路圖如圖2（b）所示。此時(shí)iDC等于零，反激變換器給負(fù)載供電。線圈N1P及N1n分別感應(yīng)產(chǎn)生左正右負(fù)和左負(fù)右正的電壓，D1n及D1p反向截止，D2n及D2p續(xù)流導(dǎo)通。根據(jù)基爾霍夫定律有
VLB=LB=Vin－VB<0所以=<0
所以diLB/dt=(Vin-VB)LB<0
從上面的分析可知，當(dāng)Vin<VB時(shí)，D1n，D1p，D2n，D2p全部截止，電流iin為零，電感LB1及LB2中沒(méi)有電流流過(guò)，即回路電流iin存在一個(gè)死區(qū)θ（deadangle），是不連續(xù)的。也就是說(shuō)，在半個(gè)工頻周期內(nèi)，只有一部分時(shí)間電感LB的電流連續(xù)工作，iLB在半個(gè)工頻周期內(nèi)的波形如圖3所示。
由圖3可以看出，當(dāng)輸入電壓為交流正弦波時(shí)，其輸入電流為一含有高頻紋波的近似正弦波。兩者相位基本相同，提高了輸入端的功率因數(shù)。
2 試驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)4電極42英寸（107cm）彩色PDP驅(qū)動(dòng)電路的要求，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源模塊的參數(shù)為：
輸入電壓AC170～250V；
輸出電壓DC200～240V；
輸出電流1A。
實(shí)驗(yàn)電路采用UC3845作為開(kāi)關(guān)管的控制芯片，開(kāi)關(guān)的工作頻率為80kHz。DC/DC變換部分采用雙管反激電路。
實(shí)驗(yàn)測(cè)得，當(dāng)輸入電壓為AC220V，50Hz，輸出功率為240W（240V/1A）時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)為0.786。轉(zhuǎn)換效率為72.5％。此時(shí)得到輸入端的電壓電流波形如圖4所示。
關(guān)鍵詞 Boost變換器;建模;電壓控制模式;小信號(hào);仿真;連續(xù)導(dǎo)通模式
中圖分類號(hào) TM4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1674-6708(2010)18-0066-03
The Modeling and Design for Boost Converter of Small-signal Model Voltage Control CCM Mode
REN Zhiqiang1,CAO Wensi2
1. Zhoukou Architectural Design and Research Academy,Zhoukou466000,China
2. North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power,Zhengzhou450011,China
Abstract For the time-variant and non-linear characteristics of Boost Converters,
the operation modes and the work principle are analyzed. The small signal math model of Boost DC -DC converter is established using the state- space averaging method, The closed-loop control system of voltage mode control was built with mathematical models. the waveforms of simulations of typical Boost converter circuit models and mathematic models were compared by MATLAB software, Simulation results accord with theoretical analysis, showing the validity of proposed modeling method. The simulation result of the closed control system of voltage mode control shows the system is stabile. The method how to select parameter of DC -DC converter is presented.
KeywordsBoost Converters;modeling;voltage mode control;small signal;simulation;CCM
0 引言
直流-直流升壓變換器在單相功率因數(shù)校正(PFC)電路、電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)和其他交直流電源中得到廣泛的應(yīng)用[1-2]。直流-直流變換器是一個(gè)典型的非線性系統(tǒng),運(yùn)行中必然存在著豐富的線性及非線性現(xiàn)象[3-4]。為了設(shè)計(jì)優(yōu)良的變換器控制器,需要對(duì)變換器系統(tǒng)的各種動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行細(xì)致的觀察和分析,對(duì)變換器系統(tǒng)運(yùn)行特性分析及運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)的工作通常是以變換器數(shù)學(xué)模型[5]為研究基礎(chǔ)。
本文基于在低頻、小信號(hào)、小紋波3個(gè)假設(shè)條件下利用狀態(tài)空間平均法[6-7]建立了CCM模式下Boost變換器小信號(hào)模型,并按照其數(shù)學(xué)模型組建了電壓控制模式閉環(huán)控制系統(tǒng)。并應(yīng)用MATLAB對(duì)Boost變換器的電路模型和狀態(tài)空間平均法數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真對(duì)比,仿真結(jié)果與理論分析一致,證明了所提出的建模方法的正確性。同時(shí)對(duì)電壓模式控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,表明系統(tǒng)是穩(wěn)定的。并給出了設(shè)計(jì)DC-DC 變換器參數(shù)選擇方法,為實(shí)際開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試提供了新的思路。
1 Boost變換器工作原理與建模
1.1 Boost變換器工作原理
Boost 電路的基本拓?fù)潆娐啡鐖D1 所示。Boost DC-DC變換器由功率開(kāi)關(guān)S、儲(chǔ)能電感L、續(xù)流二極管D、濾波電容C、負(fù)載電阻R、電感線圈的電阻 和輸入電壓 組成。變換器有電感電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作方式[3],開(kāi)關(guān)電源變換器工作在連續(xù)模式時(shí): ,開(kāi)關(guān)電源變換器工作在連續(xù)模式時(shí): 。設(shè)電路在CCM工作模式,電路分開(kāi)關(guān)S導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)兩個(gè)階段,開(kāi)關(guān)S導(dǎo)通時(shí),為電感L儲(chǔ)能階段,此時(shí)電源不向負(fù)載提供能量,負(fù)載靠?jī)?chǔ)于電容C的能量維持工作,開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),電源和電感共同向負(fù)載供電,此時(shí)還給電容C充電。
1.2 建模分析
DC-DC 變換器的建模方法較多,這里采用狀態(tài)空間平均法。因?yàn)檫@種方法是平均法的一階近似[8],其物理概念清楚,可利用線性電路和古典控制理論對(duì)DC-DC 變換器進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和小信號(hào)分析。
若DC-DC變換器工作于CCM,可由式(1)、 (2)描述它的兩個(gè)線性工作模態(tài):
式(1) 和式(2)中為功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通占空比, ,為導(dǎo)通時(shí)間,T 是開(kāi)關(guān)周期; ,是狀態(tài)變量, 是電感電流, 是電容電壓, 是開(kāi)關(guān)變換器的輸入電壓;為輸出狀態(tài)變量;A1,A2,B1,B2,C1,C2是系數(shù)矩陣,與電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)有 關(guān)。
電壓型控制方式的基本原理圖如下圖2所示,系統(tǒng)輸出電壓(V0)經(jīng)過(guò)采樣得到圖中的VFB。VFB與基準(zhǔn)電壓Vref比較,誤差放大后得到Vc,PWM比較器將Vc和固定頻率的鋸齒波(Vs)比較,輸出一組控制脈沖控制功率開(kāi)關(guān)管V的導(dǎo)通和關(guān)斷。這些脈沖的寬度隨誤差信號(hào)Vc的變化而變化,它們決定輸出能量的大小,當(dāng)負(fù)載消耗能量增大時(shí),脈沖寬度增大;負(fù)載消耗能量減小時(shí),輸出脈沖寬度減小,這樣維持輸出電壓相對(duì)穩(wěn)定。
2 Boost變換器電路設(shè)計(jì)
2.1 主電路設(shè)計(jì)
假設(shè)輸入電壓選定為Vi=5V,輸出電壓定為V0=10V。
2.1.1 開(kāi)關(guān)頻率的確定
提高電源開(kāi)關(guān)頻率,可以相應(yīng)減小電源體積,但同時(shí)開(kāi)關(guān)損耗也急劇增加,工作頻率( )和開(kāi)關(guān)損耗( )的關(guān)系大致為:
,在本仿真實(shí)驗(yàn)中開(kāi)關(guān)頻率定為10kHZ
2.1.2 占空比的確定
考慮二極管正向壓降后, ,當(dāng)采用同步整流技術(shù)后由于整流管壓降很低所以其壓降不予考慮, 。
2.1.3 輸出濾波電容的確定
輸出濾波電容的選擇與電源變換器的類型、最大輸出工作電流和開(kāi)關(guān)頻率等因素有關(guān).目前所使用的電容大多數(shù)是低ESR值的電解電容。可根據(jù)允許輸出電壓脈動(dòng)的峰-峰值來(lái)設(shè)計(jì)電容
=
依據(jù)ESR(等效串聯(lián)電阻)最小的原則考慮來(lái)選擇輸出濾波電容。本設(shè)計(jì)中選擇電容值為2 000,由此可見(jiàn),輸出電容越大,開(kāi)關(guān)頻率越高,則輸出紋波越低。
2.1.4 輸出濾波電感的確定
電感的作用是保持恒定的電流,即限制電流的變化率,電感值正比于輸入電壓而反比于輸出功率。電感的大小決定了開(kāi)關(guān)電源主回路處于CCM還是DCM工作狀態(tài)。根據(jù)式
,為保證一定裕量,電感電流連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)時(shí),選取大于的標(biāo)準(zhǔn)電感值50 。
2.1.5 開(kāi)關(guān)管的確定
功率MOSFET的特點(diǎn)是開(kāi)通關(guān)斷速度快,采用電壓方式驅(qū)動(dòng),對(duì)于本設(shè)計(jì)中的小功率DC-DC轉(zhuǎn)換器,選用功率MOSFET作功率開(kāi)關(guān)管是不錯(cuò)的選擇。開(kāi)關(guān)管的電流應(yīng)力:。
開(kāi)關(guān)管的漏源之間電壓最大值出現(xiàn)在由導(dǎo)通轉(zhuǎn)換為截止的瞬間,若連續(xù)二極管的開(kāi)關(guān)特性是理想的,且設(shè)其導(dǎo)通時(shí)二極管正向壓降為零,則電壓應(yīng)力為: , 考慮二極管正向壓降,則有。據(jù)此可以選擇開(kāi)關(guān)管。
2.2 控制電路設(shè)計(jì)
2.2.1 PWM環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)
在開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)中,調(diào)節(jié)器的輸出u為直流電平,與鋸齒波相比較,得到占空比D隨u變化地PWM信號(hào),其原理如圖3所示。因此PWM環(huán)節(jié)將控制量u由電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間信號(hào)D。
設(shè)us上升段的斜率為k,則占空比D與直流電平u間的關(guān)系為,
2.2.2 調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)
開(kāi)關(guān)電源中的調(diào)節(jié)器,根據(jù)給定信號(hào)與反饋信號(hào)相減得到的誤差信號(hào)來(lái)計(jì)算控制量u,用以控制開(kāi)關(guān)的占空比,常用的調(diào)節(jié)器有比例-積分(PI)調(diào)節(jié)器和比例-積分-微分(PID)調(diào)節(jié)器。
PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為: ,還可以寫(xiě)成如下形式:
由于這一形式為比例和積分兩項(xiàng)的和,因此,該調(diào)節(jié)器被稱為比例-積分(PI)調(diào)節(jié)器, 比例-積分-微分(PID)調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為:
還可以表示為:它可以看成是比例、積分和微分項(xiàng)的和。
2.2.3 電壓模式控制系統(tǒng)
利用上面建立的各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù),可以做出該系統(tǒng)的方框圖如圖4
(a)狀態(tài)空間平均模型仿真結(jié)果(b)基于Matlab/Power System Blockset仿真結(jié)果
圖5仿真結(jié)果
由上述參數(shù)可得,狀態(tài)空間平均模型仿真參數(shù)為: =100,
250,=20000,=10000。仿真結(jié)果如圖5(a),利用Simulink 中的Power system blockset模塊庫(kù),對(duì)Boost變換器電路模型進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果如圖5(b)。
3.2 電壓模式控制系統(tǒng)仿真
。為了能使系統(tǒng)穩(wěn)定,選 。使用Matlab可以仿真出系統(tǒng)的博德(Bode)圖如圖10所示,根據(jù)對(duì)數(shù)穩(wěn)定判據(jù),可知Z=P-N,其中P=0,由系統(tǒng)的傳遞函數(shù)得出,N為相頻特性曲線穿越的次數(shù),從上圖所示可知N=0,所以系統(tǒng)是穩(wěn)定的。
4 結(jié)論
分析了CCM模式下Boost變換器的工作原理后,基于在低頻、小信號(hào)、小紋波3個(gè)假設(shè)條件下利用狀態(tài)空間平均法建立了其小信號(hào)模型,并按照其數(shù)學(xué)模型組建了電壓控制模式閉環(huán)控制系統(tǒng)。并應(yīng)用MATLAB對(duì)Boost變換器的電路模型和狀態(tài)空間平均法數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真對(duì)比,仿真結(jié)果與理論分析一致,證明了所提出的建模方法的正確性。同時(shí),對(duì)電壓模式控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,表明系統(tǒng)是穩(wěn)定的。并給出了設(shè)計(jì)DC-DC 變換器參數(shù)選擇方法,為實(shí)際開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試提供了新的思路。
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【關(guān)鍵詞】 開(kāi)關(guān)電源；多路輸出；發(fā)展綜述
中圖分類號(hào)：TG434.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
開(kāi)關(guān)電源是通信設(shè)備中不可缺少的基礎(chǔ)部件之一，伴隨著通信產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的現(xiàn)代通信設(shè)備需要同時(shí)輸入多路不同的電壓對(duì)設(shè)備進(jìn)行供電。為了滿足現(xiàn)代通信設(shè)備需要多路電壓對(duì)其進(jìn)行供電的要求，有效的提高通信設(shè)備工作時(shí)的穩(wěn)定性與可靠性，需要研制出穩(wěn)定性好、可靠性高的多路輸出開(kāi)關(guān)電源，給通信設(shè)備工作的穩(wěn)定性、可靠性提供有效的保證。
一、多路輸出開(kāi)關(guān)電源技術(shù)
早期人們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)多電源供電的需求，主要采用每個(gè)供電端均采用獨(dú)立的開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行供電。雖然這樣能夠使得各個(gè)輸出電源都精確穩(wěn)定，但是這樣會(huì)使得電源系統(tǒng)的元器件繁多，而且尺寸也往往較大。同時(shí)，當(dāng)各個(gè)部分的開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管工作頻率不相同時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生拍頻干擾。因此針對(duì)以上情況，人們考慮到需要采用單個(gè)變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)多路輸出的要求，因此才有了多路輸出開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。多路輸出開(kāi)關(guān)電源的整體穩(wěn)壓精度直接由其控制變量決定，只有在控制變量的個(gè)數(shù)不小于輸出的支路數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)各路的精確穩(wěn)壓。
二、多路輸出開(kāi)關(guān)電源技術(shù)綜述
1、單變壓器多繞組多路輸出技術(shù)
圖1所示為正激變換器的簡(jiǎn)單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即常規(guī)的單變壓器多繞組多路輸出技術(shù)，其主輸出電壓為Vout-m。
圖1 單變壓器多繞組多路輸出變換器
此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主輸出部分采用脈寬調(diào)制方式進(jìn)行精確穩(wěn)壓，而輔助輸出Vout-s，不進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，只是通過(guò)變壓器的交叉調(diào)節(jié)方式對(duì)輔助輸出電壓進(jìn)行調(diào)整。采用這種調(diào)節(jié)方式所帶來(lái)的問(wèn)題主要是：(1)由于變壓器存在一定的漏感及繞組電阻，使得輔助輸出電壓Vout-s出現(xiàn)交叉調(diào)節(jié)誤差，從而導(dǎo)致輔助輸出電壓調(diào)節(jié)精度不高；(2)當(dāng)電感L2上的電流或是電感L3上的電流不連續(xù)時(shí)，Vout-s變化顯著。由于常規(guī)的單變壓器多路輸出模式設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，所以在對(duì)主路輸出電壓精確要求較高，而對(duì)輔助輸出電壓要求較低的場(chǎng)合得到了較為廣泛的應(yīng)用。
2、耦合電感多路輸出技術(shù)
耦合電感多路輸出變換器如圖2所示，它是基于常規(guī)的單變壓器多繞組多路輸出模式上進(jìn)行改進(jìn)的。圖中所示的濾波電感L2與L3按照正激變換器中變壓器的繞制方法，繞制在同一磁芯上，主輸出電壓采用脈寬調(diào)制方式是進(jìn)行精確穩(wěn)壓，輔助輸出電壓由變壓器與耦合電感共同進(jìn)行調(diào)節(jié)。跟變壓器的交叉調(diào)節(jié)方式相比較，耦合電感的多路輸出變換器其工作穩(wěn)定。不足之處依然是變壓器與耦合電感存在一定的漏感和繞組電阻，輔助輸出電壓Vout-s同樣的存在交叉調(diào)節(jié)誤差。
圖2 耦合電感的多路輸出變換器
3、磁放大器后置調(diào)節(jié)技術(shù)
由于常規(guī)的多路輸出變換器技術(shù)與耦和電感多路輸出變換器技術(shù)，都僅是對(duì)主輸出電壓進(jìn)行反饋，而輔助輸出電壓部分處于開(kāi)環(huán)工作狀態(tài)，使得輔助輸出穩(wěn)壓精度相對(duì)較差與負(fù)載調(diào)整率相對(duì)較低，這就直接導(dǎo)致了在輔助輸出電壓穩(wěn)壓精度要求較高，同時(shí)負(fù)載調(diào)整率也要求較高的場(chǎng)合，其應(yīng)用受到了極大的限制。基于傳統(tǒng)多路輸出DC/DC變換器的一系列缺點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)在輔助輸出部分加入磁放大器后級(jí)調(diào)整模塊，能夠?qū)o助端的輸出電壓達(dá)到有效的調(diào)節(jié)，得到了性能較高的輔路輸出電壓。磁放大器利用電感能夠飽和的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能，它的作用就相當(dāng)于一個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件：在飽和的情況下，磁放大器中的相對(duì)磁導(dǎo)率趨近零，磁放大器處于短路狀態(tài)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；在非飽和情況下，它的相對(duì)磁導(dǎo)率趨近無(wú)窮大，磁放大器處于截止?fàn)顟B(tài)。在磁放大器的材料選擇上，因磁放大器采用高矩形度的飽和電感來(lái)充當(dāng)電路中常規(guī)的開(kāi)關(guān)器件，所以在實(shí)際的應(yīng)用中要盡量選取B-H磁滯曲線較小的磁性材料。磁放大器后置調(diào)節(jié)技術(shù)的原理圖如圖3所示。
圖3 磁放大器后置調(diào)節(jié)變換器
4、同步開(kāi)關(guān)后置調(diào)節(jié)多路輸出技術(shù)
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究與分析，對(duì)磁放大器后置調(diào)節(jié)方式的不足加以改善，把后級(jí)電路的磁放大器換成功率開(kāi)關(guān)管器件，也就是所謂的同步開(kāi)關(guān)后置調(diào)節(jié)技術(shù)。其工作原理與磁放大器后置調(diào)節(jié)方式相同，同樣是利用開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)功能，對(duì)后級(jí)的輸出電壓進(jìn)行二次調(diào)節(jié)，達(dá)到提高輔路輸出電壓的精確度與穩(wěn)定性。同步開(kāi)關(guān)后置調(diào)節(jié)多路輸出變換器如圖4所示
圖4 同步開(kāi)關(guān)的后置調(diào)節(jié)變換器
同步開(kāi)關(guān)的后置調(diào)節(jié)方式，對(duì)主輸出電壓Vout-m進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，輔路輸出電壓Vout-s利用功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)原理進(jìn)行二次調(diào)節(jié)，使多路輸出變換器的各路輸出電壓精確度與穩(wěn)定性得到了顯著提高。同樣這種調(diào)節(jié)方式也有它的一些缺點(diǎn)：當(dāng)主控支路電感L2上的電流斷續(xù)時(shí)，開(kāi)關(guān)管Q1的占空比將變小，這就導(dǎo)致了輔輸出電壓Vout-s可調(diào)節(jié)的范圍變窄，甚至導(dǎo)致輔輸出無(wú)法調(diào)節(jié)。
三、多路輸出開(kāi)關(guān)電源新技術(shù)綜述
1、單繞組實(shí)現(xiàn)多路輸出技術(shù)
單繞組技術(shù)是相對(duì)于多個(gè)繞組而言的，是利用變壓器同一個(gè)次級(jí)繞組產(chǎn)生多路輸出的技術(shù)。拓?fù)湟?jiàn)圖5，以兩路輸出為例，該拓?fù)溥€同時(shí)應(yīng)用了同步整流與同步開(kāi)關(guān)復(fù)合的技術(shù)。其工作原理如下：在變壓器電壓變?yōu)檎蛑埃琎R處于導(dǎo)通狀態(tài)，在變壓器的電壓上升沿處QR關(guān)斷，一段延時(shí)后，QF和QS導(dǎo)通，在所要求的PWM持續(xù)時(shí)間結(jié)束時(shí)，由二次側(cè)控制器關(guān)斷。圖6是該拓?fù)涫褂妹}沖后沿調(diào)制理想的開(kāi)關(guān)和控制波形。
圖5 同一次級(jí)繞組實(shí)現(xiàn)多路輸出拓?fù)?/p>
圖6 變換器理想的開(kāi)關(guān)與控制波形
在隔離式多路變換器中，利用同一個(gè)繞組實(shí)現(xiàn)多路輸出變換器很明顯的一個(gè)特點(diǎn)就是將磁性元件的數(shù)量減到最小。同步整流與同步開(kāi)關(guān)后置調(diào)節(jié)技術(shù)的復(fù)合使用，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①可實(shí)現(xiàn)QR與QF的零電壓開(kāi)通，二次側(cè)的正向FETs自身帶有一個(gè)開(kāi)通延時(shí)，使初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)零電流開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)高效率；②初次級(jí)沒(méi)有任何信號(hào)需要傳遞；③初級(jí)側(cè)可在固定的占空比下獨(dú)立工作，沒(méi)有交叉調(diào)節(jié)或最小負(fù)載要求；④所有二次側(cè)開(kāi)關(guān)自動(dòng)與變壓器波形同步，變換器只有一個(gè)工作頻率，簡(jiǎn)化了EMI濾波設(shè)計(jì)；⑤應(yīng)用同步整流技術(shù)，適用于需要多個(gè)值相近的低壓大電流輸出的場(chǎng)合。不足之處是同步整流技術(shù)的應(yīng)用，使得驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)較為嚴(yán)格，而且兩組驅(qū)動(dòng)之間需要一個(gè)延時(shí)電路。
2、單電感實(shí)現(xiàn)多路輸出技術(shù)
這是一種非隔離型的多路輸出變換器，拓?fù)湟?jiàn)圖7。該拓?fù)浒瑑蓚€(gè)子變換器A，B，共用一個(gè)電感L和開(kāi)關(guān)S1，采用分時(shí)復(fù)用(Time-multi-plexing)，實(shí)現(xiàn)兩路電壓輸出，變換器工作在不連續(xù)導(dǎo)通模態(tài)(CDM)。
圖7 單電感雙路輸出變換器
圖8是SIDO變換器的TM控制圖解，令Φa，Φb持續(xù)時(shí)間相同，相位互補(bǔ)。則當(dāng)Φa=1時(shí)，Sb斷開(kāi)，沒(méi)有電流流經(jīng)輸出Vob，首先關(guān)閉S1，電感電流IL增加，持續(xù)時(shí)間為D1aT，由輸出誤差放大器決定。在D2aT時(shí)間里，S1打開(kāi)，Sa閉合，電感電流被傳遞到輸出Voa，這時(shí)需要一個(gè)零電流檢測(cè)器，當(dāng)檢測(cè)到電感電流為零時(shí)，變換器進(jìn)入D3aT時(shí)段，Sa再次打開(kāi)。電感電流一直保持為零，直到Φb=1。這里，D1a，D2a，D3a需滿足以下條件：
D1a+D2a≤1/2
D1a+D2a+D3a=1
在Φb=1時(shí)段，變換器B重復(fù)上面的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，故使得兩個(gè)輸出交替調(diào)節(jié)。
圖8 SIDO變換器的時(shí)間控制圖解
多路輸出技術(shù)的特點(diǎn)是需要較少的電感、功率器件和控制環(huán)，降低電源的成本和體積，而且這種拓?fù)浜苋菀妆煌卣箒?lái)實(shí)現(xiàn)多路輸出。但這種技術(shù)采用新穎的TM控制策略，要求變換器只能工作在不連續(xù)導(dǎo)通模態(tài)。這種多路輸出變換器適用于各種便攜式設(shè)備。
結(jié)束語(yǔ)
采用多電源供電的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是很常見(jiàn)的，本文就近年來(lái)電源多路輸出技術(shù)的發(fā)展做了歸納。多路輸出技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷更新進(jìn)步，如今將伴隨著移動(dòng)通訊設(shè)備，數(shù)字處理系統(tǒng)的發(fā)展，朝著纖巧、高效、低成本的方向發(fā)展，且已成為片上電源管理系統(tǒng)采用的有效節(jié)能手段。
參考文獻(xiàn)
[1] 文露，謝運(yùn)祥. 開(kāi)關(guān)電源多路輸出技術(shù)控制方法綜述[J]. 電源技術(shù)應(yīng)用. 2009(06)
