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开关电源的经典电路之一 图1 东元7200PA 37kW变频器开关电源电路 图1所示电路为单端正激式隔离型开关稳压电源。电路由分立元件组成，非常简洁，故障率较低。与由UC3844振荡芯片为主干构成的电源电路有所不同，但电路原理与检查方法都是相近的。 开关电源的供电取自直流回路的530V直流电压，由端子CN19引入到电源/驱动板。 电路原理简述：由R26-R33电源启动电路提供VT2上电时的起始基极偏压，由VT2的基极电流Ib的产生，导致了流经TC2主绕组Ic的产生，继而正反馈电压绕组也产生感应电压，经R32、VD8加到VT2基极；强烈的正反馈过程，使VT2很快由放大区进入饱合区；正反馈电压绕组的感应电压由此降低，VT2由饱合区退出进入放大区，Ic开始减小；正反馈绕组的感应电压反向，由于强烈的正反馈作用，VT2又由放大状态进入截止区。以上电路为振荡电路。VD2、R3将VT2截止期间正反馈电压绕组产生的负压，送入VT1基极，迫使其截止，停止对VT2的Ib的分流，R26-R33支路再次从电源提供VT1的起振电流，使电路进入下一个振荡循环过程。 5V输出电压作为负反馈信号（输出电压采样信号）经稳压电路，来控制VT2的导通程度，实施稳压控制。稳压电路由U1基准电压源、PC1光电耦合器、VT1分流管等组成。5V输出电压的高低变化，转化为PC1输入侧发光二极管的电流变化，进而使PC1输出测光电三极管的导通内阻变化，经VD1、R6、PC1调整了VT2的偏置电流。以此调整输出电压使之稳定。 在VT2截止期间，开关变压器TC2中储存的磁能量，由二次电路进行整流滤波释放给负载电路，在VT2导通期间，TC2从电源吸取能量进行储存。在二次绕组上产生交变的感应电压，正向脉冲宽度较大，幅值较低，经正向整流后提供负载电路的供电；反向脉冲宽度极窄，但因无电流释放回路，故能维持较高的幅值。VT2饱合导通时，将TC2的一次绕组接入直流530V电源的两端，因而二次绕组所感应的负向脉冲电压，是能反映TC2主绕组供电电压高低的。VD11和VD12接于同一个次级绕组上，VD12将“大面积低幅度”的正向脉冲整流作为5V供电，而VD11却将“小面积而幅度高”的负向脉冲做负向整流后，经R20、C19、R19、C17等元件简单滤波处理后，将此能反映一次主绕组供电高低的-42V电压信号，作为直流电路电压的检测信号，送入CPU。如图2所示，供显示直流电压值和参与CPU程序控制之用。 图2 直流回路电压采样等效电路及波形示意图 直流回路的直流电压检测信号，即为VD11的后续R、C电路输出的-42V电压信号。属于对直流回路电压的间接采样。这几乎成为电压检测电路的一个机密，好多维修人员从与直流回路有联系的电路上查找电压检测电路，结果是可知的。此一电路功能的揭示，对相关故障检修有重要的意义。 为驱动电路供电的6组相互隔离的整流、滤波电路，省略未画。 对开关电源故障的检修，要找出其中关键的脉络。主要有两个电路环节： 1）振荡支路——包括起振电路和正反馈信号回路。起振电路：由TC2一次绕组、VT2的C、E极构成VT2的IC电流回路，和由启动电阻R26—R33、VT2的发射结构成的（Ib）起振回路；由TC2的正反馈绕组（有时称自供电绕组，本电路中兼有两种身份）、R32、VD8构成的正反馈回路。起振回路和正反馈回路，两者结合，共同提供了和满足了VT2的振荡条件。 2）稳压支路——U1、PC1、VT1构成了对输出电压的采样电路和电压误差放大电路，以VT1对VT2的IC的分流作用实现对输出电压的调整。 在实际工作中，开关电源电路的两个支路其实共同构成了对VT2的Ib的控制。显然，稳压支路会影响到振荡支路。如VT2的漏电或击穿，将会造成对VT2的Ib分流过大，导致电路停振。电路停振肯定不单只是振荡电路本身的问题，但检修的步骤，却可以围绕两个支路来展开。 故障实例1 接手一台7200GA-41kVA变频器，属雷击故障。检查三相整流模块其中一块短路；开关电源电路中开关管VT2，分流控制管VT1都已击穿短路。开关变压器TC2的一次绕组受冲击而开路。 采购整流模块、电源损坏元件。开关变压器TC2须采购原配件。因市售晶体管的耐压一般在900V以下，也需采购原型号或工作参数与原管子接近的元件。分流控制管最好有原型号管子，如不易购到，可用市售彩电开关电源中的分流管代用。 拆下电源/驱动板，更换损坏元件。上电，测各路输出电压正常，连接CPU主板，屏显正常。检测驱动电路的六路触发脉冲正常，整机装配后，带电机试验。修复。 故障实例2 该机在遭受雷击损坏修复后，运行了一个多月，又出现了奇怪的故障现象：运行当中出现随机停机现象，可能几天停机一次，也可能几个小时停机一次；起动困难，起动过程中电容充电接触器“哒哒”跳动，起动失败，但操作面板不显示故障代码。费些力气起动成功后又能运转一段时间。 将控制板从现场拆回，将热继电器的端子短接，以防进入热保护状态不能试机；将充电接触器的触点检测端子短接以防进入低电压保护状态不能试机，进行全面检修，检查不出什么异常，都是好的呀。 又将控制板装回机器，上电试机，起动时充电接触器“哒哒”跳动，不能起动。拔掉12CN插头散热风扇的连线，为开关电源减轻负载后，情况大为好转，起动成功率上升。仔细观察，起动过程中显示面板的显示亮度有所降低，判断故障为开关电源带负载能力差。 拆下电源/驱动板，从机外送入直流500V维修电源，单独检修开关电源电路。 各路电源输出空载时，输出电压为正常值。将各路电源输出加接电阻性负载，电压值略有降低；+24V接入散热风扇和继电器负载后，5V降为4.7V，此时屏显及其它操作均正常。但若使变频器进入起动状态，则出现继电器“哒哒”跳动，间或出现“直流电压低”、“CPU与操作面板通信中断”等故障代码，使操作失败。测量中，当5V降为4.5V以下时，则变频器马上会从起动状态变为待机状态。详查各电源负载电路，均无异常。 分析：控制电源带负载能力差的判断是正确的。由于CPU对电源的要求比较苛刻，不低于4.7V时，尚能勉强工作；但当低于4.5V时，则被强制进入“待机状态”；在4.7V-4.5V之间时，则检测电路工作发出故障报警。 意想不到的是此故障的检修竟然相当棘手，遍查开关电源的相关元器件竟“无一损坏”！试将U1（KA431AZ）的基准电压分压电阻之一的R1（5101）并联电阻试验，其目的是改变分压值而使输出电压上升。测输出电压略有上升，但带载能力仍差。细观察线路板，分流调整管VT1似有焊接痕迹，但看其型号为原型号，即使更换也是从同类机中拆换的。该机的开关管VT2为高反压和高放大倍数的双极型晶体管，市场上较难购到，况电路对这两只管子的参数有较严格的要求。再结合故障分析，可能为VT2低效，如β值降低等，使TC2储能下降，电路带载能力变差；也可能为VT1的工作偏移，对VT2基极电流分流能力过强，使电源带载能力变差。试调整电路，将分流调整管的工作点下调，使之降低对VT2基极电流的分流作用，进而提升开关管VT2的导通能力，使TC2储能增加。 试将与电压反馈光耦串接的电阻R6（330Ω）串联47Ω电阻以减小VT1的基极电流，进而降低其对VT2的分流能力，使电源的带载能力有所增强。上电试机，无论加载或起动操作，均稳定输出5V，故障排除！ 故障推断：VT1有老化现象，放大能力下降，故经分流后的Ib值不足使其饱合导通（导通电阻增大）而使电源带载能力变差；分流支路有特性偏移现象，使分流过大，VT1得不到良好驱动，从而使电源带载能力差。 附记：以后该台变频器又因模块损坏故障送修，手头有QM5HLL-24管子，故换掉VT2，将串接47Ω电阻解除，恢复原电路后，开关电源工作正常。说明该机器开关电源电路带载能力差的故障原因，确为VT2开关管低效所致。 来源：《变频器电路维修与故障实例分析》咸庆信著 |
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