开关电源产生浪涌电流的原因维修步骤及常见故障原因

在各种过去和现在常用的电源中,开关电源是很普及的,一般可以满足任何设计要求。这种电源很经济,但在工业设计中也存在一些问题。这就是很多开关电源(特别是大功率开关电源),都存在一个固有的缺点:在加电瞬间要汲取一个较大的电流。这个浪涌电流可能达到电源静态工作电流的1O倍~100倍。由此,至少有可能产生两个方面的问题。第一,如果直流电源不能供给足够的启动电流,开关电源可能进入一种锁定状态而无法启动;第二,这种浪涌电流可能造成输入电源电压的降低,足以引起使用同一输入电源的其它动力设备瞬间掉电。
    传统的输入浪涌电流限制方法是串联负温度系数热敏限流电阻器(NTC),然而这种简单的方法具有很多缺点:如NTC电阻器的限流效果受环境温度影响较大、限流效果在短暂的输入主电网中断(约几百毫秒数量级)时只能部分地达到、NTC电阻器的功率损耗降低了开关电源的转换效率……。其实上面提出的这两个问题可以通过一个“软启动电路”来解决,下面详细介绍之。
    1 开关电源浪涌电流产生的原因
    开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路,在进线电源合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零,电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流,特别是大功率开关电源,采用容量较大的滤波电容器,使浪涌电流达100A以上。在电源接通瞬间如此大的浪涌电流,重者往往会导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏,整流桥过流损坏;轻者也会使空气开关合不上闸。上述现象均会造成开关电源无法正常工作,为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路,以保证二手机器人电源正常而可靠运行。
    2 软启动电路电气工作原理
    如果采用“软启动电路”来消除开关电源启动时的浪涌电流,可以很好地避免上述传统浪涌电流限制方法的缺点。通过“软启动”来控制开关电源的启动以消除浪涌电流,包含这样两条设计原则:即在加电瞬间除去负载、同时限制有用的电流。如果不驱动负载,开关电源启动时一般电流很小。在很多情况下,启动电流实际有可能要比利用这种方法保持的稳态工作电流小。

1、修理开关电源时,首先用万用表检测各功率部件是否击穿短路,如电源整流桥堆,开关管,高频大功率整流管;抑制浪涌电流的大功率电阻是否烧断。再检测各输出电压端口电阻是否异常,上述部件如有损坏则需更换。
    2、第一步完成后,接通电源后还不能正常工作,接着要检测功率因数模块(PFC)和脉宽调制组件(PWM),查阅相关资料,熟悉PFC和PWM模块每个脚的功能及其模块正常工作的必备条件。
    3、然后,对于具有PFC电路的电源则需测量滤波电容两端电压是否为380VDC左右,如有380VDC左右电压,说明PFC模块工作正常,接着检测PWM组件的工作状态,测量其电源输入端VC ,参考电压输出端VR ,启动控制Vstart/Vcontrol端电压是否正常,利用220VAC/220VAC隔离变压器给开关电源供电,用示波器观测PWM模块CT端对地的波形是否为线性良好的锯齿波或三角形,如TL494 CT端为锯齿波,FA5310其CT端为三角波。输出端V0的波形是否为有序的窄脉冲信号。
    4、在开关电源维修实践中,有许多开关电源采用UC38××系列8脚PWM组件,大多数电源不能工作都是因为电源启动电阻损坏,或芯片性能下降。 当R断路后无VC,PWM组件无法工作,需更换与原来功率阻值相同的电阻。当PWM组件启动电流增加后,可减小R值到PWM组件能正常工作为止。在修一台GE DR电源时,PWM模块为UC3843,检测未发现其他异常,在R(220K)上并接一个220K的电阻后,PWM组件工作,输出电压均正常。有时候由于外围电路故障,致使VR端5V电压为0V,PWM组件也不工作,在修柯达8900相机电源时,遇到此情况,把与VR端相连的外电路断开,VR从0V变为5V,PWM组件正常工作,输出电压均正常。
    5、当滤波电容上无380VDC左右电压时,说明PFC电路没有正常工作,PFC模块关键检测脚为电源输入脚VC,启动脚Vstart/control,CT和RT脚及V0脚。修理一台富士3000相机时,测试一板上滤波电容上无380VDC电压。VC,Vstart/control,CT和RT波形以及V0波形均正常,测量场效应功率开关管G极无V0 波形,由于FA5331(PFC)为贴片元件,机器用久后出现V0端与板之间虚焊,V0信号没有送到场效应管G极。将V0端与板上焊点焊好,用万用表测量滤波电容有380VDC电压。当Vstart/control 端为低电平时,PFC亦不能工作,则要检测其端点与外围相连的有关电路。
    总之,开关电源电路有易有难,功率有大有小,输出电压多种多样。只要抓住其核心的东西,即充分熟悉开关电源的基本结构以及PFC及PWM模块的特性,它们工作的基本条件,按照上述步骤和方法,多动手进行开关电源的维修,就能迅速地排除开关电源故障,达到事半功倍的效果。
    一般情况是:
    1、开关电源不启振,一般查看开关频率是否正确、保护电路是否封锁、电压反馈电路、电流反馈电路又没问题,开关管是否击穿等。
    2、变压器发热或发出“嗞嗞嗞”声,一般是开关频率不对;
    3、输出电压电源指示灯一闪一闪的一般是副边有短路的。

 


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