开关电源的基本原理和在变频电路中的作用

控振荡器的定时端,通过接上合适的RC网络,使输出的PWM波控制在20KHZ―100KHZ之间。
 a―1 2脚、3脚是输出取样反馈端,用于检测开关电源的输出,以便进行PWM调制控制,从而达到稳压的目的。 在变频器系统中,开关电源需要输出:一组5V/DC、一组±12V/DC、四组20V/DC等多组电压。其中5V/DC 主要用作主板及控制板的供电,±12V/DC用作霍尔检测器件的供电,四组20V/DC用作IGBT的触发供电。变频器的型号及品牌不同,其开关电源的电压值也不尽相同,但基本构架是一样的,在此仅以下图为例讲一讲开关电源的工作原理。
 a―2 如图a―2所示:电源经D1―D4、C1、C2整流滤波之后,通过降压电阻R3到了UC3844的7脚电源正端,为其供电,UC3844通过检测当7脚电压大于10V时,控制内部压控振荡器开始工作,通过R8、C5将PWM的频率控制在要求范围之内。此时6脚输出PWM信号去控制开关管Q1的通断,R10是开关管的电流检测电阻,通过检测R10的电压值来实时调整PWM的脉冲宽度,从而达到自动稳压的目的。在图中变压器的副绕组通过D6、C7、C8整流滤波之后到了UC3844的7脚,增强了UC3844的驱动能力。C9、R11、D5是开关管的滤波吸收网络,目的在于吸收变压器的反向脉冲,保护开关管。
AC-1――AC-4是开关变压器的次级输出绕组,通过D7、D8、D9、D10、C10、C11---C17进行整流滤波后输出对后级电路进行供电。了解了开关电源的原理之后,让我们来看看如果开关电源出现问题应该怎样进行维修。开关电源的几个维修步骤如下: 1、检测整流电路D1―D4是否击穿或断路,滤波电路的电容是否损坏,平衡电阻R1、R2是否正常,降压电阻R3是否烧断或阻值增大失效(断电情况下测试)。 2、检测开关管b-e结、c-e结是否有击穿短路现象、测量开关变压器各个绕组是否有短路现象,以确定开关管、及开关变压器的好坏(断电情况下测试)。 3、检测次级输出绕组的整流滤波元件,重点察看滤波电容是否鼓包或损坏,以排除次级电路短路的可能。 4、检测吸收回路D5、R11、C9是否正常(断电情况下测试)。 5、在确定上述元件正常的情况下,我们可以把开关电源板从变频器上取下单独对其进行加电试验。用调压器缓缓地调至开关电源的额定电压值,此时应能听到变压器起振时的吱吱声,如没有听到起振的声音,用万用表检测UC3844的电源正、负级之间是否有12V―16V左右的直流电压。 6、在确定UC3844的供电端电压正常后,可用示波器察看一下UC3844的6脚是否有PWM波输出到开关管的触发端(根据电路设计的不同,PWM波的频率一般在20KHZ―100KHZ之间)。 7、如果没有PWM波输出,则更换定时元件C5、R8、C6或UC3844。经过上述几个步骤的排除,开关电源应该可以正常工作了。在变频器中,开关电源的种类很多,但基本原理都是一样的,比如说每个PWM管理芯片都有供电端、定时元件RC网络、输出PWM波的端口等,只要我们了解了它们的工作原理,按照一定的方法步骤都能够把故障排除掉。

案例1:台达变频器(故障现象:上电无显示)经检测发现电源主回路、充电电阻、主回路接触器都正常,因此确定为开关电源板故障。按照上述维修步骤对开关电源板进行测量。在进行第一步测量时,发现直流母线560V到PWM调制芯片之间的的330KΩ/2W的降压电阻损坏,标称330KΩ/2W的电阻,实际测量值达2MΩ以上,因此PWM调制芯片得不到启动的电源,所以无法起振工作。为谨慎起见又检测了开关管、变压器、整流二极管及滤波电容等关键器件,在确定没问题之后上电试验,OK!开关电源起振,输出各组电压正常,装回变频器后开机试验正常,此变频器修复完毕(注:维修人员在维修中,一定要养成习惯:发现坏元件后不要急于更换试机,一定要把功率大的、容易坏的元件都测一下,确定没问题后再试机,这样既安全又保险)。

案例2:台安变频器(故障现象:上电无显示)经检测发现电源主回路、充电电阻、主回路接触器都正常,故障确定在电源板。按照维修步骤对开关电源板进行测量。第一步测量通过,第二步测量时发现开关管c-e结击穿,将其拆下,然后检测变压器、及整流二极管、滤波电容等关键器件,在确定没问题之后上电试验,输出各组电压正常,装机测试正常,故障排除。

装上新的开关管上电试验,随着调压器电压的升高,可以听到起振的吱吱声,就是有点响,把电压调到额定电压后测量输出电压低于正常值,不到2分钟,突然闻到一股烧焦的味,保险丝就断了,赶快断电发现开关管很烫手,测量发现其已经击穿。
拆下开关管通电试验,测量PWM调制芯片的电源端对地有12V左右的电压,用示波器看芯片的PWM输出端,发现有PWM波输出且频率在30 KHZ左右,也正常。因此怀疑刚换的开关管质量不行,又换上一只,上电试验,结果又把管子给烧了,断电后无意之间碰到了吸收回路的元件,发现烫手,可是在测量的时候正常啊,于是又测一遍,还是正常。干脆把吸收回路先拆了,又换上一只管子通电试验,发现变压器的吱吱声小了,测量各组输出电压也正常。运行了20分钟开关管也没再烧,断电后触摸开关管微热,属正常起热状态,因此判断故障在吸收回路,更换吸收回路元件,故障排除。


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