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開關(guān)電源原理范文1
[關(guān)鍵詞]液晶彩電；開關(guān)電源；工作原理；檢修技術(shù)
中圖分類號：TM30 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-0278（2013）03-132-03
電源電路是液晶彩電重要的電路組成部分，其主要作用是為液晶彩電提供各種穩(wěn)定的直流電壓。開關(guān)電源分為串聯(lián)型開關(guān)電源和并聯(lián)型開關(guān)電源，液晶彩電的開關(guān)電源電路采用的均是并聯(lián)型開關(guān)電源。
一、液晶彩電開關(guān)電源的工作原理
（一）液晶彩電的開關(guān)電源組成
液晶彩電的開關(guān)電源主要由過流過壓保護電路、抗干擾電路、整流濾波電路、PFC（功率因數(shù)校正）電路、主開關(guān)電源電路、副開關(guān)電源電路及其它一些輔助電路等組成。液晶彩電開關(guān)電源組成框圖如圖1。
接通220V電源后副電源先工作，輸出+5V電壓給數(shù)字板上的微處理器（CPU），整機進入待機狀態(tài)。當(dāng)操作本機面板或遙控器上的開機鍵后，微處理器（CPU）輸出開機電平，功率因數(shù)校正（PFC）電路與主開關(guān)電源電路工作，整機進入正常工作狀態(tài)。值得一提的是，在部分液晶彩電中，CPU輸出開機電平后，電源板上的PFC電路先工作，將+300V脈動直流電壓轉(zhuǎn)換成正常的直流電壓（+380V左右）后，這時主開關(guān)電源的脈寬振蕩器才開始工作，主開關(guān)變壓器次級輸出+12V、+24V電壓。也就是說，在這類開關(guān)電源中，若PFC電路不工作，則主開關(guān)電源無輸出。下面對各部分電路的作用及特點作一介紹。
1.過流過壓保護電路
當(dāng)電路有過流或過壓時，保險管燒斷，斷開電源，保護電路元件。
2.交流抗干擾電路
交流抗干擾電路的作用有以下兩個：一是濾除交流220V市電網(wǎng)中的高頻干擾，以防影響液晶彩電的正常工作；二是濾除開關(guān)電源自身工作時產(chǎn)生的干擾信號，以防污染市電網(wǎng)，從而干擾其他電路和電器。該電路位于市電的輸入處，其特征元件是電感與電容。
3.+300V整流電路
在液晶彩電中，+300V整流電路的作用是將交流市電變換成脈動直流電，其整流方式通常采用全橋整流。由于該電路后接功率因數(shù)校正（PFC）電路，故+300V整流后的濾波電容容量較小，通常采用0.1uF-0.47uF/450V的絳綸電容。
4.主開關(guān)電源電路
主開關(guān)電源的作用是輸出+12V、+24V等電壓，供給信號處理板及背光燈驅(qū)動板。這部分電路通常以一塊PWM調(diào)控芯片為中心組成，其特征元件是開關(guān)變壓器與輸出電壓整流濾波元件。值得一提的是：由于+24V或+12V的輸出電流較大，故對整流二極管要求較高，一般采用低壓差的大功率肖特基二極管，不能換用普通的整流二極管。
5.副開關(guān)電源電路
副開關(guān)電源的作用是輸出+5V電壓供給CPU。由于該電路的輸出功率較小，只要接通電源，該部分電路即進入工作狀態(tài)。
6.功率因數(shù)校正（PFC）電路
功率因數(shù)校正（PFC）電路的作用是將供電電壓和電流的相位校正為同相位，提高功率因數(shù)，并將市電整流后的電壓提升到約380V。
（二）液晶彩電開關(guān)電源工作原理分析
下面以TCLLCD3726液晶彩電的開關(guān)電源工作原理為例進行分析。該電源主要由抗干擾電路、橋式整流電路、濾波電路、PFC（功率因數(shù)校正）電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路等電路組成。電路框圖如圖2。該開關(guān)電源的優(yōu)點是工作范圍寬、功耗低。效率達到98%以上，并且具有過流、過熱、過壓等完善的保護功能。
TCL LCD3726液晶彩電的開關(guān)電源電路原理圖如附錄所示。
從原理圖看電路主要由三部分組成：一是以驅(qū)動控制電路IC6（NCP1377）和大功率MOSFET開關(guān)管Q5為核心的副電源，為主板提供+12V電壓，降壓后向微處理器控制系統(tǒng)提供+5V電源，同時為開關(guān)電路提供VCC（+15V）電壓；二是該機主開關(guān)電源主要由開關(guān)電源控制芯片IC2（NCP1217）、MOSFET場效應(yīng)開關(guān)管Q2、開關(guān)變壓器T1、光耦I(lǐng)C3、精密基準(zhǔn)電源IC4、待機、開機控制管Q4、Q12、IC5等組成，為主板提供+24V電壓；三是以IC1（NCPl650）、MOSFET場效應(yīng)管01等組成的功率因數(shù)校正（PFC）電路，將+300V電壓提升到約+400V。
開機后，交流220V電壓通過電源線接到保險管F1及由CX1、LF1、CX2、LF2等組成的抗干擾電路把供電電路引入的各種電磁干擾抑制掉，消除電網(wǎng)電壓中的高頻干擾脈沖；再經(jīng)BD1、C1、C2、C3等組成的橋式整流電路整流濾波輸出約300V直流電壓。
整流濾波后約300V的直流電壓分四路：第一路通過開關(guān)變壓器T1初級繞組加至場效應(yīng)管Q2漏極D上，為該管提供工作電源；第二路經(jīng)過D3加在主開關(guān)電源控制器IC2（NCPl217）的⑧腳，給IC2提供啟動電壓，經(jīng)集成塊內(nèi)部電路到⑥腳給電容C21充電，當(dāng)充電到12.5V時，IC2開始啟動，IC2進入正常的工作狀態(tài)，連接⑧腳和⑥腳的內(nèi)部電路斷開，C2通過IC2內(nèi)部電路進行放電，同時IC2⑤腳輸出驅(qū)動信號，使Q2導(dǎo)通；第三路通過開關(guān)變壓器T2初級繞組加至場效應(yīng)管Q5漏極D上，為該管提供工作電源；第四路經(jīng)過D11加在副開關(guān)電源控制器IC6（NCPl377）的⑧腳，給IC6提供啟動電壓，經(jīng)IC6內(nèi)部的恒流源給C34充電，當(dāng)C34電壓達到12.5V左右時，IC6開始啟動，連接⑧腳和⑥腳的內(nèi)部電路斷開，C34開始通過IC6內(nèi)部電路進行放電，同時IC6⑤腳輸出驅(qū)動信號，經(jīng)R40加到開關(guān)管Q5的柵極G，控制Q5的工作狀態(tài)（導(dǎo)通或截止）。Q5工作后漏極電流產(chǎn)生變化，T2輔助繞組上感應(yīng)電壓，經(jīng)D3整流、C34濾波、ZD5穩(wěn)壓后得VCC（15V）電壓給IC6供電，IC6正常工作。T2次級產(chǎn)生的+12V電壓，在主板降壓后得到+5V電壓為控制系統(tǒng)供電。此時開關(guān)機電路將主電源IC2（NCP1217）的②腳電壓拉低而停止工作；二次開機后開關(guān)機控制電路解除對IC2②腳的控制，主電源啟動工作，為主板提供+24V電壓，同時，還為PFC校正電路ICl提供VCC供電，PFC校正電路啟動工作，將+300V提升到+400V，整機進入開機狀態(tài)。
主開關(guān)電源穩(wěn)壓電路由IC3、IC4等元件組成，當(dāng)+24V電壓上升時，IC3的導(dǎo)通電流變大，IC2②腳電壓降低，IC2⑤腳輸出激勵脈沖電壓寬度變窄，使主開關(guān)管Q2導(dǎo)通時間變短，+24V電壓下降；當(dāng)+24V電壓下降時，IC3的導(dǎo)通電流變小，IC2②腳電壓升高，IC2⑤腳輸出激勵脈沖電壓寬度變寬，使主開關(guān)管Q2導(dǎo)通時間變長，+24V電壓上升。
主開關(guān)電源過流保護電路由開關(guān)管Q2的源極（s極）電阻R20、取樣電阻R17、濾波電容C22、IC2的③腳電流檢測端組成。當(dāng)流過Q2的電流增大時，R20上的電壓隨之增大，加到IC2③腳的電壓亦增大，當(dāng)該腳電壓增大到閥值電壓時，IC2關(guān)斷⑤腳輸出，Q2截止，開關(guān)變壓器T1停止輸出24V電壓。
主開關(guān)電源過壓保護電路設(shè)在開關(guān)電源的二次側(cè)，由取樣電路的穩(wěn)壓管ZD2、ZD3和Q3、IC3等元件組成，配合穩(wěn)壓控制電路，對一次側(cè)驅(qū)動塊在電路IC2進行控制。當(dāng)電路有過壓時，ZD2、ZD3被擊穿導(dǎo)通，Q3導(dǎo)通，IC3導(dǎo)通使IC2②腳電壓降低，IC2⑤腳沒有激勵電壓輸出，主開關(guān)管Q2停止工作，從而達到過壓保護的目的。
副開關(guān)電源穩(wěn)壓電路由IC7、IC8等元件組成，當(dāng)+12V電壓上升時，IC8的導(dǎo)通電流變大，IC6②腳電壓降低，IC6⑤腳輸出激勵脈沖電壓寬度變窄，使副開關(guān)管Q5導(dǎo)通時間變短，+12V電壓下降；當(dāng)+12V電壓下降時，IC8的導(dǎo)通電流變小，IC6②腳電壓升高，IC6⑤腳輸出激勵脈沖電壓寬度變寬，使副開關(guān)管Q6導(dǎo)通時間變長，+12V電壓上升。
副開關(guān)電源過流保護電路由開關(guān)管Q5的源極（s極）電阻R39、取樣電阻R42、濾波電容C32、IC6的③腳電流檢測端組成。當(dāng)因某種原因使流過開關(guān)管Q5的源極（s極）電阻R39的電流增大時，壓降會升高，經(jīng)R42使IC6的③腳電壓上升，當(dāng)該腳電壓上升到閥值電壓時，IC6將關(guān)斷⑤腳輸出，Q5截止，開關(guān)變壓器T2停止輸出12V電壓。
副開關(guān)電源過壓保護電路由開關(guān)變壓器T2的一組二次繞組、限流電阻R35、濾波電容C31、IC6的①腳過電壓檢測端等構(gòu)成，當(dāng)輸入T2的電壓過大時，T2繞組也感應(yīng)出過大的電壓，經(jīng)R35送到IC6的①腳，當(dāng)檢測電路檢測到①腳電壓超過額定數(shù)值7.2V時，IC6⑤腳停止輸出驅(qū)動脈沖，使Q5截止，T2停止輸出電壓，從而起到保護作用。
二、液晶彩電開關(guān)電源電路的檢修技術(shù)
（一）液晶彩電開關(guān)電源電路的檢修方法
為提高液晶彩電維修的速度，下面簡單談一談維修時常用的方法：
1.直觀檢測法
直觀檢測法是指檢修人員通過視覺、聽覺、嗅覺、觸覺和經(jīng)驗找出故障的一種方法。首先了解電視機引起故障的原因和故障現(xiàn)象，初步判斷故障部位；然后開機殼采取針對性的檢查，如看電源線有無斷線，印制板有無裂紋，銅箔有無斷裂，元器件有無燒壞的痕跡。通電后看機內(nèi)有無異常，若有應(yīng)立即切斷電源進行檢查。
2.測電壓法
電壓檢測法是通過測量電路或元器件的工作電壓，并與正常值進行比較分析，判斷故障的一種方法。主要測試電路的關(guān)鍵點電壓、晶體管的各極工作電壓以及集成電路各腳電壓。因為這些電壓是判斷電路、晶體管或集成電路工作狀態(tài)是否正常的重要依據(jù)。將測得的電壓數(shù)據(jù)與正常工作電壓進行比較，判斷故障電路或故障元件。一般來說，電壓變化大的地方，就是故障所在的部位。
3.測電阻法
指用萬用表電阻擋測量集成電路、晶體管各腳或電路中某點對地電阻值，以及各元器件自身電阻值來判斷部位的一種方法。它是檢修電視機最基本的方法之一，對檢測開路或短路性故障和驅(qū)動故障元件最有效。實際使用測電阻法時，由兩種方法，即“在路”電阻檢測法和“開路”電阻檢測法。使用測電阻法時應(yīng)注意以下兩點：
（1）在路測量晶體管或集成電路對地電阻值時，因為晶體管或集成電路內(nèi)部的PN結(jié)正向和反向電阻值的不同造成萬用表紅、黑表筆交替接地時所測量的電阻值不同。指針萬用表測量時紅表筆接地時測得的電阻值為正向電阻，黑表筆接地時測得的電阻值為反向電阻；數(shù)字萬用表測量時黑表筆接地時測得的電阻值為正向電阻，紅表筆接地時測得的電阻值為反向電阻。
（2）在路測量某一元件兩端的阻值時，應(yīng)認真分析和充分考慮電路其他元器件與被測元器件的串、并聯(lián)的影響。
4.元件代替法
指用規(guī)格相同性能良好的元件，代替故障機上某個被懷疑而又不便測量的元器件來檢查故障的一種方法。如果將某個元器件替換后，故障消除了，則證明原懷疑的元件確實壞了；否則，說明懷疑有誤，此法應(yīng)用比較普遍。
5.假負載法
在維修開關(guān)電源時，為區(qū)分故障是出在負載電路還是電源本身，經(jīng)常需要斷開負載，并在電源主輸出端（一般為12V；24V）加上假負載進行試機。假負載一般選取（30～60W）/12V的燈泡，根據(jù)燈泡是否發(fā)光和發(fā)光的亮度，可知電源是否有電壓輸出及輸出電壓的高低，優(yōu)點是直觀方便。
（二）故障檢修實例
檢修實例1：
故障現(xiàn)象：開機三無（無光柵、無圖像、無伴音）、電源指示燈不亮
故障分析：開機三無（無光柵、無圖像、無伴音）、電源指示燈不亮，首先觀察保險是否燒斷，如果燒斷（嚴(yán)重變黑），說明電路由嚴(yán)重短路故障，應(yīng)重點檢查壓敏電阻ZV1、抗干擾電容CX1、CX2、整流橋BDl、濾波電容C1、C2、C3、C16、C17、功率因數(shù)校正場效應(yīng)管Q1有無擊穿短路，若上述元件都正常，則檢查場效應(yīng)管Q2、Q5是否擊穿，如果Q2擊穿還應(yīng)檢查變壓器反峰吸收電路D4、C19等元件。如果保險管未燒斷，應(yīng)檢查副開關(guān)電源電路。
故障檢修：打開機殼，觀察保險已燒斷（嚴(yán)重變黑），用萬用表的電壓檔測量PFC輸出端已無電壓，關(guān)機后用電阻擋測其對地正反向電阻值約為0Ω，說明有元件擊穿短路。把濾波電容C16、C17焊出測量均正常，把場效應(yīng)管Q2焊出測量S、D極之間的正反向電阻值均為OQ，說明Q2已擊穿。把C19、R16、D4焊出檢測均正常。
處理方法：更換同型號的場效應(yīng)管Q2、保險管，開機工作正常。
檢修實例2：
故障現(xiàn)象：開機三無（無光柵、無圖像、無伴音）、電源指示燈亮
故障分析：開機三無（無光柵、無圖像、無伴音）、電源指示燈亮，說明副開關(guān)電源已工作，故障在主電源、主電路板或逆變器電路。測量+24V電壓是否正常，若+24V無輸出，先測量IC2（NCPl217）的⑧腳是否有啟動電壓，測量開關(guān)機控制電路012的集電極電壓是否為5V，是則查IC2（NCPl217）及其外部元件是否正常，否則檢查開關(guān)機控制電路的Q4、Q12。+24V正常則檢查主電路或逆變器電路。
故障檢修：開機，用萬用表的電壓檔測量+24V電壓為0V，測量IC2（NCPl217）的⑧腳電壓約為+380V，測量IC2（NCPl217）的②腳電壓約為0V，測量待機控制P-ON端電壓為高電平，測量Q4的c極電壓約為0.03V，測量012的C極電壓約為0V。關(guān)機，用萬用表電阻擋測量012的C-E極在路正反向電阻值接近0Q，把012焊出測量其內(nèi)部電阻接近0Q，說明Q12已擊穿。
處理方法：更換同型號Q12，故障排除。
開關(guān)電源原理范文2
【關(guān)鍵詞】開關(guān)電源;分類;原理;布局;故障檢修
1.引言
隨著許多高新技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新。開關(guān)電源的設(shè)計要以安全性、可靠性為首要原則，在各種指標(biāo)滿足正常使用要求的條件下，為使電源在突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，本文將詳細的分析開關(guān)電源的分類、結(jié)構(gòu)、原理、布局、故障提出及檢修的技巧分析探討以供大家參考。
圖1 開關(guān)電源原理框圖
2.開關(guān)電源的分類
顧名思義，開關(guān)電源就是利用電子開關(guān)器件（如晶體管、場效應(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)器件對輸入電壓進行脈沖調(diào)制，從而實現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動穩(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（后面簡稱變壓器開關(guān)電源）還可以進一步分成：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;如果從用途上來分，還可以分成更多種類。
3.開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)
開關(guān)電源主要由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份構(gòu)成。
（1）主電路
沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。
輸入濾波器：其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。
整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。
逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分。
輸出整流與濾波：根據(jù)負載需要，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)定值進行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對電源進行各種保護措施。
（3）檢測電路
提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。
（4）輔助電源
實現(xiàn)電源的軟件（遠程）啟動，為保護電路和控制電路（PWM等芯片）工作供電。
4.開關(guān)電源原理
我們的各種電路系統(tǒng)里常常會用到開關(guān)電源，主要用于獲得一定功率的直流電源（多數(shù)是24V），我們常看到的開關(guān)電源外觀上多數(shù)象一個小主箱，通過表面開出的很多散熱孔可以看到里面的電路板。
高頻開關(guān)電源由以下幾個部分組成：
（1）主電路
從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過程，包括：①輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。②整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級變換。③逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越校。④輸出整流與濾波：根據(jù)負載需要，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，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對整機進行各種保護措施。
（3）檢測電路
除了提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表數(shù)據(jù)。
（4）輔助電源
提供所有單一電路的不同要求電源。開關(guān)控制穩(wěn)壓原理開關(guān)K以一定的時間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān)K接通時，輸入電源E通過開關(guān)K和濾波電路提供給負載RL，在整個開關(guān)接通期間，電源E向負載提供能量;當(dāng)開關(guān)K斷開時，輸入電源E便中斷了能量的提供。可見，輸入電源向負載提供能量是斷續(xù)的，為使負載能得到連續(xù)的能量提供，開關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲能裝置，在開關(guān)接通時將一部份能量儲存起來，在開關(guān)斷開時，向負載釋放。
改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時間比率控制”
（TimeRatioControl，縮寫為TRC）。按TRC控制原理，有三種方式：
（1）脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModula-tion，縮寫為PWM）開關(guān)周期恒定，通過改變脈沖寬度來改變占空比的方式。
（2）脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModula-tion，縮寫為PFM）導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過改變開關(guān)工作頻率來改變占空比的方式。
（3）混合調(diào)制導(dǎo)通脈沖寬度和開關(guān)工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。
開關(guān)電源原理框圖見圖1所示。
（1）通電瞬間，燈泡閃亮一下后，逐漸熄滅，則電源從輸入至整流濾波均正常，故障應(yīng)在后面電路。否則電源保險或輸入濾波電感開路。
（2）若整流濾波電路正常，則檢測開關(guān)管兩端是否有310V電壓，若無，則取樣電阻R0或變壓器初級開路。
（3）若開關(guān)管電壓正常，則檢測開關(guān)管驅(qū)動電路是否有幾伏至十幾伏電壓，若無則檢測啟動電阻和驅(qū)動電路。
（4）若驅(qū)動有電壓，開關(guān)管正常，則自激繞組有故障或反饋電路有故障。
（5）若燈泡常亮，則開關(guān)管擊穿（短路）或整流橋擊穿（短路）。
（6）若燈泡周期性亮滅，則負載有短路故障，可著重檢測負載。
（7）若更換開關(guān)管多次擊穿，則檢測峰值電壓消除電路及負載是否有開路故障。
（8）經(jīng)過上述維修步驟并檢測負載電壓基本正常后，即可閉合開關(guān)K，再次檢測時若輸出正常，則說明開關(guān)電源已修復(fù)。
注意：開關(guān)電源負反饋電路及變壓器次級絕不能開路，否則會損壞電路其他部分。
5.開關(guān)電源的布局
開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。
當(dāng)設(shè)計高頻開關(guān)電源時，布局非常重要。良好的布局可以解決這類電源的許多問題。因布局而出現(xiàn)的問題，通常在大電流時顯現(xiàn)出來，并且在輸入和輸出電壓之間的壓差較大時更加明顯。一些主要的問題是在大的輸出電流和/或大的輸入/輸出電壓差時調(diào)節(jié)能力的下降，在輸出和開頭波形上的額外噪聲，以及不穩(wěn)定性。應(yīng)用下面的幾個簡單原則就可以把這類問題最小化。
（1）電感器
開關(guān)電源盡量使用低EMI（Electro Magnetic Interference）的帶鐵氧體閉合磁芯的電感器。比如圓形的或封閉的E型磁芯。如果開口磁芯（open cores）具有較低的EMI特性，并且離低功率導(dǎo)線和元件較遠，也可以使用。如果使用開口磁芯，使磁芯的兩極與PCB板垂直也是一個好主意。棒狀磁芯（stick cores）通常用來消除大部分不需要的噪聲。
（2）反饋
盡量使反饋回路遠離電感器和噪聲源。還要盡可能使反饋線為直線，并且要粗一點。有時需要在這兩種方案之間折衷一下，但使反饋線遠離電感器的EMI和其它噪聲源是兩者當(dāng)中更關(guān)鍵的一條。在PCB上使反饋線位于與電感器相對的一側(cè)，并且中間用接地層分開。
（3）濾波電容器
當(dāng)使用小容量瓷質(zhì)輸入濾波電容器時，它應(yīng)該盡可能靠近IC的VIN引腳。這將消除盡可能多的線路電感影響，給內(nèi)部IC線路一個更干凈的電壓源。開關(guān)電源一些設(shè)計需要使用前饋電容器從輸出端連接到反饋引腳，通常是為了穩(wěn)定性的原因。在這種情況下，它的位置也應(yīng)該盡量靠近IC。使用表貼電容還會減少引線長度，從而減少噪聲耦合進因通孔元件而造成的有效天線（effective antenna）。
（4）補償
如果為了穩(wěn)定性，需要加入外部補償元件，它們也應(yīng)該盡量靠近IC。這里也建議使用表貼元件，原因同對濾波電容的討論。這些元件也不應(yīng)該離電感器太近。
（5）走線和接地層
使所有的電源（大電流）走線盡可能短、直、粗。在一塊標(biāo)準(zhǔn)PCB板上，最好使走線的每安絕對最小寬度為15mil（0.381mm）。電感器、輸出電容器和輸出二極管應(yīng)該盡可能靠在一起。這樣可以幫助減少在大開關(guān)電流流過它們時，由開關(guān)電源走線引起的EMI。這也會減少引線電感和電阻，從而減少噪聲尖峰、鳴震（ringing）和阻性損耗，這些都會產(chǎn)生電壓誤差。IC的接地、輸入電容器、輸出電容器和輸出二極管（如果有的話）應(yīng)該一起直接連接到一個接地面。最好在PCB的兩面都設(shè)置接地面。這樣會減少接地環(huán)路誤差和吸收更多的由電感器產(chǎn)生的EMI，從而減少了噪聲。對于多于兩層的多層板，可以用接地面分開電源面（電源走線和元件所在的區(qū)域）和信號面（反饋和補償元件所在的區(qū)域）以提高性能。在多層板上，需要使用通孔把走線和不同的面連接起來。如果走線需要從一個面?zhèn)鬏斠粋€較大的電流到另一個面，每200mA電流使用一個標(biāo)準(zhǔn)通孔，是一個良好的習(xí)慣。
排列元件，使得開頭電流環(huán)同方向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)開頭調(diào)節(jié)器的運行方式，有兩種功率狀態(tài)。一個狀態(tài)是當(dāng)開頭閉合時，另一個狀態(tài)是當(dāng)開頭斷開時。在每種狀態(tài)期間，將由當(dāng)前導(dǎo)通的功率器件產(chǎn)生一個電流環(huán)。排列功率器件，以使每種狀態(tài)期間電流環(huán)的導(dǎo)通方向相同。這會防止兩個半環(huán)之間的走線產(chǎn)生磁場反轉(zhuǎn)，并可減少EMI的放射。
（6）散熱
當(dāng)使用表貼功率IC或外部功率開關(guān)時，PCB通常可以用作散熱器。這就是用PCB上的敷銅面來幫助器件散熱。參照特定器件手冊中有關(guān)使用PCB散熱的信息。這通常可以省去開關(guān)電源外加的散熱裝置。
6.開關(guān)電源常見故障及檢修技巧
6.1 開關(guān)電源常見故障
（1）保險燒或炸;（2）無輸出，保險管正常;（3）有輸出電壓，但輸出電壓過高;（4）開關(guān)電源負載有短路故障;（5）輸出電壓端整流二極管、濾波電容失效。
6.2 開關(guān)電源檢修技巧
（1）針對保險燒或炸的故障主要檢查300V上的大濾波電容、整流橋各二極管及開關(guān)管等部位，抗干擾電路出問題也會導(dǎo)致保險燒、發(fā)黑。需要注意的是：因開關(guān)管擊穿導(dǎo)致保險燒一般會把電流檢測電阻和電源控制芯片燒壞。負溫度系數(shù)熱敏電阻也很容易和保險一起被燒壞。
（2）針對無輸出，保險管正常的這種現(xiàn)象說明開關(guān)電源未工作或進入了保護狀態(tài)。首先要測量電源控制芯片的啟動腳是否有啟動電壓，若無啟動電壓或者啟動電壓太低，則要檢查啟動電阻和啟動腳外接的元件是否漏電，此時如電源控制芯片正常，則經(jīng)上述檢查可以迅速查到故障。若有啟動電壓，則測量控制芯片的輸出端在開機瞬間是否有高、低電平的跳變，若無跳變，說明控制芯片壞、振蕩電路元件或保護電路有問題，可先代換控制芯片，再檢查元件;若有跳變，一般為開關(guān)管不良或損壞。
（3）對于有輸出電壓，但輸出電壓過高的這種故障一般來自于穩(wěn)壓取樣和穩(wěn)壓控制電路。在直流輸出、取樣電阻、誤差取樣放大器如TL431、光耦、電源控制芯片等電路共同構(gòu)成一個閉合的控制環(huán)路，任何一處出問題就會導(dǎo)致輸出電壓升高。
（4）開關(guān)電源負載有短路故障（特別是DC/DC變換器短路或性能不良等），此時，應(yīng)該斷開開關(guān)電源電路的所有負載，以區(qū)分是開關(guān)電源電路還是負載電路有故障。若斷開負載電路電壓輸出正常，說明是負載過重;或仍不正常說明開關(guān)電源電路有故障。
開關(guān)電源原理范文3
關(guān)鍵詞：液晶顯示器; 開關(guān)電源; 工作原理; 檢修實例
Abstract: this paper of LCD switching power supply work principle, the breakdown maintenance is expounded, etc., the paper SG6841 chip switching power supply/repair process. In line with the use of modern instruments, the comprehensive analysis and value method of repair skills concept, the reference of various kinds of liquid crystal displays of switch power supply difficult-disease maintenance examples, this paper summarizes the accumulate experience, and extrapolate, on fast rule out circuit fault put forward new methods, liquid crystal display overhaul of switch power supply work efficient and accurate.
Keywords: LCD monitor; Switch power source; Working principle; Maintenance example
中圖分類號：TN141文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：
開關(guān)電源是現(xiàn)時電子產(chǎn)品廣泛使用的一種電源電路，它具有效率高、體積小、保護功能強大和抗干擾能力強等特點，液晶顯示器電源幾乎全使用開關(guān)電源方式。它的作用是把交流220V電壓轉(zhuǎn)換成液晶顯示器工作所需的各種不同的直流電壓，直流電壓精度和穩(wěn)定性將會影響顯示器的正常工作。
液晶顯示器開關(guān)電源與傳統(tǒng)CRT顯示器開關(guān)電源工作原理大同小異，但電路結(jié)構(gòu)和特點有區(qū)別。早期的PWM 芯片大多采用UC384X系列（如UC3842、UC3843），因新產(chǎn)品體積越來越小及環(huán)保和安規(guī)要求越來越嚴(yán)格，出現(xiàn)了384XG及684X等具有Green Function的IC。Green Function為環(huán)保功能的意思，要求是在滿載70W以下的電源產(chǎn)品，當(dāng)負載沒有輸出功率的情況下，輸入電源正常供應(yīng)時電路消耗功率必需小于1W以下。
液晶顯示器電源電路形式多樣，所用控制芯片各具特點。下面以使用廣泛的SG6841芯片的開關(guān)電源為例，介紹其工作原理、闡述其故障排除方法。
一、SG6841芯片的工作原理
SG6841是一款高性能固定頻率電流模式控制芯片，屬于電流型單端PWM調(diào)制器，具有性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)點，可精確控制占空比，擁有低待機功耗和眾多保護功能。但其控制電路和保護電路比較復(fù)雜, 在實際應(yīng)用中容易發(fā)生故障，各部分電路互相牽連,給檢修故障帶來一定的難度。SG6841內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，引腳功能見表1。
圖 1 SG6841內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖
表 1SG6841引 腳 功 能
腳號 名稱 功 能 典型電壓值( V )
1 GND 接地端 0
2 FB 反饋端，控制PWM占空比 1.8
3 VIN 啟動電流輸入，提供一開始電壓 20
4 RI PWM頻率設(shè)定，外接電阻可改變PWM頻率 1.3
5 RT 溫度和過壓保護端，外接保護檢測回路 4.7
6 SENSE 過流保護端，超過閥值時芯片停止輸出 0
7 VDD 電源端 （工作電壓） 17.5
8 GATE PWM驅(qū)動脈沖輸出端，圖騰柱式輸出 1.5
由SG6841構(gòu)成的典型電路如圖2所示，該圖是優(yōu)派 VE710S/B 液晶顯示器電源電路。在實際使用中，SG6841容易被靜電損壞，維修時應(yīng)引起重視。
1．啟動過程
輸入220V交流電經(jīng)保險F901、負溫度系數(shù)熱敏電阻NR901、互感濾波器L902后，再經(jīng)BD901整流、C905濾波，在C905端形成300V左右的直流電壓。電壓由R906、R907送至SG6841的3腳，由于3腳外部接有VD904、VZD905等元件，故3腳電壓最高能達到20V左右。3腳電壓經(jīng)內(nèi)部電阻對7腳外接電容C907、C908充電，使7腳電壓上升，當(dāng)7腳電壓達到16V時，內(nèi)部電路啟動，從8腳輸出驅(qū)動脈沖，開關(guān)管VT903進入開關(guān)工作狀態(tài)。啟動后，變壓器L2繞組的脈沖電壓經(jīng)R908限流、VD902整流，C907、C908濾波后，得到12V直流電壓供給7腳作為SG6841供電電壓。
SG6841具備綠色工作模式，振蕩頻率隨輸出功率增大而增大，最后達到設(shè)置值。在待機時由于輕載運行，內(nèi)部控制器會使振蕩器振蕩頻率較低，工作于綠色模式，功耗在0.5W左右。開機時負載增加，此時振蕩頻率提高至設(shè)置值。兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換依靠2 腳、6腳電壓和內(nèi)部電路來完成。
2．輸出電壓
電路工作后，變壓器L1繞組上產(chǎn)生脈沖電壓，次級繞組感應(yīng)出脈沖電壓。L4繞組上脈沖電壓經(jīng)VD912整流，C925、L904、C926濾波后，得到+5V的直流電壓，該電壓分成兩路經(jīng)接插件CN102送至主板供電。L3繞組與L4繞組串聯(lián)后輸出脈沖電壓經(jīng)VD910整流，C922、L903、C924濾波后，得到+12V直流電壓，分別給逆變器和主板供電。
3．穩(wěn)壓過程
穩(wěn)壓主取樣點設(shè)在+5V輸出端，輔助取樣點設(shè)在+12V輸出端。當(dāng)電壓上升或者負載變輕等引起各路輸出電壓上升時，+5V電壓上升，經(jīng)R925、R926分壓后，送至IC903（THL431）控制腳的電壓上升，使得IC902 內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光增強，光電三極管內(nèi)阻變小，SG6841的2腳電壓下降， 8腳輸出脈沖寬度變窄，VT903飽和時間縮短，電源輸出電壓下降，通過調(diào)整開關(guān)脈沖占空比來實現(xiàn)穩(wěn)壓控制，當(dāng)電源各路輸出電壓下降時，穩(wěn)壓過程與上述相反。
當(dāng)+12V和+5V分別超過12.2V和5.1V時，VZD902、VZD903導(dǎo)通，通過R927送到IC903控制端，同樣使得輸出電壓降低。由于采用雙取樣回路，穩(wěn)壓回路的調(diào)節(jié)力度加強，提高穩(wěn)壓精度。
4．保護電路
開關(guān)電源原理范文4
【關(guān)鍵詞】開關(guān)電源技術(shù)；小功率；高頻
開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的連續(xù)工作電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機與設(shè)備中。20世紀(jì)80年代，計算機全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代。20世紀(jì)90年代，開關(guān)電源在電子、電器設(shè)備、家電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開關(guān)電源技術(shù)進入快速發(fā)展期。
1 開關(guān)電源的發(fā)展
1955年美國羅耶（GH.Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端，1957年美國查賽（Jen Sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，1964年美國科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想，這對電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。到了1969年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時間的縮短等元器件改善，終于做成了25千赫的開關(guān)電源。
目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用于以電子計算機為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(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。目前市場上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS－FET制成的500kHz電源，雖已實用化，但其頻率有待進一步提高。要提高開關(guān)頻率，就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元器件。然而，開關(guān)速度提高后，會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會影響周圍電子設(shè)備，還會大大降低電源本身的可靠性。其中，為防止隨開關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用R-C或L-C緩沖器，而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過，對1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開關(guān)損耗，同時也可控制浪涌的發(fā)生。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。目前對這種開關(guān)電源的研究很活躍，因為采用這種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前，世界上許多國家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實用化研究。
2 高頻開關(guān)的組成
2.1 主電路
從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過程，包括：
2.1.1 輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。
2.1.2 整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級變換。
2.1.3 逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。
2.1.4 輸出整流與濾波：根據(jù)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。
2.2 控制電路
一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對整機進行各種保護措施。
2.3 檢測電路
除了提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表數(shù)據(jù)。
2.4 輔助電源
提供所有單一電路的不同要求電源。
3 開關(guān)電源的技術(shù)追求
3.1 小型化、薄型化、輕量化、高頻化―――開關(guān)電源的體積、重量主要是由儲能元件（磁性元件和電容）決定的，因此開關(guān)電源的小型化實質(zhì)上就是盡可能減小其中儲能元件的體積；在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感及變壓器的尺寸，而且還能夠抑制干擾，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。因此，高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。
3.2 高可靠性―――開關(guān)電源使用的元器件比連續(xù)工作電源少數(shù)十倍，因此提高了可靠性。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著通信電源的壽命。所以，要從設(shè)計方面著眼，盡可能使用較少的器件，提高集成度。這樣不但解決了電路復(fù)雜、可靠性差的問題，也增加了保護等功能，簡化了電路，提高了平均無故障時間。
3.3 低噪聲―――開關(guān)電源的缺點之一是噪聲大。單純地追求高頻化，噪聲也會隨之增大。采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲。所以，盡可能地降低噪聲影響是開關(guān)電源的又一發(fā)展方向。
3.4 采用計算機輔助設(shè)計和控制―――采用CAA和CDD技術(shù)設(shè)計最新變換拓撲和最佳參數(shù)，使開關(guān)電源具有最簡結(jié)構(gòu)和最佳工況。在電路中引入微機檢測和控制，可構(gòu)成多功能監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時檢測、記錄并自動報警等。
4 提高開關(guān)電源待機效率的方法
4.1 切斷啟動電阻
對于反激式電源，啟動后控制芯片由輔助繞組供電，啟動電阻上壓降為300V左右。設(shè)啟動電阻取值為47kΩ，消耗功率將近2W。要改善待機效率，必須在啟動后將該電阻通道切斷。TOPSWITCH，ICE2DS02G內(nèi)部設(shè)有專門的啟動電路，可在啟動后關(guān)閉該電阻。若控制器沒有專門啟動電路，也可在啟動電阻串接電容，其啟動后的損耗可逐漸下降至零。缺點是電源不能自重啟，只有斷開輸入電壓，使電容放電后才能再次啟動電路。
4.2 降低時鐘頻率
時鐘頻率可平滑下降或突降。平滑下降就是當(dāng)反饋量超過某一閾值，通過特定模塊，實現(xiàn)時鐘頻率的線性下降。
4.3 切換工作模式
4.3.1 QRPWM對于工作在高頻工作模式的開關(guān)電源，在待機時切換至低頻工作模式可減小待機損耗。例如，對于準(zhǔn)諧振式開關(guān)電源（工作頻率為幾百kHz到幾MHz），可在待機時切換至低頻的脈寬調(diào)制控制模式PWM（幾十kHz）。
IRIS40xx芯片就是通過QR與PWM切換來提高待機效率的。當(dāng)電源處于輕載和待機時候，輔助繞組電壓較小，Q1關(guān)斷，諧振信號不能傳輸至FB端，F(xiàn)B電壓小于芯片內(nèi)部的一個門限電壓，不能觸發(fā)準(zhǔn)諧振模式，電路則工作在更低頻的脈寬調(diào)制控制模式。
4.3.2 PWMPFM
對于額定功率時工作在PWM模式的開關(guān)電源，也可以通過切換至PFM模式提高待機效率，即固定開通時間，調(diào)節(jié)關(guān)斷時間，負載越低，關(guān)斷時間越長，工作頻率也越低。將待機信號加在其PW/引腳上，在額定負載條件下，該引腳為高電平，電路工作在PWM模式，當(dāng)負載低于某個閾值時，該引腳被拉為低電平，電路工作在PFM模式。實現(xiàn)PWM和PFM的切換，也就提高了輕載和待機狀態(tài)時的電源效率。
通過降低時鐘頻率和切換工作模式實現(xiàn)降低待機工作頻率，提高待機效率，可保持控制器一直在運作，在整個負載范圍中，輸出都能被妥善的調(diào)節(jié)。即使負載從零激增至滿負載的情況下，能夠快速反應(yīng)，反之亦然。輸出電壓降和過沖值都保持在允許范圍內(nèi)。
4.4 可控脈沖模式（BurstMode）
可控脈沖模式，也可稱為跳周期控制模式（SkipCycleMode）是指當(dāng)處于輕載或待機條件時，由周期比PWM控制器時鐘周期大的信號控制電路某一環(huán)節(jié)，使得PWM的輸出脈沖周期性的有效或失效，這樣即可實現(xiàn)恒定頻率下通過減小開關(guān)次數(shù)，增大占空比來提高輕載和待機的效率。該信號可以加在反饋通道，PWM信號輸出通道，PWM芯片的使能引腳（如LM2618，L6565）或者是芯片內(nèi)部模塊（如NCP1200，F(xiàn)SD200，L6565和TinySwitch系列芯片）。
5 開關(guān)電源的發(fā)展方向趨勢
開關(guān)電源的發(fā)展從來都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)的。高頻化的實現(xiàn)，需要相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。發(fā)展功率MOSFET、IGBT等新型高速器件，開發(fā)高頻用的低損磁性材料，改進磁元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法，提高濾波電容的介電常數(shù)及降低其等效串
聯(lián)電阻等，對于開關(guān)電源小型化始終產(chǎn)生著巨大的推動作用。
開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各在開關(guān)電源制造商都致力同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小薄。開關(guān)電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進行創(chuàng)新，實現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源的工作效率。對聯(lián)高可靠性指標(biāo)，美國的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。
模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計成N+1冗余電源系統(tǒng)，并實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴展。針對開關(guān)電源運行噪聲大這一缺點，若單獨追求高頻化，其噪聲也必將隨著增大，而用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)實際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，使得多項技術(shù)得以實用化。
開關(guān)電源原理范文5
關(guān)鍵詞：高頻開關(guān)電源；特點；性能比較；應(yīng)用
中圖分類號：TM73 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-0118（2012）-03-0-02
一、前言
在電力系統(tǒng)中，直流電源作為繼電保護、自動裝置、控制操作回路、燈光音響信號及事故照明等電源之用，是發(fā)電廠和變電站比較重要的設(shè)備。因直流電源故障而引發(fā)的事故時有發(fā)生，所以，對直流電源的可靠性、穩(wěn)定性具有很高要求。傳統(tǒng)的直流電源多數(shù)采用可控硅整流型。近幾年來，許多直流電源廠家推出智能化的高頻開關(guān)電源，這種電源系統(tǒng)具有許多優(yōu)點：安全、可靠、自動化程度高、具有更小的體積和重量、綜合效率高以及噪音低等，適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的需要，值得推廣使用。
目前，我國電力系統(tǒng)采用的直流電源也正由傳統(tǒng)的相控電源逐步向模塊化的高頻開關(guān)電源轉(zhuǎn)變。高頻開關(guān)電源整流器的工作原理：交流電源接入整流模塊，經(jīng)濾波及三相全波整流器后變成直流，再接入高頻逆變回路，將直流轉(zhuǎn)換為高頻交流，最后經(jīng)高頻變壓器、整流橋、濾波器后輸出平穩(wěn)直流。這種高頻開關(guān)電源主要由高頻開關(guān)充電模塊、集中監(jiān)控器和蓄電池組等組成，其中充電模塊和集中監(jiān)控器具有內(nèi)置微處理器，智能化程度高。高頻開關(guān)電源系統(tǒng)正常運行時，充電機的輸出與蓄電池組并聯(lián)運行，給經(jīng)常性負荷供電。
二、高頻開關(guān)電源的原理和特性
（一）高頻電源系統(tǒng)方框圖
高頻開關(guān)整流器一般是先將交流電直接經(jīng)二極管整流、濾波成直流電，再經(jīng)過開關(guān)電源變換成高頻交流電，通過高頻變壓器變壓隔離后，由快速恢復(fù)二極管高頻整流、電感電容濾波后輸出。
（二）采用高頻化有較高技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)
理論分析和實踐經(jīng)驗表明，電器產(chǎn)品的體積重量與其供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz時，用電設(shè)備的體積重量大體上降至工頻設(shè)計的（5～10）％。這正是開關(guān)電源實現(xiàn)變頻帶來明顯效益的基本原因。逆變或整流焊機、通訊電源用浮充電源的開關(guān)式整流器，都是基于這一原理。
那么，以同樣的原理對傳統(tǒng)的電鍍、電解、電加工、浮充、電力合閘等各種直流電源加以類似的改造，使之更新?lián)Q代為“開關(guān)變換類電源”，其主要材料可以節(jié)約90％或更高，還可節(jié)電30％或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高，促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化，既可帶來顯著節(jié)能、節(jié)材的經(jīng)濟效益，更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價值。
（三）設(shè)計模塊化――自由組合擴容互為備用提高安全系數(shù)
模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。實際上，由于頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重，對器件造成更大的應(yīng)力（表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺）。為了提高系統(tǒng)的可靠性，而把相關(guān)的部分做成模塊。
多個獨立的模塊單元并聯(lián)工作，采用均流技術(shù)，所有模塊共同分擔(dān)負載電流，一旦其中某個模塊失效，其它模塊再平均分擔(dān)負載電流。這樣，不但提高了功率容量，在器件容量有限的情況下滿足了大電流輸出的要求，而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊，便極大地提高了系統(tǒng)可靠性，即使萬一出現(xiàn)單模塊故障，也不會影響系統(tǒng)的正常工作，而且為修復(fù)提供了充分的時間。
三、電力智能高頻開關(guān)整流器與原始直流設(shè)備的性能比較
以前我國各地的發(fā)電廠、水電站及500kV、220kV、110kV、35kV等各類變電站所使用的直流電源設(shè)備，大部分采用的是相控電源，由于受工藝水平和器件特性的限制，上述電源長期以來處于低技術(shù)指標(biāo)、維護保養(yǎng)難的狀況。我國在近幾年來也逐步完成了從原始直流設(shè)備到高頻直流電源的過渡。
由以上表格我們可以看出，智能型高頻開關(guān)電源與傳統(tǒng)的相控電源比較，主要技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于部標(biāo)1-2個等級以上，具有以下優(yōu)點。
（一）相控電源硅整流器采用1+1主從備份方式，而高頻開關(guān)電源采用N+1模塊冗余并聯(lián)組合方式供電，即如果N個模塊的輸出電流能滿足充電電流需要，則采用N+1模塊平均分配，因此，可提高系統(tǒng)運行可靠性。個別模塊故障時，可帶電更換，不影響系統(tǒng)的正常運行，擴容維護方便。
（二）可控硅整流器運行于浮充電方式時，直流輸出的紋波系數(shù)較大，曾發(fā)生中央信號裝置誤動作和高頻繼電保護誤發(fā)信號等事故，按部頒要求紋波系數(shù)不大于2%。另外，可控硅整流器與蓄電池并聯(lián)運行，紋波系數(shù)較大時，若浮充電壓波動或偏低會出現(xiàn)蓄電池脈動充電放電現(xiàn)象，對蓄電池不利。高頻開關(guān)電源的充電裝置采用多個智能化模塊并聯(lián)組合供電，使得供電質(zhì)量和技術(shù)參數(shù)明顯提高。模塊采用準(zhǔn)諧振技術(shù)（或脈寬調(diào)制技術(shù)）和電流電壓雙環(huán)控制技術(shù)，提高開關(guān)工作頻率，開通損耗小，輸出電壓的紋波系數(shù)很小，一般≤.1%額定電壓，進而可防止蓄電池脈動充電放電，延長蓄電池的使用壽命，可靠性更高。
（三）高頻開關(guān)電源整流模塊具有內(nèi)置微處理器，是提高設(shè)備管理水平的基礎(chǔ)，在滿足直流系統(tǒng)故障信號應(yīng)盡量完善的前提下，使接線簡單，安裝調(diào)試快捷。除了能在面板上直接顯示輸出電流和電壓及模塊的各種運行狀況外，還能通過監(jiān)控模塊與電力系統(tǒng)的自動化網(wǎng)或變電工區(qū)直流班監(jiān)控系統(tǒng)通信，進行遠程監(jiān)視和對模塊各項操作，實現(xiàn)四遙功能。傳統(tǒng)的直流電源一般在屏柜上裝設(shè)電流、電壓表和其它專用裝置對設(shè)備進行監(jiān)視，且這些測量值不能經(jīng)通信口實現(xiàn)遠程監(jiān)視（微機型除外）。即使有遙測，也是采用直流采樣方式，采樣點不多，對反映各種運行狀況的信號也以接點方式接至光字牌或遙信屏，因此，接線繁瑣，自動化程度低，實現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能的難度較大。
（四）按部頒要求，充電時穩(wěn)流精度誤差≤%，浮充電時穩(wěn)壓精度誤差≤%。而高頻開關(guān)電源穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度更高，其誤差一般≤.5%，可避免對蓄電池過充、欠充，保證蓄電池運行在最佳狀態(tài)。閥控式電池容量大、維護量孝放電倍率低，適用于大容量的直流電源。從原理性能看，高頻開關(guān)模塊適合與閥控式電池配套使用。
（五）高頻開關(guān)電源整流模塊具有并聯(lián)運行方式下自動均流功能。同時，設(shè)有過流、過壓及瞬時短路保護，安全可靠的防雷措施，能有效地承受輸出短路沖擊。另外，采取多重有效措施，防止高頻電源及諧波對交流電網(wǎng)側(cè)的干擾。
（六）高頻開關(guān)電源綜合轉(zhuǎn)換效率高，多數(shù)廠家的轉(zhuǎn)換效率達到90%以上，而相控電源轉(zhuǎn)換效率一般只有60%-80%。
再有一大特點就是這種電源系統(tǒng)設(shè)有微機型集中監(jiān)控裝置，可以支持多種通信協(xié)議，與調(diào)度中心或變電工區(qū)的直流班監(jiān)控系統(tǒng)通信，對直流系統(tǒng)進行四遙監(jiān)控，具有測量模塊的輸出電流和電壓、直流母線電流和電壓、電源的輸出電流和電壓、電池充放電電流和電壓等；控制電源的開關(guān)機等；控制高頻開關(guān)電源實現(xiàn)對蓄電池浮充、均充方式的自動轉(zhuǎn)換；控制硅鏈的自動或手動投切，保證控制母線的穩(wěn)壓精度等功能。
同時，這種系統(tǒng)還設(shè)有專用微機絕緣監(jiān)察裝置，能實時顯示母線電壓和正、負母線對地絕緣電阻的大小及發(fā)出異常報警，對各回饋線的絕緣情況進行巡檢，指示具體發(fā)生故障的回路，這種選線功能為查找直流接地帶來極大方便。
四、結(jié)束語
目前，我國正大力實施變電站的無人值班管理，因此，對設(shè)備的選擇將會朝著小型化、少維護或免維護及自動化程度高的方向發(fā)展。高頻開關(guān)直流電源正能適應(yīng)這種要求，經(jīng)過這幾年的運行考驗，這種產(chǎn)品的性能已逐步成熟、穩(wěn)定。憑著優(yōu)越的技術(shù)性能和良好的價格性能比，高頻開關(guān)電源將成為直流電源的首選產(chǎn)品。
參考文獻：
[1]白忠敏,劉百震.於崇干《電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計手冊(第二版)[M].2009,中國電力出版社.
開關(guān)電源原理范文6
關(guān)鍵詞：開關(guān)穩(wěn)壓電源 濾波 開關(guān)管 光電耦合器
開關(guān)穩(wěn)壓電源是各種電子設(shè)備不可缺少的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及能否安全可靠地工作。由于開關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，功耗小，效率高等等特點，故目前它已經(jīng)成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。重慶中國三峽博物館使用了17個FDPS-15A開關(guān)穩(wěn)壓電源，主要用于給展廳和庫房的溫濕度傳感器提供12V工作電源，由于該電源經(jīng)常損壞，本人通過實物繪制出電路圖，見圖1，現(xiàn)結(jié)合其工作原理，熟悉其維修技巧和常見故障，有利于縮短展廳和庫房溫濕度數(shù)據(jù)的失聯(lián)時間，同時提高自己的維修技能。
一、 開關(guān)穩(wěn)壓電源的組成
由圖1可以看出，開關(guān)穩(wěn)壓電源由開關(guān)震蕩電路、控制電路及取樣放大電路三大主要電路。以及附屬的整流濾波電路組成。
交流220V，經(jīng)橋式整流電路整流及C1濾波后，得到300V較為平滑的直流電后，送入開關(guān)變壓器的初級，另一路經(jīng)起動電阻R3給開關(guān)管Q1提供起動電壓，使Q1導(dǎo)通，開關(guān)變壓器的初級便產(chǎn)生電流，經(jīng)Q5及附屬電路形成正反饋，使Q1產(chǎn)生震蕩。開關(guān)變壓器次級便有電壓輸出，經(jīng)Q3和C10等整流濾波后將12V電壓輸出。如果12V有偏離，經(jīng)Q4取樣放大，作用于光電耦合器的二極管，即可改變光電耦合器次級及光電接收管的阻值。去改變控制電路Q5從而改變Q1的震蕩頻率，從而使輸出電壓穩(wěn)定在12V。
二、 開關(guān)穩(wěn)壓電源的維修技巧和常見故障
開關(guān)穩(wěn)壓電源的維修分兩部進行
1、 斷電狀態(tài)下
看：看電路板及元器件有無明顯燒焦痕跡，電容有無鼓包和漏液。
聞：聞電路板有無燒焦味。
問：問電源損壞的經(jīng)過，是否有違規(guī)操作。
量：這一步就很關(guān)鍵了，必須熟練掌握每個元器件單獨測量的方法與數(shù)據(jù)。在線測量前，應(yīng)先檢查C1兩端有無電壓，如果電源停震，C1兩端有300V的直流電壓，給測量帶來危險，可用25W燈泡跨接放電，切忌用導(dǎo)線短路放電，這樣對C1有損傷。安全后檢查保險限流電阻有無開路，橋式整流電路及開關(guān)管有無短路，這是該電源故障高發(fā)部分。同時，在線測量其他三極管和光電耦合器以及12V輸出端有無短路。發(fā)現(xiàn)有不正常，需把元件拆下來用萬用表測量。當(dāng)把損壞的元器件全部更換后，在線測量以上部位，阻值恢復(fù)正常，就進入下一步。
2、 通電狀態(tài)下
通電前，將電路板放置于絕緣墊上，通電1-2秒，立即斷電。這1-2秒很關(guān)鍵，觀察有無冒煙，有無異常。如果沒有異常，用手摸元器件的溫度，有無過熱，如果有，說明還有元器件損壞，回到斷電狀態(tài)下，進一步檢查。如果通電1-2秒無冒煙，無過高的溫升。下一步直接接通電源。測量幾個電壓數(shù)據(jù)。第一，測量C1兩端有無300V的直流。第二，測量有無12V的直流輸出。如果12V電壓值不對，可以調(diào)整R12可調(diào)電阻，使12V恢復(fù)，如果調(diào)整R12可調(diào)電阻，12V沒得變化，檢查R12本身和光電耦合器有無故障。
通常情況下，經(jīng)過以上幾步的維修，損壞的開關(guān)電源應(yīng)該就能修好，下面舉一例，最常見的故障。
常見故障分析：
我館，各展廳和庫房的溫濕度數(shù)據(jù)，是通過DDC檢測，回傳到控制機房，直觀的在電腦屏幕顯示出來。有一天，突然一個展廳的數(shù)據(jù)變得無窮大，我立即去DDC控制箱，發(fā)現(xiàn)供電的空開已經(jīng)斷電，我沒有立即合閘，而是用萬用表測量負載，發(fā)現(xiàn)開關(guān)電源有短路，于是，拆下來拿回辦公室，進行維修。打開外殼，發(fā)現(xiàn)限流電阻R1明顯變黑，C1也有鼓包，進一步測量，Q1擊穿，于是，把故障元器件拆下來，再測量線路的阻值，變正常。故更換這幾個元件。通電1-2秒，立即斷電，沒得異常，溫度也不高。直接通電，測量C1兩端300V正常，輸出12V偏低，調(diào)整R12，12V恢復(fù)正常。將該穩(wěn)壓電源連接在DDC控制電路里面，合上空開，觀察DDC通訊燈閃亮正常，回到控制室觀察，該展廳的溫濕度數(shù)據(jù)已經(jīng)正常，故障排除。
三、 開關(guān)電源的維修參數(shù)
該穩(wěn)壓電源的地有兩個，從圖1可見，光電耦合器的次級端，對應(yīng)的地是C1的負極。稱“熱地”。使用這個地的電路有，整流濾波、開關(guān)震蕩電路、控制電路，即Q1和Q5這部分。另一個地是光電耦合器的初級端。即12V輸出的負極，稱“冷地”，使用這個地的電路有，開關(guān)變壓器次級的整流濾波和取樣放大電路，即Q4這部分。一下數(shù)據(jù)，用MF47型萬用表測量，紅表筆接地。現(xiàn)以熱地和冷地為基準(zhǔn)，提供各級電路的對地電阻，供維修參考。
