绪论:写作既是个人情感的抒发,也是对学术真理的探索,欢迎阅读由发表云整理的11篇开关电源维修范文,希望它们能为您的写作提供参考和启发。
可编程控制器是一种以微处理器为基础的新一代通用型工业控制器,具有可靠性高、通用性强、使用简单灵活等诸多优点,广泛应用于工业生产过程及设备的电气控制,极大地提高了劳动生产率和自动化程度。
随着PLC在生产中应用的日趋广泛,针对PLC的维护和维修也成为一件重要的工作。我们通过对平时维修的总结以及相关数据的分析,发现在平时遇到的各类PLC故障中,硬件故障尤其是PLC开关电源部分的故障率是很高的。开关电源是PLC工作的动力源泉,其状态良好与否直接关系到整个PLC系统的安全稳定运行,因此分析PLC开关电源的故障现象,并探讨其发生规律和维护维修技巧,具有重要的实际意义。
三菱FX0N-60MR型PLC是一种在我们单位应用较早的产品,故障发生较多,且其中大多发生于开关电源部分,由于制造商提供的资料中没有详细电路图,我们只有依据实物自己绘制出(见附图),对常见故障加以分析,谨提供给同行们予以参考,不足之处敬请批评指正。
1.FX0N-60MR型PLC开关电源电路分析
1.1电路组成
由实物观察可知AC220V交流电源由插头CN1引入,输出DC5V及DC24V由插头CN2引出,开关电源板的主要元件包括整流桥DS1、滤波电容C52、集成电路IC1(STRM6548)、开关变压器T1、整流桥DS2、集成电路IC2(SE024)、集成电路IC3(L4960)、光耦PC1、PC2以及其他元件。电路工作过程框图如下:
1.2电源主要技术参数
输入电压100-240V(+10%-15%)频率50/60HZ功率消耗60VA 直流24V辅助电流200mA。
1.3工作过程分析
1.3.1启动过程
AC220V交流电源经C50、CH1、C51构成的低通滤波电路,再经DS1、C52整流滤波后成为300V左右直流电压,进入开关变压器T1的1脚,再从3脚输出加到厚膜电路IC1的1脚内接功率开关管,同时300V直流电压经R2、R3及R6分压并经C3滤波后加到IC1的5脚作为启动电压,使IC1内电路启动,开关管开始工作,开关变压器T1初级绕组1-3流过周期性变化的电流,在其次级8-10产生感应电压输出,同时T1的5-6绕组的感应电压经R5、D2并经C3滤波后为IC1提供稳定的工作电压,从而使启动电路退出工作。
1.3.2稳压过程
T1次级绕组8-10输出的感应电压经DS2整流,C54滤波后进入IC2的1脚,并在IC2内部与标准参考电压相比较,从IC2的2脚输出一个误差电压,IC2与R7及PC1组成输出电压采样电路。当输出电压升高时,IC2的1脚电压升高,2脚输出的误差电压也升高,流经光耦PC1输入端的电流加大,光耦输出端内阻减小,使IC1的6脚电位升高,通过IC1的内部电路调整开关管振荡波形的占空比减小,从而使输出电压下降回到正常值。反之,当输出电压下降时,调节过程与此相反。
1.3.3过电流保护
过电流保护电路由取样电阻R52、光耦PC2及电阻R12组成。当负载加大导致电流增加时,R52上的电压降也加大,使流经光耦PC2输入端的电流加大,PC2输出端内阻减小,使IC1的6脚电位升高,经IC1内电路作用调整开关管振荡波形的占空比减小,降低输出电压,从而使负载电流减小。
1.3.4 DC/DC转换电路
该开关电源采用单片开关式集成稳压电路L4960及器件,组成DC/DC转换电路,将24V直流转换为5V直流。L4960各引脚功能:1脚直流输入,2脚反馈信号输入,3脚接阻容频率补偿,4脚接地,5脚接定时电阻及电容,6脚为软启动引脚,7脚输出。该电路不用高频变压器,而采用储能电感L1、续流二极管D3、滤波电容C13等,组成降压式电路。
2.常见故障排除思路
2.1首先了解损坏设备的使用情况,包括使用时间、维修历史、使用环境及供电状况、有无人为因素等,以便于分析引发故障的根源
2.2进行外观检查
(1)保险丝是否熔断。(2)电路板有无发热变色烧焦现象及印刷电路有无烧损。(3)元器件有无爆裂、变色等异常。(4)有无虚焊现象,特别应注意发热量大的元件的引脚,可用镊子轻轻晃动可疑元件帮助判断。(5)对有维修历史的板子,还要注意元器件有无变更及缺损等。
2.3根据不同故障情况采取适当的排查方法
2.3.1保险丝熔断
应检查是否存在短路故障,不能盲目更换保险丝,以免使故障劣化。应重点检查:(1)交流输入整流滤波元件:C1、C2、C50、C51、C52有无击穿,热敏电阻TH是否损坏,整流桥DS1是否击穿。(2)检查C4是否击穿、R50、R51是否损坏。(3)检查R50是否正常,如果R50已经烧断,则IC1内部的功率开关管极有可能已经击穿短路,须断开IC1的1脚或2脚与电路板的连接,并测量1脚与2脚阻值,如果阻值很小,说明其内部开关管已击穿。
2.3.2保险丝完好但开关电源不起振无输出应按如下顺序检查
(1)如果IC1的1脚无300V直流电压,应重点检查交流输入及整流滤波电路元件,特别是整流桥DS1、热敏电阻TH、滤波电容C52是否正常、开关变压器1脚与3脚间绕组是否正常及引脚有无虚焊。
(2)IC1的1脚300V直流电压正常但开关电源不起振,应先检查是否由保护电路引起停振,须检查:①光耦PC1、PC2是否损坏。②IC2是否损坏。③R7及R52是否变值。
(3)检查输出侧元件有无击穿现象,如整流块DS2、电容C54、C9、DC24/DC5V转换电路IC3及元件等,可采用分段测量对地阻值的方法加以判断。
(4)检查IC1的元件:①启动电路元件R2、R3、R6、C3有无损坏。②功率开关管的限流电阻R50是否阻值过大或开路。③D1、C53是否击穿。④R5及D2是否损坏。
(5)如果上述情况均正常,应考虑IC1性能不良造成电源停振。
(6)开关变压器异常造成电源停振(该故障较少见)。
2.3.3开关电源带负载能力差应检查
(1)电源输入滤波电容C52、输出滤波电容C54、C55、C13等容量是否减小。(2)电容C3容量有无异常。
2.3.4开关电源输出电压偏低应检查
(1)输出侧整流块DS2内阻是否正常,IC2有无异常。(2)电压检测反馈回路的光耦等器件有无异常。(3)过流保护取样电阻R52是否阻值变大。
2.3.5开关电源输出电压偏高应检查
(1)电压检测反馈回路元件R7有无变值,光耦PC1有无损坏。(2)电容C3是否失容。
2.3.6 DC24V/DC5V转换电路故障检查
(1)无输出,应检查外接阻容元件有无变值,特别是输入端的滤波电解电容是否正常,在维修中常遇到因输入端滤波不良纹波过大造成L4960不能正常工作而无输出的情况。(2)5V带负载能力差,应检查续流二极管D3及输出滤波电容C13是否正常。
3.维修注意事项
3.1注意人身及设备安全
(1)开关电源的一次回路具有高电压,应注意安全,可采用1:1隔离变压器供电。带电维修测量时要防止两手同时接触电路中具有电位差的部位,须养成单手测量的习惯。
(2)开关电源中的大电容在测量前一定不要忘记先放电,防止残余电压造成电击及损坏仪表。
(3)开关电源不允许空载加电,维修加电试验时应加假负载,防止损坏开关管。
(4)当发现某一元件损坏后,一定要根据电路原理仔细分析故障原因,认真检查相关电路元件有无异常,切忌盲目更换后随即加电试验,否则极易造成故障扩大及不必要的损失。
3.2元件更换注意
(1)所更换元件应与原型号相同,如确需代换,应根据原器件参数仔细对照,保证所代换元件性能不低于原器件。
(2)购买元件应认真检测其性能参数,在实际维修中因疏于对新元件的检测而造成维修排障走弯路的情况应注意避免。
4.几点维修技巧
(1)开关电源是整机中发热量最大的部分,经常发生因高温所致的元件变质故障,并且以靠近散热片及大功率电阻等热源的电解电容器损坏最为常见,在检查排障时应根据故障情况对这些部分予以重点排查。
(2)开关电源主电路部分电流大、温升高,应重点检查有无元件引脚因发热造成的脱焊,电阻器件有无阻值变大等异常。
(3)对于一些半导体元件因温度变化而发生的软故障,可以采用对可疑元件加温(如用电烙铁头靠近)使故障再现,或在故障出现时对可疑元件降温(如涂抹无水酒精等)使故障消失等方法,以确定故障点。
(4)开关电源正常工作时应发出均匀轻微的吱吱响声。如果加电后听不到任何反应,通常开关电源没有起振;如果响声断续不稳则说明开关电源工作不稳定或负载变化较大;如果响声较低沉,说明负载过重或短路。
(5)对于发生元件击穿等故障的开关电源,更换元件后为安全起见,可采用交流调压器将输入电压慢慢上调,并在交流输入端串入电流表,密切关注开关电源的输入电流及功率元件的温升等情况,防止存在其它隐患造成再次损坏。
5.总结
三菱FX0N-60MR型PLC的开关电源是一种自激并联式开关电源,其结构原理比较典型,我们对于其使用中遇到的各种故障,只要遵循正确的思路和方法,根据故障现象的不同特别是细节上的差异,判明故障的实质和发生的根源,细致分析并认真操作,就能够顺利排除故障。
由于个人水平所限,文中错误不足之处难免,敬请各位老师及同行们予以批评指正。 [科]
【参考文献】
AbstractExpounded the causes which aroused failure on switch type power supply of computer monitor,raised main maintenance means,which could provide lessons for developing communications-equipment maintenance work.
Key wordscomputer monitor;power switch;maintenance
VGA彩色显示器是目前微机系统中广泛使用的显示设备,计算机显示设备电源电路是故障率较高的部件,由于各厂商均不提供电路图以及维修人员对功率场效应管的特性不熟悉,因而造成这类产品维修困难[1-2]。现在的计算机显示器电源电路大部分是采用开关式稳压电源电路。一般的开关电源是由振荡电路、稳压电路、保护电路三大部分组成。其中振荡电路分为晶体管振荡电路和集成块振荡电路;稳压电路中开关电源的稳压原理均采用脉冲调宽式的稳压方式,即通过自动改变开关功率管的关闭和导通时间的比例,或通过改变振荡器输出脉冲的占空比来达到稳压的目的,稳压部分的电路由取样、比较、控制三部分组成;保护电路中计算机显示器开关电源都设有保护电路,其保护方式均是使电路停振,有过流保护、过压保护和欠压保护(短路保护),还有过热保护,过流保护电路其过流取样点,大部分显示器中是在主振功率管的发射极电位上,过压保护电路的取样点一般取自220 V交流经整流滤波后的电压或主负载供电电压,通过一个齐纳二极管(稳压管)进行取样判别,短路保护电路的取样点一般在稳压电源输出的低压组电源上,通过一个二极管来进行判别取样。在IC式开关电源中,有部分机所采用的电源IC内部设有“闩锁电路”,这个“闩锁电路”实际上是一个保护执行电路,各取样点送来的信号,通过它执行对电路的停振控制。
开关电源损坏后,大多都可独立进行维修,将负载全部断开,在主负载供电组电源上带一只220 V 40 W的灯泡作假负载,并采用低压供电安全方式,即将供电电源经一自耦式变压器降至70 V左右进行维修,这种维修方法可完全避免因电路存在隐患而再度损坏元件的现象。一般正常的开关电源(并联式)在70 V左右的供电压下就能正常起振工作,慢慢调整自耦变压器的输出电压,开关电源的输出电压都应固定在其预设的电压值上不变,如果开关电源的输出电压随输入电压的变化而变化,则表明其稳压部分电路有问题,如果没有电压输出则表明振荡电路部分有问题。
(1)以并联型光耦控制稳压式开关电源为例,当开关电源不能正常稳压时,第1步是要确认引起故障的部位,简单快捷的方法是将光耦件热地端的两控制脚短路,如果电路进入停振状态,则表明故障在取样比较部分电路,取样比较电路有问题多半是比较IC和光耦件损坏所致(IC损坏多数会引起光耦件同时损坏),如果是控制电路问题,如控制晶体管损坏,在晶体管的代换上一定要注意晶体管的参数。
(2)电路不起振。当确信供电电压正常时,首先检查启动电阻是否开路或变值,另外,要检查保护电路动作,如果是保护电路引起停振,一般在开机的瞬间电路能正常起振。可通过此点来进行判别,另外当控制电路有问题(如控制管击穿)也会引起电路停振。开关电源电路是比较简单的电路,只要分清主振电路、保护电路和比较稳压电路三者的联接关系,维修起来就较容易[3-4]。另外,开关电源的主振功率管因其集电极是感性负载,所以主振管工作时,其集电极将要承受8~10倍于电源的脉冲电压,为此在电路上加入了吸收电路电容电阻和在主振管集电极与地之间并接的电容,这些元件的作用与行输出级的逆程电容有相似的作用,当这些元件有问题时,极易损坏主振功率管,此点需引起注意,检查发现其开关电源吸收电路的电容在温度升高时,电容值会变小,从而引起经常损坏电源主振功率管的故障。
(3)用万用表测量AC电源线两端的正反向电阻及电容器充电情况,如果电阻值过低,说明电源内部存在短路,正常时其阻值应能达到100 kΩ以上;电容器应能够充放电,如果损坏,则表现为AC电源线两端阻值低,呈短路状态,否则可能是开关三极管击穿。然后检查直流输出部分,脱开负载,分别测量各组输出端的对地电阻,正常时,表针应有电容器充放电摆动,最后指示的应为该路的泄放电阻的阻值,否则多为整流二极管反向击穿所致。如果电源一启动就停止,则该电源处于保护状态下,应重点检查产生保护的原因。
参考文献
[1] 陈玉仑.微型计算机显示器实用维修技术与实例[M].北京:海洋出版社,1992.
开关电源又被称为高效节能电源,它不仅效率高,可达到80-90,而且去掉了笨重的工频变压器,它是利用体积很小的高频变压器来实现电压变换及电网隔离,这样为家用电器的小型化、轻型化奠定了坚实的基础。采用TOP244Y单片开关电源用途非常广泛,很多民用家用电子产品都采用了此种电路方案,因此家电维修人员很有必要掌握TOP244Y单片开关电源的维修方法。
1 TOP244Y开关电源工作原理分析
该开关电源芯片内含脉宽调制器、功率场效应管、自动偏置电路、保护电路。再配合外部的一次整流滤波电路、、取样比较反馈电路、二次整流滤波电路等部分就组成了一个完整的单片开关电源。其电路原理如附图所示,以下分别进行分析:
1.1 TOP244Y芯片各引脚功能
TOP244Y是一款集成式开关电源芯片,它将脉冲宽度调制(PWM)控制系统的全部功能集成到芯片中,其功能引脚如图1所示,各脚功能如下:
1.1.1 漏极(D)引脚
高压功率MOSFET的漏极输出,通过内部开关高压电流源提供启动偏置电流。
1.1.2 控制(C)引脚
误差放大器及反馈电流的输入脚,用于占空比控制。当控制引脚电压VC接近5.8 V时,控制电路被激活并开始软启动。当出现开环或短路等故障而使外部电流无法流入控制引脚时,控制引脚上的电容开始放电,达到4.8 V时激活自动重启动电路而关断MOSFET开关管的输出,使控制电路进入低电流的待机模式。
同时该脚也是脉宽调制器电流反馈的控制脚,其占空比与流入控制脚超过芯片内部消耗所需要的电流成反比,实现脉宽调制。
1.1.3 线电压检测(L)引脚
过压(OV)、欠压(UV)输入引脚。连接至源极引脚则禁用此引脚的所有功能。该引脚通过一个电阻R11连接到线电压上,当线电压低于欠压保护的阈值或者高于过压保护的阈值,会关断开关管,直到线电压恢复到正常的状态。
1.1.4 外部限流(X)引脚
外部限流调节、远程开/关控制和同步的输入引脚。此芯片巧妙地利用开关管的漏―源导通电阻RDS(ON)来代替外部过流检测电阻,当ID过大时,芯片内部过流比较器就翻转,进而使开关管关断,起到过流保护作用。外部限流引脚(X)与源极(S)之间接一个极限电流设定电阻R10,通过改变R10的阻值来改变过流保护的电流值。
此外,芯片内还带有滞后过热保护电路,当开关管的结温大于135度时,过热保护电路就将开关管关断,但是结温降至低于135度时并无动作,只是等到结温低于70度时,芯片才恢复正常工作。
1.1.5 频率(F)引脚
选择开关频率的输入引脚:如果连接到源极引脚则开关频率为132 kHz,连接到控制引脚则开关频率为66 kHz。这种特性在对噪声敏感的视频应用或高效率待机模式中非常有用。在附图电路中,该电路的工作频率为132kHz。
1.1.6 源极(S)引脚
这个引脚是功率MOSFET的源极连接点,用于高压功率的回路。它也是初级控制电路的公共点及参考点。
1.2 一次整流滤波电路
交流输入电路的整流滤波电路由整流桥BR1、电容C1、C12、C13组成,主要是完成AC---DC的转换。220V交流市电经过电磁干扰滤波器后,先经桥式整流转变为脉动直流电压,再经电容C1、C12、C13滤波,在电容C1的两端可得到约300V的直流电压。
1.3 二次整流滤波电路
二次整流滤波输出电路由D2、D3、C2、C3、L1、C4、C14组成,在TOP244Y内部开关管截止期间,高频变压器通过两组输出绕组把储存的能量以矩形脉冲的形式释放出来,经过D2、D3肖特基二极管整流得出直流电,再由以C2、C3、L1、C4、C14组成开关噪声滤波器滤除由开关电源本身产生的的干扰,得到平滑的直流电供给负载使用。
1.4 取样比较反馈电路
二次整流滤波出来的输出电压一部分经R4、R5、R6分压后得到取样电压,该取样电压与U3内部基准电压相比较,形成外部误差电压,用以控制光电耦合器U2中的发光二极管的工作电流及发光强度,进而改变光敏三极管输出控制电流IC的大小,然后送入TOP244Y集成芯片的C极,再由芯片内部电路调节占空比,使输出电压保持不变,达到稳压目的。
1.5 钳位电路
该钳位电路由超快速恢复二极管D1、瞬态电压抑制器VR1、电容C11组成,由于高频变压器在开关管截止时会产生一个很高的感应电动势,这个电动势再叠加上线电压(300V左右)会得到一个更高的电压,容易造成开关管的损坏,该箝位电路可以把这个高电压钳位到低于开关管的耐压值(约750V),从而保护了开关管的D---S极不被击穿。电容C11与瞬态电压抑制器VR1并联以降低齐纳箝位的损耗。
2 TOP244Y单片开关电源维修技巧
尽管各种开关电源电路差别悬殊,但基本原理大体一样,大多采用PWM方式,即脉冲宽度调制方式(调宽式),均由交流输入、稳压控制等部分组成。对于开关电源通用的基本准修方法,很多专业书籍杂志都有介绍,这里不再过多重述。针对TOP244Y单片开关电源电路的故障检修,本人根据多年来的维修经验着重谈谈其维修技巧:
2.1 在路静态检测
用万用表(可用MF一47型、MF500型万用表R×10Ω挡) 测量TOP244Y的D、S有无击穿及保险有无断路;正反向测量开关电源各种二极管,如整流桥BR2、箝位二极管D1、二次整流二极管D2、D3等,如果检测得正反向的电阻值都较小,则很可能已损坏,可以拆下测量确认;由于电阻损坏一般是阻值变大,对于阻值较小(一般是小于3K)的电阻,也可在路正反向测量(以测量值大的为准)电阻值,看有无阻值严重变大。
2.2 通电检测
检修时,在输出接上一假负载,瞬间通电,马上用万用表测+300V滤波电解电容两端电压。可能出现以下几种情况。
2.2.1 无+300V直流电压
该故障原因一般出在引线到整流桥之间电路,如保险断、限流功率电阻断、整流全桥损坏、前级滤波及干扰抑制电容击穿等。此时,应在无电状态下断开相关引线进行静态检测,便可查出损坏元件。
2.2.2 有稳定的+300V直流电压,输出为0
说明+300V前级电路完好,原因是开关电源未起振。重点检测启动电阻R11是否损坏(因阻值很大,必须焊下测量);在开机瞬间用万用表直流12V挡测TOP244Y开关管的控制引脚(C),应有5.8V左右的电压;若无电压,检查连接在控制引脚的充电电容C5和限流电阻R3,若电容漏电或电阻开路,应更换,若完好则先要检查反馈回路中的D4和C15,再检查TOP244Y开关电源芯片的好坏,此时可更换芯片再作下一步的检修。
2.2.3 有稳定的+300V直流电压,输出过高或过低
此种故障说明稳压环路有故障,包括光耦之前冷地侧的稳压控制电路,以及光耦之后热地侧的稳压控制电路。可用短路法来区分故障范围:先短路光耦光敏接收管两脚(模拟光敏接收管内阻减小,迫使输出电压下降),测量主电压并观察变化情况,若电压会减小,说明故障在光耦之前冷地侧的稳压控制电路,重点检查U3组成的稳压控制电路元件;若电压无变化,说明故障在光耦之后热地侧的稳压控制电路,先重点检查TOP244Y开关管的控制引脚(C)的元件,再更换TOP244Y芯片试之。
在这里需要注意指出的是,切记不可短路光耦发光二极管两脚,这样会使稳压环路完全失控,导致电压严重升高,很可能烧毁元件扩大故障范围,加大维修难度。
3 TOP244Y单片开关电源故障分析与检修实例
例1 机型: DSD660数字卫星接收机开关电源
【现象】各组输出电压全无。
【分析与检修】整机在加上AC 220V电源后,各组电压全无。检查熔断器完好。测量大电解电容器C1两端电压有300V,说明整流部分完好。再检查TOP244Y的各脚:D为300V,C为0V,说明控制脚C无正常电压5.8V,断电后,用数字万用表“+”档检查TOP224Y,发现C、D脚内部击穿短路,电阻为0Ω。用TOP244Y更换后,开关电源恢复正常。
例2 机型: 12V 2.5A通用适配器电源
【现象】 无输出电压。
【分析与检修】检查熔断器完好,测量大电解电容器C1两端电压有300V,说明整流部分完好。再检查TOP244Y的各脚:C为0V,D为300V,说明控制脚C无正常电压5.8V,断电后,直接TOP224更换后,故障仍没排除,检查反馈回路中的D4、C15、充电电容C5,无异常现象,之后检查二次整流管D2、D3和光电耦合器,发现D2、D3和光电耦合器都为无穷大,更换后电源恢复正常。经过反复思考,造成该故障的原因应该是负载突然短路,导致次级电流过大而损坏上述元件,因光电耦合器的故障而使接在TOP244Y控制引脚的充电电容C5无法充电,导致TOP244Y内部开关管处于关断状态,从而有效也使故障进一步扩大。
4 结束语
本文主要介绍了目前家电产品广泛采用的TOP244Y单片开关电源的原理及维修技巧,可以帮助广大的家用电子产品维修人员提高维修此类电路的检修效率,做到有的放矢,少走弯路。
参考文献
[1]沙占友主编.新型开关电源的设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2004.
在直播卫星接收设备中卫星接收机的故障率相当高达到90%以上,而卫星接收机80%的故障都出在电源部份,可想而知我们从事工作人员要学习了解掌握电源部份工作原理及故障分析与检修的重要性和必要性。本人从事广播电视“村村通”工程建设及维修、维护工作多年,对该工程设备的性能和故障有所掌握,下面以东仕2000S型卫星接收机开关电源电路为例,简单介绍该卫星接收机电源工作原理及检修。
一、工作原理
(一)电源的启动振荡电路:220V市电电压经D101整流C104滤波后产生的300V直流电压分两路输出,一路通过开关变压器T102①―②脚绕组加到开关管Q101的集电极,另一路通过启动电阻R103加到Q101开关管的基极,使Q101开关管导通,T102初级绕组上产生①脚正、②脚负的感应电动势,由于绕组间的电磁耦合T102正反馈绕组相应产生③脚正④脚负的感应电动势,则T102③端产生的正脉冲电压经D104、C107、R104加到Q101开关管的基极,使Q101开关管进一步导通并迅速进入饱和,Q101开关管饱和导通期间T102正反馈绕组上的感应电压对C107充电,随着C107充电的不断进行,其两端电位差升高,最后导致Q101开关管被截止。Q101的导通与截止时间,也就是开关电源的振荡频率主要取决于C107的充放电时间。
(二)电源的稳压电路:是由三端取样精密稳压块IC102、光电耦合器IC101及Q102脉宽调制管等元件组成、次级绕组+10V电压作为取样电压。T102③脚绕组产生的电压经D105整流后做为光电耦合器IC101的工作电源,当+10V电压升高时三端取样块IC102的R端电压升高,K端电压降低,IC101内发光二极管发光增强,从而去控制调制管Q102的基极,最终控制Q101开关管使其导通时间缩短经T102开关变压器磁耦合后,次级各绕组输出电压下降,达到稳定电压的目的。
(三)过流保护电路:①由R106、R105、Q102脉宽调制管组成,过流取样电阻R106上电压大小,经R105送至Q102脉宽调制管的基极,供过流检测之用,当Q101开关管ce极电流超过这个设定值时,Q102脉宽调制管将导通,将开关管Q101基极短路至地,使开关电源停止振荡从而起到保护的作用。②由D102、C105、R107组成的尖峰吸收保护电路,共主要作用是对开关变压器因漏感产生的尖峰电压进行箝位,以保护开关管Q101不被击窄。
二、故障检修
故障现象1、通电即烧F1保险管。
分析与检修 此类故障一般发生在开关变压器T102之前,应检查C101、C103、C104、D101是否损坏,若无损坏请检查Q101、R106、Q102。仔细检查上述元件,即可排除故障。
故障现象2、F1未断、无电压输出。
分析与检修 这种故障应着重检查启动电阻R103以及正反馈支路C107、D105。启动电阻R103功率值选用稍小,建议维修中用2W以上电阻更换即可。
故障现象3、开机后F1未断、电源有异声。
分析与检修 这种故障分为两种情况:一种是通电只听“叽”的一声,便再无声响,这时用万用表监测+10V电压有没有建立,这是因为次级电路有短路现象,可依次断开D107、D108、D109试验,若断开某一路时+10V电压恢复正常,则说明该支路有短路故障存在,检查出故障元件更换即可。另一种情况是加电后电源发出连续的“叽……叽”声,这时用万用表监测+10V电压,发现电压在3~8V之间变化,这种故障一般多为过流取样电阻R106阻值变大所至,检查更换即可。
除以上三种故障现象而外还有可能出现输出电压偏离正常值的情况,电压输出过高或过低,一般是取样电压反馈网络出现故障,应着重检查R109、R110、R111、R112、IC101、IC102等相关元件。D106特性不良及C109、C111漏电会导致输出电压异常升高,检修时应细心排除。
220v电源经桥式整流在C104产生+300v的直流电压。一路通过T102的初线绕组①--②加到开关管Q101集电极,另一路通过启动电阻R103、R104加到Q101基极,提供启动工作电压,于是Q101导通,流经T102初级绕组①--②产生感应电势,在磁耦合作用下,反馈绕组③--④产生一个③正④负的脉冲电压,③脚的正脉冲通过D104、C107、R104加到Q101基极,使Q101基极电压进一步增大,开关管Q101进入饱和导通。在此期间,C107被充电,电容两端右正左负,Q101基极电位不断降低,迫使Q101截止,此时C107通过Q102的c--e结与T102的③--④绕组放电,这样周而复始地不断进行,完成自激振荡。
2、稳压控制
稳压控制由IC102、IC101、Q102等原件组成,T102次级输出的+10V电压为取样电压。当因某种原因,+10V电压增高时,IC102 R端电压升高,K端电压降低IC101内发光二级管的发光强度开始增加,其内部的光敏二极管内阻减小,导通加强,从而使Q102进一步导通,Q101被提前截止,使T102次级输出电压降低。反之,使输出电压升高,达到稳压的目的。
3、保护电路
为防止开关管Q101在截止期间,被感应的反峰电压击穿,由D102 、C105、 R107组成反峰吸收电路,确保Q101安全。由R105、 R106、 Q102组成过流保护,当流过开关管Q101 c--e结电流增大时,Q102基极电位升高,Q102导通,迫使Q101截止,使开关电源停止振荡,从而起到保护作用。
检修方法
在检修电源故障时,为防止损伤解压板,应先拨下通往解压板的插线。
1、开机烧保险:一般为电源电路短路,可重点查C101、 C103、桥式整流管、C104、 Q101、Q102是否击穿。
2、无电压输出:可直接测量C104两端电压是否有+300v电压,若有,故障应在振荡电路,重点查Q101 、C107,若开关管Q101损坏,电容Q107容量变化,振荡电路就不能起振。
3、输出电压偏离正常值:电压偏离正常值输出过高或过低,一般应是取样电压反馈网络出现故障,应重点检查IC101、 IC102及其得阻容元件是否正常,以及取样电压+10V是否正常。
4、其中一组输出电压不正常:因为电源单元的几路电压均由一个开关变压器产生,其他几路输出正常,那就证明只是这一路的输出故障,重点检查这路的整流二极管、滤波电容。
检修示例
例1:九州DV-398E开机后,电源指示灯不亮,数码显示器不亮,电视屏幕无任何显示。
首先检查电源输出是否正常。经检查各绕组均无输出电压,查保险未断,测整流后的滤波电容两端无电压,再测整流器输入端交流电压0V,说明没有交流电源输入,关机后经测量电源线有一端不通,更换后故障排除。
例2:海克威HC-2000开机烧保险管
打开机壳后,发现保险管已断且严重发黑,证明已有元件损坏,测量C2两端电阻为零,逐步断开D1--D4,当断开D4时电阻恢复正常,将D4更换后试机正常。
例3:金泰克KT-D8320T,各项功能及数码显示均正常,但屏幕显示“无卫星信号”
高斯贝尔GSR-VD33数字卫星接收机电源为典型的自激式开关电源,220V交流市电经保险管和由L1、C1组成的抗干扰抑制电路,滤除电网中干扰信号后通过VD1-VD4整流、E1滤波得到约300V直流电压。300V直流电压一路经开关变压器B1初级绕组①-②加至开关管VQ5(BUT11A)的集电极,另一路通过启动电阻R1加到VQ5基极,使VQ5导通。VQ5导通后,VQ5集电极电流在B1初级绕组①-②上产生感应电压,由于绕组间的电磁耦合,B1反馈绕组③-④产生感应电压,感应电压经VD6、R5加到VQ5基极,使VQ5迅速进入饱和导通状态,在此期间,C4被充电,随着C4两端充电电压的不断升高,反馈电流逐渐减小,直至VQ5基极电位降至关断值,使VQ5关断截止。在VQ5截止期间,C4经R5放电,当C4放电达一定程度,C4两端电压不足以使VQ5保持截止状态,启动电压经R1加至VQ5基极,VQ5又进入导通状态,如此循环,形成开关电源的振荡过程。在开关电源循环振荡过程中,开关变压器次级各绕组输出交流电压,分别经整流、滤波、稳压等电路处理后,得到不同的稳定电压为主板各功能电路提供电源。
该开关电源稳压调节电路主要由IC1(4N35)、IC2(TL431)和VQ3(9013)等组成,当由于某种原因引起输出电压升高时,3.3V输出电压随之升高,取样电路将这一升高的变化量送到电流比较放大器IC2的控制端R,经内部电路比较放大,输出端K电压下降,IC1内部发光二极管电流增大,发光管亮度增强,使VQ3导通程度加深,加快C4充放电速度,缩短VQ5导通时间,使开关电源输出电压下降。当某种原因引起输出电压下降时,稳压过程和上述相反。
C9、R2、VD5组成尖峰吸收电路,用于限制高频变压器漏感产生的尖峰电压,保护开关管。VQ2、R3组成过流保护电路,当VQ5电流增大时,R3两端压降也增大,最终使VQ2导通,分流VQ5基极正反馈电流,使VQ5集电极电流减小,对VQ5起到过流保护作用。
常见故障分析
1、通电后,立即烧保险。
此类故障应从市电输入端检查入手,用测电阻的方法很容易发现故障点。重点检查抗干扰电路中C1、滤波电路中的E1有无漏电,桥式整流电路中整流二极管VD1-VD4有无短路,VQ3、VQ5是否已击穿。
2、通电后,不烧保险,但无任何显示。
[例1] 开机无任何显示,可听到开关电源发出的“吱吱”声。
打开机盖,先测量开关电源各电源输出电压,各组电源输出电压均明显偏低,下降幅度约为正常值的一半,拔下电源板与主板的连线,查各组电源输出端无短路故障。根据检修经验,开关电源各组电源输出电压偏低,判断故障可能发生在取样电压反馈网络,于是重点对N2(PC817)、IC3(TL431)及元件进行了检查,当更换IC2(PC817)后,故障排除。
[例2] 开机无任何显示,可听到开关电源发出的“吱吱”声。
实测开关电源各组电源输出电压,12V组电源正常,其他各组电源输出电压均比正常值偏低。拔下电源板与主板的连线,故障依旧,说明故障应发生在电源板。查取样电压反馈电路未发现异常。后测量N1(5M0380R)各引脚电压时发现其③脚电压随着开关电源发出“吱吱”声而不停变动,于是对5M0380R③脚外接的C7、R2、R3、D2等元件进行检查,发现R3(20Ω)已断路,更换R3后,接通电源试收,故障排除。
数字机开关电源发出的“吱吱”声,说明其振荡频率已降至声频范围,电路中存在故障。通过上述实例及平时对该类开关电源的维修经验,对该类开关电源可能引起此类故障现象的原因归纳总结如下:
彩色电视机的电源系统包括开关稳压电源和行输出变压器脉冲整流电源两大部分。开关稳压电源具有效率高、重量轻、稳压范围宽、稳定性和可靠性高、易于实现多路电压输出和遥控开关等优点。按稳压控制方式分调宽式和调频式,按开关变压器与负载的连接方式分为串联型和并联型,按振荡启动方式分为自激式和他激式。不同类型的开关电源电路,工作方式不同,在电路结构上会有较大的差异。而且开关电源电路的损坏在彩电维修中占有很大的比例。现具体讨论变压器耦合、并联输出、自激式、调宽稳压型开关电源的检修注意事项和检修方法。
一、检修注意事项
由于开关电源工作在高电压、大电流的情况下,所以为了实现安全、快速的检修,必须注意以下几点:
1、为了避免事故发生,检修时必须才取必要的措施。在被检测电源输入端外接1:1隔离变压器,将检修整机与电网火线隔离开来。另外最好把工作台铺上绝缘胶垫。
2、检修时应注意人身、仪器的安全。由于“热底板”存在着与电网火线相通的可能,因此应注意电源部分“热底板”和“冷底板”的区域范围。
3、市电输入回路的延时熔丝管或供电回路的保险电阻烧坏,不能采用导线短接的方法进行检修,以免扩大故障范围。
4、开关电源未起振时,大部分彩电的300V供电的滤波电容会在关机后存储一定的电压,必须先将存储的电压泄放掉后再检修,以免损坏测量仪表或扩大故障范围。
5、检测开关电源不同部位的电压时,要选择好接地线。即测开关电源初级部分的关键点电压时,应选择300V供电的滤波电容负极为“地”,而测开关电源输出端电压时,应该以高频调谐器外壳或与其相通的部位为“地”,否则会导致所测电压不准。
6、开关管击穿后,必须检查故障确定原因后再通电试机,以免更换后的开关管再次击穿。
7、检修过压保护电路动作的故障时,不能轻易脱开保护电路进行检修,以免扩大故障范围。
8、需要暂时断开负载,以判断故障是在负载的行输出级还是在开关电源部分时,必须在开关电源的输出端接上一个假负载才能开机。假负载需接在B+电压的滤波电容两端或B+供电的整流管负极与地之间,而不能接在B+整流管正极与地之间。当采用断开稳压电路检修时,应在交流电压输入端串接一个100W灯泡降压,防止输出电压过高而烧坏元件。
二、检修时的检测要点
不同类型的开关电源电路,由于工作方式的不同会在电路结构上有较大差异,但基本工作原理和方框结构比较相近,检测要点也基本相同。
1、输入端“交~直变换”的检测要点
输入端的“交~直变换”是指220V输入回路、整流、滤波这部分电路,它的任务是把220V的交流电压变换成直流电压,输送到开关管的集电极。因此,通过检测开关管集电极上有无250~340V左右的直流电压,来判断这部分电路工作是否正常。若此电压为零,表明电路出现断路故障,应先对其进行检修,使其达到正常后,才能检修其他电路。
2、开关振荡电路的检测要点
开关振荡电路是开关电源的关键部位,它包括开关变压器(主要是初级绕组和正反馈绕组)、开关管、启动电路和正反馈电路。
(1)开关振荡电路是否起振的判断方法如下:
1)直流电压检测法:检测开关管基极有无0.1~0.2V的负电压,有负电压即表示已经起振。
2)“dB”电压检测法:用万用表的dB挡检测开关管基极或集电极有无dB电压,有dB电压表示已经起振。如万用表没有dB挡,可在表笔上串联一个0.1μF/400V的无极性电容后,用交流电压挡去测量。
3)示波器观察法:用示波器观察开关管基极或集电极有无开关脉冲信号。注意:用示波器检测时,必须在220V输入端加接1:1隔离变压器。
(2)若通过以上检测确定开关振荡电路没有起振,则应重点检查以下电路:
1)启动电路是否开路。检查方法十分简单,用万能表的直流挡位测量开关管的B极,在开机瞬间如开关管B极电压有跳变则说明启动电路正常,如果按动开关时表笔没有摆动则说明启动电路开路了。
2)正反馈电路中有无元件开路或短路。检修时,只要对正反馈回路中的阻容元件测量或采用代换法就可以查找出故障根源。
3)由取样绕组、取样比较、误差放大和脉冲宽度调节电路组成的稳压电路是否有故障。必要时可暂时断开稳压控制电路,使振荡器单独起振。
4)保护电路是否有故障,必要时可断开保护电路。
3、输出端“交~直变换”的检测要点
输出端的“交~直变换”是指开关变压器次级绕组输出的脉冲电压经整流、滤波后形成的直流输出电压。一般开关电源有多路直流输出电压,检测各路输出的直流电压值,可以判断开关电源的工作是否正常。
4、稳压控制电路的检测要点
稳压控制电路一般包括取样绕组、取样电路、基准电压、比较放大、误差放大和脉冲控制电路几个部分。它的任务是通过自动调整开关管的导通时间,从而调整高频脉冲的占空比,使输出电压稳定在负载所要求的电压值上。检测稳压控制电路的方法是用万用表检测输出端的直流电压,然后微调稳压电路中的可调电阻,看输出端的电压能否变化,能否重新稳住,从而判断整个稳压电路中是否正常。
三、常见故障的检修方法
1、保险丝熔断
开机就烧保险丝,且烧断的保险丝内部呈现出黑色烟雾状,表明电路中有严重的短路性,且一般都发生在开关电源本身,这时应检查消磁电路、整流、滤波电路或是开关管等重要元件是否被击穿了;如果烧断的保险丝还呈透明状,通常是电流过载而造成的,多数为行输出有短路性故障。
维修方法:先采用串联灯泡法简捷地判断出是开关电源本身故障还是行输出电路的问题:在交流输入端串入一个100w/220v的灯泡,开机观察现象。如果在正常情况下,接通电源后,灯泡会瞬间很亮,随后变成暗光;如果灯泡没有发光,则说明是保险丝或是电源开关损坏;如果灯泡在瞬间很亮后就再没有发光了,则表明消磁之前的电路正常,应把重点放到整流以后的电路;如果灯泡长时间保持很亮,则说明电源部分有短路性故障,应着重检查整流电路和稳压电路;如果灯泡亮了一下,随后又变得较亮,则很大可能是行负载有短路,这时可对行输出电路进一步检查。
如果判断出是开关电源本身故障。先用观察法检查电路上有没有烧焦或是炸裂的元件,闻一闻有没有异味。经看,闻之后,再用万用表进行检查。首先测量一下电源输入端的电阻值,若太小,则说明后端有局部短路现象,然后分别测量四只整流二极管正、反向电阻和限流电阻的阻值,看其有无短路或烧坏;然后再测量一下电源滤波电容是否能进行正常充放电,再就测量一下开关管是否击穿损坏。需要说明的一点是:因是在路测量,有可能会使测量结果有误,造成误判。因此必要时可把元器件焊下来再进行测量。
2、无直流电压输出
如果保险丝是完好的,在有负载的情况下,各级直流电压无输出。这种情况主要是以下原因造成的:电源中出现开路,短路现象,过压,过流保护电路出现故障,振荡电路没有工作,电源负载过重,高频整流滤波电路中整流二极管被击穿,滤波电容漏电等。
维修方法:首先,用万用表测量开关管集电极有无300V直流电压,若没有应往前查交流输入,保险丝、整滤波等电路是否正常;若集电极电压正常,则检查开关管b极电压。测开关管b极电压或者在关机瞬间,用指针万用表R×lΩ挡,黑笔接b极,红笔接整流滤波电容负极(热地),听电源有启动声音,说明电源振荡电路正常,仅缺乏启动电压,是启动电阻开路或铜皮断。若无启动声,在测be结后,迅速将表转到电压档,测c极电压是否快速泄放。若是,说明开关管及其放电回路均正常,正反馈电路存在故障,包括反馈电阻、电容、续流二极管、正反馈绕组及其开关管故障。若c极电压仍不泄放,说明开关管及其回路有开路故障或b极有短路接地故障。
3、有直流电压输出,但输出电压过高
这种故障往往来自于稳压取样和稳压控制电路出现故障所致。在开关电源中,直流输出、取样电阻、误差取样放大管、光耦合器、脉冲控制电路等电路共同构成了一个闭合的稳压控制环路,任何一处出问题都会导致输出电压升高。
维修方法:由于开关电源中有过压保护电路,可以通过断开过压保护电路,使过压保护电路不起作用。用分割法以稳压环路中的光耦为分水岭,对电路实行分割,确定故障范围。将光耦件热地端的两控制脚短路,观察B+变化,B+严重下降或停止输出,说明热底板部分正常。故障点在B+取样电路及光耦;变化不明显或无变化,说明热底板部分有故障,要仔细检查此部分的脉冲控制电路。检查脉冲控制电路可采用调整交流电压法:用交流调压器调整交流输入电压,监测+B输出电压。然后测脉宽调整电路中各级三极管的b、e、c极电压、光耦端子间压降变化,看其是否与稳压原理相符或变化趋势一致。测到某一点与稳压原理应得值相反,说明被测点的这一级有故障,应逐一检查相关元件。注意振荡定时电容容量下降也会使输出电压过高。
对于具体的开关电源电路故障现象,可因故施修、因机施修,灵活掌握,采用不同的检修方法和步骤,以达到准确、快速、高质量地完成检修任务为目的。无论采取何种方法和步骤,原则是不能造成稳压电路开路、开关管失控,引起开关电源输出电压升高,造成大面积元件损坏,反而将故障扩大。如果掌握了开关电源各电路和元件发生故障的规律,就能够迅速地排除各种故障。
参考文献
[1]章夔.电视机维修技术[M].北京:高等教育出版社,2004.
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[3]梁建华.电视机维修技术[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2008.
彩电原理与维修是中职、高职电子技术专业必修课之一,也是电子维修技工、技师的考试科目之一,因其结构、原理较复杂,故障检修有一定难度。整机电路中开关电源电路的故障率最高,且其工作电压高、电流大和整机其他电路关联密切,容易产生二次故障,是维修、考试中的难点,尤其是初学者往往感到无从下手。在这里根据其故障机理及以往一些经验以一个专题的形式归纳、总结其主要检修方法、步骤。
一、开关电源始终无输出(保险管正常)的故障检修
1.测开关管集电极电压为0或远低于300v,检查交流220V输入电路及整流滤波电路;若集电极电压正常,检查开关管b极电压。
2.测开关管b极电压或者在关机瞬间,用指针万用表Rx1挡,黑笔接b极,红笔接热地,如听到震荡声音,说明开关振荡部分正常,是启动电路开路或断路问题。若无声,在测发射结后,迅速将表转到电压挡,测c极电压是否快速泄放。若是,则开关管及其放电回路均正常,正反馈电路存在故障,包括反馈电阻、电容、续流二极管、正反馈绕组及其开关管故障。若c极电压仍不泄放,说明开关管及其回路有开路故障或b极有短路接地故障。
二、开关电源瞬间有电压输出的故障检修技巧
1.假负载法:断开行供电,在B+接假负载,监测B+电压(应先将电压表接到位,开机后即关机)。如果高于正常值十几伏以上,可判断故障是由开关电源输出过压,并击穿行输出管所致,或电源本身的保护电路动作关断电源。应对控制开关电源输出电压的脉宽调制电路和振荡定时电容进行检查(后面将专门讲述)。
若开关电源B+正常,则变换负载或改变市电压观察B+是否稳定输出,对于直接取样电源可空载,以便更好地判断开关电源的稳定性能,若确认其良好,则故障系负载过流或保护电路动作所引起。
2.检查保护电路:当B+正常时,测B+对地阻值,看是否直流输出端对地短路。若没短路,恢复行负载,开机测保护电路取样电压,逐一监测各保护检测支路,直致查出故障点,不要轻易取消保护电路,因断开保护机器失去保护功能,如果当时开关电源输出电压过高,引起灯丝电压过高等故障,会造成严重的后果。
若确实找不出故障点,可以断开过流保护电路,因过流故障充其量损坏故障电路中的供电回路元件,如限流电阻等,不会损坏末端负载。
三、开关电源输出电压高的故障检修技巧
1.判断整流滤波电路是否为倍压整流状态:测开关管集电极电压,若比交流供电电压高出1.4倍以上,可判断为开关管集电极电压高所致,应对倍压整流电路进行检查。对于电网电压比较正常的地区,可以拆除倍压整流滤波电路,降低电源故障率。
2.用替换法判断振荡定时电容是否不良。
3.脉宽调制电路故障也可导致电压升高。
(1)调整交流电压法
用调压器改变交流输入,使B+保持在略高于正常值,然后测脉宽调整电路中各级三极管的b、e、c极电压,光耦①、②脚间压降变化,看其是否与稳压原理相符或变化趋势一致,测到某一点与稳压原理应得值相反,说明被测点的这一级有故障,不能正确传送稳压信息,使稳压失败,应逐一检查相关元件。
(2)分割法(适用于直接取样电源)
以稳压反馈光耦为分水岭,对电路实行分割,确定故障范围,短路光耦③、④端,观察B+变化。
a.B+严重下降或停止输出,说明热底板部分正常,故障点在B+取样电路及光耦。
b.变化不明显或无变化,说明热底板部分有故障,详细检查此部分的脉宽调整电路。点检查脉冲调整电路工作电压的形成电路,如滤波电容、整流管等,应采用替换法,还应检查代换各调整管和相关元件,检查铜皮是否断路。
注意事项:检修电压高的机器,应尽量脱开各负载,B+接假载,避免故障扩大,特别是CPU+5V供电取自同一电源的机器,还用采取保护措施,防止CPU损坏。
四、开关电源输出电压低(带负载能力差)的故障检修技巧
电压低可能涉及到开关电源自身的各个部分和与开关电源相关的所有电路,在检修时应先缩小故障范围。
1.先测开关管c极电压,确认开关管供电正常。
2.根据开关电源各个输出端电压判断故障。
(1)开关电源有的输出端电压正常,有的低于正常值。故障在输出电压低的这个整流输出电路,应对电路中的限流电阻、整流二极管、滤波电容进行检查代换,若限流电阻发烫,说明负载过流,查负载。
(2)开关电源各路输出均低。
这种情况说明负载和整流输出电路均正常,故障在开关电源的正反馈电路、脉宽调整、开/待机电路、保护电路。
(3)输出电压有的下降比例大,有的输出电压下降比例小。
测量结果说明故障在输出电压下降比例大的电路。此时可断开此路负载,如果断开的是行电路,应接假负载。在断开负载后,再测开关电源各输出端电压,若恢复正常,可判断所断电路的负载有过流现象。若仍不正常,说明故障在该整流滤波电路。
3.断开主负载、接上灯泡,判断是否负载故障。
有些收台图闪、带负载后电压不稳的机器,难于鉴别故障是在电源或是负载时,可以采用“借法”,用此电源带同等尺寸、相同B+电压的另一台机器行负载,进行判断。
4.保留启动、正反馈、软启动及负反馈电路。逐一取消各种保护电路、待机控制电路末端三极管。开机观察故障是否消除,确定故障范围。
随着技术的进步,各种高、精、尖的医疗器械在临床上得到广泛应用。不过,无论新设备功能如何先进,电源都是不可缺少的一环。虽然医疗器械原理各不相同,但电源原理大同小异。电源的工作环境比较恶劣,特别是开关电源需要承受高电压以及大电流的冲击,因此故障往往较多。统计显示,医疗器械故障当中电源故障的比例大于50%。[1]电源故障同电器元件与控制线路故障不同,会导致整个设备出现故障,因此电源维修的重要性受到人们的高度重视。
一、医疗器械维修中的电源
电源,是指为机械提供电能的相关装置,可以说是一切机械设备以及电子仪器的关键组成部分,也是转换电能为机械运转能源的器件。当代社会发展过程当中,常见电源设备是220V交流电转变为低电压电流,为各种电子、电气以及器械提供能源。机械工作环节,电源的作用不可替代,是电气设备的动力核心,同时也是电力电路控制的核心设备。电源质量的好坏直接决定着电气设备可靠性以及运行效率,也是发挥机械功能的核心影响因素。[2]在当代社会发展的过程当中,各种现代化的医疗器械广泛使用,大部分都是将信息技术以及计算机技术作为控制核心的小型化设备,功率往往比较高,配套供电设备重量轻、体积小、功能强以及效率高。因此,在现代化的医疗器械当中,大部分器械都是使用高效率开关电源,这种电源工作当中输入以及输出电压往往存在着比较大的波动,这就要求工作当中需要保持平均直流输出电压出现的波动在允许范围内。在这一背景下,及时通过某个固定频率来切换开关,通过导通长度调整输出电压。
二、医疗器械维修中电源的重要性
在此,以TOP227Y为例分析医院医疗器械维修中电源的重要性。
(一)开关电源工作的原理
TOP227Y是PI公司推出的Swicth系列芯片,集合控制脉冲信号的电路以及功率开关器等部件,这一开关电源有着集成度高、性能指标理想、电路简单、功耗低、输入电压与输入频率范围较宽、电源效率高、无须调试、电磁干扰比较低以及无须工频变压器等方面的特点。[3]在220V的时候交流电源经过电源齐整流波率之后分成两路输出,其中的一路经过高频变压器变换之后,再经过两个整流滤波器送到输出直流部分以及光耦合器部分,另一路则传送给TOP227Y的控制开关部分。
(二)开关电源的工作原理分析
医院医疗设备电源在工作当中,通常情况下都是使用高频变压器,在安装之初需要针对性研究变压器的电压转换、存储量以及隔离功能等。高压变压器研究方面,初级绕组需要反馈绕组以及同次级绕组才能够加以控制,同时将其全面归纳,使之可以同已有的技术完全不同,提高研究工作科学水平。在实际应用的过程当中,TOP227Y设备在导通电力的时候,电能就会转化成为磁场的形式,从而储存到初级绕组当中,设备运转停止的时候,磁场形式能量就会传递给次级绕组,最后传递到反馈绕组,发挥相应的作用。
(三)电源故障及其检修实例
故障现象:刚开机的时候电源供电+5V、+12v以及-12V都比较正常,检测液晶屏背光系统的升压板开关信号电压为+18v左右。在机器持续工作20min之后,整机就会反复重启,在30min之后暗屏。故障排除:通过检测发现电源供电+12v下降到+2.2v,+5V下降到0.3V,同时-12v下降到-3v,升压板信号开关端的电压则下降到0v。进一步检测发现升压板的温度较高,认真检查主板等元件以及电路和元件并未发现存在明显的损坏问题。因此,可以判断属于液晶屏背光升压板问题。该升压板是塑封模块,在维修的过程当中,可以使用国产SF-02S02升压板来替换电路图,之后使用高绝缘强度的材料包扎接线,然后固定升压板在原机的直流电池盒当中,开机测试之后正常工作。
综上所述,医疗器械维修当中电源起着重要作用,所以维修人员需要了解电源工作的原理,尤其是电源开关原理,加强对电源的保养与维护。在故障检修过程当中,认真细致地进行检查,准确定位故障的位置并予以维修,从而确保设备正常运行。
(作者单位为阜宁县人民医院)
参考文献
[1] 周理明,蒋益钢,卢航.医疗器械维修的捷径――电源的维修[J].医疗卫生装备,2013,28(9):91-92.
电源电路是彩色电视机的能源供给中心,因为工作在大电流、高电压状态,所以故障率较高。若电源电路出现故障,则整机将失去正常工作的基本条件,许多检测项目都无法进行,维修工作也难以开展。因此,电源电路的故障检修是整机维修的关键。
一、电源电路的组成及各组成单元的作用
电视机电源有串联稳压电源和开关稳压电源两种,串联稳压电源由于电路简单而广泛应用到小屏幕的黑白电视机中。开关稳压电源由于工作效率高、稳压性能好、调整范围宽、保护电路全等优点而被彩色电视机广泛应用。
开关电源的主要作用是把220V的交流电转变为行输出电路所需的110V直流电压、遥控系统所需的+5V的直流电压和其他系统的工作电源(如伴音系统、场输出系统、小信号处理系统等),但其他系统的工作电源也可由行输出变压器脉冲整流电源提供。
1.电源电路的组成
开关稳压电源主要由抗干扰电路、整流滤波电路、振荡电路、稳压控制电路、保护电路、待机控制电路等组成,振荡电路由开关变压器、开关调整管、启动电路、正反馈电路等单元构成。取样电路、基准电压、比较放大、控制电路构成了稳压控制电路,如图1所示。
2.电源电路的组成及各组成单元的作用
各组成单元的作用见表1。
二、电源电路分析
220V的交流电经抗干扰电路隔离内外电路的相互干扰,通过整流滤波电路变为300V左右的直流电压,由启动电路和开关变压器的初级绕组加至开关调整管的基极和集电极,在正反馈回路的作用下,把整流滤波后的直流电压变换为高频脉冲电压,根据开关变压器的能量转换和电压变换的作用,在次极获得大小不同的脉冲电压,经整流滤波后向负载供电。变压器次极电压主要取决于开关调整管的导通时间,开关管导通时间越长,变压器储存的磁场能越多,次极输出电压就越高,所以改变开关管的导通时间可以改变输出电压。
开关电源的取样电路取出输出电压与基准电压进行比较、放大后,送至控制电路,控制开关调整管的导通时间,从而保持输出电压的稳定。
以下为开关稳压电源电路实例分析。
1.电路图的识读
以图2开关稳压电源电路为例,主要由抗干扰电路、整流滤波电路、自激振荡电路、稳压控制电路、保护与待机控制电路等部分组成,组成元器件及作用见表2。
2.电路分析
该电源是彩色电视机中应用比较广泛的一种自激式调频调宽开关电源,并采用光电耦合器作稳压取样和开关机的控制,工作稳定,安全可靠。它除了显像管工作所需高压由行输出变压器提供外,其余电源全部由开关电源提供。
(1)整流滤波电路
市电220V经过保险管F501进入由C501、502和L501组成的低通滤波电路,由VD503~VD506组成的桥式整流电路后,再经过L502、C507组成的滤波电路得到约300V的直流电压,C503~C506为防浪涌电容。
(2)开关电源自激振荡过程
整流滤波电路输出的300V直流电压一路经过启动电阻R520、R507和R509加到开关管V513的基极,另一路通过电源变压器初级绕组③、⑦脚向开关管V513集电极供电。当V513的基极有电流注入后,V513由截至变为导通,通过三极管的集电极电流加大,开关变压器的③端自感电动势为正,同时正反馈绕组①②的①端产生的互感电动势也为正,该电压通过正反馈网络R511、C514(VD506)和R524加到开关管V513的基极,形成正反馈。通过正反馈使开关管V513迅速由截至转向饱和,变压器初级绕组③至⑦储存能量。开关管饱和导通后,其基极电压的升高已不能控制集电极电流的增大。与此同时,T501①脚的正电压经过R511、R506对电容C514、C509充电。C514的充电电压为下正上负,C515的电压为上正下负。C514下正上负的电压使开关管的基极电压下降,而C515上正下负的电压使脉宽调整管V512的导通加剧,对开关管的基极分流加大。随着充电时间的延长,当开关管的基极电流降低到一定值时,开关管退出饱和,并通过正反馈迅速转向截至。这样周而复始,形成自激振荡,注意对于自动稳压过程主要是相关电路控制V512的导通状况实现的。当电源开关管由饱和转为截至时,开关变压器将储存的能量经变压器次级绕组所接的整流、滤波电路整流、滤波后,向负载供电。
(3)稳压电路
开关电源输出电压的高低是通过改变开关导通时间的长短实现的。导通时间越长,变压器初级储存能量越多,输出电压越高。该电源的稳压电路由误差信号取样电路(R552、RP551、R553、VD561和V553)和脉宽调制电路(N501和V512)组成,其中N501为光电耦合器,既可以传送信号,又可以将两部分隔离。
现在以输出电压升高为例,说明自动稳压过程。由于某种愿因,使开关电源110V输出电压上升时,取样电路使V553的基极电压也升高,由于V553的发射极接稳压管VD561而电压不变,V553发射结压降增加,基极电压增加,根据三极管的特性,集电极的电流将成倍增加,流过光电耦合器的电流增加,发光二极管的发光强度增加,光敏三极管的电流增加,该电流经V510放大后加到脉冲调宽管V512的基极,使V512导通电流上升,发挥对开关管V510基极电流的分流作用,使开关管V510提前退出饱和,输出电压下降,从而取得稳压的效果。
(4)过压保护作用
过压保护电路由VD512、VD516和R517组成,当某种原因使正反馈绕组①端产生的感应电动势超过一定值时,VD515呈击穿状态,切断正反馈网络,使振荡电路停振,没有电压输出,起到过压保护的作用。
(5)多路输出电压
该开关电源共有6路电压输出,除视放电压和显像管所需高压外的所有电压均有开关电源提供。
(6)遥控开关机电路
该电路由V552和相关元件组成。当V552导通时,V556、V554均处于导通工作状态,输出相应的电源电压;当V552截至时,V556、V554均处于截止状态,对应的电压均无输出,行振荡和小信号处理电路都处于非工作状态,电视机处于待机状态。而V552的导通与否决定于CPU输出的控制信号,该信号通过V703控制V552的导通与否。
三、电源电路故障现象
彩色电视机开关稳压电源引起的故障现象如下:
1.三无
三无是指无光栅、无图像和无伴音。
2.输出电压偏高或偏低
电压偏高时,开机后光栅偏亮,甚至开机一段时间后光栅突然消失;电压偏低时光栅缩小。
3.遥控开关机失灵
使用遥控器不能对电视进行开关机控制(电源部分有故障)。
四、电源电路故障检修方法
1.开关电源的检修要点
不同类型的开关电源电路,可能由于工作方式的不同而在电路上出现较大的差异,但就其基本结构和工作原理都存在相似之处,开关电源的工作过程及检修要点如表3所示。
2.开关电源常见故障的检修
(1)三无
“三无”故障现象一般由开关电源、行扫描电路、待机控制电路引起。首先测开关电源输出电压,若为零,表明故障在电源电路,主要是电源电路有开路现象或开关调整管未自激振荡。测量滤波电容两端+300V电压有无是判断开路性故障的关键点;检查启动电路、正反馈电路、开关调整管、稳压控制电路是否正常,是判断开关调整管是否自激振荡的关键点。一般情况下,开关调整管的V=0V时为启动电路故障,V=0.7V时为正反馈电路或稳压控制电路故障,正常时V为负压。
根据以上故障分析,开关稳压电源的一般检修程序如图3所示。
(2)输出电压偏低(或偏高)
开关电源输出电压偏低,说明开关电源振荡电路工作基本正常,故障原因可能是电源的稳压电路出现问题或负载过重,首先用接假负载的方法确定故障在电源部分,然后再检查电源部分稳压电路故障。若电压偏高,可以直接检查电源的稳压电路故障。
由开关电源的组成和工作原理可知,稳压电路主要有以V553为核心的误差信号取样放大电路、信号耦合电路N501和以V510、V512为核心的脉宽调制电路三大部分组成。下面以信号耦合电路光电耦合器N501为切入点,分析开关电源输出电压偏高或偏低的故障。
输出电压偏低的检修程序,如图4所示。输出电压偏高的检修程序与上述结果正好相反。
(3)遥控开关机失灵(二次不开机)的故障分析与检测
遥控开关机电路如图5所示。遥控开关机失灵,有可能是电源电路的故障,也有可能是CPU控制电路出现问题,区分两者之间的方法是先检测B1电压是否为5V,如该电压失落,CPU不会工作。在保证B1电压正常时(电源指示灯亮),按遥控器的开关键,若V552基极电压有跳变,说明CPU正常工作,问题出在电源部分,否则为CPU故障。
当N701为低电平时,V703截至,V552饱和导通。当V552导通时,V554、V556导通,+19V、+9V、B1才能输出电压,行振荡和小信号处理系统才能正常工作,电视机处于工作状态,否则电路处于待机状态。
若电路出现遥控开关机失灵,则故障检修程序如图6所示。
该电源的CPU供电并非用辅助电源供电。在有些机型中CPU用辅助电源供电,遥控开关机则是CPU通过光电耦合器控制,通过开关电源停振以实现开关机,两种方法区别较大。
五、电源电路检修注意事项
1.特别注意人身、仪器和彩色电视机的安全
彩色电视机中的电源电路省去电源变压器,电网输出的220V交流电压直接与整流电路连接,这就导致地板带电的可能性。如果电网的火线恰好与电视机的地线相连,当维修者触摸底盘时,可能发生触电事故。如果使用万用表、示波器或其他仪器进行检测,则有可能损坏仪器。为此,在检修电视机时必须使用1:1隔离变压器,目的在于整机与电网火线的隔离。另外,工作台上还要垫上绝缘皮垫;使用万用表测量时,尽量单手作业。
2.避免扩大故障
如果电视机的保险管已熔断,在未查明原因的情况下,不可急于换上保险管通电,更不允许用比原来规格大的保险管或铜丝代替,以免尚未损坏的元件被损坏。但是有的故障不通电很难发现或作进一步的监测,此时可用规格型号完全相同的保险管换上再试一下,但要把握好时机,密切注意有无异常。
3.注意使用假负载
当电视机开关电源输出电压较低时,可能是电源故障可能是行输出级故障。判断故障是否在行输出级时决不能断开行输出级来检测空载电源,这样极易使开关管击穿。这时可以用假负载代替行输出级以判断故障部位。比较常用的方法是:接上假负载(220V、60W的白炽灯),并采用低压供电安全方式(即将供电电源采用自耦变压器降至70左右),接上假负载后接通电源,若白炽灯较亮,说明电源部分工作基本正常,可作进一步的测量;若开机后白炽灯灯丝不发光或亮度很低,则说明开关电源出现故障。
4.注意检修细节
在检测电源电路,特别是振荡电路不起振时,经常用万用表测量启动电阻的阻值。在测量以前,注意要对滤波电容放电,否则极易损坏万用表。
六、结语
彩电开关电源是电视机中故障率较高的部位之一,电源部分出现故障将直接影响电视机的光栅、图像和伴音,因此电源部分的检修至关重要。电源发生故障时,检修需从整流滤波电路、开关电源自激振荡电路(开关变压器、开关调整管、启动电路、正反馈电路)、稳压控制电路(取样电路、基准电压、比较放大、控制电路、)过压保护电路、次级多路输出电压电路、遥控开关机电路六个方面进行。在检修过程中必须注意人身安全、仪器和彩色电视机的安全,避免扩大故障范围,注意使用假负载并采用低压供电安全方式,注意检修细节等问题。
参考文献:
[1]韩广兴.新型彩色电视机原理与检修.北京:电子工业出版社,2005.
[2]河南省职业技术教育教学研究室.彩色电视机原理与检修.北京:电子工业出版社,2013.
[3]孙立群,主编.彩色电视机开关电源维修技术.北京:高等教育出版社,2004.