开关电源技术应用与维修电子教案

1、第8章 新型开关电源的应用与维修,目前，各种新型开关电源集成控制器不断出现，它们都有各自的特点，同时，使用这些开关电源集成控制器构成的新型开关电源也在不断生产出来。开关电源集成控制器除控制主电路把交流电压转换成符合要求的高频方波脉冲电压外，还要执行电压调整、电流检测、机温监视、电路运行状况检测以及各种保护功能，以此保证所有参数在电源运行过程中都不能超越正常值。 本章主要讲述环保型、调频型、准谐振型和恒功率型等几种新型开关电源的实际应用电路以及相关故障维修,8.1 环保型开关电源,8.1.1 由FAN4803构成的环保型开关电源 FAN4803具有“三高一小”的功能特点，所谓“三高一小”就是高效

2、率、高功率因数和高可靠性，电源的体积小。FAN4803是一种启动电流和工作电流都很低的开关电源集成控制器，它可用于功率因数校正和脉宽控制调节为一体开关电源,图8-1 FAN4803的内部结构框图图 8-2 FAN4803引脚排列图,1PFC电流驱动输出 2GND 3电流检测输入端 4PFC输入端 5反馈信号输入端 6PWM电流检测输入 7IC电源端 8PWM脉冲输出端,1. FAN4803集成控制器的电路特点 (1) 具有先进的输入电流整形技术及低电流启动、空载和待机时低电流运行功能。该控制器依据电路动态运行状况和输入输出参量的变化，实时地对输入电流脉冲进行整治，使每个输入电流脉冲形成完整有序

3、地传递并成为真正的矩形波。FAN4803芯片内部设有误差放大器和电路外部的瞬态误差补偿，为电路提供低电流启动和低电流运行创造了有利条件,2) 采用平均电流进行功率因数校正控制是FAN4803又一个特点，它采用脉冲前沿调制，这种调制方式使PFC的直流输出电容器的脉动电流减到最小，使PFC控制电路的调制电容容量选用减小，而且容抗降低，对整个控制电路起到优化作用。 (3) PFC和PWM两路均采用脉冲前沿调制和脉冲后沿调制，这种双路控制的优点是只需要一个时钟控制脉冲，这样把功率开关管的瞬时“空载”时间缩到最短，而使开关管在工作期间所产生的脉冲电压大大降低，也使得PFC电路的输出纹波电压减少，从本质上

4、减少了PFC电路输出高压对电容器和整个电路的损耗，这就是所谓同步开关控制技术的优点,4) FAN4803具有过电压、欠电压和降低输出的保护功能，电路在控制周期有峰值电流限制，占空比限制以及软启动等先进的控制方式，由于芯片设置了这些方式，电路的启动电流为150A，空载或待机电流仅为2mA。其内部还为PFC提供冗余的快速保护，包括过电压保护(OVP)和欠电压锁定(UVLO,2FAN4803集成控制器的应用电路 (1) 同步开关的原理 (2) PFC控制电路 (3) PWM功率级电路,图8-3由FAN4803构成的环保型开关电源电路图,8.1.2 由ML4824构成的环保型开关电源 1. ML482

5、4集成控制器的电路特点 M14824在一块芯片上集成了功率因数校正和脉冲宽度调制两种功能。该电路具有高效、高功率因数和低谐波含量的特点。同时，该电路在抗电磁干扰、抗电磁辐射以及电磁兼容性方面都具有良好的性能，在开关电源中有着很高的应用价值。 ML4824电路的脉宽调制功能能对占空比进行精确控制，这对于高频变压器在大电流环境下工作时不出现磁饱和是有利的。它可以避免磁致伸缩。利用MIA824制作的开关电源具有软启动、欠电压锁定和过电压保护功能,图8-4 ML4824的内部结构图,图8-5 ML4824的引脚排列及引脚功能,2. ML4824集成控制器的应用电路,图8-6 由ML4824构成的环保型

6、开关电源电路,8.1.3 环保型开关电源的故障检修 1. 电源常见故障及维修方法 (1) 通电后没有电压输出 (2) 尖峰电压造成电路闭锁使芯片不工作 (3) 在起始触发脉冲闭锁期间光耦合器的输出电流过大 (4) 在开机或过载时IC1发生爆炸或IC1发热温度很高 (5) 电源的损耗大，效率低 (6) 工作频率低，输出电压不稳定 (7) 当输入电压升高或负载变轻时，输出电压随之升高,2. 光耦反馈回路易出现的问题 (1) 输出电压Vo不稳定 (2) 输出电压变化过快，超过了极限 3. 功率因数校正电路易出现的问题 (1) 功率因数校正电路不工作 (2) 总谐波失真（THD）超过10% (3) 输

7、出直流电压达不到380V (4) 功率因数校正电路被关断,8. 2 调频型开关电源,8.2.1 由UC3845BN构成的调频型开关电源 UC 3845BN是一种固定脉宽，通过改变频率来调节占空比以达到输出电压稳定的脉频调制（PFM）型集成控制器。这种调制器必须有压控振荡器（VCO)，利用电压的变化来改变振荡频率。 1UC3845BN控制器的电路特点 (1) 超宽的输入电压范围。 (2) 性能稳定、电路简单、成本低。 (3) 保护功能完善,2. UC3845BN控制器的工作原理,图8-7 UC3845BN电流控制 图8-8 UC3845BN振荡频率fv 模式变换电路框图 与控制电压Uc的关系,3

8、. UC3845BN开关电源应用电路,图8-9由UC3845 BN构成的调频型开关电源电路图,8.2.2 由UC1864构成的调频型开关电源 1. UC1864控制器的电路特点 (1) 电路采用PFM原理，具有两个输出端，作并联使用时可以构成50W以下的开关电源；如果两个输出端分开作推挽式或半桥式使用，可以构成100w以下的开关电源,2) 采用零电压开关的设计方案，使外部所接的功率开关MOS管工作在理想的通/断状态下，这属于谐振开关电源。 (3) UC1864片内设有宽频带压控振荡器(VCO)，可以便利地完成V/F转换，转换频率设定范围宽，可以从l0kHz到1 MHz，一般选用50600kHz

9、。 (4) IC具有完善的保护电路。有欠电压锁定、过电压保护电路，内有故障比较器和故障锁存器。 (5) UC1864的工作电压为1520V，最高电压为22V。两个输出端均可输出1A的峰值电流,2. UC1864控制器的内部结构,图8-10 UC1864的内部结构框图,3. UC1864开关电源的应用电路,图8-11由UC1864构成的调频型开关电源电路图,8.2.2 调频型开关电源的故障检修 1. 开关电源无直流电压输出 (1) 故障原因分析 可能是市电输入电路存在开路故障，使电容C1两端无300V直流电压输出；或是市电输入电路存在短路故障，如果输入电路短路，会烧坏熔丝；也可能是自激振荡启动环

10、节或振荡正反馈电路的元件发生开路式的损坏，或是IC1的压控振荡器因受到外部过电流、过电压保护，使控制电路进入锁存状态，输出启动器不能启动,2) 故障检修方法 首先查看输入熔丝是否烧断。若烧断，说明交流输入电路中存在短路性故障元器件，应检查交流输入电路的滤波电容是否漏电或击穿损坏，桥整流滤波器件是否击穿损坏，开关场效应晶体管VT2是否击穿短路；还要检查开关电源吸收网络的阻塞二极管VD2是否击穿损坏，并检查开关电源直流输出端电路、负载元件是否完好。若熔丝正常，再开机测电解电容C1两端有无300V的直流电压，再测IC1的9脚有无0.5 V左右的电压。若C1两端有300V的直流电压而IC1的9脚没有电

11、压，再测IC1的13脚有无电压，如果没有，应检查电阻R1是否完好。如果9、13脚都有电压，应检查电阻R5、R6和电容C6。若各点电压均正常，则应检查振荡变压器TR2是否发生击穿性损坏,2. 开关电源输出电压偏低 (1) 故障原因分析 电源负载电路工作电流过大。因电源开关功率管VT2带载加重而引起激励不足，致使工作频率不能加快，继而使开关电源输出的直流电压偏低。 压频转换电路的外围元件R5、R6、C5变质或开路，IC1内部的控制逻辑滞后于瞬间定时器，不能使工作频率跟随输出电压的高低进行调制。 锯齿波振荡电路工作异常，引起开关晶体管截止时间延长，致使输出电压偏低,同相反馈输人线开路或IC1的误差放

12、大器工作异常。同相输人端与反相输入端接反，使片内误差放大器“反常”工作，因而不能控制压频转换，使得输出直流电压偏低或异常。这都是由频率调制引起的。 (2) 故障检修方法 首先在二次滤波电容C11两端接上1/40 W的大功率线绕电阻，测量线绕电阻两端电压是否达到5V。若为5V，则应检查滤波电容C11是否漏电。如果C11没有漏电，应重点检查C7和R12。如果仍无结果，应更换整流二极管VD7和VD8，最好选用肖特基二极管，二极管的工作电流应大于3倍的输出电流，否则输出电路工作异常。如果更换以上元件后故障不能排除，最后可使用试换法更换IC1,3. 开关电源输出电压偏高 (1) 故障原因分析 若开关电源

13、在开机时输出直流电压偏高，则故障原因肯定是某种因素引起压控振荡器的触发电路进入锁定状态或停止工作，使开关晶体管的截止时间缩短或工作频率升高，致使开关电源因负载过轻而引起输出电压升高。 若开关电源在运行工作时输出的直流电压偏高，则其故障原因肯定是稳压控制电路压频转换工作异常，如R5、C6等元件开路，使开关管的基极驱动电流无法控制，开关管因失去控制而使开关电源输出的直流电压升高。另一个原因是电路中的过电流、过电压保护功能异常，保护电路失控引起故障锁存器闭锁，从而使输出电压异常,2) 故障检修方法 若仅是在开机瞬间集成控制器IC1处于复位状态时开关电源输出的电压偏高，应先测电容C8的两端有无5V左右

14、的电压，若无，应检查电阻R7和晶体管VT1是否完好，有无开路现象以及C8有无漏电现象。若C8两端电压正常，则应测试分压取样电阻R9、R10的阻值。 如果开关电源在工作运行期间输出电压一直偏高，则应测试VH点和IC1的13脚Vcc电压，发现VH点电压为300V，而IC1的13脚电压高达25V。其产生原因有两个：第一，稳压二极管VS异常损坏，使Vcc电压不正常，处于高电压值；第二，取样电阻R1的阻值太小，应换一只大阻值的电阻。一般在输出电压偏高时，纹波电压会比正常值高几倍,8.3 准谐振开关电源,电子开关具有零电压导通(ZVS)、零电流关断(ZCS)的变换电路称为准谐振变换电路。用这种变换电路做成

15、的开关电源称为准谐振开关电源，它是在PWM开关上附加谐振网络实现ZCS(或ZVS)的。用准谐振开关代替PWM开关，就可以从PWM变换形式直接得到相应的ZCS(或ZVS)准谐振变换电路。利用功率管MOSFET作为主开关时，ZCS准谐振的开关频率可设计到2MHz，而ZVS准谐振的开关频率可以做得更高，甚至达10MHz，从而提高了开关电源的功率密度,8.3.1 由MC34067构成的准谐振开关电源 1. MC34067的电路特点 (1) 为具有准谐振电路功能的开关电源，具有零电压导通、零电流关断、峰值电压低、噪声小、效率高等技术特点。 (2) 本电路采用双管正激式驱动，效果好，可靠性高，造价低，是目

16、前市场上比较好的一种产品。 (3) 开关电源的工作频率可高达12MHz，在高频高压的工作条件下不会出现磁饱和，因此电源体积可做得很小，为实现模块化创造了条件。 (4) 电路具有软启动功能，还具有欠电压、过电压、过电流、短路多种保护功能,2. MC34067的电路结构,图8-12 MC34067的内部结构框图,3. MC34067的应用电路,图8-13由MC34067构成的准谐振开关电源电路图,8.3.2 由TEA1610构成的准谐振开关电源 1. TEA1610的电路特点 (1) 采用准谐振开关变换，它的特点是电子开关在零电压导通、零电流关断，它是固定开关导通时间，调整谐振频率，这种功能，它会

17、减少开关损耗，没有电磁辐射，因此，变换电路的工作频率可以提高到1.52MHz，而工作损耗却很低，而且不会引起电磁干扰,2) 电路拓扑为半桥式ZVS开关方式，它是离线开关电源最好的一种结构形式，开关功率管由于有两只晶体管承受电源电压，使得开关管的电压应力降低50%，这样，设计功率可以有很大的提升。 (3) TEA1610具有各种保护，它的运行是安全的。这里主要有过电压保护，当输人电压过高时，控制器关闭电源进电，限制输出电压的电平。 (4) 芯片内部集成的自举电路，设定了启动级的启动时间，这个自举启动电路保证了输出级升压电容的充电电压，使电路遇到过电流或输出电路短路故障消除后，控制器再次进行重新启

18、动，有了时间和控制机能的支持,图8-15 由TEA1610构成的准谐振开关电源,2. TEA1610的应用电路,图8-14 TEA1610内部结构框图和引脚排列图,实现电源低电压、大电流输出是开关电源向现代发展的要求，但低电压大电流输出存在着集成化控制问题，新材料、新器件问题，还有大规模生产工艺等问题。L6565和L6561的结合解决了电路集成控制问题。 1. L6565的电路特点 (1) 满足大电流输出。 (2) 电源的消耗低。 (3) 电路具有过电流、过电压、短路等保护功能。 (4) 电路采用同步整流技术,8.3.3 由L6565构成的准谐振开关电源,图8-16 L6565内部功能框图及引

19、脚排列图,图8-17 由L6565构成的准谐振开关电源电路,2. L6565的应用电路,8.5 恒功率开关电源,恒压、恒流输出式开关电源简称恒功率源。这种电路有两个控制回路，一个是电压控制回路，另一个是电流控制回路。当输出电流较小时，电压控制起主要作用，具有稳压的特性，输出电压不受负载、温度、输入电压等影响，相当于长时间不间断恒压源。当负载电流接近或达到额定值时，通过电流控制回路使输出电流Io维持恒定，这种电源称为恒流源。在很多场合恒流源有很大的用处，如可用在匀速电动机、手机、电池充电系统以及导弹、火箭的导航系统上,8.5.1由SG6858构成的恒功率开关电源 1. SG6858的电路特点 S

20、G6858是汤姆森公司最近推出的又一新产品。该芯片采用最新的恒压、恒流控制技术，在AC 110V输入时待机功耗可达到0.11W的最低水平，属于高效节能型开关电源集成控制器。 当交流输入电压在85265V范围内变化时，电压调整率为0.2%。负载电流从10% (0.22A）变化到100% (2.2A)时，负载调整率也能达到0.2%，这能跟任何精密电源相媲美。启动电流小，待机功耗低，是这种恒功率开关电源的又一特点。因此它的功耗低、效率高，应用广泛。SG6858的内部电路框图如图8-18所示,图8-18 SG6858的内部电路框图,2. SG6858的应用电路,图8-19 由SG6858构成的恒功率开

21、关电源电路图,8.5.2 由UC3843构成的恒功率开关电源,图8-20 UC3843的内部结构框图,1UC3843控制器的特点 (1) 电路结构为反激式电能转换形式，通过输出电压取样、光耦合，经UC3843内部比较、调制占空比，驱动功率开关管，恒定输出电压，这一复杂的工艺过程只需十几毫秒时间，速度之快，控制之准确，比普通电源控制IC要高出1至2个等级。 (2）工作频率可达到500kHz以上而不发生磁饱和，电源的负载调整率达到7%，电压调整率可达到0.01%，启动电流小于1mA。芯片在50的温度环境下，电路输出的电流、电压能保持恒定,3) 输入电压范围宽，为AC86265V (50/60Hz)，这个特点，使芯片适用于全球各个国家，市场供应面非常宽阔。 (4) 可靠性高、稳定性好、成本低、效率高。 (5) 由于电路采用自动调整、电压负反馈稳定输出、光电调整误差放大器的放大量，使得通过MOSFET的峰值电流大为降低,2. UC3843电路工作原理,图8-21由UC3843构成的恒功率开关电源,8.5.3 由NCP1207构成的恒功率开关电源 NCP1207具有软启动、零电压、零电流开关的功能，高效、低损耗、低成本是NCP