开关电源技术应用与维修[杨亚平][电子教案和教学指南]第4章

1、第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 1第第4章章 单片开关电源的应用与维修单片开关电源的应用与维修 单片开关电源是开关电源的新一代产品，被誉为“顶级开关电源”。它具有单片集成化、最简单的外围电路、最优良的性能指标、能完全实现电气隔离等特点。为小型、高效开关电源的推广和普及创造了良好的条件。本章主要讲述单片开关电源的性能特点和结构类型，单片开关电源的基本工作原理、各种单片开关电源的实际应用，以及单片开关电源的故障维修。 本章主要讲述单片开关电源的性能特点和结构类型，单片开关电源的基本工作原理、各种单片开关电源的实际应用，以及单片开关电源的故障维修。 第第4章章 单片

2、式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 24.1 单片开关电源的特性单片开关电源的特性 4.1.1 单片单片开关电源的主要类型开关电源的主要类型 (1) TOPSwitch系列 (2) TOPSwitch-lI系列 (3) TinySwitch系列 (4) TNY256系列 (5) MC33370系列 (6) TOPSwitch-FX系列 (7) TOPSwitch-GX系列 第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 34.1.2 单片单片开关电源的工作原理开关电源的工作原理1单片开关电源的基本工作原理单片开关电源的基本工作原理 图4-1 单片开关电源(TOP

3、Switch)的典型电路第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 42单片开关电源的四种反馈电路单片开关电源的四种反馈电路 第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 5 下面列举几种型号的单片开关电源应用电路，介绍单片开关电源的应用。单片开关电源常用于自动检测仪表、笔记本电脑、打印机、视盘机、录像机等电子产品。4. 2 单片开关电源的应用单片开关电源的应用第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 6 4.2.1 TOP227 Y三端单片开关电源三端单片开关电源 1. TOP227Y的性能特点的性能特点 (1) 将脉宽调制（

4、PWM）控制系统的全部功能集成到三端芯片中，内含脉宽调制电路，功率开关场效应晶体管(MOSFET）、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补程电路。通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，真正实现了无工频变压器，实现了开关电源单片集成化，使用安全可靠。在电路结构上由于采用COMS电路，使电源功耗显著降低，它不需要接大功率过流检测电阻和功率驱动电路，外部也不必提供启动时的偏置电流。 第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 7 (2) 单片三端开关电源属于漏极开路输出，并且利用电流来线性调节占空比的AC/DC电源变换器，即电流控制型开关电源，控制方式简便，调节灵活。 (

5、3) 输入交流电压和频率范围极宽。在固定电压输入时可选110/220V交流电，允许变化15；在宽范围输入电压时，适合85265V全球通用电源。电源的频率范围是47140Hz，其电压调整率SV 0.7%，负载调整率SI =1.1%。若采用光耦合器和精密稳压源TL431构成外部误差放大器，则SV、SI可达到0.2%，电源品质得到了进一步提高。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 8 (4) TOP227只有3个引出脚，可以同三端线性集成稳压器的外貌相媲美，能以最简单的结构方式构成无工频变压器的反激式开关电源。这种电路能完成多种控制、偏置及保护功能。它的输出控制端属于多功

6、能引出端，实现一脚多用。它在连续和不连续两种不同模式下都有应用的价值，能构成大小功率各异的、用途广泛的各种普通型或精密型开关电源。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 9 (5) 外围电路简单，成本较低。电源所用元器件很少，外部仅接低通滤波器、输入整流滤波器、开关变压器、反馈电路和输出整流滤波电路。开关电源的工作频率一般为l00kHz，可在80120kHz范围内正常工作；占空比调节范围是1.767%，比一般反激式开关电源的占空比大许多。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 10 (6) 电源效率高。它将很多功能集成在一起，功能多，功耗低，

7、电源效率可达到90%，被誉为节能电源；具有多种保护功能，并实现了安全隔离；电源稳定性好、纹波电压低、体积小是这种电源最显著的特点。 (7) 采用TOP227Y制作的开关电源能降低电磁干扰(EMI)。同时，对电网的传导噪声干扰有一定的防护和抑制能力。芯片的工作温度是070。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 112. TOP227Y的内部结构的内部结构 图4-3 TOP227Y的内部电路框图第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 123. TOP227Y的应用电路的应用电路 图4-5 三端单片双路输出150W精密开关电源第第4章章 单片式单

8、片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 13 4. TOP227Y系列的使用要点系列的使用要点 (1) TOP227Y可在85265V交流输入电压下正常工作。 (2) 负载能力的大小是决定负载调整率的重要因素。 (3) 每当MOSFET由导通变为截止或由截止变为导通的瞬间，开关管会产生尖峰电压，变压器的漏感和匝间电容也会产生感应电压。 第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 14 (4) 对于TOP227 Y系列单片开关电源的电磁滤波电路，可以简化滤波器的结构。简单的电磁干扰滤波器仅用一只电容和一个共模绕组，复杂的滤波器则用4只电容器配共模绕组 。 (5) 光耦

9、合电路具有负载调整率低、电压输出稳定、调整灵敏度高的作用，在单片开关电源中得到了应用。 (6) 磁珠对于电子电路抑制噪声干扰来说是一个重要元件。 第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 154.1.2 TNY256P四端单片开关电源四端单片开关电源 TNY256P属于TinySwitch系列，是一种高效、低成本、多功能单片微型开关电源芯片。它是由源极S、漏极D、旁路端BP以及使能端EN组成的四端单片开关电源，它结构简单、使用方便，适合制作微型待机电源、电池充电器、IC卡付费电表、视盘机电源等。 第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 16 1

10、. TNY256P性能特点性能特点 (1) 高效、节能、体积小。 (2) 采用传统的PWM脉宽调制，控制方式简单，且调节速度快，电路输出的纹波电压低。控制的电路外围元器件极少，安装调试容易。 (3) TNY256P芯片内有开/关控制器、稳压器、高频振荡器、电流、电压比较器、过电流、过热保护以及MOSFET功率驱动管等多种模块。 (4) 具有开关频率抖动的功能，频率抖动幅值为5kHz，这一功能将电磁幅射的能量衰减到最低计量。 第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 172. TNY256P的内部结构的内部结构 图4-6 TNY256P的内部功能框图第第4章章 单片式单片

11、式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 183. TNY256P的应用电路的应用电路 图4-7 由TNY256构成的9V、5.5W电源适配器第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 194.1.3 MC33374五端单片开关电源五端单片开关电源 MC33374属于MC33370系列，是又一种电源控制单片集成电路，它有五个引出端，具有抗干扰无辐射、高功率输出等最佳性能，被广泛用于PC机待机电源、机顶盒电源、微处理器控制电源、适配器电源以及办公自动化设备、仪器仪表等电子产品中。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 20 1. MC33370系

12、列的性能特点系列的性能特点 (1) 芯片采用双脉冲抑制逻辑，使脉宽调制周期内，每个时钟只能输出一个脉冲，确保电源控制稳定、不产生误动作。 (2) 片内集成了检测电阻R8，电阻处在无功率损耗状态下检测漏极电流的变化，进行过电流、过载保护。 (3) 芯片设置了欠电压锁定和外部关断电路。 (4) 该芯片占空比调节范围宽。 (5) 芯片还具有过热保护的功能。 (6) 电源效率高、功率损耗低、抑制辐射能力强、电磁兼容性好 。 第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 212. MC33374的内部结构的内部结构 图4-8 MC33374系列内部结构及引脚排列图第第4章章 单片式单

13、片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 223. MC33374的应用电路的应用电路 图4-10 MC33374构成的高功率开关电源电路第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 234.1.4 TOP234Y五端单片开关电源五端单片开关电源 TOP234Y属于TOPSwitch-FX系列单片开关电源，它不仅设计先进，功能完善，而且外围电路简单，使用非常灵活（FX源于flexible，有灵活之意）。TOPSwitch-FX配外围电路后，能实现多达14种的控制功能，其中包括配微控制器（MCU)或通过局域网（LAN）遥控开关电源通/断的功能。其性能远优于TOPwitch

14、-II系列和摩托罗拉公司的MC33370系列，是目前设计75W以下高效率、多功能、单路或多路输出反激式开关电源的最佳选择。该系列产品可用于PC机的待机电源、机顶盒电源、视盘机电源、电源适配器、以及由微处理器控制的开关电源。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 24 1. TOP234Y的性能特点的性能特点 利用电压前馈方式，可以降低最大占空比D，减小纹波电压，提高对瞬态电压及浪涌电压的承受能力。 频率抖动功能，能够降低电磁干扰。 在最小脉冲宽度时，采用跳过周期的方式来调节占空比，能省去假负载，确保空载时的电压稳定度，并且降低空载下芯片的功耗。 能与外部信号保持同步。

15、 过热滞后关断，可避免过热保护电路动作频繁，防止印制板过热，提高工作的可靠性。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 252内部结构内部结构图4-11 TOPSwitch-FX系列产品的内部结构 第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 263应用电路应用电路 图4-12 由TOP234构成的120W、24V的开关电源应用电路 第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 274.1.4 TOP246Y六端单片开关电源六端单片开关电源 TOP246Y属于TOPSwitch-GX系列，是一种具有高功率（可达250W）、高集成效

16、能（将PWM控制、故障保护、电路检测和其他功能集于一体）的单片开关电源。它的这些功能特点为研发新型开关电源提供了有利的条件。 TOP246Y和它的同系列产品可以广泛地应用于交换机、笔记本电脑、小型服务器、打印机、数码电视、视盘机、机顶盒、音频放大器等各种电子设备的电源。 第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 28 1. TOP246Y的性能特点的性能特点 TOP246Y具有许多新功能，它不但将一些控制、保护、监测功能集于一体，还将开关电源的开关频率提高到132kHz；当开关电源的负载很轻时，能自动将开关频率从132kHz降到30kHz；输出功率从150W提高到250

17、W，适合构成大、中功率的高效率、隔离式开关电源，提高了设计的灵活性和产品质量的档次。芯片还采用了线电压前置反馈，可降低电源损耗和输出电压纹波，这些都为电源节能增效创造了条件。当交流输人电压为230V时，静态时芯片的功耗仅为160mW。由于TOP246Y采用了很多新技术、新工艺，它的性能和使用价值大大提高，在所有单片开关电源中它的技术含量是最高的，技术功能也是最多的。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 292. TOP246Y的内部结构的内部结构图4-15 TOP246Y的内部结构框图第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 303. TOP

18、246Y的应用电路的应用电路图4-16 TOP246Y构成的50W多路输出开关电源电路第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 314.2 4.2 单片开关电源的维修单片开关电源的维修 单片开关电源出现故障，主要有通电后无输出电压、TOPSwitch芯片过热、开机或过载时芯片发生爆裂、电源损耗大，效率低、轻载时输出电压升高、电磁干扰严重等。大部分是由于电路中元器件选择损坏、元器件焊接不良、印刷电路板断线、散热不良而引起的。下面对各种常见故障现象、故障原因和排除方法进行分析。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 32 4.2.1 单片开关电源的

19、检修方法单片开关电源的检修方法 下面结合图4-18所示的典型三端单片开关电源电路介绍其常见故障的检修方法。 1通电后无输出电压通电后无输出电压 通电后无输出电压的具体原因可能如下： (1) 由于尖峰电压触发脉冲造成电路闭锁，使芯片不工作： 采用单点接地方法，将电容器C1、C4、C5和C7直接连接到源极(S)上。 把三端单片开关电源芯片的管脚引线剪至最短，这对于采用TO-220封装的芯片尤为必要。 使散热片与电路绝缘。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 33图4-17 典型三端单片开关电源电路第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 34 (

20、2) 高频变压器初级回路中箝位二极管VDZ1的箝位电压VB过低：选择VB值较高的5W瞬态电压抑制器。对于TOP100系列，VOR = 60V、VB= 90V，应使用P6KE90型TVS；对TOP200系列，VOR 100V, VB = 150V，应使用P6KE150型TVS；对TOPSwitch-II系列的VOR =135V，VB = 200V应使用P6KE200型TVS。 (3) 输入整流电路损坏：更换输入整流桥BR。 (4) 输出整流电路损坏：更换输出整流管VD2, VD2应选用肖特基整流二极管。 (5) 光耦合器损坏：更换光耦合器光耦合器。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关

21、电源的应用与维修 35 (6) 漏极箝位保护电路损坏。 更换箝位二极管VDZ1。 更换阻塞二极管VD1。VD1应采用超快恢复二极管，其反向恢复时间，。应小于75ns对于TOP100系列，VD1的反向耐压为400 V , TOP200系列则为600V。 (7) 在起始触发脉冲闭锁期间，光耦合器的输出电流过大。 增加光耦合器中LED限流电阻的阻值。 应采用电流传输比CTR为50200的线性光耦合器。CTR太低，会降低调节灵敏度，CTR过高，在启动过程或负载发生突变时，易造成误关断。不宜使用具有开关特性的4N（例如4N25、4N26)系列 在光耦合器的发射极上串联270620的电阻。第第4章章 单片

22、式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 36 2开机或过载时芯片发生爆裂开机或过载时芯片发生爆裂 由于箝位电压不够或开关变压器的漏感量过大，致使漏一源电压过高，将内部开关功率管MOSFET击穿。误将多路输出绕组的引出端接错，可导致瞬态电压抑制器击穿，甚至使芯片爆裂。检修方法如下： 更换合适型号的VDZ1和VD1，确保漏极电压被箝位在安全电压值以下。 重新制作高频变压器，将次级改为多股线并绕方式，以减小漏感。 适当降低初级感应电压VOR。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 37 3电源损耗大，效率低电源损耗大，效率低 电源损耗大、效率低的具体原因和检修方法

23、如下： 所选VDZ1的反向击穿电压过低，使它的箝位时间增加，从而损耗增加，可将VB提高到Vo值的1.5倍以上。 阻塞二极管VD1的反向耐压值过低或速度太慢。 输出整流管的反向恢复时间过长。 VD2损坏，电压低落。更换VD2。 高频变压器的初级电感量太小，使初级有效值电流IRMS增大：一是，增加初级绕组匝数；二是，提高匝数比，以降低初级峰值电流Ip。 输出电流或输出功率达不到要求，此时，可选用较大功率的TOPSwitch芯片；或者增加OPSwitch的散热器表面积，以利于散热，使Po增加。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 38 4. 工作在工作在 50kHz 或更

24、低的频率上或更低的频率上 由于尖峰电流的脉冲宽度超过前沿闭锁时间(180ns)所致，具体原因和检修方法如下： (1) 箝位作用太强：将VDZ1的正极直接焊接在初级上。 (2) 初级或次级的RC阻尼过大，使开关信号的幅度与频率降低：减小初级或次级的RC阻尼，包括减小电阻值或电容量，使时间常数减小。 (3) 输出整流管VD2的开关速度慢。 更换VD2整流管。 给VD2加上散热片。 (4) 高频变压器初级的分布电容过大。 重新绕制初级，并在各层之间增加绝缘层，以减小分布电容。 适当减少初级匝数。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 395. 瞬态电压抑制器瞬态电压抑制器V

25、DZ1 发生过热发生过热瞬态电压抑制器VDZ1发生过热的原因和检修方法如下：(1) VDZ1的VB值过低：换管子，使VB = 1.5VOR。(2) VDZ1散热不良。 减小VDZ1的引脚长度（剪掉多余部分）。 给VDZ1加上散热片。(3) VDZ1的功率太小。 使用5W的瞬态电压抑制器。 在VDZ1上并联一只0.01F/400V的电容。(4) VD2的开关速度太低。将快恢复二极管VD2换成超快恢复二极管或肖特基二极管。(5) 高频变压器漏感太大：高频变压器漏感太大，重绕高频变压器，降低漏感。第第4章章 单片式单片式开关电源的应用与维修开关电源的应用与维修 40 6. TOPSwitch芯片过热芯片过热 TOPSwitch芯片过热的具体原因和检修方法如下： (1) 因开关损耗过高，导致VD1、VD2的恢复时间变长。 VD1选用耐压400V(TOP100系列）或600V (TOP200系列）的超快恢复二极管。 VD2选用肖特基整流管或超快恢复整流管。 (2) 高频变压器的初级电感量太小，使IRMS增大。 增加初级电感量。 同时增加匝数比和初级电感量。 (3) 器件散热不良。 增大散热片尺寸，减小热阻，并在器件的小散