【关键词】工作原理分析；常见故障分析；故障检测实例
目前，计算机、DVD、彩电等家用电器电源大部分采用开关电源，这些家用电器出现的电路故障大部分由开关电源损坏引起。笔者长期从事家用电子专业理论与实操教学，对开关电源接触较多，下面以长虹G2136（K）彩电开关电源为例，深入介绍该电源的工作原理和典型故障分析与检修。
一、工作原理分析
电源原理图如图1所示。
1.整流滤波电路
电源设计有两级滤波器。L502、C501、C502组成一级型低通滤波器，防止电网高频干扰进入机内。L503、C507、C518再组成一级低通滤波器，抑制开关电源本身产生的高频干扰信号，防止其串入电网造成干扰。VD501～VD504、C507组成桥式整流滤波电路，C503～C506四个小电容分别并联在四个整流二极管两端，起分流和过滤作用，防止高频浪涌电流损坏二极管。
2.消磁电路
RT501、XC216组成开机消磁电路。开机瞬间，消磁回路电流很大，电流在消磁线圈中产生交变磁场，对显像管屏幕进行消磁。消磁电阻RT501是个正温度系数热敏电阻，因为电流热效应，阻值随温度上升而增大，当温度达到居里点后，电阻值趋向无穷大，这时消磁回路呈开路状态。
3.启动电路
220V交流电经整流滤波后产生约300V直流电压，经T511的绕组③、⑦绕组加到开关管V513集电极。同时300V直流电压经R520、R521、R522、R524加到V513基极，为V513提供基极电流IB，V513具备导通条件，产生集电极电流IC。IC流过T511的③、⑦绕组，因互感效应在反馈绕组产生①为正②为负的感应电动势，感应电动势经反馈支路C514、R519、VD517、R524向开关管V513提供持续的基极电流，使得IB迅速增大，导致IC增大，这一正反馈过程促使V513迅速进入饱和状态，开关电源启动工作。VD517的作用在于加大电源启动时由正反馈绕组提供给V513的基极电流，加快V513进入饱和状态。因为在开机瞬间C517电压不能突变，可保护V513防止大电流冲击损坏，还具有吸收激励尖峰电压的作用。
4.振荡电路
电源启动后，开关管V513进入饱和状态，300V直流电压加在变压器T511的绕组③、⑦上，反馈绕组①、②感应出上正下负电压对电容C514充电，使C514两端产生上负下正的电压，促使C513基极电位下降，开关管V513退出饱和状态，V513集电极电流急剧下降，绕组③、⑦和反馈绕组①、②的电压极性变成上负下正，强烈正反馈过程促使V513基极电位进一步下降，其集电极电流迅速下降，V513迅速从饱和导通状态进入截止状态。这时初级绕组存储的磁能开始通过次级绕组和负载放电。由于V513截止，C514两端电压经VD517R519进行放电，一定时间后，在启动电路作用下，最终使开关管V513再次回到初始状态，开关电源完成了一个周期振荡过程。如此循环工作，电源进入稳定的振荡过程。
5.受控振荡及稳压电路
为了稳定开关电源输出电压，必须使振荡处于受控状态，受控振荡主要靠开关稳压电路中的误差取样电路R561、R562、R563、RP551，误差放大管V553，光耦VD515及V511、V512等组成。通过对130V电压取样误差放大，经过光电耦合器的隔离，由V511、V512管控制电源开关管V513的导通时间长短来实现，实际是通过控制开关电源振荡频率来实现。
6.保护电路
过压保护电路由VD518、VD519、R523、V512组成，当输入电压升高，正反馈电压随着升高，V519反向击穿导通，反馈电压经VD518、VD519、R523给V512提供较大的IB，V512饱和导通后对V513进行分流，迫使其截止，电源处于待机保护状态。
过流保护电路由R526、R515、V512组成，当开关管V513电流过大时，感应电动势上升导致其基极电压升高，因R526、R515串联分压，使V512基极电压上升而进入饱和状态，将V513基极和发射极完全旁路，控制V513在截止状态，开关电源停止工作，实现过流保护。
二、开关电源常见故障分析
1.烧保险丝
产生此故障主要原因是：整流二极管击穿、大滤波电容击穿、开关管击穿、消磁电阻短路、负载短路等导致电路中电流过大，一般通过电阻测量法查出。
2.输出电压全部为0V
输出电压全部为0V时，故障可能在以下电路：启动回路、开/待机控制电路、保护电路、振荡控制电路和整流输出电路等。在检修该类型故障时，本着先易后难逐步深入检测的原则，细心观察电源部分元器件是否有烧毁，变色变味迹象，然后利用万用表检测各关键点、关键元件电压、电流或阻值是否正常。根据检修经验，出现较多故障有：开/待机控制电路不正常；启动回路的电阻烧断；保护或振荡控制电路的三极管损坏；整流滤波电路的保险电阻烧断等。
3.输出电压整体偏低
因有电压输出，所以启动电路、开/待机控制电路基本正常。该类型故障一般由振荡稳压控制电路不正常造成，在检修时，重点检测反馈绕组的反馈回路、光耦控制回路和取样控制回路等部分电路元器件是否有损坏。如电源的稳压二极管、光耦等是最容易损坏的元器件。
4.开关管发热，容易烧坏
产生此类型故障时，开关管通常很快烧坏。在开关电源中，开关管是工作在开关状态，发热量很小，当进入放大状态时产生的热量急剧增大，最终过流或过热损坏。所以针对此故障应重点检测振荡电路。
三、故障检修实例
实例1：
故障现象：开机，工作指示灯不亮，开关电源无电压输出。
分析和检修：先观察开关电源的元器件无烧毁变色变味迹象，接着用万用表测量输出电压全部为0V。本着先易后难的原则，直接测量C507主滤波电容两端电压，发现有约300V，再测量开关管V513的基极无负压，首先检测启动电路。关机，电阻法测量启动电路的各个元件。在测量前，先对主滤波电容进行放电，用自制的灯泡负载对C507进行放电，彻底放完后再检测。发现R521阻值为2M欧姆，已严重变值，按图纸参数更换后，开机，电源输出全部正常，工作一段时间后电压依然保持稳定，故障彻底排除。
实例2：
故障现象：开机，工作指示灯不亮，开关电源无电压输出。
分析和检修：该机是因遭受雷击后才无法工作，先观察开关电源的元器件无烧毁变色变味迹象，测量C507主滤波电容两端有约300V的电压，检测启动电路正常，测量V513基极电压为0V，初步判断故障在振荡控制、稳压控制或者保护电路。断开负载，接上灯泡做负载，通电检测V513基极依然没有负压。断电，电阻法测量V513基极对地阻值为0，存在短路。根据图纸分析可知，重点检测与基极有关的元件，检测振荡和反馈电路的元件正常，当检测V512的C和E极阻值时发现为0，拆下认真检测时果然其C和E极已击穿短路。由于V512的C和E极击穿，造成V513基极电位始终为0V，最终导致开关电源不工作。试用相同参数的三极管更换，开机，电源指示灯亮，开关电源输出正常，故障排除。
实例3：
故障现象：开机，电源瞬间有微弱电压输出，但立即变为0V。
分析和检修：先观察开关电源的元器件无烧毁变色变味迹象，接着用万用表监测输出电压，开关接通一瞬间有电压输出，还没来得及看大小立即变为0V。根据原理分析，能够有瞬间输出，说明启动电路基本正常，但电源不能维持振荡，可能是因为保护或自身电路出问题。把所有负载断开，接上一灯泡做负载，通电，故障依旧，不是因为保护而停振。检查开关管基极有关元件，重点检测振荡控制元件，当检测C514时发现其容量偏低，试用相同参数的新电容更换，再开机时电源工作一切正常，试机一段时间后正常，故障排除。原因是C514已经接近开路，电源在启动一瞬间有电压输出，但不能建立振荡，所以电压立即变为0V。
实例4：
故障现象：开机后图像在垂直方向上有S形扭曲。
分析和检修：先观察开关电源的元器件无烧毁变色变味迹象，用万用表检测各组输出电压值和正常值相差不大。根据原理分析此类故障多数由电源滤波不良而造成，直接用示波器观察开关管V513基极波形，发现除了有正常调制的脉冲信号外，还看到低频脉冲信号，果然是由于低频干扰存在纹波而造成图像S扭曲。关机，用电阻法检测整流滤波电路和与V513基极有关的各个元件。首先检测C507、C518主滤波电容，用仪表检测C507的容量由原来的100uF变成60uF，试用一原参数电容更换，发现图像正常，故障排除。
四、结束语
通过对长虹G2136（K）彩电开关电源原理分析和故障检修，我不断总结和积累经验，举一反三，深刻体会到“维修”是一门理论与实践紧密结合的技术，促使我今后加强专业理论的学习，进而指导实际检修操作。
参考文献
[1]钱如竹，主编.大屏幕彩色电视机速修方法与技巧[M].人民邮电出版社，1999，10.
关键词：继电保护装置；工作原理；故障分析；验证
本文从开关电源的原理入手，以测试的角度，对两种有故障的电源模块通过试验再现其故障现象，并分析了其故障原因，最后对改进后的开关电源进行了对比验证。
1开关电源工作原理
用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变为另一形态，用闭环控制稳定输出，并有保护环节的模块，叫做开关电源。
高压交流电进入电源，首先经滤波器滤波，再经全桥整流电路，将高压交流电整流为高压直流电；然后由开关电路将高压直流电调制为高压脉动直流；随后把得到的脉动直流电，送到高频开关变压器进行降压，最后经低压滤波电路进行整流和滤波就得到了适合装置使用的低压直流电。
电源工作原理框图如图1所示。
图1开关电源原理图
2故障现象分析
由于继电保护用开关电源功能要求较多，需考虑时序、保护等因素，因此开关电源设计中的故障风险较高。另外供电保护装置又较民用电器工作条件苛刻，影响继电保护开关电源的安全运行。本文着重分析了两种因设计缺陷而造成故障的开关电源。
2.1输入电源波动，开关电源停止工作
1）故障现象：外部输入电源瞬时性故障，随后输入电压恢复正常，开关电源停止工作一直无输出电压，需手动断电、上电才能恢复。
2）故障再现：用继电保护试验仪，控制输入电压中断时间，通过便携式波形记录仪记录输入电压和输出电压的变化。控制输入电压中断时间长短，发现输出存在如下三种情况：
a）输入电源中断一段时间（约100～200ms）后恢复，此后输入电压恢复正常，开关电源不能恢复工作。（此过程为故障情况），具体时序图见图2所示。
图2输入电源中断一段时间后恢复
b）输入电压长时中断（大于250ms）后恢复，+5V、+24V输出电压均消失，此过程与开关电源的正常启动过程相同。具体时序图见图3所示。
c）输入电压短暂中断（小于70ms）后恢复，+5V输出电压未消失，而+24V输出电压也未消失，对开关电源正常工作没有影响。具体时序图见图4所示。输入电压消失时间短暂，由于输出电压未出现欠压过程，电源欠压保护也不会动作。
图3输入电源长时中断后恢复
图4输入电源短时中断后恢复
3）故障分析：要分析此故障，应先了解该开关电源的正常启动逻辑和输出电压保护逻辑。
输入工作电压，输出电压+5V主回路建立，然后由于输出电压时序要求，经延时约50ms，+24V输出电压建立。
输出电压欠压保护逻辑为：当输出电压任何一路降到20％Un以下时，欠压保护动作，且不能自恢复。
更改逻辑前，因输入电压快速通断而引起的电源欠压保护误动作，其根本原因是延时电路没有依据输入电压的变化及时复位，使得上电时的假欠压信号得不到屏蔽，从而产生误动作，如图2所示。
4)解决措施：采取的措施是在保护环节上增加输入电压检测电路，并在延时电容上并接一个电子开关，只要输入电压低于定值（开关电源停止工作前的值），该电子开关便闭合，延时电路复位，若输入电压重新上升至该设定值，给保护电路供电的延时电路重新开始延时，电源重启动时的假欠压信号被屏蔽，彻底解决了由于输入电压快速波动所产生的电源误保护。从而避免了图2的情况，直接快速进入重新上电逻辑，此时的输出电压建立过程见图3所示。逻辑回路见图5所示。
图5增加放电回路后原理图
5)试验验证：用继电保护试验仪状态序列模拟输入电源中断，用便携式波形记录仪记录输出电压随输入电压的变化波形。调整输入电压中断时间，发现调整后的电源仅出现b）、c）两种情况，不再出现a）即故障情况。
2.2启动电流过大，导致供电电源过载告警
1）故障现象：电源模块稳态工作电压为220V，额定功率为20.8W，额定输出时输入电流约为130mA。当开关电源输入电压缓慢增大时，导致输入电流激增，引起供电电源过载告警。
2）故障分析：经查发现输入电压为60V时，电源启动，此时启动瞬态电流约为200mA，稳态电流为600mA，启动时稳态电流和瞬态电流将为600±200mA，造成输出电流激增。而由于条件限制，此电源模块的供电电源输出仅为500mA，因此造成供电电源过载。
由于开关电源工作需要一定的功率，设计中由于未考虑到电源启动时，输出回路的启动需要一定的功率，而启动电压比较低，所以功率的突增，必然带来开关电源启动瞬态电流的激增，电流的激增对供电电源有较大的冲击。
3）解决措施：启动需要的功率一定，如果要减小启动电流，可以考虑增加启动电压的门槛。将开关电源的启动电压提高到130～140V。
4）试验验证：调整开关电源的启动电压后，通过试验仪模拟输入电压缓慢启动。当开关电源在满载情况下，试验中缓慢上升输入电压（上升速率5V/s或10V/s），从0～130V启动，启动时稳态电流降低到200～220mA，稳态电流大约为200±100mA，因而启动时稳态电流和瞬态电流将为400±100mA，启动电流较改进前减小300mA，不会对供电电源造成太大的冲击。可有效避免输入电压瞬间降低时，给整个供电回路造成较大的电流冲击。
3结束语
从以上问题分析可知，开关电源设计时，需要关注电能变换的各个环节，开关电源的输出电压建立和消失时序和电源的保护功能，是紧密联系的，当其中的某一环节存在缺陷时，开关电源就不能正常工作。因此在开关电源设计前，应重点进行两种工作：
1)考虑诸如此类的问题，如启动功率一定时，启动电压门槛过低，会产生输出电流瞬态突增的现象。
关键词：UC3842开关电源PWM
1.引言
开关电源是运用现代电力电子技术，控制开关开启和关闭的时候，这个比率的输出电压稳定的电源，电源一般由脉宽调制控制集成电路和场效应晶体管。开关电源、线性电源，并与成本的功率输出的增加，但这两种不同的发展速度。在某一线性功率成本的输出功率的观点，但高于开关电源，它被称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新、开关电源技术在不断的创新，这一成本更低的输出功率对于移动、开关电源提供了广阔的发展空间。
2.UC3842的原理及技术参数
2.1UC3842的原理和概述
UC3842是开关电源用电流控制方式的脉宽调制集成电路。与电压控制方式相比在负载响应和线性调整度等方面有很多优越之处。
图1UC3842内部原理框图
该电路主要特点有：
（1）内含欠电压锁定电路、低起动电流（典型值为0.12mA）；
（2）稳定的内部基准电压源、大电流推挽输出（驱动电流达1A）；
（3）工作频率可到500kHz、自动负反馈补偿电路；
（4）双脉冲抑制、较强的负载响应特性。
图1所示出了UC3842内部框图和引脚图，UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚，各脚功能如下：
①脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；
②脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；
③脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；
④脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.8/（RT×CT）；
⑤脚为公共地端；
⑥脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±1A；
⑦脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW；
⑧脚为5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。
2.2UC3842的技术参数
3.12V/5A单端反激开关电源原理
3.112V/5A电路原理图
图2电路原理图
3.2原理分析
1）系统原理
以UC3842为核心控制部件，设计一款AC220V输入，DC12V输出的单端反激式开关稳压电源。开关电源控制电路是一个电压、电流双闭环控制系统。变换器的幅频特性由双极点变成单极点，因此，增益带宽乘积得到了提高，稳定幅度大，具有良好的频率响应特性。主要的功能模块包括：启动电路、过流过压欠压保护电路、反馈电路、整流电路。以下对各个模块的原理和功能进行分析。电路原理图如图2所示。
2）启动电路
如图2所示交流电由C16、L1、C15以及C14、C13进行低通滤波，其中C16、C15组成抗串模干扰电路，用于抑制正态噪声；C14、C13、L1组成抗共模干扰电路，用于抑制共态噪声干扰。它们的组合应用对电磁干扰由很强的衰减旁路作用。滤波后的交流电压经D1～D4桥式整流以及电解电容C1、C2滤波后变成3lOV的脉动直流电压，此电压经R1降压后给C8充电，当C8的电压达到UC3842的启动电压门槛值时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由脚6输出推动开关管工作。随着UC3842的启动，R1的工作也就基本结束，余下的任务交给反馈绕组，由反馈绕组产生电压给UC3842供电。由于输入电压超过了UC3842的工作，为了避免意外，用D10稳压管限定UC3842的输入电压，否则将出现UC3842被损坏的情况。
3）15V/5A电路的短路过流、过压、欠压保护
由于输入电压的不稳定，或者一些其他的外在因素，有时会导致电路出现短路、过压、欠压等不利于电路工作的现象发生，因此，电路必须具有一定的保护功能。如图2所示，如果由于某种原因，输出端短路而产生过流，开关管的漏极电流将大幅度上升，R9两端的电压上升，UC3842的脚3上的电压也上升。当该脚的电压超过正常值0.3V达到1V（即电流超过1.5A）时，UC3842的PWM比较器输出高电平，使PWM锁存器复位，关闭输出。这时，UC3842的脚6无输出，MOS管S1截止，从而保护了电路。如果供电电压发生过压（在265V以上），UC3842无法调节占空比，变压器的初级绕组电压大大提高，UC3842的脚7供电电压也急剧上升，其脚2的电压也上升，关闭输出。如果电网的电压低于85V，UC3842的脚1电压也下降，当下降lV（正常值是3.4V）以下时，PWM比较器输出高电平，使PWM锁存器复位，关闭输出。如果人为意外地将输出端短路，这时输出电流将成倍增大，使得自动恢复开关RF内部的热量激增，它立即断开电路，起到过压保护作用。一旦故障排除，自动恢复开关RF在5s之内快速恢复阻抗。因此，此电路具有短路过流、过压、欠压三重保护。
4）反馈电路
反馈电路采用精密稳压源TL431和线性光耦PC817。利用TL43l可调式精密稳压器构成误差电压放大器，再通过线性光耦对输出进行精确的调整。如图2所示，R4、R5是精密稳压源的外接控制电阻，它们决定输出电压的高低，和TL431一并组成外部误差放大器。当输出电压升高时，取样电压VR7也随之升高，设定电压大于基准电压（TL431的基准电压为2.5V），使TL431内的误差放大器的输出电压升高，致使片内驱动三极管的输出电压降低，也使输出电压Vo下降，最后Vo趋于稳定；反之，输出电压下降引起设置电压下降，当输出电压低于设置电压时，误差放大器的输出电压下降，片内的驱动三极管的输出电压升高，最终使得UC3842的脚1的补偿输入电流随之变化，促使片内对PWM比较器进行调节，改变占空比，达到稳压的目的。R7、R8的阻值是这样计算的：先固定R7的阻值，再计算R8的阻值，即
5）输出整流滤波电路
输出整流滤波电路直接影响到电压波纹的大小，影响输出电压的性能。开关电源输出端中对波纹幅值的影响主要有以下几个方面。
（1）输入电源的噪声，是指输入电源中所包含的交流成分。解决的方案是在电源输入端加电容C5，以滤除此噪声干扰。
（2）高频信号噪声，开关电源中对直流输入进行高频的斩波，然后通过高频的变压器进行传输，在这个过程中，必然会掺人高频的噪声干扰。还有功率管器件在开关的过程中引起的高频噪声。对于这类高频噪声的解决方案是在输出端采用π型滤波的方式。滤波电感采用150μH的电感，可滤除高频噪声。
（3）采用快速恢复二极管D6、D7整流。基于低压、功耗低、大电流的特点，有利于提高电源的效率，其反向恢复时间短，有利于减少高频噪声。
参考文献
[1]严仰光.双向直流变换器.南京：江苏科学技术出版社，2004.11