變頻器開關(guān)電源的原理及維修

1、變頻器開關(guān)電源的原理及維修 維修部 楊海濤 電源是每一個電路的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著為電路提供能量的重要作用，它是設(shè)備能夠正常運(yùn)行的重要保障。電源的種類很多，開關(guān)電源由于體積小、重量輕、效率高、動態(tài)穩(wěn)壓效果好，因此被廣泛應(yīng)用到了各種電子設(shè)備中。下面就以UC3844開關(guān)電源芯片為例講述一下開關(guān)電源的基本原理和在變頻電路中的作用。右圖a-1所示為開關(guān)電源PWM波形調(diào)制芯片。該圖為8腳雙列直插封裝。 7腳是芯片的電源輸入端，該端在內(nèi)部集成了穩(wěn)壓器和最低門限電壓控制器，所以該芯片不用在外圍設(shè)置穩(wěn)壓電路，只要接一只降壓電阻即可。最低門限值為10V，當(dāng)7腳輸入電壓低于10V，該芯片將禁止輸出，處于保護(hù)狀態(tài)。

2、正常工作時該端電壓約為12V16V之間。 4腳是內(nèi)部壓控振蕩器的定時端，通過接上合適的RC網(wǎng)絡(luò)，使輸出的PWM波控制在20KHZ100KHZ之間。 a1 2腳、3腳是輸出取樣反饋端，用于檢測開關(guān)電源的輸出，以便進(jìn)行PWM調(diào)制控制，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。 在變頻器系統(tǒng)中，開關(guān)電源需要輸出：一組5V/DC、一組±12V/DC、四組20V/DC等多組電壓。其中5V/DC 主要用作主板及控制板的供電，±12V/DC用作霍爾檢測器件的供電，四組20V/DC用作IGBT的觸發(fā)供電。變頻器的型號及品牌不同，其開關(guān)電源的電壓值也不盡相同，但基本構(gòu)架是一樣的，在此僅以下圖為例講一講開關(guān)電源的工

3、作原理。 a2 如圖a2所示：電源經(jīng)D1D4、C1、C2整流濾波之后，通過降壓電阻R3到了UC3844的7腳電源正端，為其供電，UC3844通過檢測當(dāng)7腳電壓大于10V時，控制內(nèi)部壓控振蕩器開始工作，通過R8、C5將PWM的頻率控制在要求范圍之內(nèi)。此時6腳輸出PWM信號去控制開關(guān)管Q1的通斷，R10是開關(guān)管的電流檢測電阻，通過檢測R10的電壓值來實(shí)時調(diào)整PWM的脈沖寬度，從而達(dá)到自動穩(wěn)壓的目的。在圖中變壓器的副繞組通過D6、C7、C8整流濾波之后到了UC3844的7腳，增強(qiáng)了UC3844的驅(qū)動能力。C9、R11、D5是開關(guān)管的濾波吸收網(wǎng)絡(luò)，目的在于吸收變壓器的反向脈沖，保護(hù)開關(guān)管。AC-1AC

4、-4是開關(guān)變壓器的次級輸出繞組，通過D7、D8、D9、D10、C10、C11-C17進(jìn)行整流濾波后輸出對后級電路進(jìn)行供電。了解了開關(guān)電源的原理之后，讓我們來看看如果開關(guān)電源出現(xiàn)問題應(yīng)該怎樣進(jìn)行維修。開關(guān)電源的幾個維修步驟如下： 1、檢測整流電路D1D4是否擊穿或斷路，濾波電路的電容是否損壞，平衡電阻R1、R2是否正常，降壓電阻R3是否燒斷或阻值增大失效（斷電情況下測試）。 2、檢測開關(guān)管b-e結(jié)、c-e結(jié)是否有擊穿短路現(xiàn)象、測量開關(guān)變壓器各個繞組是否有短路現(xiàn)象，以確定開關(guān)管、及開關(guān)變壓器的好壞（斷 電情況下測試）。 3、檢測次級輸出繞組的整流濾波元件，重點(diǎn)察看濾波電容是否鼓包或損壞，以排除次級

5、電路短路的可能。 4、檢測吸收回路D5、R11、C9是否正常（斷電情況下測試）。 5、在確定上述元件正常的情況下，我們可以把開關(guān)電源板從變頻器上取下單獨(dú)對其進(jìn)行加電試驗(yàn)。用調(diào)壓器緩緩地調(diào)至開關(guān)電源的額定電壓值，此時應(yīng)能聽到變壓器起振時的吱吱聲，如沒有聽到起振的聲音，用萬用表檢測UC3844的電源正、負(fù)級之間是否有12V16V左右的直流電壓。 6、在確定UC3844的供電端電壓正常后，可用示波器察看一下UC3844的6腳是否有PWM波輸出到開關(guān)管的觸發(fā)端（根據(jù)電路設(shè)計的不同，PWM波的頻率一般在20KHZ100KHZ之間）。 7、如果沒有PWM波輸出，則更換定時元件C5、R8、C6或UC3844

6、。經(jīng)過上述幾個步驟的排除，開關(guān)電源應(yīng)該可以正常工作了。在變頻器中，開關(guān)電源的種類很多，但基本原理都是一樣的，比如說每個PWM管理芯片都有供電端、定時元件RC網(wǎng)絡(luò)、輸出PWM波的端口等，只要我們了解了它們的工作原理，按照一定的方法步驟都能夠把故障排除掉。下面就把實(shí)際維修中遇到的問題和解決辦法列舉出來，供大家參考一下。案例1：臺達(dá)變頻器（故障現(xiàn)象：上電無顯示）經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)電源主回路、充電電阻、主回路接觸器都正常，因此確定為開關(guān)電源板故障。按照上述維修步驟對開關(guān)電源板進(jìn)行測量。在進(jìn)行第一步測量時，發(fā)現(xiàn)直流母線560V到PWM調(diào)制芯片之間的的330K/2W的降壓電阻損壞，標(biāo)稱330K/2W的電阻，實(shí)際測

7、量值達(dá)2M以上，因此PWM調(diào)制芯片得不到啟動的電源，所以無法起振工作。為謹(jǐn)慎起見又檢測了開關(guān)管、變壓器、整流二極管及濾波電容等關(guān)鍵器件，在確定沒問題之后上電試驗(yàn)，OK！開關(guān)電源起振，輸出各組電壓正常，裝回變頻器后開機(jī)試驗(yàn)正常，此變頻器修復(fù)完畢（注：維修人員在維修中，一定要養(yǎng)成習(xí)慣：發(fā)現(xiàn)壞元件后不要急于更換試機(jī)，一定要把功率大的、容易壞的元件都測一下，確定沒問題后再試機(jī)，這樣既安全又保險）。案例2：臺安變頻器（故障現(xiàn)象：上電無顯示）經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)電源主回路、充電電阻、主回路接觸器都正常，故障確定在電源板。按照維修步驟對開關(guān)電源板進(jìn)行測量。第一步測量通過，第二步測量時發(fā)現(xiàn)開關(guān)管c-e結(jié)擊穿，將其拆下，

8、然后檢測變壓器、及整流二極管、濾波電容等關(guān)鍵器件，在確定沒問題之后上電試驗(yàn)，輸出各組電壓正常，裝機(jī)測試正常，故障排除。案例3：西門子變頻器（故障現(xiàn)象：上電無顯示）經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)電源主回路、充電電阻、主回路接觸器都正常，故障確定在電源板。按照維修步驟對開關(guān) 電源板進(jìn)行測量。第一步測量通過，第二步測量通過，第三步測量通過，第四步測量通過，然后單獨(dú)對電源板加電測量PWM調(diào)制芯片的電源端對地有12.5V左右的電壓，說明供電正常。用示波器看芯片的PWM輸出端，發(fā)現(xiàn)沒有PWM調(diào)制波形。更換PWM調(diào)制芯片后，上電試驗(yàn)正常，故障排除。案例4：施耐德變頻器（故障現(xiàn)象：上電無顯示）屢燒開關(guān)管經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)電源主回路、充電

9、電阻、主回路接觸器都正常，故障確定在電源板。按照維修步驟對開關(guān)電源板進(jìn)行測量。第一步測量通過，第二步測量發(fā)現(xiàn)開關(guān)管擊穿，第三步測量通過，第四步測量通過，更換新的開關(guān)管，單獨(dú)對電源板加電，管子又燒了。把開關(guān)管拆下后不裝管子，通電試驗(yàn)，測量PWM調(diào)制芯片的電源端對地有12V左右的電壓，也正常。用示波器看芯片的PWM輸出端，發(fā)現(xiàn)PWM波只有5-6 KHZ左右，斷電后把定時元件拆下測量，發(fā)現(xiàn)定時電阻阻值變大，更換定時電阻、開關(guān)管后上電正常，不再燒電源管，故障排除。案例5：倫茨變頻器（故障現(xiàn)象：上電無顯示）屢燒開關(guān)管按照維修步驟對開關(guān)電源板進(jìn)行測量。第一步測量通過，第二步測量時發(fā)現(xiàn)開關(guān)管c-e結(jié)擊穿，第

10、三、四、五、六、七步都測量通過。裝上新的開關(guān)管上電試驗(yàn)，隨著調(diào)壓器電壓的升高，可以聽到起振的吱吱聲，就是有點(diǎn)響，把電壓調(diào)到額定電壓后測量輸出電壓低于正常值，不到2分鐘，突然聞到一股燒焦的味，保險絲就斷了，趕快斷電發(fā)現(xiàn)開關(guān)管很燙手，測量發(fā)現(xiàn)其已經(jīng)擊穿。拆下開關(guān)管通電試驗(yàn)，測量PWM調(diào)制芯片的電源端對地有12V左右的電壓，用示波器看芯片的PWM輸出端，發(fā)現(xiàn)有PWM波輸出且頻率在30 KHZ左右，也正常。因此懷疑剛換的開關(guān)管質(zhì)量不行，又換上一只，上電試驗(yàn)，結(jié)果又把管子給燒了，斷電后無意之間碰到了吸收回路的元件，發(fā)現(xiàn)燙手，可是在測量的時候正常啊，于是又測一遍，還是正常。干脆把吸收回路先拆了，又換上一只

11、管子通電試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)變壓器的吱吱聲小了，測量各組輸出電壓也正常。運(yùn)行了20分鐘開關(guān)管也沒再燒，斷電后觸摸開關(guān)管微熱，屬正常起熱狀態(tài)，因此判斷故障在吸收回路，更換吸收回路元件，故障排除。有的元件老化后雖然我們在冷態(tài)測量是好的，可能加電一起熱就不行了。以上是一些維修的小經(jīng)驗(yàn)，在此和大家分享。 例一:康沃CVF-G1 型開關(guān)電源故障檢修 接手了3臺康沃CVF-G1型小功率機(jī)器，故障皆為開關(guān)電源無輸出，無屏顯。該機(jī)開關(guān)電源的IC為3844B，手頭無此型號的IC，況不可能3臺機(jī)器都是3844B損壞了吧？故先從其外圍電路查起。 所有開關(guān)電源不外乎有以下幾條支路：1、上電啟動支 路，往往由數(shù)只較大阻值的電阻串

12、聯(lián)而成，上電時將500V直流引至3844B供電腳，提供開關(guān)管的起振電壓；2、正反饋和工作電源支路，由反饋繞組和整流濾波電路組成（有的機(jī)器由兩繞組供電支路組成，有的兼用。）；3、穩(wěn)壓支路，一般由次級5V供電支路，將5V電壓的變化與一基準(zhǔn)電壓相比較，其變量由光耦反饋到初級3844B的2腳，但該機(jī)型的電壓反饋是取自初級。 電路起振的條件是：1、500V供電回路正常，500V直流經(jīng)主繞組加至開關(guān)管漏極，開關(guān)管源極經(jīng)小阻值電流采樣電阻形成供電回路；2、上電啟動支路正常，提供足夠幅度的起振電壓（電流）；3、正反饋和工作電源支路正常，提供滿足幅度要求的正反饋電壓（電流）和工作電源；4、負(fù)載側(cè)無短路，負(fù)載側(cè)短

13、路無法使反饋電壓建立起來足夠的幅度，故電路不能起振。以上電路可稱之為振蕩回路。 為縮小故障，應(yīng)采用將穩(wěn)壓支路開路，看電路能否起振。應(yīng)施行降、調(diào)壓供電并將易受過電壓沖擊損壞的電路供電切斷，確保安全。若能起振，說明滿足起振條件的4個支路大致正常，可進(jìn)而排查穩(wěn)壓支路的故障元件。若仍不能起振，說明故障在振蕩回路，可查找上述的四個支路。 依上述檢查次序，甲、乙、丙機(jī)開關(guān)電源的故障都在振蕩電路。檢查甲機(jī)四個支路及3844B外圍元件都無異常，試將一塊3845B代換之，電源輸出正常，修復(fù)；乙機(jī)，換用3845B后仍不能起振，4個支路元件都無異常，試將上電啟動支路的300k電阻并聯(lián)200k 電阻后，上電恢復(fù)正常；

14、丙機(jī)也為3844B損壞，換新塊后故障排除。 只有乙機(jī)的故障稍微有趣，試分析如下： 表面看起來，乙機(jī)查不出一個壞件，致使維修陷入困境。但減小啟動支路的電阻值后，則能正常工作。乙機(jī)的“異常之處”到底在哪里呢？可能是元器件性能的微弱變化導(dǎo)致電器參數(shù)的的變動，如開關(guān)管放大能力的些微降低、或開關(guān)變壓器因輕度受潮使Q值變化、或3844B輸出內(nèi)阻有所增大，或阻容元件有輕微變異，上述原因的查找與確認(rèn)委實(shí)不易，或者是有一種，甚至有可能是數(shù)種原因參與其中。但上述多種原因只導(dǎo)致了一個后果：開關(guān)管不能被有效啟動，電路不能起振！解決的辦法是轉(zhuǎn)變掉現(xiàn)有狀態(tài)，往促成開關(guān)管起振的方面下力氣，在起動支路并聯(lián)電阻是最省力也是最有

15、效的一個方法。 順便說明一下，該機(jī)的啟動支出路電阻為300k，再加上其它環(huán)節(jié)的電阻，實(shí)際加到開關(guān)管柵極的啟動電流僅1mA多一點(diǎn)。雖然場效應(yīng)管為電壓控制器件，理論上不吸取電流，但能使其導(dǎo)通的結(jié)電容充電電流，恰恰是使其導(dǎo)通的硬指標(biāo)。從此一角度來講，場效應(yīng)管仍為電流驅(qū)動器件 。當(dāng)電路參數(shù)產(chǎn)生變動后，原啟動支路的供給電流不足以使開關(guān)管導(dǎo)通乃至微導(dǎo)通，所以電路不能起振。將此啟動電流值稍稍加大，電路便有可能起振。300k啟動電阻有阻值偏大之嫌，我認(rèn)為稍稍減小其阻值有利無弊。 因而高效率的修理方法不妨走以下的路子：檢查開關(guān)管不壞，4個支路大致無異常，先在啟動支路上并聯(lián)電阻試驗(yàn)，無效后，再換用3844B，再無

16、效，才下功夫細(xì)查電路。往往第一、二個步驟，故障就已經(jīng)排除了。 例二：佳靈JP6C-9開關(guān)電源故障一例 上電，操作面板無顯示，檢測主電路輸入、輸出端子電阻均正常。判斷為控制板開關(guān)電源故障。細(xì)聽有輕微的間隔的嗒、嗒聲，顯然為電源起振困難。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此種現(xiàn)象多為電源負(fù)載異常引起。查各路電源的整流、濾波及負(fù)載電路，均無異常；先后脫開散熱風(fēng)扇電源、逆變驅(qū)動電源、操作面板顯示電源等電流較大的電源支路，故障現(xiàn)象依舊。 檢查并聯(lián)在開關(guān)變壓器一次繞組的尖峰電壓吸收網(wǎng)絡(luò)（由電阻與電容并聯(lián)后與二極管串聯(lián)），用指針式萬用表測量二極管正反向電阻均為15歐姆，感覺異常。將兩只并聯(lián)二極管拆開檢測，正常。細(xì)觀察，電容器有細(xì)微裂

17、紋，測其引腳，查出為2kV 103電容擊穿短路。更換后，機(jī)器恢復(fù)正常。 此電容短路引起開關(guān)電源起振困難的故障殊不多見。 此電壓尖峰電壓吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置，本是為了吸收開關(guān)管截止期間產(chǎn)生的異常的危及開關(guān)管安全的尖峰電壓，但電容擊穿后，開關(guān)變壓器一次繞組相當(dāng)于并聯(lián)了二極管。對開關(guān)變壓器來說，開關(guān)變壓器在開關(guān)管導(dǎo)通期間吸入的能量在開關(guān)管截止期間，被二極管快速瀉放，不能夠積累產(chǎn)生振蕩能量，同時二極管相當(dāng)開關(guān)變壓器一個過重的負(fù)載，因而造成開關(guān)電源起振困難的故障現(xiàn)象。 例三：臺安N2-1013變頻器開關(guān)電源故障 上電即跳OC故障，檢測逆變輸出模塊未損壞，六塊逆變驅(qū)動IC已損壞大半。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，開關(guān)電源有一

18、奇特現(xiàn)象：甩開CPU主板供電時，測+5V正常，但其它支路的供電較正常偏高，如+15V為+18V，22V的驅(qū)動供電為26V，擔(dān)插上CPU主板的接線排時，測+5V仍正常，但其它支路的供電較則出現(xiàn)異常升高現(xiàn)象！如22V的驅(qū)動供電甚至于上升為近40V（PC923、PC929的供電極限電壓為36V），驅(qū)動IC的損壞即源于此。 重點(diǎn)檢查穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，IC202、PC9等外圍電路皆無異常。進(jìn)一步查找其它電路也無“異?！保瑱z修陷入僵局。 分析：電路的穩(wěn)壓環(huán)節(jié)是起作用的。穩(wěn)壓電路的電壓采樣取自+5V電路，拔掉CPU主板的接線排時，相當(dāng)于+5V輕載或空載，+5V的上升趨勢使電壓負(fù)反饋量加大，電源開關(guān)管驅(qū)動 竟然相當(dāng)棘

19、手，遍查開關(guān)電源的相關(guān)元器件竟“無一損壞”！無奈之下，試將U1（KA431AZ）的基準(zhǔn)電壓分壓電阻之一的R1（5101）并聯(lián)電阻試驗(yàn)，其目的是改變分壓值而使輸出電壓上升。測輸出電壓略有上升，但帶載能力仍差。細(xì)觀察線路板，分流調(diào)整管Q1似有焊接痕跡，但看其型號為原型號，即使更換也是從同類機(jī)中拆換的。該機(jī)的開關(guān)管Q2為高反壓和高放大倍數(shù)的雙極型三極管，市場上較難購到，況電路對這兩只管子的參數(shù)有較嚴(yán)格的要求。再結(jié)合故障分析，分流調(diào)整管的工作點(diǎn)有偏移，對Q2基極電流的分流太強(qiáng)，將導(dǎo)致電源帶載能力差。試將與電壓反饋光耦串接的電阻R6（330歐）串聯(lián)47歐電阻以減小Q1的基極電流，進(jìn)而降低其對Q2的分流能力，使電源的帶載能力有所增強(qiáng)。上電試機(jī)，無論加載或啟動操作，+5V均穩(wěn)定輸出5V，故障排除！ 故障推斷：開關(guān)管Q1有老化現(xiàn)象，放大能力下降，故經(jīng)分流后的Ib值不足使其飽合導(dǎo)通（導(dǎo)通電阻增大）而使電源帶載能力變差；分流支路有特性偏移現(xiàn)象，使分流過大，開關(guān)管得不到良好驅(qū)動，從而使電源帶載能力差。 例五：英威騰P