不二越機(jī)器人電源測(cè)繪與原理解析130412

不二越電源電路測(cè)繪與原理分析陳云龍130012一汽轎車股份有限公司摘要我公司于2004年采購(gòu)了幾十臺(tái)不二越機(jī)器人，在公司目前擁有的600多臺(tái)機(jī)器人中，是比較老的產(chǎn)品，產(chǎn)品隨長(zhǎng)期使用逐漸劣化，并由于備件問(wèn)題，經(jīng)常造成較多的停臺(tái)。為此，需要對(duì)產(chǎn)品的原理進(jìn)行深入解析，并培養(yǎng)自主維修能力。其中機(jī)器人電源是常損壞的器件之一。為了降低成本，我們自己測(cè)繪了該電源的電路，并通過(guò)查詢大量開關(guān)電源的資料，對(duì)其做了詳盡的解析，完全掌握了開關(guān)電源的維修技術(shù)。關(guān)鍵詞開關(guān)電源機(jī)器人測(cè)繪原理維修1不二越電源電路原理圖該電路實(shí)際上是一個(gè)比較典型的普通PWM開關(guān)電源電路。脈沖寬度的自動(dòng)調(diào)節(jié)取決于反饋電平與振蕩器三角波的比較。它是一個(gè)正激式隔離開關(guān)電源電路。隔離變壓器包括三個(gè)繞組，第三繞組為芯片提供啟動(dòng)電路電源。電路使用了最簡(jiǎn)單的單管結(jié)構(gòu)。開關(guān)管使用了MOSFET器件：2SK1939(2501)，N溝道，功率100W。使用線性光電耦合器從輸出端引回F/B電壓及OVP過(guò)壓反饋，F(xiàn)/B電壓基準(zhǔn)為基準(zhǔn)電源器件。同時(shí)引入了過(guò)流保護(hù)電路等。它是一個(gè)非諧振式的變換器，即常規(guī)的硬開關(guān)。圖1、圖2是經(jīng)過(guò)我們測(cè)繪后的該電源的原理圖。電源輸出電壓為5VDC。下面具體分析各單元電路結(jié)構(gòu)及原理。輸入電路輸出電路圖1:開關(guān)電源原理圖（輸入、輸出部分）Vi光電2光電139k22.45nF222*222HP100V,4.7uF0TR322SD14576I-CURRENTLIMtTLATCHi-b-INTERMITTENTACTIONANDOSCCONTROLTonToffOSCILLATOR(TRIANGLE)+CURRENTLIMITLATCHHeatSink—土^>_CLM- 圖2：開關(guān)電源原理圖（控制電路、變換器部分）INTERMlimACTION2電路分解分析該電路包含濾波、浪涌抑制及全波整流電路。輸入電路各電容C11、C12、C13用于濾波，濾除高頻噪聲；電抗器L11用于浪涌抑制;電容C14、C15、C18用于去耦。輸入220VAC電壓經(jīng)過(guò)全波整流，產(chǎn)生變換器所需的直流電壓，及提供控制電路電源。TH為過(guò)流電阻，當(dāng)發(fā)生過(guò)流時(shí)，器件熔斷。2.2起動(dòng)電路TR324.7k4R72SD1457甲18k二GndG去MOSFET的TR324.7k4R72SD1457甲18k二GndG去MOSFET的D極1139kI—i39k去反饋電路，A5.1富，去電流極限電路圖4：不二越電源啟動(dòng)電路啟動(dòng)電路是由輸入整流電源提供芯片Vcc電源的電路?？梢詮母綦x變壓器原邊或者第三邊提供。輸出電壓一般為Vcc-2V。變壓器T11的1、3繞組為原邊主繞組，4、5為輔助繞組，6、7為副邊輸出繞組。電源去耦電容建議為10—47uF，啟動(dòng)電流不少于300uA。電路由輔助繞組供電，與常規(guī)的芯片啟動(dòng)電路有較大差別。C31及前面的兩個(gè)二極管用于獲得相對(duì)穩(wěn)定的集電極直流偏壓，基極偏置取自輸入電路的直流電壓。A、C點(diǎn)用于提供其它輔助控制的上偏電源。發(fā)射極下偏置18K電阻實(shí)際上是通過(guò)0歐電阻接到芯片7腳，并通過(guò)7腳并聯(lián)0歐電阻到5腳（熱沉端）接地的。2.3振蕩電路22kRon 1I 啞R^7^Gnd圖5：芯片振蕩器外電路Ron:充電電阻，Roff：放電電阻，CF充放電電容。芯片的上限頻率是500KHz，這是一個(gè)可以通過(guò)外部阻容器件設(shè)置頻率的震蕩電路。2.4電源反饋比較和鎖存電路下圖是電源反饋部分的比較及鎖存電路。圖6：電源反饋比較及鎖存電路該電路的F/B端為電源實(shí)際輸出反饋端。輸出電壓Vo經(jīng)分壓采樣，控制基準(zhǔn)電源?；鶞?zhǔn)電源的高低決定了線性光電耦合器的輸出電流大小。從F/B端看，If/b和Vout是成線性關(guān)系的，這樣就實(shí)現(xiàn)了電路的反饋調(diào)節(jié)。2.5過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)電路（1） VF反饋端：控制芯片輸出Vout經(jīng)過(guò)阻容濾波，反饋回VF端，用于過(guò)流保護(hù)。（2） OVP過(guò)壓保護(hù)端：它取決于反饋電路中光電流的大小。因?yàn)樗苯佑绊懝怆娸敵黾?jí)的導(dǎo)通程度（Uce），從而直接影響到OVP電位。由后面的輸出電路可以看出，這個(gè)保護(hù)點(diǎn)取決于一個(gè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。當(dāng)輸出電壓高于保護(hù)值時(shí)，OVP點(diǎn)電位高于門檻電平750mV，芯片進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

蜘FET驅(qū)動(dòng)VoutI蜘FET驅(qū)動(dòng)VoutI111+2.5VIQ01i部 1%~T圖7：過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)電路檢測(cè)端DET：該端被直接接地，因此F/B端不受此點(diǎn)控制。DET被用于檢測(cè)輸出電壓。如果DET不接地，則在它超過(guò)2.5VDC時(shí)，將F/B電位鉗制在0VDC，從而使得占空比為0，電源處于保護(hù)狀態(tài)。當(dāng)它低于2.5VDC時(shí)，電源正常工作。2.6電流極限保護(hù)電路由于隔離變壓器原邊開關(guān)管是單向驅(qū)動(dòng)的，所以只做正極限保護(hù)即可。變壓器第三邊繞組單向脈動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)二極管整流及RC濾波，送CLM+端，做為正極限過(guò)流保護(hù)。負(fù)電流極限被直接接地，不起作用。r一一一一一一1: ； 2.2KIf Z C __4.7K|CLM+J -T~/ 1~:I 100△〒1 1 L-r-l1 ■■ ■■ ■■:clm-b 1 '〔 | — 150: ； 100T14一 工 1圖8：電流極限保護(hù)電路

常規(guī)情況下，CLM+或CLM—的電壓超過(guò)閾值（+200mV/-200mV）時(shí)，過(guò)流信號(hào)將使輸出截止，并且持續(xù)到下一個(gè)周期。下個(gè)周期將重新恢復(fù)，形成所謂“逐脈沖電流控制”。2.7通斷控制電路及熱沉端ON/OFF端（7腳）為低電平時(shí)芯片才工作，閾值電壓為2.4V。本電路被直接接地，不進(jìn)行控制。圖9：通斷控制及熱沉端電路熱沉端也被直接接地，以獲取較好的熱穩(wěn)定性。芯片的5、6、15、16腳內(nèi)部是短接的，通過(guò)5腳接地。2.8斷續(xù)檢測(cè)控制電路本電源CT端（14腳）被接地，即斷續(xù)電路不起作用。2.9芯片輸出及隔離電路電源變換器部分是一個(gè)簡(jiǎn)單的單開關(guān)降壓型隔離變換器。芯片的圖騰柱輸出腳2驅(qū)動(dòng)MOSFET管柵極，開關(guān)管驅(qū)動(dòng)隔離變壓器原邊繞組1-3，主繞組上并聯(lián)的RC電路用于提供泄放通路。0.45nF-r0.458220 ||0.45nF-r0.458220 ||——1 1 1 1 1去反饋電路圖10：芯片輸出及隔離電路第三邊繞組用于提供啟動(dòng)電源，如前述。2.10輸出電路

+2200uF,1(C54『C5,9+2200uF,1(C54『C5,9圖11：輸出電路原理圖整流橋的上面兩個(gè)二極管用于整流，下面兩個(gè)用于提供在開關(guān)管關(guān)斷期間電感的續(xù)流通路。電感器及電解電容用于濾波，加上兩個(gè)二極管的續(xù)流作用，可以獲得盡可能連續(xù)的電流。從輸出電路看，這是一個(gè)Buck（降壓）式開關(guān)電源。實(shí)際輸出為5VDC。輸出電壓由光電1、基準(zhǔn)電源及電位器控制，調(diào)節(jié)電位器可在一定范圍內(nèi)調(diào)整輸出電壓。光電2、穩(wěn)壓管部分用于獲得反饋OVP信號(hào)，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值決定了OVP保護(hù)動(dòng)作點(diǎn)。2.11不二越電源的等效變換器電路綜合上面分析，不二越電源的變換器等效電路如下：VD1 LUoVD1 LUo圖12：不二越電源的變換器等效電路這是一個(gè)單管隔離降壓變換器，而且是一個(gè)傳統(tǒng)的硬開關(guān)電路。為防止變壓器磁飽和及快速恢復(fù)，原邊使用了簡(jiǎn)單的R1C1釋放電路。副邊