开关电源故障分析与维修(附件)【字数：6826】
论文重点分析分开关电源主要电路模块，包括单管正激拓扑电路、双管正激拓扑电路、Royer逆变电路和逆变器升压电路等。并分析开关电源典型故障的维修和处理，包括电容失效分析、短路故障维修、辅助电路故障维修等等。开关电源拥有许多线性电源无法比拟的优点。工作在（磁芯）截止区与饱和区之间的高频开关变压器具有低能耗的特点，这直接减轻了电源自身的散热压力，其体积也可小型化。选择开关电源的拓扑结构时，要将负载的耗电需求与成本这两个因素综合起来考虑。对于小功率需要而言，最为成熟稳定的“双管半桥”拓扑是一个很好的选择。只有在中大功率需要的时候，才更倾向于选择“单管正激”或“双管正激”。
引言 1
一、开关电源拓扑电路分析 2
（一） 单管正激拓扑电路 2
（二） 双管正激拓扑电路 3
（三） Royer逆变电路 4
（四） 逆变器升压电路 5
二、 开关电源故障检维修 6
（一） 电容失效分析 6
（二） 开关管故障维修 7
（三） 短路故障维修 8
（四） 辅助电路故障维修 9
三、 结论 10
参考文献 11
谢辞 12
引言
开关电源被广泛使用,无论是在现代办公设备，还是在家用设备中，开关电源都无处不在。作为线性电源的替代者，开关电源拥有许多线性电源无法比拟的优点。工作在（磁芯）截止区与饱和区之间的高频开关变压器具有低能耗的特点，这直接减轻了电源自身的散热压力，其体积也可小型化。开关电源中的开关管实际上是“先打开，再关闭，再打开，再关闭”的往复循环、周而复始的工作模式。这种工作模式被称为“振荡”。开关管的振荡周期是相对固定的，它更多的是在设计阶段就已经被确定好了。在单位时间（1s）内的振荡次数，就是开关电源的频率。频率与振荡周期是互为倒数的关系。对于单开关管的电源而言，单开关管的振荡频率与它激振荡源的频率相同，对于双开关管（二者轮流交替导通）的开关电源而言，双开关管中每一个开关管的振荡频率为它激振荡源频率的1/2。在具体选择开关电源的拓扑结构时，要将负载的耗电需求与成本这两个因素综合起来考虑。对于小功率需要而言，最为成熟稳定的“双管半桥”拓扑是一个很好的选择。只有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
在中大功率需要的时候，才更倾向于选择“单管正激”或“双管正激”。
一、开关电源拓扑电路分析
（一）单管正激拓扑电路
单管正激拓扑原理图充实如图11所示。单管正激拓扑电源的开关管往往由PWM芯片直接驱动，而双管半桥电源则需要通过脉冲驱动变压器去驱动2个开关管。换句话说，单管正激拓扑电源电源是没有脉冲驱动变压器的。因此，当我们通过观察发现某电源电源只有2个变压器而非3个变压器的时，我们就有理由推断它属于单管正激拓扑而非双管半桥拓扑。我们还可以继续观察散热片上的开关管的数量，如果只有一个开关管，那就几乎可以立刻判定其拓扑为单管正激。
图11 单管正激拓扑原理图
单管正激拓扑电源的辅助变压器次级一侧只有5VSB一路输出，而双管半桥电源则具有5VSB和B＋两路输出。这个区别会突出地表现在单管正激拓扑电源使用的辅助变压器的次级一侧只会有2个引脚（对应一个用于5VSB的整流二极管）。
当单管正激拓扑的主变压器具有不止一个次级输出绕组时，其次级绕组就具有了主辅之分。所谓的主输出绕组，是指该开关电源的全部输出（指＋VOUT1、＋VOUT2）的稳压过程都是依赖于主输出绕组当单管正激拓扑的主变压器具有不止一个次级输出绕组时，其次级绕组就具有了主辅之分。所谓的主输出绕组，是指该开关电源的全部输出（指＋VOUT1、＋VOUT2）的稳压过程都是依赖于主输出绕组的输出（指＋VOUT1）进行的。换句话说，开关电源的次级稳压（反馈）电路只针对主输出的＋VOUT1进行稳压采样，采样的结果将直接影响＋VOUT1的实际输出电压大小。而＋VOUT2的实际输出大小则会被动地根据＋VOUT1的实际输出电压大小的变化而变化。通俗地说，在单管正激拓扑开关电源中，只有主输出的电压是能够精确控制的，而辅输出的电压则会随主输出的负载变化在某个范围内变化。单管正激拓扑电源反馈绕组使用了两个独立的电感线圈（一个真实阻值为0.20Ω，一个真实阻值为0.16Ω），并联后直通全桥的负极（接地）。
单管正激拓扑电源开关管栅极G和5V整流管正极在空载和0.4A带载时的波形如图12。
图12 空载和0.4A带载时的电流波形
（二）双管正激拓扑电路
双管正激适用于低压大电流的场合。如图13所示，该拓扑包括两个开关管（Q1、Q2）和两个二极管（VD1、VD2）。正常工作时，两个开关管首先同时导通，励磁电流流经变压器的初级绕组，向变压器输入电能。励磁电流从初级绕组的上端流入、下端流出。根据电磁感应定律，这个从0逐渐增大的励磁电流会在初级绕组上感应出一个上正下负的自感电动势。此时的初级绕组等价于一个正在充电的充电电池。次级绕组的对应同名端则会通过整流二极管向下级输出电能。
然后，两个开关管同时截止，已经增加到最大值的励磁电流将随着开关管的截止而减小。根据电磁感应定律，减小的励磁电流会在初级绕组上感应出一个上负下正的自感电动势。此时的初级绕组等价于一个电池，电池的正极接VD1的正极，电池的负极接VD2的负极。此前，电源已经通过两个开关管的导通将电能输入到了变压器中，除了被负载消耗的部分电能之外，还会剩余一部分电能继续储存在变压器中。这部分之前输入变压器但未被负载消耗的电能会通过VD1、VD2构成的回路返回电源。
图13双管正激拓扑电路
对于任何变压器来说，储存在变压器中的电能都是以磁场能的形式存在的。如果这个磁场越大，就说明变压器储存的磁场能越多。在双管正激中，当两个开关管截止时，储存在变压器中的磁场能会通过VD1、VD2形成的回路回馈至电源，这将直接导致储存在变压器中的磁场能能量减少。换句话说，因为VD1、VD2的存在，变压器在开关管截止后会经历一个“去磁”过程。
引言 1
一、开关电源拓扑电路分析 2
（一） 单管正激拓扑电路 2
（二） 双管正激拓扑电路 3
（三） Royer逆变电路 4
（四） 逆变器升压电路 5
二、 开关电源故障检维修 6
（一） 电容失效分析 6
（二） 开关管故障维修 7
（三） 短路故障维修 8
（四） 辅助电路故障维修 9
三、 结论 10
参考文献 11
谢辞 12
引言
开关电源被广泛使用,无论是在现代办公设备，还是在家用设备中，开关电源都无处不在。作为线性电源的替代者，开关电源拥有许多线性电源无法比拟的优点。工作在（磁芯）截止区与饱和区之间的高频开关变压器具有低能耗的特点，这直接减轻了电源自身的散热压力，其体积也可小型化。开关电源中的开关管实际上是“先打开，再关闭，再打开，再关闭”的往复循环、周而复始的工作模式。这种工作模式被称为“振荡”。开关管的振荡周期是相对固定的，它更多的是在设计阶段就已经被确定好了。在单位时间（1s）内的振荡次数，就是开关电源的频率。频率与振荡周期是互为倒数的关系。对于单开关管的电源而言，单开关管的振荡频率与它激振荡源的频率相同，对于双开关管（二者轮流交替导通）的开关电源而言，双开关管中每一个开关管的振荡频率为它激振荡源频率的1/2。在具体选择开关电源的拓扑结构时，要将负载的耗电需求与成本这两个因素综合起来考虑。对于小功率需要而言，最为成熟稳定的“双管半桥”拓扑是一个很好的选择。只有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
在中大功率需要的时候，才更倾向于选择“单管正激”或“双管正激”。
一、开关电源拓扑电路分析
（一）单管正激拓扑电路
单管正激拓扑原理图充实如图11所示。单管正激拓扑电源的开关管往往由PWM芯片直接驱动，而双管半桥电源则需要通过脉冲驱动变压器去驱动2个开关管。换句话说，单管正激拓扑电源电源是没有脉冲驱动变压器的。因此，当我们通过观察发现某电源电源只有2个变压器而非3个变压器的时，我们就有理由推断它属于单管正激拓扑而非双管半桥拓扑。我们还可以继续观察散热片上的开关管的数量，如果只有一个开关管，那就几乎可以立刻判定其拓扑为单管正激。
图11 单管正激拓扑原理图
单管正激拓扑电源的辅助变压器次级一侧只有5VSB一路输出，而双管半桥电源则具有5VSB和B＋两路输出。这个区别会突出地表现在单管正激拓扑电源使用的辅助变压器的次级一侧只会有2个引脚（对应一个用于5VSB的整流二极管）。
当单管正激拓扑的主变压器具有不止一个次级输出绕组时，其次级绕组就具有了主辅之分。所谓的主输出绕组，是指该开关电源的全部输出（指＋VOUT1、＋VOUT2）的稳压过程都是依赖于主输出绕组当单管正激拓扑的主变压器具有不止一个次级输出绕组时，其次级绕组就具有了主辅之分。所谓的主输出绕组，是指该开关电源的全部输出（指＋VOUT1、＋VOUT2）的稳压过程都是依赖于主输出绕组的输出（指＋VOUT1）进行的。换句话说，开关电源的次级稳压（反馈）电路只针对主输出的＋VOUT1进行稳压采样，采样的结果将直接影响＋VOUT1的实际输出电压大小。而＋VOUT2的实际输出大小则会被动地根据＋VOUT1的实际输出电压大小的变化而变化。通俗地说，在单管正激拓扑开关电源中，只有主输出的电压是能够精确控制的，而辅输出的电压则会随主输出的负载变化在某个范围内变化。单管正激拓扑电源反馈绕组使用了两个独立的电感线圈（一个真实阻值为0.20Ω，一个真实阻值为0.16Ω），并联后直通全桥的负极（接地）。
单管正激拓扑电源开关管栅极G和5V整流管正极在空载和0.4A带载时的波形如图12。
图12 空载和0.4A带载时的电流波形
（二）双管正激拓扑电路
双管正激适用于低压大电流的场合。如图13所示，该拓扑包括两个开关管（Q1、Q2）和两个二极管（VD1、VD2）。正常工作时，两个开关管首先同时导通，励磁电流流经变压器的初级绕组，向变压器输入电能。励磁电流从初级绕组的上端流入、下端流出。根据电磁感应定律，这个从0逐渐增大的励磁电流会在初级绕组上感应出一个上正下负的自感电动势。此时的初级绕组等价于一个正在充电的充电电池。次级绕组的对应同名端则会通过整流二极管向下级输出电能。
然后，两个开关管同时截止，已经增加到最大值的励磁电流将随着开关管的截止而减小。根据电磁感应定律，减小的励磁电流会在初级绕组上感应出一个上负下正的自感电动势。此时的初级绕组等价于一个电池，电池的正极接VD1的正极，电池的负极接VD2的负极。此前，电源已经通过两个开关管的导通将电能输入到了变压器中，除了被负载消耗的部分电能之外，还会剩余一部分电能继续储存在变压器中。这部分之前输入变压器但未被负载消耗的电能会通过VD1、VD2构成的回路返回电源。
图13双管正激拓扑电路
对于任何变压器来说，储存在变压器中的电能都是以磁场能的形式存在的。如果这个磁场越大，就说明变压器储存的磁场能越多。在双管正激中，当两个开关管截止时，储存在变压器中的磁场能会通过VD1、VD2形成的回路回馈至电源，这将直接导致储存在变压器中的磁场能能量减少。换句话说，因为VD1、VD2的存在，变压器在开关管截止后会经历一个“去磁”过程。
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