明纬开关电源源的问题

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开关电源的基本组成,工作原理与常见故障维修
电源是各种电子设备必不可缺的组成部分,其性能优 劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态,功耗小,转化率高,且体积和重量只有线性电源的 20%&30%,故目前它已成为稳压电源的主流产品。电子设备电气故障的检修,本着从易到难的原则,基本上都是先从电源入手,在确定其电源正常后,再进行 其他部位的检修,且电源故障占电子设备电气故障的大多数。故了解开头电源基本工作原理,熟悉其维修技巧和常见故障,有利于缩短电子设备故障维修时间,提高 个人设备维护技能。
二.开关电源的组成
开关电源大至由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成,见图1。
冲击电流限幅:限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。
输入滤波器:其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。
整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。
逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分。
输出整流与滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。
2. 控制电路
一方面从输出端取样,与设定值进行比较,然后去控制逆变器,改变其脉宽或脉频,使输出稳定,另一方面,根据测试电路提供的数据,经保护电路鉴别,提供控制电路对电源进行各种保护措施。
3. 检测电路
提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。
4. 辅助电源
实现电源的软件(远程)启动,为保护电路和控制电路(PWM等芯片)工作供电。
三.开关电源的工作原理
开 关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断开关,控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关元件以一定的时间间隔重复地接通和断开,在开 关无件接通时输入电源Vi通过开关S和滤波电路向负载RL提供能量,当开关S断开时,电路中的储能装置(L1、C2、二极管D组成的电路)向负载RL释放 在开关接通时所储存的能量,使负载得到连续而稳定的能量。
VO=TON/T*Vi
VO 为负载两端的电压平均值
TON 为开关每次接通的时间
T 为开关通断的工作周期
由 式可知,改变开关接通时间和工作周期的比例,VO间电压平均值也随之改变,因此,随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便使输出电压VO 维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比,这种方法称为&时间比率控制&(TimeRationControl,缩写为 TRC)。
按TRC控制原理,有三种方式:
1. 脉冲宽度调制(PulseWithModulation,缩写为PWM)
开关周期恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。
2. 脉冲频率调制(PulseFrequencyModulation,缩写为PFM)
导通脉冲宽度恒定,通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。
3. 混合调制
导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定,彼此都能改变的方式,它是以上二种方式的混合。
四.开关电源的维修技巧和常见故障
1.维修技巧
开关电源的维修可分为两步进行:
断电情况下,&看、闻、问、量&
看:打开电源的外壳,检查保险丝是否熔断,再观察电源的内部情况,如果发现电源的PCB板上有烧焦处或元件破裂,则应重点检查此处元件及相关电路元件。
闻:闻一下电源内部是否有糊味,检查是否有烧焦的元器件。
问:问一下电源损坏的经过,是否对电源进行违规操作。
量: 没通电前,用万用表量一下高压电容两端的电压先。如果是开关电源不起振或开关管开路引起的故障,则大多数情况下,高压滤波电容两端的电压未泄放悼,此电压 有300多伏,需小心。用万用表测量AC电源线两端的正反向电阻及电容器充电情况,电阻值不应过低,否则电源内部可能存在短路。电容器应能充放电。脱开负 载,分别测量各组输出端的对地电阻,正常时,表针应有电容器充放电摆动,最后指示的应为该路的泄放电阻的阻值。
通电后观察电源是否有烧保险及个别元件冒烟等现象,若有要及时切断供电进行检修。
测量高压滤波电容两端有无300伏输出,若无应重点查整流二极管、滤波电容等。
测量高频变压器次级线圈有无输出,若无应重点查开关管是否损坏,是否起振,保护电路是否动作等,若有则应重点检查各输出侧的整流二极管、滤波电容、三通稳压管等。
如果电源启动一下就停止,则该电源处于保护状态下,可直接测量PWM芯片保护输入脚的电压,如果电压超出规定值,则说明电源处于保护状态下,应重点检查产生保护的原因。
2.常见故障
保险丝熔断
一 般情况下,保险丝熔断说明电源的内部线路有问题。由于电源工作在高电压、大电流的状态下,电网电压的波动、浪涌都会引起电源内电流瞬间增大而使保险丝熔 断。重点应检查电源输入端的整流二极管,高压滤波电解电容,逆变功率开关管等,检查一下这此元器件有无击穿、开路、损坏等。如果确实是保险丝熔断,应该首 先查看电路板上的各个元件,看这些元件的外表有没有被烧糊,有没有电解液溢出,如果没有发现上述情况,则用万用表测量开关管有无击穿短路。需要特别注意的 是:切不可在查出某元件损坏时,更换后直接开机,这样很有可能由于其它高压元件仍有故障又将更换的元件损坏,一定要对上述电路的所有高压元件进行全面检查 测量后,才能彻底排除保险丝熔断的故障。
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16:31:00来源:编辑:
& 开关电源有以下4种调制方式:
& ⑴脉冲宽度调制式,简称PWM,即脉宽调制。其特点式开关周期为恒定值,通过调节脉冲宽度来改变占空比,实现稳压目的。其核心式PWM控制器。脉宽调制式开关电源的应用最为普遍,其占空比调节范围大,PWM还可以和主系统的时钟保持同步。
& ⑵脉冲频率调制式,简称PFM,即脉频调制。其特点是脉冲宽度为恒定值,通过调节开关频率来改变占空比,实现稳压目的。其核心是PFM控制器。脉频调制式开关电源特别适合于便携设备,它能在低占空比、低频的条件下,降低控制芯片的静态电流。
& ⑶脉冲密度调制式,简称PDM,即脉密调制。其特点是脉冲宽度为恒定值,通过调节脉冲数实现稳压目的。它采用零电压技术,能显著降低功率开关管的损耗。
& ⑷混合调制式。它是⑴、⑵两种方式的组合。开关周期和脉冲宽度都不固定,均可调节。它包含了PWM控制器和PFM控制器。
& 以上四种工作方式统称为&时间比率控制&(简称TRC)方式,其中以PWM控制器应用最广。需要指出的是,PWM控制器既可作为一片独立的集成电路使用,亦可被集成在开关稳压器中或单片开关电源中。其中,开关稳压器属于DC/DC变换器,开关电源一般为AC/DC变换器。
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原书名 Troubleshooting Switching Power Converters: A Hands-on Guide
原出版社 Newnes
作者 (美)Sanjaya Maniktala
译者 王晓刚 谢运祥
丛书名 图灵电子电气工程丛书
出版社人民邮电出版社
出版日期2011 年2月
版次1-1本书基于作者多年从事开关电源设计工作过程中收获的经验与教训利用大量真实的事例论述了开关电源故障和排除过程中应遵循的原则以及高频环境下的去耦输出噪声和滤波电容的选用接地层的铺设技巧印制电路板的布局设备的有效使用提高效率的手段emi 和噪声等基础知识和上述原因造成的故障及其排除方法并视角独特地提出开关电源故障诊断的一家之言书中还利用解答网络论坛问题的方法讨论了业内公司和工程师应持有的态度及与数据手册相关的一些实际问题
本书可供各层次开关电源工程人员设计人员高校相关专业师生阅读和参考Sanjaya Maniktala世界级的开关电源专家美国博通公司的高层管理者曾在飞思卡尔西门子美国国家半导体等著名公司担任高级工程领导职务出版过精通开关电源设计等多本名著是EDN电子设计电力电子技术等杂志的专栏作家他还拥有浮动降压变换器拓扑等多项专利
王晓刚 博士广州大学副教授长期从事电力电子技术的教学工作和开关电源逆变器有源电力滤波器PWM整流器等方面的研究工作
谢运祥 博士,华南理工大学电力学院教授, 博士生导师, 长期从事电力电子与电力传动方面的教学和科研工作几个星期前我发现我急需要找到些灵感当初我甚至怀疑写一本主题这么特殊的书是否真的有必要因此尽管在这个伟大的构想上徘徊了5 年之久我最终还是买了\另一本& 书Robert Pease 的Troubleshooting Analog Circuits我很庆幸我买到了这本书因为它满足了我的两个要求我不仅认识到这本书的确是激动人心的资源(毫无疑问这是一本可以让你在旅途中手里拿着脆饼干和咖啡边笑边欣赏的书)还了解到它与功率变换无关以这本书封面中的著名图片为例其中难解难分纠缠在一起的物体明显是一个著名的V-F(电压{频率) 变换电路但实际上它甚至连基本的开关变换器都不是举例来说面包板对于开关变换器来说就是一个大忌如果你仔细思考一下就会发现图片传递的正是在功率变换中不应尝试的禁忌令人鼓舞的是这本书也承认\开关模式调节器与之截然不同&
当我得知这本关于模拟电路故障诊断的书原本计划当作另一本关于开关功率变换器的书的其中一章时我十分惊讶也许这个计划是随着时间的流逝而流产了也许是因为风险太大市面上几乎没有其他该类书籍这一事实在一定程度上说明了上述假设的合理性(为你手中捧着的这本书欢呼吧) 但我还是相信如果那本书按照原来的设想出版那么它将极具误导性原因与这本关于模拟电路故障诊断的书的封面如出一辙有一段时间我曾百思不得其解\这到底是谁的好主意呢& 后来我认识到当时功率变换仍处在萌芽阶段谁会知道以后的事呢
在20 世纪70 年代早期计算速度高达2MHz 的Intel 8080 微处理器曾让全世界的工程师们惊异不已\数字化& 成为对新一代电气工程毕业生的赞美之词事实上在那10 年间(以及下一个10 年)当询问来公司面试的人希望做什么时几乎所有的人都会眼睛不眨地答道\微处理器& 我想我改行从事电力电子的原因就是对于这些\好东西& 我做得不够好但是不久之后我认为事情肯定会因这场数字竞赛中的落后者而变了味无论他是个人还是公司在由此造成的颠倒性混乱中一切非数字化的事物都被冠以\模拟的&
我想知道这究竟是如何发生的像\模拟电子的功率& 这种吸引人的词句可能激发了人们的想象力但它们充其量只是一种矛盾修饰法(oxymoron) (单词中包含\moron&(傻子) 真是恰如其分)因为尽管表面上看来\模拟电子& 和\功率& 显得如此亲密和相似但实际上它们只是一对陌生的伙伴你不能在题为\你不需要了解数字电路??尽管问& 的总体纲要中将两者相提并论模拟电子和功率之间的确有一些共性本质上二者都是\非数字& 的它们的相似性正在于此现代开关功率变换器的显著特征是电压和电流因特性神秘的电感而有着很陡的边沿大量的高频分量使迄今为止的各种手段都显得无能为力(这么说毫不夸张)
\模拟电子或功率名称意味着什么& 你完全有理由这样问由于两者并不完全对立所以许多公司中都有这样一个实际问题高级管理人员突然出现在你的面前充满想象力且满怀热情地期望将开关IC 的大生意推向新的高峰但问题是他只熟悉运算放大器来看近期发生的一件事故事发生在总部设在加利福尼亚州圣克拉拉的一家大型模拟电子公司他们的\电源管理& 和\便携式电源& 两个生产线曾大获成功新上任的高级副总裁满腹怀疑地问他的职员\为什么你们说我们的开关IC 很`简单'& 他相信这种说法彻底贬低了他们的产品也许像个简单的汉堡或者想法太简单一个毋庸置疑的事实是这种开关IC 是过去10 年公认的品牌我们应该称它们\高性能开关IC&或者是\创新性的开关IC&\复杂开关IC& 或\热情的开关IC& 听上去如何(这会使工程师们争先恐后地购买它们) 随后会议室安静了下来几位野心家还在点着头态度令人敬畏地放肆但没有人敢于站出来告诉他们的皇帝他现在确实需要一个好裁缝
再来向下观察食物链(或许我应该说\向上&)仅在几年前功率变换还是一个令大多数工程师望而却步的利基市场(niche market)如今这个市场变得大多数人没有能力去做但是写一篇与功率变换有关的漂亮文章或者整理出一本令人激动的教材是一回事在实验台上制作出一台能工作的变换器则完全是另一回事别忘了 你还必须令它非常可靠而且成本低这是问题的关键造成这种不幸现状的原因很多有一点可以肯定那就是几乎没有培养工程师的学校会讲授大量的电力电子学知识尤其是开关电源(SMPS) 的知识这就是缺乏开关电源知识的电气工程专业很不幸这还不是唯一的原因每家公司都在奋力争夺少数几所在电气工程专业具有优势的学校的毕业生情况必须有所改变以适应对经过专门训练的毕业生规模日益庞大的需求
功率变换领域不仅变得非常重要而且越来越复杂一位极力模仿他人的专家如果仅对模拟电路故障诊断与排除的书进行敏锐而深入的研究是不会轻易成功的\如果你站在一个大型演讲台上并且夸夸其谈 通常人们会认为你知道自己在说什么他们不再寻找错误??这本身就是一个错误& 我还记得大厦D 座的复印机发出的雷鸣般的响声不时地被我在太平洋这一边听到过的最动听的词句所打断 我绝对不会记错幸好我很快由我的经历明白了这样一条道理在你犯错前帮你发现错误的人是你在公司中最好的朋友在你犯错后帮你找出错误的人是支持你的人在你犯错前后都只字不提的人确实让你看走了眼要学会明辨是非
在当今科学与工程界我们都越来越多无一例外地受到同级的严格检查和反复核对我们已经无法隐藏于别人错误的背后或者大声抱怨着试图将人们的注意力从自己的错误上移开因此我们必须学会在必要时坦白承认错误并且承认越快越好以避免由错误的行为或建议带来的严重后果因为这是推动大家进步的动力同样我们还必须以相同标准来要求与这一领域相关的所有人不应再把漂亮的广告宣传单媒体演示或华而不实的在线工具当真必须尽快提高标准功率变换是一个复杂的领域不仅会出现大量无心之失(这种错误我每天都犯)并且还涌现出大量奇特的术语可怕的公式以及那些所谓的\无奈的平衡&听起来振振有词实则在掩盖自己的错误如果错误是有意而为的话所以就算是供货商无论他们多么趾高气扬也必须与我们一样做同样认真的检查这就是我理解的工程学如果不这样做的话我认为所有有关的成本将迅速增加世界正变得越来越小实际上我们已经紧密联系在一起我们还能再滥竽充数下去吗
最后该说再见了三本书已经足够你会认同这一点我不会再写了所以本书是我向你讲述人生经验的最后一次机会我还希望这个过程能激发你的兴趣让你有亲身经历的感觉相信这种方式能够令你在看故事的同时也不会忘记与之相关的专业知识因此在我最终搁笔之际我感谢你们一直以来给予我的巨大支持我真诚希望这本书不仅让你有所收获还能让你爱不释手就像我写这本书的时候一样我估计读者会认为本书有几处过于直言不讳了但我可以向你保证其真实性一点也没掺假
Sanjaya Maniktala第1 章 关于电源的思考   1
1.1 实践与理论硬币的两面
1.2 抛开成见  
1.3 谨慎地选择朋友   3
1.4 寻找解决问题的方法  7
1.5 电源中的连锁反应  7
1.6 经验很重要对此没有假设拖延或反对     8
1.7 不要忽视任何一个问题问题发生时已经为时太晚   9
1.8 熟练使用仪器  
1.9 对症下药的故障排除方法
1.10 因果关系是第一个灾难    14
1.11 从(别人的) 错误中获取经验    17
1.12 与解决问题有关的问题    18
第2 章高频的影响与输入去耦的重要性   23
2.1 大谎言与原理图  
2.1.1 pcb 走线的阻抗  
2.1.2 ic 内部的接地反弹   23
2.1.3 接地层  
2.1.4 分压器及其正确布局   24
2.1.5 效率的测量与直流电阻   26
.2.1.6 开尔文感测法  27
2.1.7 电源与地之间走线的电感   28
2.1.8 避免使用绕线电阻
2.2 职业性危害   29
2.3 细心观察反馈走线   30
2.4 物理距离成为关键   31
2.5 估计谐波的幅值  
2.6 高频输入去耦  
2.7 别忘记紧邻ic 放置0.1f 的陶瓷电容   34
2.8 你也需要大容量电容   34
2.9 \缺少的& 电流来自何处   35
2.10 检查你的实验电源  38
2.11 未使用大容量电容以及电容的esr 过大会引起严重问题    38
2.12 只用一个电容来抑制噪声和纹波  40
2.13 控制ic 也需要无噪声的电源走线  41
2.14 升压变换器的去耦稍有不同42
第3 章输出噪声与滤波  
3.1 测量输出噪声和纹波  43
3.1.1 输出噪声和纹波及其与输入噪声和纹波的关系(psrr)   44
3.1.2 接受噪声但不接受振荡   45
3.1.3 噪声太严重了尝试降低mosfet 的速度
第4 章明智地使用电容   53
4.1 简介   53
4.2 第1 部分铝电解电容   53
4.2.1 elko 电容的结构和类型   53
4.2.2 免费获得阻尼电阻(esr)    54
4.2.3 谨慎使用elko 电容   54
4.2.4 elko 电容能容忍滥用   55
4.2.5 elko 电容的谐振频率   56
4.2.6 振动测试的牺牲品   
4.2.7 elko 电容的预期寿命   57
4.3 第2 部分陶瓷电容   62
4.3.1 mlcc 的结构   62
4.3.2 陶瓷电容的分类   
4.3.3 电容/电阻的标准尺寸    63
4.3.4 不同的材料的esr    64
4.3.5 揭开x7r 电容的面纱  65
4.3.6 x7r 电容的温度系数   65
第5章 使接地层的效用最大化
5.1 并联输出电容以实现均流   73
5.2 两种解决方案的对比开关ic与控制ic   
5.3 快速地检验铝电解电容的电流   76
5.4 二次侧走线电感及其对效率的影响  
5.5 接地层中电流的返回路径   78
5.6 并联走线以降低电感  80
5.6.1 多层板及其接地层
5.6.2 同步控制器和开关ic 的死区时间   82
第6章 ac-dc 与dc-dc 变换器的印制电路板布局  
6.1 简介    83
6.2 评估板(evb)   
6.2.1 降压变换器的pcb   84
6.2.2 升压变换器的pcb   85
6.2.3 升降压变换器的pcb   86
6.2.4 正激变换器的pcb   87
6.2.5 反激变换器的pcb   87
6.2.6 布局时的一些要点   
6.2.7 热管理问题  91
6.2.8 制作便于故障诊断的电路板   92
第7章 不使用接地层  
7.1 基于384x 系列控制器的单层板  
7.2 一次侧电流回路  
7.3 二次侧电流回路  100
7.4 真正的调换(switch)
第8 章故障诊断策略的一家之言
8.1 剥洋葱  
8.1.1 提出正确的问题
第9 章让设备有效地工作   124
9.1 简介    124
9.2 基本设备  
9.2.1 实验室须知   124
9.2.2 时钟的稳定性和抖动
9.2.3 理解示波器显示的波形   127
9.2.4 变换器不稳定与控制环有关   129
9.2.5 单次捕获模式示波器的捕捉问题   131
9.2.6 电流尖峰测试   132
9.2.7 高dv /dt 测试
9.2.8 锡焊技巧  133
9.2.9 世上最快的故障诊断工具  133
9.2.10 杂项  
第10 章效率原则  
10.1 确保足够的驱动电压   135
10.2 使电容寄生参数最小   138
10.3 合理设计缓冲电路和钳位电路   138
10.4 改变频率   141
10.5 分时原理   142
10.6 正确理解降压变换器的效率曲线  143
10.7 估计通态损耗与开关损耗之比   145
第11 章磁性元件电磁干扰和噪声   151
11.1 愿望    151
11.2 改变处理emi 问题的方式  
11.3 钳位电路的位置同样能影响噪声   157
11.4 emi 故障诊断备忘录   157
第12 章论坛数据手册以及其他实际问题  
12.1 思考很关键  
12.2 反复核对一切  
12.3 产品责任问题  
12.4 全新全意为客户   165
12.5 问题与解答  
12.5.1 问题1   167
12.5.2 问题2   168
12.5.3 问题3   170
12.5.4 问题4   171
12.5.5 问题5   173
12.5.6 问题6   177
12.5.7 问题7   178
12.5.8 问题8   182
12.5.9 问题9   183
12.5.10 问题10   184
12.5.11 问题11   188
12.5.12 问题12   190
12.5.13 问题13   190
12.5.14 问题14   192
12.5.15 问题15   193
12.5.16 问题16   194
附录    198
新手上路我有疑问投诉建议参考资料 查看电脑高频开关电源的问题
】【】【】
  电脑主机和显示器,打印机都采用的是高频开关电源。该电源转换效率高,发热量小,体积轻,能够节省大量的铜和铁,因此得到大量应用。但是由于其工作在500KHZ的高频振荡状态,同时向周围发射大量的高频电磁波,也会对其他用电器产生干扰。为了减少干扰,开关电源在电源引入部分使用了"∏"形滤波器或"L"滤波器来滤除来自电路的干扰同时也防止自身的干扰向外传播。同时开关电源的机壳采用金属来屏弊对外界的干扰。因为电磁波是携带能量的,在电脑工作时,电磁波会在电源外壳上积累电荷。如果电脑接地良好,这时电荷的积累就不会明显。但是如果电脑没有接地或接地不良,当经过一定时间积累后,当人接触电脑机箱外壳时就会有明显的触电感觉。&  为了保证你的人身安全和计算机设备的正常工作,当您使用你的电脑时,请确保接地良好!!  名词解释  市电:指家用的单相交流电,电压有效值220V。  相动力电:指工业用电,相与相之间的电压是380V。但相与地之间的电压是220V,也就是市电供应方式。  地线:为了保护人身安全,凡是金属外壳的家用电器都必须接地,地线的明显标志是黄绿色(电线的一半是黄色一半是绿色)。绝对不允许将地线和零线并在一起使用,因为如果零线的保险丝断路,这时将使家电电器外壳带上220V的市电电压,引起人身伤害事故。地线也不允许空置不用,地线必须接地良好,通常接地电阻小于4欧姆。我们用万用表测试:  1.&在断电情况下,地线和零线的电阻应该无限大。如果电阻是0,说明地线和零线并接。  2.&电器在不接入市电时,电源线的地线插头和机壳应该电阻为零,否则接触不良。  零线:通常在供电变压器处接地,同时在小区单元进户线处接地。在零线线路完好时零线与大地之间没有有电压。  火线:即三相动力电中的任意一相,其相对于零线和地线的电压是220V,任两相之间的电压是380V。正常时同时流过火线和零线的电流是相等的。火线和零线的线径相同。&
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  为了进一步发挥在农产品购销对接服务方面的功能,新农村商网专门建立区域性集中上市的鲜活农产品…
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