早期的恒流源多为线性电源,近几年随着开关技术的不断成熟,线性恒流源逐渐被开关式恒流源所替代。相比之下,开关电源具有体积小、重量轻、功率因数高、效率高等优点,开关电源的研究涉及到自动控制、电力电子等诸多技术领域,高效率、软开关是开关电源的研究和发展方向。因此,PFC技术、软开关PWM技术得到了空前的发展,并在开关电源中得到了广泛的应用。
【关键词】软开关;功率因数校正;移相全桥ZVS变换器
早期的恒流源多为线性电源,近几年随着开关技术的不断成熟,线性恒流源逐渐被开关式恒流源所替代。相比之下,开关电源具有体积小、重量轻、功率因数高、效率高等优点,开关电源的研究涉及到自动控制、电力电子等诸多技术领域,高效率、软开关是开关电源的研究和发展方向。因此,PFC技术、软开关PWM技术得到了空前的发展,并在开关电源中得到了广泛的应用。
1开关电源发展现状
电源是人类目前生活和生产中最为重要的能源形式之一。在工农业领域,很多用电设备都无法直接使用供电电网提供的工频交流电作为供电电源,而是需要通过某种形式对电网提供的工频交流电进行变换,得到其所需要的电能形式,才可以使用电设备处于各自的最佳工作状况或者满足用户负载的特殊工作情况的要求。可调直流电源实质是输出电压(或电流)可调的稳压(或稳流)电源。可调直流电源的应用非常广泛,在工业领域主要用于大功率直流电动机的供电电源;蓄电池充电电源,PCB曝光灯电源;电阻器、继电器、电机等电子元件老练供电电源;电解电源、实验室、电子设备的供电电源等。同时许多用电设备,如信号源、自动控制系统、检测系统等,对其供电电源的电压稳定精度要求比较高。
就信号源而言,若其供电电压不稳定,就会造成信号源发出的信号不稳定或不能发出特定频率的信号。对一些精密的电子仪器而言,若其供电电压出现波动,将导致测量和计算结果出现误差。对一些控制系统而言,若其供电电压不稳定将引起自动控制系统工作不稳定,甚至不能工作。可调直流电源在农业领域也有应用,例如静电喷雾杀虫、环境静电除尘、静电杀菌、生物静电效应研究、种子静电处理等等。
2可调直流电源的特点
随着工农业技术的不断发展,一些用电设备对供电电源要求也变得越来越高,并对其性能、精度、体积、重量、智能化操作等各方面都提出了新的技术要求,现有的直流电源已经不能满足相关要求。
可调直流电源主要分为线性直流电源和开关型直流电源两种。线性直流电源电路中的调整功率管工作在线性放大区。这种稳压电源的主要优点是电路结构简单,输出纹波小,精度高,对电网的谐波干扰小,输出电压稳定,抗干扰性好。当然,直流线性稳压电源也有一些致命缺点,限制了它在一些场合的应用。其调整管工作在线性放大状态,因而发热量大,效率低,其效率一般只有45%;由于线性稳压电源的发热量比较大,必须进行散热,所以线性稳压电源往往需要加上庞大的散热片,而且稳压电源工作在工频50Hz下,输入端口的工频变压器体积也很大;当要制作多组电压输出时,变压器体积会更庞大,不便于开关电源的微型化和轻量化。
高频开关电源是指功率晶体管工作在高频开关状态的直流稳压电源。高频开关电源与线性直流电源相比主要有以下优点:(1)体积小,重量轻由于开关电源采用了高频技术,去掉了传统的工频变压器,使得变压器、滤波电感和滤波电容的体积和重量大大减小。(2)效率高。高频开关电源采用的功率开关管功耗一般比较小,尤其将软开关技术应用在开关电源中时,可以大大的减小开关损耗。(3)功率因数高。在配有功率因数校正电路的高频开关电源中,功率因数一般在0.9以上,而且基本不受负载变化的影响。(4)稳压精度高。高频开关电源的稳压精度可高达0.2%。(5)可靠性高、灵活性高。在采用单项有源功率因数校正电路的开关电源中,电源允许的输入范围比较大,能满足世界各国不同的电网等级,所以电源装置的可靠性和灵活性比较高。由于高频开关电源具有以上这些优点,其应用也越来越广泛,并且逐渐占领主流市场,有取代线性直流电源之势。因此研究和设计一种低功耗、高效率、大功率的高性能开关电源意义深远。
现在市场上主流的可调直流电源有线性直流电源和开关型直流电源,开关型直流电源以其功率因数高、体积小等优点占据主流市场,近几年随着科技的发展,我国生产的直流稳压电源(开关电源)的工作频率由原来的几十千赫兹发展到现在的几百千赫兹,但是和欧美、日本等发达国家还是有一定的差距,以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析等方面技术领域。因此,我国开关电源的研究及应用在这些方面与发达国家还有很大的差距。
3结语
随着我国科学技术的不断提升,我们国民生产各部门,各行业对直流电源的要求会更一步的提升,尤其是对20A直流电源方面,寻找新式的电源已经分非常迫切的了。为此希望我国能够早日制造出能够适合各种行业的电源,进一步促进我国的兴旺发展。
参考文献:
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输入:AC110V~220V;
输出:+24V2.6A。
我们知道在日常工作中,由于电源故障而出现的拉条、滚道等各种影响安全优质播出的现象屡见不鲜,本文简单分析了该电源的工作原理、检修方法和维修实例,供同行维护中参考,希望对维护工作有所帮助。
一、电源核心元件介绍
本电源采用了脉宽调制集成电路UC3842A,三端可调分流基准源电路TL431与光电耦合器PC817等相关元件组成,现分别做简单介绍:
1.UC3842是开关电源用电流控制型脉宽调制集成电路,其主要特点有:
(1)内含欠压锁定电路;
(2)低启动电流(典型值为0.12mA);
(3)内置基准电源;
(4)有驱动电流达1A的推挽输出级。
为其内部方框图与引脚功能见图2和表1
2.德州仪器公司生产的TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电源。其外形与塑封三极管相同,它的输出电压用两个电阻就可以任意设置从2.5V-36V范围内的任意值。TL431是一种并联稳压集成电路,因其性能优良、使用简单,因此广泛的应用于各种电源中,其三端分别为参考端R、阳极A、阴极K。图3为其符号及外形示意图。
二、电路工作原理
1.交流输入与整流电路
AC220V电压经保险管F,送到由C1、L1、C2组成的线路滤波器,滤除电路中串入的个高频干扰后,经桥式整流模块DS1整流,C4滤波,在C4两端得到300V左右的直流电压。RV1为压敏电阻器,起过过压保护作用。RT1为NTC80,该元件是一个具有负温度系数性能的热敏电阻器,在电路中起到在开机瞬间限流的作用。
2.启动与振荡
开机后,经整流滤波器得到的300V电压分为两路:一路经过开关变压器B1初级绕组①-②绕组直接送至开关管Q1的漏极D。另外一路通过启动电阻R4送到U1(UC3842)的⑦端为U1供电,使U1内部振荡电路得到电源开始工作,U1⑥脚输出开关激励脉冲使Q1进入开关状态,变压器B1初级绕组①-②绕组中便有高频脉冲电流流过,开关变压器③-④绕组也会产生一个高频感应电压,该交变电压经D2整流、C11滤波后得到约18V左右的直流电压,送到U1的供电端⑦脚,在正常工作后替代由300V经启动电阻R4送来的启动电压,为U1内部电路提供工作电源,使开关电源能够稳定工作。同时开关变压器B1次级⑤-⑥绕组也将感应出相应的交变电压。
3.稳压电路
该电源稳压电路由U2(TL431)和P1(PC817)及相关元器件组成。其稳压过程如下:
当由于某种原因引起输出电压升高时,稳压取样电阻R25与R26中点电压也相应升高,从而使U2的参考极R端电压也相应升高,这样就导致U2的阴极K端电压下降。此时光电耦合器P1内部光电二极管亮度增强,光电转换后使P1内部光电三极管导通状态发生变化,U1的①脚电压成比例下降,经过U1①脚连接内部的电流检测比较器反相端去控制脉宽锁存器,进而控制U1内部振荡器输出驱动脉冲宽度,经U1的⑥脚送至开关管Q1的栅极,改变其工作状态,缩短导通时间。开关变压器B1初级绕组①-②绕组的高频脉冲电流减少,其次级⑤-⑥绕组中的感应电压也相应的降低至额定值,起到稳定电压的作用。
如果输出电压由于某种原因降低时,其稳压过程与上述过程相反。
4.保护电路
该电源中,R3、C3、D1、R2、C23组成了双尖峰脉冲电压吸收回路,主要用于吸收由于变压器漏感而产生的尖峰脉冲电压,以达到保护开关管Q1的D-S极间不被过高的反峰电压击穿损坏。
R8、R11与U1的③脚内部电路组成了开关管过流保护电路,当开关管Q1的D-S极间电流异常增大时,取样电阻R8两端电压升高,该电压经R11送至U1的③脚电流检测端,③脚连接内部的电流检测比较器同相端去控制脉宽锁存器,减小驱动脉冲的宽度,使电源处于间歇状态,当③脚电压达到1V时,UC3842将切断驱动脉冲输出,开关电源停振,以保证开关管Q1的安全。
R13、R17、C12、R15、Q2、Q3、U1的③脚内电路组成了软启动电路,其工作过程为:开机后,+300V电源经R4使U1启动工作,U1的⑧脚输出5V电压通过R13、R17为C12充电,充电前C12正端为低电平,Q2、Q3导通,U1的⑧输出的5V电压经Q2、Q3的c-e结加至U1的③脚,使U1不输出驱动脉冲,当经过一段时间后,C12充电完毕,正端变为高电平,Q2、Q3截止,U1的③脚变成低电位,U1输出驱动脉冲,开关电源开始正常工作。其软启动时间取决于R13、R17、C12的充放电时间常数。
三、检修思路与方法
1.无输出电压
无输出电压应先检查保险管F是否熔断。如熔断,应检查压敏电阻器RV1,整流桥DS1,开关管Q1以及C4等相关元件。如果F完好,则应检查测量C4两端+300V电压是否正常,无+300V电压故障教易判断排除。+300V电压正常,应着重检查启动电阻R4是否变大或断路,R18、D2是否损坏,R8阻值增大也会造成该类故障。U1的⑦脚17V和U1的⑧脚5V两个电压是很重要的监测点。U1的⑦脚电压低于10V一般为U1内部电路损坏,Q1击穿损坏后也会导致损坏U1,R8则更无法幸免,R8与R7为易损元件。
2.输出电压偏离正常值
该类故障多是稳压电源电路相关元件故障造成的,在断电情况下。可对稳压电路中取样电阻R25、R26电压调节电位器RP1、U2、P1等相关联元件进行检测。U2、P1用替换法,参阅图3中的参数表实测数据,一般即可排除故障。
四、故障检修实例
1.无电压输出
检修:开盖检查,发现压敏电阻器RV1爆裂,F1熔断,将上述元件换新后,在路测量电路无短路现象,断开负载加电试机,24V输出正常,加负载开机正常,故障修复。
分析:压敏电阻器的电阻体材料是半导体,它的主要作用可以抑制电路中经常出现的异常过电压,保护电路免受过电压的损害。在开关电源中,其作用是用于吸收周期出现的连续脉冲群。由于器件本身的老化特性或者外电冲击电压的作用,会导致阻值下降,使电源接近短路状态,导致电流增大,保险管F熔断。
2.输出电压时有时无,输出电源指示灯S1闪烁
检修:断开负载后故障表现依旧,测试C4正端+300V正常,U1的⑦脚电压在10V~15V之间变化,断电测量发现R18开路损坏,换新元件后试机正常,加负载开机工作正常,故障修复。
分析:R18是保证U1的供电的一个重要器件,其作用参见电路原理的启动与振荡,由于其阻值小,电流持续,容易损坏,建议更换功率高一个量级的器件。
作者简介:
关键词:线性稳压器;开关稳压器;电源
中图分类号:TP303+.3文献标识码:A文章编号:1009-3044(2014)11-2656-04
Abstract:AnalyzesthebasicprinciplesandcharacteristicsoftheDC-DCregulator,analyzesandcomparestheperformanceandstructureoftheprincipleoflinearregulatorandswitchingregulator,andprovidesavarietyofimportantfactorsintheactualsituationoftheDC-DCdesign.Describestothebasicmethodofpowerchipselection,andprovidesareferencefortheDCpowercircuitdesign.
Keywords:linearregulator;switchingregulator;powersupply
电源的应用无处不在,所有的电子系统都需要恒压电源或者恒流电源的支持。输出直流称为直流电源,由前端直流转后端直流的称为DC-DC变换器,而直流转交流的变换器称为逆变器。所以,DC-DC变换器是用于提供DC电源的电路或模块。
1DC-DC变换器的主要分类
1.1线性型(Linear)
线性型变换器:可以从电源向负载连续输送功率的DC-DC变换器。线性型变换器通过在线性区域内运行的晶体管或场效应晶体管(FieldEffectTransistor或FET),电路的输入电压中减去超额电压,调节从电源至负载的电流流动,从而产生经过调节的输出电压。
1.2开关电源型(Switcher)
开关电源型变换器:以脉宽方波的形式从电源向负载输送功率。其特点是开关器件的周期性开通和关断(定频型、变频型、定变混合型)。将原直流电通过脉冲宽度调制PWM(PulseWidthModulation)或脉冲频率调制PFM(PulseFrequencyModulation)来控制有效的直流输出。PWM调制稳定电压的方式是,在开关频率不变化的前提下,依靠脉冲宽度的增大或缩小改变占空比例,进而调节电压达到稳定,它核心部件是脉宽调制器。在PFM调制方式运作的时候,脉冲宽度是固定的,开关频率的增加或减少控制了占空比,使得电压保持稳定,脉频调制器是它的核心部件[1]。
2线性稳压器(LinearRegulator)
线性稳压器如78XX系列三端稳压器等,是一种无需使用开关元件而能提供恒定电压恒定电流输出的DC-DC转换器。
2.1线性稳压器的工作原理
线性稳压器和输出阻抗形成了一个分压网络。线性稳压器等效于受控的可变电阻器,可根据输出负载自行调解以保持一个稳定的输出。输出电压通过连接到误差放大器反相输入端的分压电阻采样,误差放大器的同相输入端连接到一个参考电压Vref。误差放大器试图使其两端输入相等2.2线性稳压器的类型
线性稳压器中的元件是双极型晶体管或场效应管MOSFET。双极型线性稳压器具有较高的压降电压,并能支持较高的输入电压并拥有更好的瞬态响应。MOSFET低压差线性稳压器LDO(LowDropoutRegulator)能支持非常低的压降,低静态电流,改善噪声性能和低电源抑制。为使线性稳压器处在正常工作状态之下,Vin和Vout之间最小压差称为压降电压(Drop-outVoltage),不同的稳压器结构会产生不同的压降电压,这也是几种线性稳压器的最大区别。如LM340和LM317这些稳压器使用NPN达林顿管,称其为NPN稳压器(NPNRegulator)。然而低压差(Low-dropout)稳压器(LDO)和准LDO稳压器(Quasi-LDO)为新型电源设计提供了更高性能[2]。
2.3LDO的应用选择
开关稳压器是一种采用开关组件与能量存贮部件(电容器和感应器)一起输送功率的DC-DC转换器,它提高了电源转换效率和设计灵活性。开关稳压器主要分为以下两类:电感储能开关稳压器和无电感型开关稳压器(充电泵)。
3.1电感储能开关稳压器的工作原理
电感用于储存能量及向负载释放储能,电感在开关管开通状态下从Vg获得能量。
4DC-DC变换器的应用选择
5结论
通过分析比较最常见的两类三种直流稳压电源,了解了直流稳压电源的结构及构成原理,提出了电源电路环路控制的设计方案,为直流稳压电路正确合理的设计提供了参考方案。根据不同的实际设计需要和参数选用不同类型直流稳压电源,有利于整个系统平稳安全的工作。
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关键词LM5117;降压型开关稳压电源;闭环控制
中图分类号:TN492文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2017)06-0036-03
AbstractThissystemdesignchoosesLM5117chipandCSD18532-KCSMOSFETofTICompanyascontrolcorevoltagestabilizingsystem,andbuildsastableandefficientbucktypeDCswitchingpowersupply.Itusestheclosed-loopfeedbackcontrolvoltage,im-provingthestabilityofoutputvoltage.Designreducestheoutputripplevoltage,selectingtheappropriateswitchingfrequencycom-pensationandloopnetworktoenhancethestabilityandloadcapa-city,makeoutputvoltagemorestable.
KeywordsLM5117;BuckDC;feedbackcontrol
1引言
开关电源凭借其相对于线性电源的体积小、效率高、可靠性强的优点,在越来越多的场合得到应用。传统的PWM开关电源电路结构复杂,开关频率低,电源功耗高,纹波系数大。随着对开关电源性能要求的不断提高,传统的PWM开关电源逐渐不能满足性能要求,随着半导体技术的迅猛发展。模块化的开关电源控制芯片的优越性能得到越来越广泛的应用,工作频率高,纹波系数小,带负载能力强,便于调试。TI公司生产的军工级新型同步降压控制器LM5117就是优秀代表。
2LM5117介绍
LM5117是一款同步降压控制器,适用于高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用。其控制方法基于采用仿真电流斜坡的电流模式控制。电流模式控制具有固有的输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿功能。使用仿真控制斜坡可降低脉宽调制电路对噪声的敏感度,有助于实现高输入电压应用所必需的极小占空比的可靠控制。LM5117的工作频率可以在50~750kHz范围内设定。可利用自适应死区时间控制来驱动外部高边和低边NMOS功率开关管(《LM5117技术手册》)。
3方案描述
为满足题目要求,本系统能够处理两种输入信号:16V直流输入电压、外部负载R。通过人工方式在两种输入信号之间进行功能的切换,然后通过LM5117为核心的稳压电路,分别实现16V输入、5V恒压输出,负载R可变输入、1~10V电压输出这两种功能。同时利用采样电阻采集电流信号交给比较器控制,进行过流保护,提高系统可靠性。整体设计框图如图1所示。
4方案设计
降低纹波本系统采用加强输入输出的LC滤波网络,输入输出信号在送到对应端口之前均采用多个电容并联,大大降低纹波电压;输出端的LC滤波网络选用较小电感(10μH),降低电路功耗,有助于提高电源效率;输出端采取C1和R21阻容吸收网络,消除尖峰[1]。
负载R检测本系统使用LM358构成的恒流源电路[2],将负载R的阻值转化成电压差分信号送入INA118仪表放大器进行放大,经恒流源转化后差分信号Ud与负载阻值R之间满足题目要求计算公式:Ud=R/1k(V)。
Ud被放大后通过运放,成为VOUT输出。
负载R检测如图2所示。其中,U1A构成恒流源,RL为待测负载R(仿真电路中条件RL=5k),U2的INA118P为仪表放大器[3],处理恒流源转化的电压差分信号R3/R5和R6/R4分别构成的分压电路和比例电路。
稳压控制本系统采用以LM5117芯片为核心的稳压电路,内部高增益误差放大器产生一个与FB引脚电压和内部高精度0.8V基准之差成正比的误差信号。选取合适的RCOMP、CCOMP和CHF构成π型环路补偿元件,连接至COMP引脚的误差放大器。选取合适的反馈调节网络,使输出电压稳定到需求值[4]。
过流保护LM5117芯片的UVLO端口是欠压锁定编程引脚。当UVLO引脚低于0.4V时,稳压器处于关断模式,所有功能被禁用。如果UVLO引脚电压高于0.4V并低于1.25V,稳压器随VCC稳压器运行而处于待机模式,此时SS引脚接地,且HO和LO输出端不会切换。决定利用这一特性,使工作电流超过额定电流时强制拉低UVLO口的电压至0.4V~1.25V之间,将LM5117芯片置于待机状B。
采集输出电流,将取样电压与达到额定电流时的电压进行比较,将比较结果使用CD4013进行锁存,并反接肖特基二极管SS14,使过流时的UVLO端口钳位到0.7V,达到过流保护的效果[5]。过流保护如图3所示。主电路整体原理图如图4所示。
5测试方案与测试结果
首先,将本系统与外部直流电源相连接,调节直流电源输出电压,使得系统输入UIN=16V,保持恒定。调节负载大小,当IO=0.2IOMAX,记录UO,即为轻载输出电压;当IO=IOMAX,记录UO,即为满载输出电压,计算负载调整率SI。
其次,调节直流电源输出电压,当系统输入UIN=13.6V和UIN=17.6V时,分别记录UO13.6V、UO17.6V,计算电源电压调整率SV。
再次,调节直流电源输出电压,使得系统输入UIN在13.6~17.6V范围内变化,在其中选取5组不同输入电压值进行测量。记录不同输入电压UIN分别对应的输入电流IIN、输出电压UO以及输出电流IO,计算转换效率η。
最后,调节直流电源输出电压,使得系统输入UIN=16V,保持恒定。改变外接待测电阻R大小,测量并记录不同阻值下对应的输入电流IIN、输出电压UO以及输出电流IO,计算转换效率η。
测试结果如表1~表4所示。
经测试,本系统能够完成题目所有的设计性能要求。并且在负载调整率及转换效率方面均优于设计要求。
6结论
通过一系列功能测试,本系统以LM5117为核心设计稳压电路,实现16~5V的DC-DC电压变换,同时能够检测外接负载R大小并根据一定的公式调节输出电压。经测试,系统能够实现所有要求,并提高电源效率达到91%以上,负载调整率降至0.4%,同时将纹波电压峰峰值控制在20mV
以内,是一款性能优良的降压型直流开关稳压电源。
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[关键词]VGA显示器开关电源维修
在学校机房中,目前微机的显示器主要使用的仍是VGA彩色显示器。显示器电源电路是显示器故障率较高的部件,由于各厂商均不提供电路图以及维修人员对功率场效应管的特性不熟悉,因而造成这类产品维修困难。现在的显示器电源电路大部分采用开关式稳压电源电路,开关电源是由振荡电路、稳压电路、保护电路三大部分组成,其中振荡电路又分为晶体管振荡电路和集成块振荡电路,稳压电路中开关电源的稳压原理均采用脉冲调宽式的稳压方式,即通过自动改变开关功率管的关闭和导通时间的比例,或通过改变振荡器输出脉冲的占空比来达到稳压的目的,稳压部分的电路由取样、比较、控制三部分组成。此外,显示器开关电源都设有保护电路,其保护方式的效果均为使电路停振,具体方式有过流保护、过压保护、欠压保护(短路保护),和过热保护等。过流保护电路的过流取样点,大部分显示器中是在主振功率管的发射极电位上;过压保护电路的取样点一般取自220V交流经整流滤波后的电压或主负载供电电压,通过一个齐纳二极管(稳压管)进行取样判别;短路保护电路的取样点一般在稳压电源输出的低压组电源上,通过一个二极管来进行判别取样。在IC式开关电源中,有部分所采用的电源IC内部设有“闩锁电路”,这个“闩锁电路”实际上是一个保护执行电路,各取样点送来的信号,通过它执行对电路的停振控制。
开关电源损坏后,大多都可进行维修。将开关电源负载全部断开,在主负载供电电源组上带一只220V40W的灯泡作假负载,采用低压供电安全方式,即将供电电源电压经一自耦式变压器降至70V左右进行维修。这种维修方法可避免因电路存在的隐患而再度损坏元件。一般正常的开关电源(并联式)在70V左右的供电电压下就能正常起振工作,慢慢调整自耦变压器的输出电压,开关电源的输出电压都应固定在其预设的电压值上不变,如果开关电源的输出电压随输入电压的变化而变化,则表明其稳压部分电路有问题,如果没有电压输出则表明振荡电路部分出问题了。
一、以并联型光耦控制稳压式开关电源为例
当开关电源不能正常稳压时,第1步是要确认引起故障的部位,简单快捷的方法是将光耦件热地端的两控制脚短路。如果电路进入停振状态,则表明故障在取样比较部分电路,取样比较电路有问题多半是比较IC和光耦件损坏所致(IC损坏多数会引起光耦件同时损坏)。如果是控制电路问题,如控制晶体管损坏,在晶体管的代换上一定要注意晶体管的参数。
二、电路不起振
当确信供电电压正常时,首先检查启动电阻是否开路或变值。另外,要检查保护电路动作,如果是保护电路引起停振,一般在开机的瞬间电路能正常起振。可通过此点来进行判别,另外当控制电路有问题(如控制管击穿)也会引起电路停振。开关电源电路是比较简单的电路,只要分清主振电路、保护电路和比较稳压电路三者的联接关系,维修起来就较容易。另外,开关电源的主振功率管因其集电极是感性负载,所以主振管工作时,其集电极将要承受8~10倍于电源的脉冲电压。为此在电路上加入了吸收电路电容电阻和在主振管集电极与地之间并接的电容,这些元件的作用与行输出级的逆程电容有相似的作用。当这些元件有问题时,极易损坏主振功率管,此点需引起注意。检查发现其开关电源吸收电路的电容在温度升高时,电容值会变小,从而引起经常损坏电源主振功率管的故障。
三、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
如果电阻值过低,说明电源内部存在短路,正常时其阻值应能达到100kΩ以上,电容器应能够充放电,如果损坏,则表现为AC电源线两端阻值低,呈短路状态,否则可能是开关三极管击穿。然后检查直流输出部分,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,否则多为整流二极管反向击穿所致,如果电源一启动就停止,则该电源处于保护状态下,应重点检查产生保护的原因。
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【关键词】主整电源;低压;泄放电路
DX系列发射机的进电方式为十二相全波整流三相四线制,其工作由交流接触器K1和K2负责控制,文波为600HZ,采用这种设计方法既简化了滤波电路的设计又提高了滤波效果。主整电源系统和低压系统两部分构成了DX系列发射机的电源系统。为功放系统(包括RF推动和功放末级模块)供电的是主整高压+230V和+115V。低压电源包括两部分,一部分负责控制和检测电路系统的供电,电压为±8V、±22V;另一部分为非稳压+60V和+30V,为缓冲和前级及功放小台阶部分提供功放电压。
一、主整电源
DX系列发射机的主整高压电源系统由主电路部分和辅助电路部分组成。由三角形和星形组成的进线电路经变压、整流和滤波后输出的电压为功放系统提供电源。因功率合成采用多个RF模块合成的方式,功放管采用晶体管,所以大电流、低电压是主整电源的主要特点。和传统电子管主整电压超过几千伏相比,DX系列发射机的主整电压大大的降低了,因此绝缘导致的故障率减少了,但电流增大了,随着功率等级的上升,电流从几十安培至数百安培不等,因此对工艺提出新的要求。
主电路提供高压整流、滤波及分配功能。这部分电路主要把主变压器次级送出的交流电源整流成+230V和+115V的高压直流电源,经过熔断器组件电路后分配给各功率合成母板和驱动电源调整板,为功放模块提供功放电源。主整变压器T1是一个三相交流电源变压器,一般在没有特殊要求的情况下,初级设有±5%抽头而允许输入电压范围为交流361VAC至399VAC变化,两组次级线圈提供相同的交流输出电压。变压器T1的输出分别送到两个桥式整流器上,两个整流器组成一个12相全波整流电路,其直流输出为+230V和+115V,纹波频率是电源频率的12倍(600Hz)。
对主整电源电压进行采样的取样电路是辅助电路的一部分,功放电压、电流、推动电源调整及模拟输入电路都从主整电源进行电压采样。电压取样信号经调整后送至控制系统用作功放电压+230V的指示信号。整流桥组的负端接电流互感器,互感器取样信号输入到控制电路上经处理后作为电流指示信号。送至推动电源调整电路的电源采样信号用作稳定外界电压变化的补偿信号。模拟输入板采集到的采样电压用作补偿+230V功放电压,由于外界电压或调制信号瞬间发生较大的变化时将导致主整+230V发生变化,该补偿可有效的改善主整电压的变化。
提供安全保护功能的泄放电路是主整电源系统的另一部分,其控制信号由两个交流接触器K1和K2的常闭辅助触点外接的电子开关提供,不同厂家采用不同形式的电子开关,但都需要外接大功率泄放电阻。在发射机上高压时,K1被断电,K2被加电,K1的附属触点关闭,K2附属触点开启,使电阻处于开路状态。当K2断电时,K2的附属触点关闭,将残余的电压(+230V)加到电阻上,这个电压通过电阻接地快速放电,放电回路同时也给+115V快速放电。经熔断器的+230V送至RF功放前需要电容滤波,每个滤波电容两端也接有放电电阻,当一个熔断器熔断开路时,还将有一个与之并联的二极管和电阻给电容提供放电回路。
二、低压电源
低电源包括±8V、±22V、+30V和+60V的非稳压电源。其中±8V、±22V电压在各个独立的电路中被稳压为±5V和±15V电源。
低压变压器T2的初级有三组抽头供调节,即198V、220V和242V,用来适应外部电源的各种输入情况。T2的次级有两组线包,一组线包为7.8VAC和17.6VAC,另一组线包为24VAC。线包7.8VAC和17.6VAC要经整流二极管和滤波电容滤波,然后产生的±8V和±22V的直流电压被送到低压电源分配电路。次级线包24VAC,经整流二极管和滤波电容滤波后,产生+30V和+60V的直流电压,被送到各部分电路中。
送至各控制与检测电路的低压均需要稳压和滤波后才能作为电源使用。每个部分采用的稳压电路模式都是一样的,都需要先经过熔断保险管进行输入电路保护,根据实际需要电压采用相应稳压块稳压,或电压调节器集成电路UC3834(B-电压)组成,稳压器件输入输出均接有滤波电容,滤波电容为滤除高频的独石电容和滤除低频的电解电容,稳压输出端一般还要接入起保护功能的稳压二极管。DX系列发射机的许多功能电路采用检测电源电压的方法来判断该电路是否工作正常。
控制板电路接入非稳压的±8V、±22V,一路经分压电路处理后用作低压电源的显示信号。另一路则经稳压块稳压后作为控制板电源。±8V经稳压后输出的±5V,作为控制板上部分逻辑电路的电源,还有一路+5V被送至频率指示电路作为电源。±22V经稳压块后输出±15V作为检测电路电源和部分逻辑电路电源。+15V和+5V作故障检测信号时被送至控制逻辑电路对模数电路进行数据清零,封锁数据转换,禁止功率输出。
激励器电源由非稳压的+22V提供,稳压块输出+15V电压作为压控振荡器和鉴相器的电源。同时稳压后的+15V经9V、12V和5V稳压块后,分别输出+9V、+12V和+5V作为激励器集成电路和温补晶体振荡器的电源。
音频系统的音频处理器的工作电源为±22V非稳压电源,经稳压后成±15V的稳压电源,该稳压电源±15V还作为给调幅度指示电路的电源。模拟输入电路的电源电压是±22V,稳压输出±15V和+5V,作为集成电路的电源,同时也被用作故障采集信号,送入控制板电路作模拟输入电路故障指示。模数转换电路上有三个电源稳压器,稳压输出±15V和+5V作为集成电路的电源,它们的输出各自接一个电压比较器,比较器的输出为低时指示为故障,将“故障”逻辑电平输出到控制板上做故障保护信号。
直流稳压电源电压为非稳压±8V。B+电源采用LM338三端可调稳压器,将+8V调整成+5V(实际电压+5.3V)。采用电压调整器UC3834和晶体管将非稳压的-8V调整为随音频调制信号变化的B-电源,UC3834外接晶体管用来增加电流驱动能力,为调制编码电路提供了驱动电源。它的内部有参考电压、内部故障监测及“故障报警”电路,故障监测电路在欠压和过压条件下给出检测信号,内部故障逻辑电路启动后故障报警信号被送至控制板。
来自低压电源非稳压的+30V分成两路信号,一路经限流电阻为缓冲放大板提供电源,另一路通过交流接触器K2的副节点后用作二进制功率的小台阶B11和B12的功放电源。非稳压的+60V也分成两路信号,一路限流后也作为缓冲放大器的电源,一路供给前置推动级作为RF推动电压。