開關電源檢修的方法

　　1．假負載法

　　在維修開關電源時，為區分故障出在負載電路還是電源本身，經常需要斷開主負載，并在開關電源主電壓輸出端加上假負載進行試機，如圖4-1所示。之所以要接假負載，是因為開關管在截止期間，儲存在開關變壓器一次繞組的能量要向二次側釋放，如果不接假負載，則開關變壓器儲存的能量無處釋放，極易導緻開關管擊穿損壞。關于假負載，應根據開關電源的輸出電壓（或功率）的大小進行選擇，一般而言，若輸出電壓在100V以上，應選擇40～100W的燈泡或300Q左右的大功率電阻做假負載；若輸出電壓在30V以下，可選擇汽車／摩托車上用的燈泡或600Ω～lkΩ大功率電阻做假負載。

　　另外需要說明的是，有些電子産品，其開關電源的直流電壓輸出端通過一個電阻接地，相當于接了一個假負載，因此，對于這種結構的開關電源，維修時不需要再接假負載。

　　2．短路法

　　并聯型開關電源一般采用帶光電耦合器的直接取樣穩壓控制電路，當輸出電壓高時，可采用短路法來區分故障範圍。

　　短路檢修法的過程是：先短路光電耦合器的光敏接收管的兩腳，相當于減小了光敏接收管的内阻，測主電壓仍未變化，則說明故障在光電耦合器之後（開關變壓器的一次電路一側）。反之，故障在光電耦合器之前的電路。

　　需要說明的是，短路法應在熟悉電路的基礎上有針對性地進行，不能盲目短路，以免将故障擴大。另外，從檢修的安全角度考慮，短路之前，應斷開負載電路。

　　3．串聯燈泡法

　　所謂串聯燈泡法，就是取掉輸入回路的保險絲（熔斷器），用一個60W/220V的燈泡串在保險絲兩端。當通入交流電後，如燈泡很亮，則說明電路有短路現象。由于燈泡有一定的阻值，如60W/220V的燈泡，其阻值約為500Ω（指熱阻），所以起到一定的限流作用。這樣，一方面能直觀地通過燈泡的明亮度來大緻判斷電路的故障；另一方面，由于燈泡的限流作用，不至于立即使已有短路的電路燒壞元器件。直至排除短路故障後，燈泡的亮度自然會變暗，最後再去掉燈泡，換上保險絲。

　　4．代換法

　　代換法分為元器件級代換和闆級代換。

　　元器件級代換是指用正常的元器件代換懷疑的元器件，若代換後開關電源工作正常，說明被代換的元器件損壞。在開關電源中，有些元器件可用萬用表直接判斷出其是否正常，如電阻；有些則不好判斷，如電源控制芯片。因此，對于不易判斷的元器件，若維修中懷疑其有問題，建議使用正确的元器件進行代換，以提高維修效率。

　　闆級代換是指對整機開關電源或電源電路的一部分電路進行整體代換。這種維修方法主要用于開關電源出現大面積元器件燒壞或開關電源出現疑難故障時的維修。這種維修方法的特點是：故障排除徹底，維修效率高，但造價相對也較高。

　　檢修電源的方法還有許多，如示波器法、加熱冷卻法、人工幹預法等，這裡不再一一介紹。

　　開關電源常見故障維修

　　1．保險絲或保險管燒斷

　　主要檢查整流橋各二極管、大濾波電容及開關管等部位，抗幹擾電路出問題也會導緻保險絲或保險管燒斷、發黑。值得注意的是，因開關管擊穿導緻的保險絲或保險管燒斷往往還伴随着過流檢測電阻和電源控制芯片的損壞，負溫度系數熱敏電阻也裉容易和保險絲或保險管一起燒壞。

　　2．無輸出，但保險絲或保險管正常

　　這種現象說明開關電源未工作，或者工作後進入了保護狀态。首先測量電源控制芯片的啟動腳是否有啟動電壓，若無啟動電壓或者啟動電壓太低，則檢查啟動電阻和啟動腳外接的元器件是否有漏電存在，此時如電源控制芯片正常，則經上述檢查可很快查到故障。若有啟動電壓，則測量控制芯片的驅動輸出腳（厚膜電路沒有驅動輸出腳）在開機瞬間是否有高低電平的跳變。若無跳變，說明控制芯片損壞、外圍振蕩電路元器件或保護電路有問題，可先代換控制芯片，再檢查外圍元器件。若有跳變，一般為開關管不良或損壞。

　　3．有輸出電壓，但輸出電壓過高

　　這種故障往往來自于穩壓取樣和穩壓控制電路。我們知道，直流輸出、取樣電阻、誤差取樣放大器（如TL431）、光電耦合器和電源控制芯片等電路共同構成了一個閉合的控制環路，在這一環節中，任何一處出現問題都會導緻輸出電壓升高。

　　對于有過壓保護電路的電源，輸出電壓過高首先會使過壓保護電路動作，此時，可斷開過壓保護電路，使過壓保護電路不起作用，測開機瞬間的電源主電壓。如果測量值比正常值高，說明輸出電壓過高。實際維修中，以取樣電阻變值、誤差放大器或光電耦合器不良為常見。

　　4．輸出電壓過低

　　根據維修經驗，除穩壓控制電路會引起輸出電壓過低外，還有一些原因會引起輸出電壓過低。主要有以下幾點。

　　①開關電源負載有短路故障。此時，應斷開開關電源電路的所有負載，以區分是開關電源電路不良還是負載電路有故障。若斷開負載電路電壓輸出正常，說明是負載過重，若仍不正常，說明開關電源電路有故障。

　　②輸出電壓端整流二極管、濾波電容失效等，可以通過代換法進行判斷。

　　③開關管的性能下降，必然導緻開關管不能正常導通，使電源的内阻增加，帶負載能力下降。

　　④開關變壓器不良，不但造成輸出電壓下降，還會造成開關管激勵不足從而損開關管。

　　⑤大濾波電容（即300V濾波電容）不良，造成電源帶負載能力差，一接負載輸出電壓便下降。

　　損開關管故障的維修

　　無損電源開關管（或厚膜電路，厚膜電路内含開關管）是開關電源電路維修的重點和難點，下面作一系統分析。

　　開關管是開關電源的核心部件，工作在大電流、高電壓的環境下，其損壞的比例是比較高的，一旦損壞，往往并不是換上新管就可以排除故障，甚至還會損壞新管，對于這種屢損開關管的故障排除起來是較為麻煩的，往往令初學者無從下手。下面簡要分析一下磨損開關管的常見原因。

　　1．開關管過壓損壞

　　①市電電壓過高，對開關管提供的漏極工作電壓高，開關管漏極産生的開關脈沖幅度自然升高許多，突破開關管D-S的耐壓值造成開關管擊穿。

　　②穩壓電路有問題，使開關電源輸出電壓升高的同時，開關變壓器各繞組産生的感應電壓幅度大，在其一次繞組産生的感應電壓與開關管漏極D得到的直流工作電壓疊加，如果這個疊加值超過開關管D-S的耐壓值，會損壞開關管。

　　③開關管漏極D保護電路（尖峰脈沖吸收電路）有問題，不能将開關管漏極D幅度頗高的尖峰脈沖吸收掉而造成開關管漏極電壓過高擊穿。

　　④大濾波電容（300V濾波電容）失效，使其兩端含有大量的高頻脈沖，在開關管截止期間與反峰電壓疊加後，導緻開關管過壓損壞。

　　2．開關管過流損壞

　　①開關管散熱片過小或固定不牢。

　　②開關電源負載過重，造成開關管導通時間延長而損壞開關管。常見原因是輸出電壓整流、濾波電路不良或負載電路有短路、漏電等故障。

　　③開關變壓器匝間短路。

　　3．開關管功耗大損壞

　　常見的有開啟損耗大和關斷損耗大兩種。開啟損耗大主要是由于開關管在規定的時間内不能由放大狀态進入飽和狀态。開關管因開啟損耗大的原因主要是由于開關管激勵不足造成的。關斷損耗大主要是由于開關管在規定的時間内不能由放大狀态進入到截止狀态。開關管因關斷損耗大的原因主要是由于開關管栅（基）極的波形發生畸變造成的。

　　4．開關管道本身有質量問題

　　市售電源開關管質量良莠不齊，如果開關管存在質量問題，屢損開關管也就在所難免了。

　　5．開關管理不當

　　開關電源的場效應開關管功率一般較大，不能用功率小、耐壓低的場效應管進行代換，否則極易損壞。也不能用BU508A、2SD1403等三極管進行代換，實驗發現，代換後電源雖可工作，但通電幾分鐘三極管即過熱，會引起屢損開關管的故障。

　　電源電路檢修注意事項

　　1．加隔離變壓器

　　開關電源大都為并聯型開關電源，對于并聯型開關電源，雖然負載所在的電路闆為冷底闆，但開關電源變壓器一次電路仍為熱底闆，因此，如果不加隔離變壓器，就不能用示波器測量開關變壓器一次側之前的任何電路，否則，不但使示波器外殼帶電，對人身構成威脅，還會燒壞電源。用萬用表測量電壓時可不加隔離變壓器。

　　2．避免電擊

　　在維修開關電源時，用了隔離變壓器并不能保證100%的安全，導緻觸電的充要條件是，與身體接觸的兩處或以上的導體間存在超過安全電壓的電位差，并有一定強度的電流流經人體。隔離變壓器可以消除熱地與電網之間的電位差，一定程度上可以防止觸電。但它無法消除電路中各點間固有的電位差，也就是說，維修人員兩隻手同時接觸了開關電源電路中具有電位差的部位，同樣會導緻電擊。因此，維修人員在修理時，如果必須帶電操作，首先應使身體與大地可靠絕緣，例如坐在木質座位上，腳下踩一塊幹燥的木闆或包裝用的泡沫之類的絕緣物；其次，要養成單手操作的習慣，當必須接觸帶電部位時，防止經過另一隻手或身體的其他部位形成回路等，這些都是避免電擊的有效措施。

　　3．選好參考點位

　　測量電源電路的電壓，要選好參考電位，開關變壓器一次側之前的地為熱地，開關變壓器一次側之後的地為冷地，二者不是等電位。因此，測量開關變壓器一次電路的電壓時，就以熱地為參考點，即将萬用表的負表筆接熱地；測量開關變壓器二次電路（負載電路）時，要以冷地為參考點，即将萬用表的負表筆接冷地。

　　4．電源不振蕩時應對大濾波電容兩端的電壓放電

　　維修無輸出的電源，通電後再斷電，由于電源不振蕩，大濾波電容（300V濾波電容）兩端的電壓放電會極其緩慢，此時，如果要用萬用表的電阻擋測量電源，應先對大濾波電容兩端的電壓進行放電（可用一大功率的小電阻進行放電），然後才能測量，否則不但損壞萬用表，而且還會危及維修人員的安全。

　　5．檢修時應控制開機時間

　　在檢修開關電源輸出電壓高于正常值許多故障時，開機時間盡量要短，以免擊穿開關管與負載元器件，造成不必要的損失。開機時間的标準是測量完某點電壓值需要的最短時間。實際監測時，可一手拿表筆，一手按開關，接通電源開關，看清讀數後，立即關斷電源。

　　6．更換故障元器件後再次開機時要監測開關電源輸出電壓值

　　對開關電源進行檢查發現或懷疑某個元器件有問題，更換這個元器件後，開機時要監測開關電源（105～150V）輸出端電壓，如果高于正常值許多，要快速關機。之後按電壓輸出高的故障進行檢查。

　　7．保險管損壞的檢修

　　交流輸入電路中保險管熔斷很少是由于保險管自然損壞造成的，而大多數是由于後級電路短路故障造成的，如市電整流二極管短路、電源開關管短路等。因此，若遇到保險管損壞的故障，應首先對以上易損元器件檢查更換後再更換新的保險管試機。保險管損壞時，應使用同規格新品更換，不要使用銅絲代換，以免對電路造成更大的損害。當損壞的保險管内部發黑或顯像管爆裂時，說明後級電路短路嚴重，更應仔細檢查。

　　8．開關變壓器中電解電容的檢修

　　開關變壓器熱端電路中的電解電容故障率較高，但有的電容用萬用表測量正常，但實際上确有問題。所以，建議對開關變壓器熱端電路中的2.2～lOOμF電解電容檢修時，用代換法進行檢修，以免造成錯誤判斷。

　　9．更換開關電源元器件時，應注意以下幾點

　　（1）更換時必須用相同型号或相同性能及規格的元器件

　　①穩壓電路中的各元器件。

　　②保護電路中的各元器件。

　　③振蕩電路中的元器件。

　　④交流220V輸入電路中的保險管。

　　（2）更換時功率、耐壓、容量可以提高的元器件

　　①交流220V整流濾波電容中的大濾波電容與整流二極管。

　　②開關電源各電壓輸出端的濾波電容與整流二極管。

　　（3）開關電源中的交流220V整流濾波電路中的保險電阻與開關電源電壓輸出端的保險電阻的代換

　　這兩個電路中的保險電阻最好選用功率與電阻相同的，如果沒有相同的電阻，在功率與阻值的選擇上是：原來元件的保險電阻功率／電阻值=代換元件保險電阻的功率／電阻值。但一定要用保險電阻代換。

　　10.用假負載法與電流法斷開開關電源對行掃描電路的供電時應注意的事項

　　①斷開負載時，一般是斷開元器件的一引腳，斷開處通常是開關電源主輸出端到負載之間的保險電阻、電感的一引腳，不要用割斷電路闆的方法進行斷開。

　　②在維修開關電源時，為判斷故障在開關電源電路還是在負載電路，常常需要斷開開關電源主電壓的負載。我們知道，開關電源誤差取樣電路可以有兩種形式，即直接取樣電路和間接取樣電路。對于間接取樣電路，在切斷開關電源主電壓負載時沒有什麼特别的要求。對于直接取樣的開關電源，在斷開主電壓負載時，應注意切斷點的位置，即斷開點應選在穩壓電路之後，如圖4-2所示的虛線C的右側，而決不能取在虛線A的左側。否則誤差取樣電路得不到誤差電壓（誤差電壓為零），将導緻開關電源輸出電壓急劇升高，可能會燒毀開關管或開關電源控制芯片。

　　11.對于開關電源無電壓輸出的故障

　　如果監測結果是開機瞬間有某個輸出端有電壓．說明開關電源能産生振蕩，隻是由于開關電源輸出電壓高或負載有過流故障造成保護電路工作引起開關電源停振。

　　另外，對于開關電源輸出電壓低的故障，如果監測結果是關機瞬間電壓升高，也同樣說明開關電源中的保護電路因故障進入保護狀态。

　　開關電源檢修技巧

　　1．檢修開關電源時，要先對故障率相對高的電路進行檢查

　　在檢修開關電源時，如果同時判斷故障在兩個或以上的部分可能存在問題時，要先對故障率較高的部分進行檢查，例如，對于開關電源隻有開機瞬間有電壓的故障，故障原因可能是穩壓電路有問題造成輸出電壓過高引起的過壓保護，也可能是由開關電源某路輸出端有短路或過流故障引起的。但因後者的可能性遠遠大于前者，所以檢修時，要先查開關電源電壓輸出端是否有短路、過流故障。之後再按過壓保護對穩壓電路進行檢查。

　　2．檢修開關電源時，要先對易損件進行檢查

　　從開關電源的結構來講，每種開關電源均有自己的優缺點，也有比較固定的易損件。從電子設備的使用時間長短來講，開關電源易損件也有一定的規律，例如，當開關電源使用時間較長時，開關電源熱端的電解電容故障相對較高。檢修開關電源時，在按常規方法進行檢修之前，應重點對這些易損件進行檢查，這樣可以起到事半功倍的效果。

　　3．檢修開關電源時，要善于利用觀察法

　　（1）觀察保險内的保險絲是否熔斷，判斷開關電源有無嚴重短路故障

　　交流220V整流濾波電路中的保險絲熔斷的直接原因隻在開關電源熱端固定的幾個元器件中，即開關管、300V大濾波電容、交流220V整流二極管擊穿等。所以，如果觀察到保險内的保險絲熔斷，肯定是上述中的某個元器件有問題。

　　（2）觀察開關電源中的電解電容頂部是否鼓脹，可判斷這個電容是否有問題

　　如果電容鼓脹，說明電容基本失效，需要進行更換。同時，還要檢查電容鼓脹的原因，是工作久了自然損壞，還是電壓過高損壞等，以便對症下藥。

　　4．檢修開關電源時，要學會電壓法使用技巧

　　用電壓法檢修開關電源，可判斷出故障是否在開關電源，以及在開關電源的哪個部位。電壓法檢修開關電源的常見關鍵點有：開關電源交流輸入端，整流濾波輸出端，開關管漏極、栅極，開關電源控制芯片的啟動端，開關電源輸出端等。将測得的值與正常的值進行比較，即可查出故障點。

　　5．檢修開關電源時，要學會電阻法的使用技巧

　　電阻法可判斷出開關電源各電壓輸出端是否存在擊穿短路與嚴重漏電故障，确認開關電源中的某個元器件是否擊穿、開路、漏電。電阻法最常用于檢查開關管、交流220V整流濾波中的保險電阻開路。

　　在以下幾種情況下，可采用電阻法進行檢查。

　　①在開關電源有的輸出端有小電壓，有的輸出端始終無電壓時，需要用電阻法測量沒有電壓輸出的端子電阻。如果是電阻值近于零，說明這個輸出端的整流二極管或負載有擊穿故障。

　　②在開關管漏極電壓為零時，需要用電阻法查交流220V橋式整流濾波電路，檢查交流220V橋式整流器串聯的保險電路是否開路。

　　③在保險管内的保險絲熔斷時，需要用電阻法測量開關漏極對地電阻，如果測量結果近于零，說明燒斷保險管的原因是開關管或300V大濾波電容、橋式整流器擊穿。

　　6．檢修開關電源時，要學會電流法的使用技巧

　　電流法可判斷出開關電源的主負載是否由過流造成開關電源工作電壓異常。方法是在開關電源主輸出端與主負載斷開處接入電流表，如圖4-3所示，電流表的擋位打在較大擋位（如500mA），測量開機瞬間的電流，如果電流在正常範圍，可判斷主負載正常，如果電流超出正常範圍，可判斷主負載存在短路故障。

一個高質量的開關電源效率高達95%，而開關電源的損耗大部分來自開關器件（MOSFET和二極管），所以正确的測量開關器件的損耗，對于效率分析是非常關鍵的。那我們該如何準确測量開關損耗呢？

一、開關損耗由于開關管是非理想型器件，其工作過程可劃分為四種狀态，如圖1所示。“導通狀态”表示開關管處于導通狀态；“關閉狀态”表示開關管處于關閉狀态；“導通過程”是指開關管從關閉轉換成導通狀态；“關閉過程”指開關管從導通轉換成關閉狀态。一般來說，主要的能量損耗體現在“導通過程”和“關閉過程”，小部分能量體現在“導通狀态”，而“關閉狀态”的損耗很小幾乎為0，可以忽略不計。

圖1 開關管四種狀态劃分實際的測量波形圖一般如圖2示。

圖2 開關管實際功率損耗測試二、導通過程損耗晶體管開關電路在轉換過程中消耗的能量通常會很大，因為電路寄生信号會阻止設備立即開關，該狀态的電壓與電流處于交變的狀态，因此很難直接計算功耗，以往的做法，将電壓與電流認為是線性的，這樣可以通過求三角形的面積來粗略計算損耗，但這是不夠準确的。對于數字示波器來說，通過都會提供高級數學運算功能，因此可以使用下面的公式計算導通過程的損耗。

Eon表示導通過程的損耗能量Pon表示導通過程的平均損耗功率（有功功率）Vds、Id分别表示瞬時電壓和電流Ts表示開關周期t0、t1表示導通過程的開始時間與結束時間關閉過程損耗關閉過程損耗與導通過程損耗計算方法相同，區别是積分的開始與結束時間不同。

Eoff表示關閉過程的損耗能量Poff表示關閉過程的平均損耗功率（有功功率）Vds、Id分别表示瞬時電壓和電流Ts表示開關周期t2、t3表示關閉過程的開始時間與結束時間三、導通損耗導通狀态下，開關管通常會流過很大的電流，但開關管的導通電阻很小，通常是毫歐級别，所以導通狀态下損耗能量相對來說是比較少的，但亦不能忽略。使用示波器測量導通損耗，不建議使用電壓乘電流的積分的來計算，因為示波器無法準确測量導通時微小電壓。舉個例子，開關管通常關閉時電壓為500V，導通時為100mV，假設示波器的精度為±1‰（這是個非常牛的指标），最小測量精度為±500mV，要準确測量100mV是不可能的，甚至有可能測出來的電壓是負的（100mV-500mV）。由于導通時的微小電壓，無法準确測量，所以使用電壓乘電流的積分的方法計算的能量損耗誤差會很大。相反，導通時電流是很大的，所以能測量準确，因此可以使用電流與導通電阻來計算損耗，如下面公式：

Econd表示導通狀态的損耗能量Pcond表示導通狀态的平均損耗功率（有功功率）Id分别表示瞬時電流Rds(on)表示開關管的導通電阻，在開關管會給出該指标，如圖3所示Ts表示開關周期t1、t2表示導通狀态的開始時間與結束時間

圖3 導通電阻與電流的關系四、開關損耗開關損耗指的是總體的能量損耗，由導通過程損耗、關閉過程損耗、導通損耗組成，使用下面公式計算：

五、開關損耗分析插件高端示波器通常亦集成了開關損耗分析插件，由于導通狀态電壓測量不準确，所以導通狀态的計算公式是可以修改的，主要有三種：● UI，U和I均為測量值● I2R，I為測量值，R為導通電阻，由用戶輸入Rds(on)● UceI，I為測量值，Uce為用戶輸入的電壓值，用于彌補電壓電壓測不準的問題。一般建議使用I2R的公式，下圖是ZDS4000 Plus的開關損耗測試圖。

圖4 開關損耗測試結果圖六、總結開關損耗測試對于器件評估非常關鍵，通過專業的電源分析插件，可以快速有效的對器件的功率損耗進行評估，相對于手動分析來說，更加簡單方便。對于MOSFET來說，I2R的導通損耗計算公式是最好的選擇。

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