能量供应的角度探讨变频器开关电源电路输出电压低的故障成因

接线图 2023年07月21日 22:47 197 admin

开关变压器二次侧绕组整流后电压偏低，如+5V变为3V以下，是常见故障情况之一。此时若检查负载回路无短路，整流二极管、滤波电容等元件无损坏，往往是开关电源一次侧工作绕组流入能量不足，即开关变压器储能不足，造成能量转换不足，使输出电压跌落。从稳压回路来看，因此时输出电压大幅度跌落，电路的稳压闭环已经被破坏，开关管被最大占空比的脉冲所驱动（能量转换正常时，这是极度危险的状况——会造成输出电压数倍升高！），而此时各路输出电压反而偏低，这似乎是一个怪异的现象。
此时，从“硬元件（指开关管、电阻、变压器、整流二极管、负载电路等）”方面着手检查，往往一无所获，从“软元件（贴片电容、电解电容）”着手检查故障，因检修设备的局限，甚至也很难发现故障所在——开关电源的各个部件都在干活，但就整体来看，各部件又都有消极怠工的嫌疑。
排除负载方面的原因后，开关电源输出电压低的本质，是流入开关变压器的电流减小所致，从能量供应角度来看，即开关变压器一次侧的能量供应不足。
原因如下：
1、开关管D、S极间支路：一般由开关变压器一次绕组、开关管的D、S极间、S极所接电流采样电阻构成回路。此支路若因变压器感抗过高致流入电流减小，会导致输出电压过低；
2、开关管G、S极间支路：D、S极间支路电流的大小，是受控于G、S极间控制回路电压或电流大小的，其影响因素就更多了，如开关管低效、栅极电阻变大，驱动电压或电流偏小等等。
下面以英威腾中大功率机型散热风机电源电路为例分别加以说明（重点针对软元件的检查）。

能量供应的角度探讨变频器开关电源电路输出电压低的故障成因第1张
1、开关管D、S极间支路：这是一个由开关管Q6、Q7和储能电容C16、C23配合构成的双端逆变电源，效率高电路结构简单。开关变压器TR1的一次侧绕组流入能量均由并联电容C13/C14（0.47u×2）提供，当其失效后（表现为容量减小或交流内阻增大），电容变身为电阻，使开关变压器储能严重不足，此时测量输出24V，降为18V以下或更低，但检查“硬元件”都无异常。
故障实例之一：接手故障机器，测开关电源输出为17.8V，查无故障元件，怀疑C13、C14不良，摘下测其容量为0.43uF（在误差范围之内），用电容内阻测试仪检测其电阻值也在正常范围之内。果断代换试验（到了这一步，就不能全面依赖仪表了啊），测24V输出恢复正常。
2、开关管G、S极间支路：这是一个较大范围的电路，包含U1、C3等起振电容、C11、Q5的工作供电支路、C28、U2振荡电路、C17/C18、TR2驱动电路等，电路工作的目的，是形成电流、电压幅度均合乎要求的Q6、Q7的激励脉冲。
（1）当U1、C3异常时，电路不能正常起振，输出电压为0V。这个略过。，C11电容，即逆变电路控制回路的总能源供应处的“处长”，当其容量减小或内阻增大时，整个振荡电路的元件都因“饿饭而有气无力”，会使开关管Q6、Q7因激励不足使等效导通内阻变大，二次侧输出电压变低。此电容失效时，将导致输出电压极低，有可能波动不稳。
（2）U2的5脚所接定时电容C11容量剧减或断路时，会造成振荡频率异常升高，如从十千赫级变为百千赫级，开关变压器TR1的感抗由此数倍或十数倍上升，使一次侧绕组流入电流剧减，二次侧换能不足，输出电压剧减。
（3）推动变压器TR2的初级绕组所串联电容C17/C18，其容量减小或内阻增大时，会使Q7、Q8的激励电流大幅度减小，导致开关变压器储能不足，使输出电压降低。
需要重点说明的是：当以上电容失效（容量减小易于测量），尤其是交流内阻变大时，此时的电容已经不能算是电容了，把它改名为电阻就更合适一些。此时“渎职”的电容非但不能提供和流通电路正常工作的能量，反而对流通能量起到衰减作用，致使输出电压大幅度跌落。而关键是当电容出现此种失效时，我们手头的像是测量电容漏电啊、测量电容容量啊，甚至是测量电容内阻啊等的常规测量手段，往往很难奏效。测量容量或漏电，均表现优良，但电容的交流内阻已经不容忽视，电容不能再用了。或测量内阻也表现不甚明显，检修者到这一步，就在“渎职电容”跟前跌了个跟头，检查无果而终。
此处摘下的电容，若放于低频环境，如50Hz整流滤波环境下，可能会表现优良。但放于40kHz的中频环境下，则变身为电阻，不再是电容。我有时称电容的此种“衰变症状”为“高频疲劳”。手头如果没有测量电容的高挡设备，代换法和并联电容试验，有时候成了最好的办法。