第四节　开关电源维修基础

一、开关电源的检修注意事项

① 检修思路:电源电路是显示器各电路的能源,此电路是否正常工作,直接影响各负载电路是否正常工作,因显示器均使用开关电源,电源的各电路之间联系又很紧密,当某个元件出现故障后,直接影响其他电路的正常工作。此外,在电源电路中设有超压、过电流保护电路,一旦负载电路或电源本身出现故障,常常会引起保护电路启动,而造成电源电路没有输出。检修时,需要全面认识电源电路的结构、电路特点,然后,根据故障现象,确定故障位置,并使用正确检查故障的方法。

② 在检查电源电路的故障时,在还没有确定故障部位的情况下,为防止通电后进一步扩大故障范围,除了对用户进行访问之外,首先应用在路电阻检查方法,直接对可怀疑的电路进行检查,查看是否有严重的损坏元件和对地短路的现象,这样,除了能提高检查故障的速度之外,还可防止因故障部位的扩大而增大对故障检修的难度(如彩图1-33所示)。

图1-33　在路电阻测量法（15 页）

③ 在检修电源电路时,使用正确的检查方法是必要的。例如,当出现电源不启动使主电源输出为零或电源电路工作不正常使输出电压很低时,可使用断掉负载的方法。但需要注意的是,当断掉负载后,必须在主电源输出端与地之间接好假负载,然后才能通电试机,以确定故障是在电源还是出在负载电路。而对假负载可选用40W/60W的灯泡,其优点是直观方便,可根据灯泡是否发光和发光的亮度可知电源是否有电压输出及输出电压的高低。但是用灯泡也有它的缺点,即灯泡存在着冷态、热态电阻问题,往往刚开机时因灯泡的冷态电阻太小(一只60W灯泡在输出电压100V时,其冷态电阻为50Ω;热态电阻为500Ω)而造成电源不启动,造成维修人员对故障部位判断的误解。

为了减小启动电流,在检修时除了使用灯泡作假负载之外,还可以使用50W电烙铁作假负载,使用也很方便(其冷、热电阻均为900Ω)。如彩图1-34所示。

图1-34　加接假负载（15 页）

④ 维修无输出的电源,应通电后再断电,因开关电源不振荡,300V滤波电容两端的电压放电会极其缓慢,电容两端的高压会保持很长时间,此时,若用万用表的电阻挡测量电源,应先对300V滤波电容进行放电(可用一大功率的小电阻进行放电),然后才能测量,否则不但会损坏万用表,还会危及维修人员的安全。如彩图1-35所示。

图1-35　电解电容放电（15 页）

⑤ 在测量电压时,一定要注意地线的正确选取,否则测试值是错误的,甚至还可能造成仪器的损坏,在测量开关电源一次(开关变压器初级前电路)电路时,应以“热地”为参考点,地线(“热地”)可选取市电整流滤波电路300V滤波电容的负极,若300V滤波电容是开关电源一次电路的“标志物”,则最好找测量开关电源二次电压时,应以“冷地”为参考点。另外,在进行波形测试时,也应进行相应地线的选取,且最好在被测电路附近选取地线,若离波形测试点过远,在测试波形上容易出现干扰。

⑥ 在维修开关电源时,使用隔离变压器并不能保证100%的安全,导致触电的充要条件是:与身体接触的两处或以上的导体间存在超过安全的电位差,并有一定强度的电流流经人体,隔离变压器可以消除“热地”与电网之间的电位差,一定程度上可以防止触电,但它无法消除电路中各点间固有的电位差。也就是说,如两只手同时接触了开关电源电路中具有电位差的部位,同样会导致触电。因此,维修人员在修理时,若必须带电操作,首先应使身体与大地可靠绝缘,例如,坐在木质座位上,脚下踩一块干燥木板或包装用泡沫塑料等绝缘物;其次,要养成单手操作的习惯,当必须接触带电部位时,应防止经另一只手或身体的其他部位形成回路等,这些都是避免电击的有效措施。

二、开关电源的检修方法

1.检修方法

输出电压低的故障检修

无输出的故障检修

　

烧保险的故障检修

(1)假负载　在维修开关电源时,为区分故障出在负载电路还是电源本身,经常需要断开负载,并在电源输出端(一般为12V)加上假负载进行试机。之所以要接假负载,是因为开关管在截止时,存储在开关变压器一次绕组的能量要向二次侧释放,若不接假负载,则开关变压器存储的能量无处释放,极易导致开关管击穿损坏。一般选取30~60W/12V的灯泡(汽车或摩托车上使用)作为假负载,优点是直观方便,根据灯泡是否发光和发光的亮度可知电源是否有电压输出及输出电压的高低。为了减小启动电流,也可使用30W的电烙铁或大功率600Ω~1kΩ电阻作为假负载。

对于大部分液晶显示器,其开关电源的直流电压输出端大都通过一个电阻接地,相当于接了一个假负载,因此,对此种结构的开关电源,维修时不需要再接假负载。

(2)短路法　液晶显示器的开关电源,较多地使用了带光电耦合器的直接取样稳压控制电路,当输出电压高时,可使用短路来判断故障范围。

短路法的过程是:先短路光电耦合器的光敏接收管的两脚,相当于减小了光敏接收管的内阻,测量主电压仍没有变化,则说明故障在光电耦合器之后(开关变压器的一次侧);反之,故障在光电耦合器之前的电路。

(3)串联灯泡法　所谓串联灯泡法,就是取掉输入回路的熔丝,用一个60W/220V的灯泡串联在原熔丝两端。当通入交流电后,如灯泡很亮,则说明电路有短路现象,因灯泡有一定的阻值,如60W/220V的灯泡,其阻值约为500Ω(指热阻),能起到一定的限流作用。这样,一方面能直观地通过灯泡的明亮度大致判断电路的故障;另一方面,因灯泡的限流作用,不至于立即使已有短路的电路烧坏元器件,排除短路故障后,灯泡的亮度自然会变暗,最后再取掉灯泡,换上熔丝。如彩图1-36所示。

图1-36　串联灯炮法（16 页）

(4)输入端串入降压变压器法　对于待修的电源,因电路已存在故障,若直接输入正常的较高的电压,通电后会短时间烧毁电路中的元件,甚至将故障部位扩大,此时,可用一只可调变压器,给电路提供较低的交流电压,然后对故障进行检查,逐渐将电源电压提高到正常值,以免在检修故障时将故障面扩大,给检修带来不便。

(5)代换法　在液晶显示器开关电源中,一般使用一块电源控制芯片,此类芯片现在已经非常便宜,因此,怀疑控制芯片有问题时,建议使用正常的芯片进行代换,以提高维修效率。

2.常见故障的判断方法

(1)主电源无输出　在检修时首先要检查熔丝是否熔断。若已断,说明电路中有严重的短路现象,应检查向开并管漏极供电的300V是否正常,若无300V电压,应检查:开关管是否击穿、滤波电容是否漏电或击穿、整流二极管是否有一只以上击穿及与二极管并联的电容有击穿现象、消磁电阻是否损坏、电网滤波线圈是否短路、电源线是否短路等。如熔丝没有断且无300V电压,说明整流滤波前级有开路现象,如整流二极管有两只以上开路、滤波线圈短路、电源线短路、开关变压器初级短路等。

若整流电路有300V,说明整流滤波电路无问题,如无主直流电压输出,则故障应在开关振荡电路。例如,开关管开路、启动电路有开路现象、UC3842的⑦脚的供电电路有故障等。

(2)开机瞬间主电压有输出但随后下降很多或下降到零　此故障一般是因保护电路启动或是因负载电路有短路现象造成的(在UC3842电源电路中也可能是因向集成电路⑦脚的供电电路有问题造成的)。

① 检查开关电源输出部分及负载电路有无短路现象,方法是关机测各输出端电压的对地电阻,如很小或为零,则应顺藤摸瓜,检查各负载电路的短路性故障,如滤波电容漏电或击穿、负载集成电路有短路现象等。

② 检查过流保护电路。检修时除了检查过流被控电路的问题之外,还应检查过流电路本身的问题。

③ 检查过压保护电路。在确认负载电路不存在过流现象时,就应检查过压保护电路是否正常,如属于此电路的问题,一般为晶闸管损坏。

(3)主电压过高的判断检修　在电源电路中,均设有过压保护电路,如输出电压过高,首先会使过压保护电路动作,此时,可将保护电路断开,测开机瞬间的主电压输出,若测出的电压值比正常的电压值高10V以上,说明输出电压过高,故障存在于电源稳压电路及正反馈振荡电路。应重点检查如取样电位器、取样电阻、光电耦合器及稳压集成电路等的故障。

(4)输出电压过低　根据维修经验,除稳压控制电路会引起输出电压过低外,还有一些原因会引起输出电压过低,主要有以下几点:

① 开关电源负载有短路故障(特别是DC/DC变换器短路或性能不良等)。此时,应断开开关电源电路的所有负载,以区分是开关电源电路还是负载电路有故障。若断开负载电路电压输出正常,说明是负载过重;若仍不正常,说明开关电源电路有故障。

② 输出电压端整流半导体二极管、滤波电容失效等,可以通过代换法进行判断。

③ 开关管的性能下降,必然导致开关管不能正常导通,使电源的内阻增加,带负载能力下降。

④ 开关变压器不良,不但造成输出电压下降,还会造成开关管激励不足,从而屡损开关管。

⑤ 300V滤波电容不良,造成电源带负载能力差,一接负载输出电压便下降。

(5)屡损开关管故障的维修　屡损开关管是开关电源电路维修的重点和难点,下面进行系统分析。

开关管是开关电源的核心部件,工作在大电流、高电压的环境下,其损坏的比例是比较高的,一旦损坏,往往并不是换上新管子就可以排除故障,甚至还会损坏新管子,这种屡损开关管的故障排除起来是较为麻烦的,往往令初学者无从下手,下面简要分析一下常见原因。

① 开关管过电压损坏

a.市电电压过高,对开关管提供的漏极工作电压高,开关管漏极产生的开关脉冲幅度自然升高许多,会突破开关管D-S的耐压面而造成开关管击穿。

b.稳压电路有问题,使开关电源输出电压升高的同时,开关变压器各绕组产生的感应电压幅度增大,其一次绕组产生的感应电压与开关管漏极得到的直流工作电压叠加,若这个叠加值超过开关管D-S的耐压值,则会损坏开关管。

c.开关管漏极保护电路(尖峰脉冲吸收电路)有问题,不能将开关管漏极幅度颇高的尖峰脉冲吸收掉而造成开关管漏极电压过高击穿。

d. 300V滤波电容失效,使其两端含有大量的高频脉冲,在开关管截止时与反峰电压叠加后,导致开关管过电压而损坏。

② 开关管过电流损坏

a.开关电源负载过重,造成开关管导通时间延长而损坏开关管,常见原因是输出电压的整流、滤波电路不良或负载电路有故障。

b.开关变压器匝间短路。

③ 开关管功耗大而损坏　常见的有开启损耗大和关断损耗大两种,开启损耗大主要是因为开关管在规定的时间内不能由放大状态进入饱和状态,主要是开关管激励不足造成的,关断损耗大主要是开关管在规定动作时间内不能由放大状态进入截止状态,主要是开关管栅极的波形因某种原因发生畸变造成的。

④ 开关管本身有质量问题　市售电源开关管质量良莠不齐,若开关管存在质量问题,屡损开关管也就在所难免。

⑤ 开关管代换不当　开关电源的场效应开关管功率一般较大,不能用功率小、耐压低的场效应管进行代换,否则极易损坏,也不能用彩电电源常用的BC508A、2SD1403等半导体管进行代换。实验证明,代换后电源虽可工作,但通电几分钟后半导体管即过热,会引起屡损开关管的故障。