开关电源原理与维修
微机开关电源是微机中故障率较高的部件之一。目前微机普遍采用脉冲宽度调制变换式开关直流稳压电源，其结构基本相同，故障检修有一定规律。下面先简述微机开关电源的工作原理，然后结合笔者的检修经验，介绍微机开关电源常见故障的检修方法，供大家参考。一、微机开关电源的工作原理 微机开关电源一般都是脉宽调制变换型开关直流稳压电源，它由输入电路、功率变换电路、控制电路、保护电路及主机启动电路构成，大都采用他激式双管半桥型。工作过程如下：接通电源后，交流输入通过交流低通滤波器再经整流滤波线路，得到约300V的直流高压，经电容C1、C2分压后加给两只推挽功率开关管Q1、Q2 ；直流高压还驱动电源内部所需的辅助电源，为脉宽调制组件(一般用TL494、SG3524集成块)提供工作电源。控制组件输出两路相位相差180度、频率约几十千赫、宽度可调的驱动脉冲，分别驱动推挽功率开关管Q1、Q2，使两管轮换处于饱和与截止状态。两个推挽功率开关管Q1、Q2和电容器C1、C2构成桥路的四臂，组成桥式连接，高频变压器的初级绕组作为桥式回路的负载。当功率管未受触发信号作用时，两电容充电，因电容C1、C2容量相等则Vc1=Vc2，其值为直流高压的一半约150V。当触发信号作用使Q1饱和Q2截止时，C1沿Q1及变压器T1初级绕组放电，同时电源通过Q1及T1初级绕组对C2充电;当Q1截止Q2饱和时，C2放电C1充电。在一个周期内T1初级绕组两端产生±150V的对称脉冲方波，这一方波在T1次级各绕组中感应出脉宽调制脉冲电流，经各自的整流滤波回路后，向微机负载提供±5V和±12V直流电压。电路以+5V输出电压为反馈信号，送到控制组件取样放大器的同相输入端与基准电压相比较，比较的误差经放大后控制脉冲方波的宽度，从而调整+5V直流输出的电压值，达到稳压的目的。为了使电源安全工作，一般设有过流、过压保扩和市电欠压保护等电路。 二、微机开关电源故障的检测方法 微机开关电源的功率和负载电流较大，一旦出现故障，大多数情况会烧坏一些器件。为了避免产生新的故障，应快速定位并进而排除故障。可采用先冷态检查，再热态测试的方法进行故障检测。 1.冷态检查法 确定电源有故障后打开电源盒盖，仔细观察有无明显损坏的元件。 首先查看保险丝，如保险管发黑、有亮斑，一般为严重短路故障，应着重检查桥式整流电路中的二极管是否击穿，高压滤波电解电容是否击穿，两个功率开关管是否损坏；其次应查看有无焦黑、爆裂、变形变色元件，有无虚焊、断线、短路等现象。 如无以上明显现象，可用万用表测量几个关键点的电阻值，以确定故障部位。 ①不接电源，用万用表R×1K档测量交流输入两端的电阻，可大致判断出功率变换电路及其以前电路的元件损坏情况。测量输入电路的电阻时，如表针先偏转到几十千欧的位置再慢慢退到200K左右，说明电路基本正常;如表针没有先大后小的偏转过程，则说明高压滤波电解电容已无充放电能力;如测量时短路或电阻值很小，则可能是整流电路的二极管或滤波电容击穿;如测得开路，则可能是保险管或限流电阻等断开。②测量高压整流输出两端的正反向电阻，正向电阻应为300K左右，反向为几十千欧，且应有较大的充电现象;测量开关管Q1、Q2各极间正反向电阻，阻值应分别相同，否则说明从高压整流输出到开关变压器初级这部分电路有元件损坏。③测量±5V、±12V输出端的电阻应不为零，正反向电阻值应不同，否则说明开关变压器次级某绕组及某路输出电路有元件损坏。2.热态测试法如上述检查未发现损坏元件，则可通电测试电路几个关键点的电压值来诊断电源的故障。为防止空载引起过压保护，可在+5V输出端加一只5Ω/10W左右的电阻作为假负载。①接通电源后测高压整流输出端正负极间的直流电压，正常时为300V左右，C1、C2连接点及Q1、Q2连接点的电压应为直流高压的一半，约150V左右，否则说明高压整流及以前的电路有元件损坏。②通电后如直流高压正常，则应测量低压输出的四组电压(±5V和±12V)是否正常，如某组不正常则故障可能出在某组电路，应重点检测其对应的电路。③如各组输出电路没有损坏元件，检测重点应放在TL494组件上，测量TL494各引脚的电压值并与正常时的电压值(如表1所示)相比较，根据比较结果，检查相应的元件以及保护电路。 三、微机开关电源常见故障的维修及举例 1.开关电源烧坏，保险丝熔断这类故障多为过流造成，故障部位一般在电源输入部分，常见的有交流滤波电容或高压滤波电容击穿、整流二极管击穿及功率开关管击穿等。维修时可用前面介绍的冷态检查法找出损坏的元件，更换后即可修复。2.电源无输出这类故障先查看保险丝，若保险丝熔断，则可用第一类故障处理方法，排除故障；如保险丝完好，则采用前面介绍的热态测试法，检测各处的电压，以确定故障部位。常见的有：功率开关管损坏，控制组件损坏，低压直流的整流二极管损坏，过流、过压保护电路误动作等。维修时先判断功率开关管是否完好，各路低压整流电路是否正常，如都正常，则可加电检查功率开关管的基极是否有驱动脉冲，如没有驱动脉冲，则检查控制组件是否正常，一般先检查控制组件的辅助电源，正常时为15V左右(TL494为9、10、12脚，SG3524为12、13、15脚)；然后检查定时元件应有锯齿波产生(TL494为5脚，SG3524为7脚)，再检查控制保护脚(TL494为4脚应为0.25V，SG3524为9脚应为非零)，如这几个引脚电压正常，则应在驱动脉冲输出脚(TL494为8、11脚，SG3524为11、14脚)测得一对相位相反的方波脉冲，否则，控制组件损坏应更换。3.电源电压输出不准确电源电压有输出但不准确，这说明电源的输入、整流、变换、输出端的直流电压基本是正常的，一般调整输出电压调节电位器就可把＋5V等各档电压调到标准值，如调节失灵，则可能是电位器或取样分压电阻损坏。如果只有一组电压偏离较大，而其它各组电压正常，则是该组电压的稳压器或整流二极管损坏，换上相同类型的元件，即可排除故障。4.电源带负载能力差电源只向系统板供电时正常，而接上硬盘等部件时，不能工作。这类故障一般发生在输入整流后的滤波电容或＋12V整流二极管元件上。维修时，在确认整流电路正常的情况下，测量滤波电容两端的电压，应各为150V左右，否则滤波电容有故障，更换电容即可排除故障。
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开关电源维修原理
以UC3842举例说明：
UC3842 采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8 个引脚，各脚功能如下：
① 脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；
② 脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V 基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；
③ 脚为电流检测输入端， 当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；
④ 脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.72/(RT×CT)；
⑤ 脚为公共地端；
⑥ 脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns 驱动能力为±1A ；
⑦ 脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW；
⑧ 脚为5V 基准电压输出端，有50mA 的负载能力。
UC3842工作原理：
该电路的电源部分使用单端式脉宽调制型开关电源，脉宽调制IC使用的是UC3842
UC3842
是一种电流型脉宽控制器，它可以直接驱动MOS管、IGBT等，适合于制作单端电路。220V整流滤波后的约300V直流电压经电阻R1降压后加到
UC3842的供电端（7端），为UC3842提供启动电压，UC3842内部设有欠压锁定电路，其开启和关闭阈值分别为16V和10V。在开启之前，UC3842消耗的电流在1mA
以内。启动正常工作后，它的消耗电流约为15mA
。反馈绕组为其提供维持正常工作电压。由于漏感等原因，开关电源在每个开关周期有很大的开关尖峰，即使在占空比很小时，辅助电压也不能降到足够低，所以辅助电源的整流二极管上串一个电阻（R3）
，它和C9形成RC滤波，滤掉开通瞬间的尖峰。接在4脚的R5、C6决定了开关电源的工作频率。计算公式为：Fosc(kHz)=1.72/(RT(k)×CT(uf))，此电路的工作频率为40KHz。过载和短路保护，通过在开关管的源极串一个电阻
（R12），把电流信号经R10、R11送到3842的第3脚来实现保护。当电源过载时，3842保护动作，使占空比减小，输出电压降低，3842的供电电压也跟着降低，当低到3842不能工作时，整个电路关闭，然后靠R1开始下
一次启动过程。在这种保护状态下，电源只工作几个开关周期，然后进入很长时间（约500ms）的启动过程，平均功率很低，即使长时间输出短路也不会导致电源的损坏。
稳压过程：
UC3842的2脚是电压检测端。输出电压经R18、R19、W1分压为U4（TL431）参考端（1脚）提供参考电压。TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。内部含有一个2.5V的基准电压，所以当在参考端引入输出反时，器件可以通过从阴极（3脚）到阳极（2脚）很宽范围的分流，控制输出电压。若输出电压增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加。线性光耦（U2）的发光二极管亮度增加，输出电阻减小。UC3842的2脚电压升高，驱动脉宽减小。最终使电压稳定下来。
充电过程：当BATT＋、BATT－接上畜电池时，畜电池正端经R13、D10使K1
吸合。充电回路闭合，畜电池开始充电。当畜电池接反时，由于D10反向截止，K1不会吸合，充电回路处于断开状态。不会烧坏R14、D7、D8、C11等元件。刚充电时，畜电池电压很低，充电电流会很大。R14两端的压降大于U3A的2脚R23、R24的分压电压，U3A输出高电平，D13（红色，充电指示灯）亮。当充电电流达到1.8A时，R14两端的压降等于U5A的3脚R30、R31的分压电压，U5A开始起控。只要输出电流有一点增加，U5A的1脚随即输出低电平，U2的1、2脚电流增加，4、5脚电阻减小，U1的2脚电压升高，输出电压下降，最终使电流恒定在1.8A。
随着充电时间的增加，畜电池的电压也渐渐上升，当充电电压达到最高充电电压（44V）时。U4的参考端电压将达到2.5V，U4开始起控，使电压稳定下来。调节W1可以微调电压值。此时电流不再恒定，而是渐渐减小。U5A也不再起控，一直处于高电平输出状态，由于D17的反向截止，不会影响输出电压。当充电电流小于0.4A时,R14两端的压降小于U3A的2脚R23、R24的分压电压，U3A输出低电平，D13灭。此时U3B的5脚电压高于6脚电压，7脚输出高电平，D14（绿色，电源/浮充指示灯）亮，表示已充满，进入浮充状态。同时经R27限流，D15稳压，通过R28、D9、W2使U4的参考端电压增加，从而使最大充电电压降为浮充电压。调节W2可微调浮充电压
uc3842各脚电压
序号
电压（V）
功能说明
对地电阻（KΩ）
黑笔接地
红笔接地
1
3.6
保护控制
7.5
9.4
2
2.5
电压反馈/EW输入
7.5
8.3
3
4.7
电流反馈
7.9
9.4
4
1.8
电压反馈
7.4
12.2
5
0
地
0
0
6
6.1
输出
7.3
32.0
7
11.0
电源
6.5
60.0
8
5.0
电压基准
3.5
4.0
UC3842芯片作为小功率开关电源的PWM脉宽调制芯片，在进行开关电源维修过程中，经常会遇到由于故障引起的uc3842/uc3844不能正常工作，现将电源不能起振或轻微起振（测量输出端电压低），但没有正常工作（表现为8Pin无5V）可能的原因作如下总结：
1、首先检查7Pin所连接的电解电容（或者反馈线圈所连接的电解电容），查看其容量是否符合要求，如该电容容量明显减小，更换后应该不起振的故障就能恢复；如该电容正常，进行下一步检查。
2、在电路板上单独给uc3842/uc3844的7Pin加16V电压，测量其8Pin是否有5V，如果测量8Pin有5V电压存在，则说明此芯片没有问题；如没有5V电压，须将uc3842/uc3844拆下来单独加电16V至7Pin，测量8Pin是否有5V，如果仍然没有5V，则可证明芯片已经损坏；如果测量8Pin有5V存在，则应该是与8Pin相连接的外围元器件与地之间有短路存在。
此步骤主要是检测c3842/uc3844芯片本身是否损坏，如果芯片没有损坏，基本可以排除故障出在初级部分，可以进行下一步检查。（附：检测uc3842/uc3844芯片损坏与否的另一种方法为：在检测完芯片外围元器件（或更换完外围损坏的元器件）后，先不装电源开关管，加输入电测uc3842/uc3844的7Pin电压，若电压在10—17V间波动，其余各脚分别也有电压波动，则说明电路已起振，uc3842基本正常，若7脚电压低，其余管脚
无电压或电压不波动，则uc3842/uc3844已损坏。）
3、检查次级侧，推测应该是次级由于输出过载或短路，导致电流增大，进而反映到初级侧使uc3842/uc3844芯片的3Pin实现保护，这就需要对次级侧实现过流保护功能的电子元器件进行逐一测量，直至查出故障。现将uc3842/uc3844芯片正常工作时主要引脚电压列于下面：
1Pin：1.5V
2Pin：2.5V
3Pin：0.005V
6Pin：1.05V
7Pin：14.1V
8Pin：5V
昨天一同行送来一西门子75KW的驱动板电源，主诉为电源有尖叫声，开关管发烫，而次极电压“正常”。电路板几乎已被同行“通扫”。我接手后初步检测整个电路无大问题，通电后果然听到有尖叫声，不到1分钟开关管散热片就已烫手。开关电源有尖叫声一般为两种情况：一是开关频率低，二是次极有短路。再次通电测量UC3844“VCC”“Vref”等电压正常，断电后手摸变压器无任何温升！因变压器无发热现象，排除次极短路情况。而开关频率低的话一般不会引起开关管发热如此之快甚至根本不过热。那么必定是开关管及其外围驱动电路异常引起开关管的损耗增大。换开关管试机，情况依旧。
当测量UC3844驱动脚到开关管G极电路时发现22Ω电阻变值。换一新的贴片电阻试机，开关电源工作正常。回过头来再测量原来的电阻发现阻值已变大为8.45KΩ。当它变值后和开关管G-S极27KΩ的电阻“分压”导致开关管实际驱动电压幅度下降，驱动波形前后沿变形，而这是场效应管所不能容忍的，故而发现强烈**的尖叫声。该电源板从接手到排除故障费时不过十来分钟，细心的你可知我在其中一共使用了“几板斧”
开关电源3842检修流程
使用3842的开关电源外围大同小异，检修方法基本一样，以下流程检修的前
提：
开关管无短路，开关管对地限流保护电阻无开路，在通电时开关管不会马上击穿，切记：先测3842（7）脚的15V供电是否正常：没有电压，就检查启动电阻，或启动电路（部分机型7脚供电使用单独的一个二极管整流），或7
脚对地稳压管短路；有电压但是高，换（7）脚对地滤波电容，100UF/50V；有电压但是电压低且波动，3842的调整电路故障。
7脚电压正常；关机测300V电压消失速度：能很快消失，那电源起振，检查（3）脚对地1K电阻和对地稳压管电压不消失，故障点为3842未起振，检查
3842（1）（2）脚外围电阻、电位器和更换3842自身。3、7脚电压低且波动：重点检查FBT同步反馈电路的二极管；有光耦的机型检查后级光耦输入端，重点检查IC（LM431）周边。
3842的引脚介绍及好坏判断
（1）脚误差信号放大输出
（2）脚反馈输入
（3）脚开关管过流检测
（4）脚震荡电路时间常数
（5）脚地
（6）脚开关管驱动脉冲输出
（7）脚电源
（8）脚5V基准电压好坏的简单判断用47型万用表Rx1挡，UC3842好坏的判断方法
启动电路故障最常见的是启动电阻开路性损坏或者VC3842B的7脚外部的稳压二极管ZD601,滤波电容C626击穿短路，而导致整机不能启动，此时检测UC3842B的7脚是否为10V-17V，即可判断故障位置。另外UC3842B的
7脚外部滤波电容C626，若出现容量减少或者漏电程度增大的现象时，也会引起输出电压高，启动难，不启动等一系列故障。当开关管及UC3842B都是炸裂时，最好在更换损坏的元器件之后，再枪柄开关管G极(栅极)所接的限流电阻R609是否损坏，若这个电阻烧毁或者阻值增大的话，就会引起开关管的激励不足，从而出现更换新的电源开关管后，管子会发烫或者经常烧毁的故障。在有些机型中,电源开关管的G极对地之间还有一个保护的稳压二极管,更换电源开关管时，最好连该稳压二极管一并更换。
通过检测UC3842B的7脚电压,可以得到故障的大致位置,若7脚的电压低于
14V且跳动,则故障主要由下列原因引起:
负载短路:电源开关管G(栅极)对地的稳压二级管(18V)击穿,开关管S极(源极)对地的电流检测电阻阻值变大。
若7脚的电压在16V时跌落,然后又升到16V,如此物质循环,则应着重检查开关变压器(T601)的8脚输出的电压,以及二极管D608到UC3842B的7脚之间的供电电路。
对于开机即烧开关管的机,维修时先不上开关管。通过测量UC3842B的各脚电压来确定它的工作状态是否正常,正常的工作电压大致如下:
脚号 不上开关管的正常电压
1 0.6-2V
2 2V左右
3 0-0.5V
4 1V
5 0V
6 0.5-2V
7 14V左右跳动
8 5V左右
在更换完外围损坏的元器件后，先不装开关管，加电测uc3842的7脚电压，若电压在10-17V间波动，其余各脚也分别有波动的电压，则说明电路已起振，
uc3842基本正常;若7脚电压低，其余管脚无电压或不波动，则uc3842已损坏。在uc3842的7、5脚间外加+17V左右的直流电压，若测8脚有+5V电压，1、2、4、6脚也有不同的电压，则uc3842基本正常，工作电流小，自身不易损坏。它损坏的最常见原因是电源开关管短路后，高电压从G极加到其6脚而致使其烧毁．而有些机型中省去了G极接地的保护二极管，则电源开关管损坏时，uc3842和G极外接的限流电阻必坏．此时直接更换即可。
需要注意的是，电源开关管源极（S极）通常接1个小阻值大功率的电阻，作为过流保护检测电阻．此电阻的阻值一般在0.2-0.6之间，大于此值会出现带不起负载的现象（就是次极电压偏低）。由于uc3842（KA3842）的工作电压和输出功率均与UC3843（KA3843）相差甚远，3842系列和3843系列在启动电压和关闭电压方面也存在着较大的区别。前者的启动电压为16V，关闭电压为10V;后者的启动电压为8.5V，关闭电压为7.6V。这两个系列的IC不能直接代换。如确有必要用后者代换前者时，要对电路加以改造方可。因此，这一点在维修工作中必须要注意。
开关电源原理与维修、开关电源原理与维修教材，就介绍到这里啦！感谢大家的阅读！希望能够对大家有所帮助！
