偶看新闻阜新房产百姓网:第三节 充电器单元电路与典型故障分析 4
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/05/01 00:10:10
2)半桥型功率变换器
由于单开关管并联型开关电源只在开关管截止期间向负载电路供电，所以需要增大滤波电容C的容量和开关变压器的电感量，保证足够的带载能力。因截止期间开关管D极上产生的反峰脉冲的尖峰电压较高，开关管必须采用击穿电压高的场效应管。因此，许多充电器采用了双开关管的半桥型开关电源，它的简化电路如图5-32所示。
①电路分析
由开关管激励电路产生的矩形激励脉冲经T1.合后使开关管VT1、VT2轮流导通。当激励脉冲为高电平时，开关管VT1导通，VT2截止，输入电压Ui经开关管VT1、开关变压器T2初级绕组P1、谐振电容C2构成回路。回路中的电流在T2的初级绕组产生上端正、下端负的脉冲电压，此时T2次级绕组P2、P3感应的脉冲电压为上端正、下端负，P2感应的脉冲电压使整流管VD1导通，VD2截止，经VD1整流、C1滤波获得电压为负载RL电路供电。当激励电压为低电平时，开关管VTl截止、VT2导通，电容C2存储的电压经初级绕组Pl、VT2构成放电回路。回路中的电流使P1产生下端负、上端正的脉冲电压，T2次级绕组P2、P3感应的脉冲电压为下端正、上端负，于是P3感应的脉冲电压经整流管VD2整流、电容Cl滤波获得的直流电压继续为RL供电。由于此类功率变换器每一个振荡周期都能为负载电路供电，所以此类功率变换器效率高。因两个开关管交替导通，所以每个开关管截止期间承受的反峰电压较低，可选用耐压低的三极管或场效应管作开关管。
②故障特征
开关管击穿会导致保险管熔断。谐振电容C2异常除了会产生开关电源输出电压低的故障，还容易导致开关管击穿。整流管VD1、VD2或滤波电容Cl击穿会导致开关电源的过流保护电路动作，而它们开路会产生开关电源带载能力差的故障。
10.电压输出电路
电压输出电路的作用就是将开关变压器次级绕组输出的脉冲电压通过整流、滤波为不同的负载供电。典型他激式开关电源的电压输出电路如图5-33所示。
(1)电路分析
P2绕组输出的脉冲电压通过VDl整流、C2滤波产生12～20V电压，为电源C供电;P3绕组输出的脉冲电压通过肖特基型整流管VD2整流、C3滤波后产生42～58V电压，不仅为36V或48V蓄电池充电，而且为误差取样、放大电路提供取样电压;P4绕组输出的脉冲电压通过VD3整流、C4滤波获得12～18V电压，为充电检测、指示灯控制电路供电。许多充电器输出的12～18V电压不是由单独绕组输出的脉冲通过整流、滤波产生，而是由42～58V电压通过稳压电路得到的。有的读者要问，为什么电源IC设置了启动电路，还需要由单独的供电电路供电?这是因为电源IC为了展宽市电输入范围，采用了高阻小电流(多为100μV)启动，待振荡器等电路工作后，芯片工作电流达到200mA左右，因此需要通过开关电源产生的电压取代启动电路为它供电。
(2)故障特征
如VD1导通电阻大、开路，不能形成自馈电压，或滤波电容C2的容量过小，存储的电压不能维持自馈电电压到来，电源IC会停止工作，随后在启动电路的作用下再次启动，重复以上过程，电源IC重复工作在启动、停止状态，开关变压器T1发出连续的“吱吱”声。VD1击穿会将300V供电通过R1为电源IC提供的启动电压短路到地，电源IC因无启动电压不能启动。VD2导通电阻大、开路不能形成42～58V电压时，不仅不能为蓄电池充电，而且不能为误差取样、放大电路提供取样电压，导致稳压控制电路不能有效控制开关管的导通时间，产生输出电压高或开关管击穿的故障;若VD2击穿会导致过流保护电路动作，产生开关电源无电压输出，开关变压器T1发出连续的“吱吱”声的故障。VD3导通电阻大、开路不能形成12～18V电压时，不能为充电控制电路、指示灯控制电路供电，产生充电器指示灯不发光且控制失效的故障;若VD3击穿会导致过流保护电路动作，产生开关电源无电压输出，并且开关变压器TI发出连续的“吱吱”声的故障。
11.保护电路
(1)尖峰脉冲吸收
由于开关变压器是感性元件，所以开关管VTl截止瞬间，其c极上将产生极高的尖峰电压，容易导致VT1过压损坏。为此，开关电源设置了尖峰脉冲吸收回路，如图5-34所示。
①电路分析
参见图5-34(a)，开关管VT1截止瞬间，其c极上产生的反峰脉冲电压经C1、R1构成充电回路，使尖峰脉冲被抑制在一定范围内，以免开关管VT1被过高的尖峰电压击穿。由于R1的阻值较小，Cl经R1放电的时间较短，降低了开关电源的效率。图5-34(b)所示电路与图5-34(a)的区别是，不仅加装了二极管VD1，而且增大了R1的阻值。这样，C1通过内阻较小的VD1充电来吸收尖峰脉冲，C1通过阻值较大的R1放电，这样不但有效地吸收了尖峰脉冲，而且降低了开关管VT1的损耗。图5-34(c)所示电路与图5-34(b)所示的尖峰脉冲吸收回路的工作原理是一样的，只是吸收效果相对要好一些。
②故障特征
若尖峰脉冲吸收回路的元件出现开路性故障，会导致开关管VT1在截止瞬间因尖峰脉冲电压过高而损坏;若电容和二极管击穿使开关变压器初级绕组感抗下降，会产生开关电源无电压输出的故障。尖峰脉冲吸收回路的电阻、电容损坏后，通常表面有变色现象，甚至有裂痕。
(2)欠压保护
如果市电低等原因造成供电电压低，那么电源IC输出的激励脉冲幅度不足，容易导致开关管因激励不足等原因损坏。为了避免这种危害，大部分开关电源设置了欠压保护电路。
参见图5-33，若启动电阻R1或电源IC(UC3842/KA3842)的⑦脚内外电路异常，导致启动期间为UC3842⑦脚提供的电压低于16V时，芯片内的启动/关闭控制电路输出关闭信号，UC3842不能启动;当完成启动后，若R2,VDl,C2异常，为UC3842提供工作电压(通常称该电压为自馈电电压)低于10v后，启动/关闭控制电路再次输出低电平信号，使5V基准电压消失，电源IC停止工作，实现欠压保护。因该保护电路未采用闭锁技术，所以保护动作后启动电压再次达到16V后电路仍会启动。欠压保护的示意图如图5-35所示。启动、关闭之间的6V压差用于防止保护电路误动作。
(3)开关管过流保护
负载短路或负载突然变轻时，极易导致开关管过流损坏。为了避免这种危害，开关电源设置了开关管过流保护电路。下面根据自激式开关电源和他激式开关电源的特点分别进行介绍，电路见图5-36。
由于单开关管并联型开关电源只在开关管截止期间向负载电路供电，所以需要增大滤波电容C的容量和开关变压器的电感量，保证足够的带载能力。因截止期间开关管D极上产生的反峰脉冲的尖峰电压较高，开关管必须采用击穿电压高的场效应管。因此，许多充电器采用了双开关管的半桥型开关电源，它的简化电路如图5-32所示。
①电路分析
由开关管激励电路产生的矩形激励脉冲经T1.合后使开关管VT1、VT2轮流导通。当激励脉冲为高电平时，开关管VT1导通，VT2截止，输入电压Ui经开关管VT1、开关变压器T2初级绕组P1、谐振电容C2构成回路。回路中的电流在T2的初级绕组产生上端正、下端负的脉冲电压，此时T2次级绕组P2、P3感应的脉冲电压为上端正、下端负，P2感应的脉冲电压使整流管VD1导通，VD2截止，经VD1整流、C1滤波获得电压为负载RL电路供电。当激励电压为低电平时，开关管VTl截止、VT2导通，电容C2存储的电压经初级绕组Pl、VT2构成放电回路。回路中的电流使P1产生下端负、上端正的脉冲电压，T2次级绕组P2、P3感应的脉冲电压为下端正、上端负，于是P3感应的脉冲电压经整流管VD2整流、电容Cl滤波获得的直流电压继续为RL供电。由于此类功率变换器每一个振荡周期都能为负载电路供电，所以此类功率变换器效率高。因两个开关管交替导通，所以每个开关管截止期间承受的反峰电压较低，可选用耐压低的三极管或场效应管作开关管。
②故障特征
开关管击穿会导致保险管熔断。谐振电容C2异常除了会产生开关电源输出电压低的故障，还容易导致开关管击穿。整流管VD1、VD2或滤波电容Cl击穿会导致开关电源的过流保护电路动作，而它们开路会产生开关电源带载能力差的故障。
10.电压输出电路
电压输出电路的作用就是将开关变压器次级绕组输出的脉冲电压通过整流、滤波为不同的负载供电。典型他激式开关电源的电压输出电路如图5-33所示。
(1)电路分析
P2绕组输出的脉冲电压通过VDl整流、C2滤波产生12～20V电压，为电源C供电;P3绕组输出的脉冲电压通过肖特基型整流管VD2整流、C3滤波后产生42～58V电压，不仅为36V或48V蓄电池充电，而且为误差取样、放大电路提供取样电压;P4绕组输出的脉冲电压通过VD3整流、C4滤波获得12～18V电压，为充电检测、指示灯控制电路供电。许多充电器输出的12～18V电压不是由单独绕组输出的脉冲通过整流、滤波产生，而是由42～58V电压通过稳压电路得到的。有的读者要问，为什么电源IC设置了启动电路，还需要由单独的供电电路供电?这是因为电源IC为了展宽市电输入范围，采用了高阻小电流(多为100μV)启动，待振荡器等电路工作后，芯片工作电流达到200mA左右，因此需要通过开关电源产生的电压取代启动电路为它供电。
(2)故障特征
如VD1导通电阻大、开路，不能形成自馈电压，或滤波电容C2的容量过小，存储的电压不能维持自馈电电压到来，电源IC会停止工作，随后在启动电路的作用下再次启动，重复以上过程，电源IC重复工作在启动、停止状态，开关变压器T1发出连续的“吱吱”声。VD1击穿会将300V供电通过R1为电源IC提供的启动电压短路到地，电源IC因无启动电压不能启动。VD2导通电阻大、开路不能形成42～58V电压时，不仅不能为蓄电池充电，而且不能为误差取样、放大电路提供取样电压，导致稳压控制电路不能有效控制开关管的导通时间，产生输出电压高或开关管击穿的故障;若VD2击穿会导致过流保护电路动作，产生开关电源无电压输出，开关变压器T1发出连续的“吱吱”声的故障。VD3导通电阻大、开路不能形成12～18V电压时，不能为充电控制电路、指示灯控制电路供电，产生充电器指示灯不发光且控制失效的故障;若VD3击穿会导致过流保护电路动作，产生开关电源无电压输出，并且开关变压器TI发出连续的“吱吱”声的故障。
11.保护电路
(1)尖峰脉冲吸收
由于开关变压器是感性元件，所以开关管VTl截止瞬间，其c极上将产生极高的尖峰电压，容易导致VT1过压损坏。为此，开关电源设置了尖峰脉冲吸收回路，如图5-34所示。
①电路分析
参见图5-34(a)，开关管VT1截止瞬间，其c极上产生的反峰脉冲电压经C1、R1构成充电回路，使尖峰脉冲被抑制在一定范围内，以免开关管VT1被过高的尖峰电压击穿。由于R1的阻值较小，Cl经R1放电的时间较短，降低了开关电源的效率。图5-34(b)所示电路与图5-34(a)的区别是，不仅加装了二极管VD1，而且增大了R1的阻值。这样，C1通过内阻较小的VD1充电来吸收尖峰脉冲，C1通过阻值较大的R1放电，这样不但有效地吸收了尖峰脉冲，而且降低了开关管VT1的损耗。图5-34(c)所示电路与图5-34(b)所示的尖峰脉冲吸收回路的工作原理是一样的，只是吸收效果相对要好一些。
②故障特征
若尖峰脉冲吸收回路的元件出现开路性故障，会导致开关管VT1在截止瞬间因尖峰脉冲电压过高而损坏;若电容和二极管击穿使开关变压器初级绕组感抗下降，会产生开关电源无电压输出的故障。尖峰脉冲吸收回路的电阻、电容损坏后，通常表面有变色现象，甚至有裂痕。
(2)欠压保护
如果市电低等原因造成供电电压低，那么电源IC输出的激励脉冲幅度不足，容易导致开关管因激励不足等原因损坏。为了避免这种危害，大部分开关电源设置了欠压保护电路。
参见图5-33，若启动电阻R1或电源IC(UC3842/KA3842)的⑦脚内外电路异常，导致启动期间为UC3842⑦脚提供的电压低于16V时，芯片内的启动/关闭控制电路输出关闭信号，UC3842不能启动;当完成启动后，若R2,VDl,C2异常，为UC3842提供工作电压(通常称该电压为自馈电电压)低于10v后，启动/关闭控制电路再次输出低电平信号，使5V基准电压消失，电源IC停止工作，实现欠压保护。因该保护电路未采用闭锁技术，所以保护动作后启动电压再次达到16V后电路仍会启动。欠压保护的示意图如图5-35所示。启动、关闭之间的6V压差用于防止保护电路误动作。
(3)开关管过流保护
负载短路或负载突然变轻时，极易导致开关管过流损坏。为了避免这种危害，开关电源设置了开关管过流保护电路。下面根据自激式开关电源和他激式开关电源的特点分别进行介绍，电路见图5-36。