第三节 充电器单元电路与典型故障分析

一、开关电源电路
1．开关电源的构成
充电器采用的典型开关电源主要由市电滤波电路、市电变换电路、启动电路振荡器、PWM电路、激励电路、开关管、误差取样放大电路构成，如图5-16所示。


2．市电滤波电路
（1）电路分析
充电器采用的市电滤波电路如图5-17所示。
  

参见图5-17，该市电滤波电路由互感线圈Ll和差模电容C1、C2以及共模滤波电容C3、C4组成。该滤波电路不仅可滤除市电电网中的高频干扰脉冲，以免电网中的干扰脉影响开关电源正常工作，同时还可以阻止开关电源产生的高频脉冲进入电网中，影响其他用电设备的正常工作。L1由一个磁芯和两个匝数相同、但绕向相反的绕组构成，因此该电感的磁芯不会饱和，可有效地抑制对称性干扰脉冲，并且抑制效果与电感量成正比。差模电容(也称X电容)C1、C2主要用来抑制对称性干扰脉冲，抑制效果和电容容量成正比。但容量也不能过大，否则不仅会浪费电能，而且容易导致市电过流。R1是Cl、C2的泄放电阻，在断电后为C1、C2提供放电回路，使Cl和C2在下次通电时能够更好地抑制干扰脉冲。放电效果与R1的阻值成反比，但阻值过小会浪费电能，并且R1容易损坏。共模电容(也称Y电容)C3、C4主要用来抑制不对称性干扰脉冲，抑制效果和电容容量成正比。但容量也不能过大，否则会影响开关电源正常工作。部分开关电源在R1两端接一只压敏电阻RV，以防止市电电压中的尖峰脉冲危害开关电源.。
（2）典型故障
①高频滤波电容
滤波电容Cl、C2和压敏电阻RV过压损坏后，表面通常有裂痕或黑点;Cl、C2和RV击穿短路后，会引起保险管FU1过流熔断。
  ②互感线圈
若互感线圈L1的绕组松动，会发出“吱吱”声;若它的绕组出现匝间短路，会导致保险管FU1过流熔断，此时它的绕组有发黑等异常现象;若Ll的引脚脱焊，会导致开关电源因无市电电压输入而不工作，产生无电压输出且指示灯不亮的故障。‘
③保险管
保险管FU1内部的保险丝(熔体)过流熔断后，熔体的残渣会在玻璃壳内壁上产生黑斑或黄斑，有时还会导致玻璃壳因过热而破裂。若玻璃壳内壁上有严重的黑斑或黄斑，说明过流情况较严重，通常为开关管、市电整流滤波元器件击穿所致;若玻璃壳上有轻微的黄斑，说明过流不严重，可能是保险管自身损坏。
3.整流滤波电路
市电电压整流滤波电路通常采用桥式整流方式。
（1）电路分析
典型的普通桥式整流滤波电路如图5-18所示。经市电滤波电路滤波后的市电电压通过VD1～VD4全桥整流、C1滤波后获得300V左右直流电压，为开关电源供电。C2～C5用来吸收VD1～VD4两端的浪涌冲击电流，防止VD1～VD4过压损坏。


（2）典型故障
若整流管VDl～VD4或高频滤波电容C2～C5击穿，会导致市电输入回路的保险管FU1过流熔断;若VD1～VD4有开路或滤.波电容C1容量下降，将产生开关电源带载能力差或开关管损坏的故障。VD1～VD4、C2～C5是否击穿用万用表电阻挡就可测出。
4.通电冲击电流抑制电路
因为300V供电的滤波电容的容量较大(多为68μF)，所以在通电瞬间其充电电流较大，为了防止大的充电电流过流损坏整流堆等元器件，需要通过大功率电阻抑制该冲击电流。通电冲击电流抑制电路有两种:一种为普通电阻限流型，另一种是负温度系数热敏电阻限流型。
（1）普通电阻限流型
普通电阻限流电路就是通过一只2.7Ω左右的限流电阻R1来抑制通电冲击电流，如图5-19所示。采用此类限流方式的缺点是滤波电容Cl两端建立正常的电压后，R1两端仍然产生压降，所以不但降低了开关电源的效率，而且R1容易因长期过热而损坏。R1开路后将不能形成300V供电电压，导致开关电源不能工作，产生无电压输出且指示灯不亮的故障。若开路，用万用表电阻挡就可测出，其损坏多因后面元器件击穿或漏电引起。
（2）热敏电阻限流型
目前大部分充电器的开关电源采用负温度系数热敏电阻RT抑制开机瞬间滤波电容Cl初始充电产生的大电流，随着充电电流流过RT，RT的温度升高。由于此类热敏电阻的阻值随温度升高而减小，所以在开关电源工作后自动降低了自身的功耗，从而提高了开关电源的效率。其电路如图5-20所示。

  

R1开路后将不能形成300V供电电压，导致开关电源不能工作，产生无电压输出且指示灯不亮的故障。若RT开路，用万用表电阻挡就可测出，其损坏多因后面元器件击穿或漏电引起。
5.启动和供电电路
自激式开关电源和他激式开关电源的启动电路不同，下面分别进行介绍。
(1)自激式开关电源
自激式开关电源的启动电路有电阻限流和电阻、电容限流启动两
种。而充电器的开关电源仅采用电阻限流启动方式，所以下面介绍该启动电路的工作原理。
①工作过程
参见图5-21,滤波电容Cl两端的300V电压经限流电阻R1、开关管VT1的b-e结构成回路，回路中的电流为开关管VT1提供1～4mA启动电流，使VT1进入初始导通放大状态，实现开关电源的启动。
  

采用电阻限流启动方式的特点是:负载过流时开关电源的过流保护电路动作，使开关电源停止工作，但开关电源会在启动电路的作用下再次启动重复以上过程，通常开关变压器T1会发出连续的高频“吱吱”声。
②故障特征
自激式开关电源启动电路的故障特征是:限流电阻的阻值增大或开路(或启动电容的容量减小)，导致开关管基极输入的启动电流较小时，开关电源不能启动或启动困难。同样，开关管放大倍数低等原因也会产生开关电源不能启动或启动困难的故障。