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24V开关电源原理和维修

发布时间:2020-07-21 18:34:30 阅读: 来源:岩棉板厂家

· 电源是任何电子设备必不可缺的一个部分。有些设备具有自备电源,有些设备,如温度压力传感器等,则需另外配用适宜的电源——DC24V电源。随着各类传感器在工业控制领域的大量应用,相应的电源产品的供给也形成了一定的规模,高效率、模块化的仪用DC24V电源产品逐渐独立出来,成为了“专用电源设备”;一些生产线自动控制设备,对供电电源有一定的要求,需要交流稳压供电,各类交流稳压电源设备,能提供较为稳压的电源供给;一些设备,如工业电脑,为满足数据记忆,应急事件处理等要求,除要求稳压供电外,还需要在电网停电时,能实现不间歇供电,UPS一类电源设备产品也应运而生。

本文引用地址: 其实,从广义上讲,变频调速控制器、直流电动机调速器、电焊机、电镀机等设备,均可列入电源设备,但上述设备已有专著介绍,本文仅就自动化控制中常用到的,但其电路资料相匮乏甚至为空白的DC24V仪用电源做出电路原理分析和故障检修指导。

· 仪用DC24V开关电源

· 仪用DC24V开关电源,是一个独立的电源产品,经常作为压力、温度传感器、旋转编码器等检测仪器的专用稳定直流电源。有众多厂商生产和经销该类产品,整机电路组装于一个易于安装和电磁屏蔽良好的金属壳体中,输入/输出端子便于进行线路的连接,故障率低,耐受较为恶劣的工业生环境。

· CL-A-35-24仪用DC24V开关电源,是额定功率为35W,输出额定(可调整)电压为DC24V的开关电源产品,稳压精度较高,对过载、短路故障有较好的保护功能。

· 开关电源电路,为直—交—直型的逆变电路,是一种电压和功率的变换器,将直流电压和功率转换为脉冲电压,再整流成为另一种直流电压。输入、输出电压由开关变压器相隔离,开关变压器起到功率传递、电压/电流变换的作用。本机电路中的开关变压器为降压变压器。整机电路由市电整流滤波电路、PWM脉冲生成电路、逆变功率开关电路和开关变压器二次整流电路、稳压控制和过载保护电路组成。具体电路构成见下图1。

· 1、电路构成和工作原理分析

· 电路以UC3842振荡芯片为核心,构成逆变、整流电路。UC3842一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片,相关引脚功能及内部电路原理已有介绍,此处从略。AC220V电源经共模滤波器L1引入,能较好抑制从电网进入的和从电源本身向辐射的高频干扰,交流电压经桥式整流电路、电容C4滤波成为约280V的不稳定直流电压,作为由振荡芯片U1、开关管Q1、开关变压器T1及其它元件组成的逆变电路。逆变电路,可以分为四个电路部分讲解其电路工作原理。

·

· 图1 CL-A-35-24仪用DC24V开关电源

· 1)振荡回路:开关变压器的主绕组N1、Q1的漏--源极、R2(工作电流检测电阻)为电源工作电流的通路;本机启动电路与其它开关电源(启动电路由降压限流电阻组成)有所不同,启动电路由C5、D3、D4组成,提供一个“瞬态”的启动电流,二极管D2吸收反向电压,D3具有整流作用,保障加到U1的7脚的启动电流为正电流;电路起振后,由N2自供电绕组、D2、C5整流滤波电路,提供U1芯片的供电电压。这三个环节的正常运行,是电源能够振荡起来的先决条件。

· 当然,U1的4脚外接定时元件R48、C8和U1芯片本身,也构成了振荡回路的一部分。

· 电容式启动电路,当过载或短路故障发生时,电路能处于稳定的停振保护状态,不像电阻启动电路,会再现“打嗝”式间歇振荡现象。工作电流检测从电阻R2上取得,当故障状态引起工作过流异常增大时,U1的6脚输出PWM脉冲占空比减小,N1自供电绕组的感应电路也随之降低,当U1的7脚供电电压低于10V时,电路停振,负载电压为0,这是过流(过载或短路)引发U1内部欠电压保护电路动作导致的输出中止;工作电流异常增大时,R2上的电压降大于1V时,内部锁存器动作,电路停振,这是由过流引发U1内部过流保护动作导致输出中止。

· 2、稳压回路:开关变压器的N3绕组、D6、C13、C14等元件组成的24V电源,基准电压源TL1、光耦合器U2等元件构成了稳压控制回路。U1芯片和1、2脚外围元件R7、C12,也是稳压回路的一部分。实际上,TL1、U1组成了(相对于U1内部电压误差放大器)外部误差放大器,将输出24V的电压变化反馈回U1的反馈电压信号输入端。当24V输出电压上升时,U1的2脚电压上升,1脚电压下降,输出PWM脉冲占空比下降,输出电路回落。当输出电压异常上升时,U1的1脚下降为1V时,内部保护电路动作,电路停振。

· 3、保护回路:U1芯片本身和3脚外围电路构成过流保护回路;N1绕组上并联的D1、R1、C9元件构成了开关管的反向电压吸收保护电路,以提供Q1截止时的反向电流通路,保障Q1的工作安全;实质上稳压回路的电压反馈信号,也可看作是一路电压保护信号——当反馈电压幅度达一定值时,电路实施停振保护动作;24V的输出端并联有由R18、ZD2、单向晶闸管SCR组成的过压保护电路,当稳压电路失常,引起输出电压异常上升时,稳压二极管ZD2的击穿为SCR提供触发电流,SCR的导通形成一个“短路电流”信号,强制U1内部保护电路产生过流保护动作,电路处于停振状态。

· 4、负载回路:N3次级绕组及后续整流滤波电路,即是电源输出电路,也可视为负载回路,如D6或C13、C14任一元件击穿或漏电故障发生,即形成同负载电路过载、短路一样的结果,引发电路处于停振状态。负载回路的异常,会牵涉到保护回路和稳压回路,使两个回路做出相应的保护和调整动作。但保护电路的内容并不仅是局限于保护电路本身,保护电路的起控往往是由于负载电路的异常所引起。

· 振荡芯片本身参与和构成了前三个回路,芯片损坏,三个回路都会一齐罢工。对三个或四个回路的检修,是在芯片本身正常的前提下进行的。另外,要像下象棋一样,用全局观念和系统思路来进行故障判断,透过现象看本质。如停振故障,也许并非由振荡回路元件损坏所引起,有可能是稳压回路故障或负载回路异常,导致了芯片内部保护电路起控,而停止了PWM脉冲的输出。并不能将各个回路完全孤立起来进行检修,某一故障元件的出现很可能表现出“牵一发而全身动”的效果。

· 2、仪用DC24V开关电源的故障检修

· 开关电源电路常表现为以下两种典型故障现象(参照图1):

· 此处的检修是指不连接负载的情况下,对仪用DC24V开关电源进行上电空载下的独立检修的。对确保人身安全,建议采用AC220V/220V隔离电源来检修,以便于带电测量。

· 1)测24V输出端子电压为0V。

· 细听有上电瞬间设备有“吱”声,测输出有电路跳变,随即输出电压变为0V。说明市电整流滤波电路、U1芯片的启动、振荡电路基本上正常的,电路具备起振工作条件,但因保护电路起控,引发电路停振,重点应检测负载回路、稳压回路和保护回路。如停电检测输出电路回路的D6、C13、C14、SCR等元件有无损坏;稳压回路的TL1、UR1等有无不良;自供电电源R9、D2、C5等元件有无不良;过电压吸收电路的R1、D1、C9等元件有无不良等。

· 上电瞬间设备无起振声间,测输出端一直为0V。测滤波电容C4两端有无280V直流电压,若无,应检测FU、RT及整流电路的好坏;若正常,应顺序检查开关管Q1的漏、源极电流回路和C5、D3启动回路,R9、D2、C5元件构成的自供电回路;U1外围振荡电路及U1元件本身是否不良。

· 2)、24V输出电压偏高或偏低。

· 输出电压采样电路中设有半可变电位器UR1,标注为“ADJ”,用于微调输出电压的高低。若输出电压偏离正常值不多,可通过调整UR1,使输出电压恢复正常值;输出电压严重偏高时,引发SCR受触发导通,电路停振,须检查稳压回路的故障。稍微偏高则可通过UR1来调整。此处故障检查的重点落在输出电压偏低上,应检查稳压回路和Q1工作电流回路的故障。

· 当基准电压源漏电或击穿时,导致电压反馈信号上升,输出PWM脉冲占空比减小,输出电压低落;电流采样电阻R2因引脚氧化或阻值变大时,也会产生输出电压过低的故障;当Q1开关管低效,即使稳压回路正常,也会导致开关变压器T1的储能减小,输出电压过低。这种故障一般较为少见。

· 〔故障实例1〕CL-A-35-24仪用DC24V开关电源,测输出为0V。检查开关管Q1及输出电路、稳压电路元件均损坏,上电细听无电路起振声音。测U1各脚电压为0V,怀疑启动电路不良。试在电容C5上并联0.22uF电容,上电试机,输出正常。摘下原电容,用电容表测其容量,仅为几千皮法。故障原因为C5失效后,不能提供振荡芯片U1(>1mA)的启动电流,使电路不能起振工作。

· 〔故障实例2〕CL-A-35-24仪用DC24V开关电源,运行中 突然损坏。拆开设备外壳,发现电容熔断器FU发黑烧断,电源开关管已经炸裂,电流采样电阻R2已经断路,Q1的栅极电阻R10也已经烧毁。根据经验,U1振荡芯片可能也受冲击同时损坏。检查其它元件没有损坏,更换上述损坏元件,上电试机,输出24V正常。

· 〔故障实例3〕CL-A-35-24仪用DC24V开关电源,无输出电压。上电细听有“吱”的一声,说明电路能起振工作,相关振荡电路及电源电路均正常。判断故障在稳压回路或输出回路。测输出回路的D6、C13、C14、SCR等元件均无异常,检测基准电压源器件TL1的1、2脚电阻值极小,拆下与好的器件对测量,证实TL1已经击穿损坏。TL1击穿损坏后,使光耦合器U2导通程度变深,U1的2脚输入反馈信号上升,1脚电压值低于1V,引发U1内容保护电路动作,电路停振。因启动电路中C5此时已充满电荷,故不会产生重新启动动作。但重新上电时,C5的充电电流又会产生U1的启动电流,使电路起振后再度停振。

· 更换TL1,故障修复。

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