KA3S0680RF为开关电源厚膜集成电路,除内含振荡器、基准电压源、精密误差比较电路、放大电路、逻辑电路、软启动电路、大功率场效应管(MOS)之外,还具有完善的过压、过流、欠压、过热保护电路。现以北京15A彩电机芯的开关电源为例(电原理图见附图),简述其工作原理及几则维修实例,供读者参考。
一、工作原理
1.启动与振荡
闭合电源开关后,220V交流市电经R801、R802障压限流,其正半周由D804整流后对C802充电,由于C802容量较大(33uF),故其两端电压不能突变,该电压被加至IC801的③脚,当该电压升至15V时,内部软启动电路开始振荡为内部开关管提供驱动脉冲;与此同时220V交流市电经桥堆D801、电容C801整流滤波得到约300V左右的直流电压,由开关变压器T801初级①-④绕组注入IC801①脚内开关管D极,于是开关电源开始正常工作。T801⑥-⑦绕组上感应的交流电压,经D801、C802整流滤波之后获得约18V的直流电压也加至IC801的③脚,以接替启动支路为IC801内部电路供电。
在开关管截止期间,T801次级绕组上的能量释放完毕之后,IC801内部开关管并没有立即导通,而是初级①-④绕组与电容C805(222)构成串联谐振电路继续振荡,其⑥-⑦绕组上感应的脉冲,经D809整流,R805/R803分压,c804延迟后加至IC801的⑤脚,在⑤脚电压降至最低点时,其内部逻辑电路翻转才使开关管再次导通进入下一个振荡周期,这样减少开关管的导通、截止损耗和电磁干扰,故⑤脚称为同步触发脉冲输入。
2.稳压控制电路
开关电源工作后,T801次级⑨-⑩绕组上的交流电经D802、C808整流滤波之后形成+B 125V的直流电压,为行输出电路供电。同时+B电压经R816/R817串联分压后加至精密基准稳压电路DZ803(KA431)G极。当+B电压升高时,DZ803 G极的电压将高于2.5V,其D—S极间的电流增大,即流过光电耦合器PC801①、②脚的电流增大,内部发光二极管亮度增强,③、④脚内光敏三极管的内阻减小,最终使Ic801④脚电压降低,经内部比较电路之后减小了激励脉冲的占空比,开关管提前截止,从而使次级输出电压降低至正常值;反之当+B电压降低时,其工作状态相反。
3.保护电路
(1)开机浪涌保护
在接通电源瞬间,220V交流电经D801整流后对主滤波电容c801充电,为避免整流桥堆D801受C801浪涌充电电流冲击损坏,桥堆与电容之间串一负温度系数的热敏电阻RT801,限制C801的充电电流,RT801在常温时阻值为4.7Ω,当C801上的充电电流经过RT801时其温度升高,阻值下降为0Ω,这样既可避免通电瞬间浪涌电流损坏桥堆D801,也可以减少机器正常工作后在其上产生无用功耗。
(2)过流保护
当开关电源次级有过流现象时,流过IC801内开关管的电流增大,经内部电流检测器检测后,开关电源工作频率大幅度下降,各组输出电压骤降,既防止故障进一步扩大又可避免IC801内部开关管由于过流而损坏。
(3)过压保护
当市电输入电压升高或稳压电路失控时,必然会导致IC801③脚电压升高,当③脚电压高于内部设计阈值时,内部过压比较器输出高电平,逻辑电路翻转,开关电源停振;若保护由稳压环路失控引起,随着开关电源的停振,IC801③脚电压逐渐下降,降至一定值时,过压比较器退出保护区重新振荡,即:起振→过压→保护停振→退出保护→起振……,从而形成间歇振荡,并发出“吱吱”的叫声。
(4)欠压保护电路
当交流市电输入电压低于100V时,C802两端电压将低于15V,这时IC801内部欠压比较器将会输出负控制电压,内部振荡电路不能启动,因而开关电源不能进入正常工作状态。
(5)过热保护
当IC801的内核温度超过140℃时,温度保护电路动作,控制振荡电路停止工作,并进入锁定状态。
二、故障检修实例
【例1】通电后,面板电源指示灯亮,不能二次开机,开关电源发出轻微的“吱吱”声。
检修过程:测量+B125V电压升至160V且有轻微的波动现象,而+13V电压则在17V~10V之间大幅度波动。由故障现象判断过压保护电路动作,怀疑为稳压环路失控所致,故障范围在分压电阻R816/R817、精密基准稳压源DZ803、光电耦合器PC801。先检查并代换PC801、DZ803无效,接着检查R816、R817,发现R816(123k 1/4W)接近开路,用一只122k/1W的电阻更换之,二次输出电压恢复正常,二次开机也恢复了正常。
检修小结:
(1)R816开路或阻值增大为该机芯通病,究其原因是由于该电阻功率取值太小所致,可用功率为1W的电阻更换以防故障复发。
(2)在开关电源起振后,+13V负载电路如CPU、功放(IC602)等电路便开始不断地汲取能量,而开关电源处于间歇振荡状态,起振时能量过剩电压异常升高,保护停振时能量不足而电压降低,故其+13V输出端电压在10V-17V之间大幅度波动;而+B 125V的负载(行输出电路)由于无激励脉冲而无法工作,消耗的能量几乎为零,故电压能保持在过压最高值160V以上而波动甚少。
(3)检修由KA3S0680构成的开关电源时,如需断开+B行负载电路,无须接灯泡之类的假负载,否则有可能电源不能启动。
【例2】初时故障是通电瞬间有较大的“吱吱”声发出,持续5秒钟后叫声消失,面板电源指示灯点亮,然后机器开始正常工作;就这样带病工作一月有余,最后桌次通电开机时发现机器静悄悄的再无任何动静。
检修过程:开盖直观检查发现保险管F801熔断烧黑,IC801表而炸飞一小块,说明机内有严重短路的现象。拆下F801、IC801,又测得桥堆D801、主滤波电容C801均正常,次级两组输出端在路阻值均在正常范围之内,进一步检查稳压环路DZ803、光耦PC801等元件也止常无异,猜想IC801属正常损坏。更换IC801、F801之后通电,测量+B输出端无电压输出,将表笔移至IC801③脚测得其电压在12V上下波动,且断电后主滤波电容C801两端电压能维持很久也不消失,说明开关电源不起振,怀疑Ic801④、⑤两脚外围元件还有损坏现象。经检查发现⑤脚外两稳压管DZ808(8V2)、ZD809(5V6)已击穿短路,而④脚外元件正常。更换之,通电后电源发出“吱吱”叫声,持续5秒钟后消失,随即+B125V电压建立,机器开始工作。经测量初级+300V、次级+B125V电压正常,试代换C801、C808故障依旧,由于当时已是深夜,决定第二天再接着修理。不料第二天早上开机时再无任何动静,心里一凉,赶紧测量Ic801③脚电压,结果为0v,将③脚悬空测量其对地阻值已呈短路状态,经检查IC801外围元件均未见有异常现象;进一步测量发现+B滤波电容C808两端正反向阻值均为0。最后查得+B整流二极管D802击穿短路所致,于是再次更换IC801及D802,通电后意外发现原来开机时持续5秒钟之久的“吱吱’声已荡然无存了。
检修小结:本故障系由D802大电流特性不良所致。当开关电源刚启动时,由于D802对C808、C809充电浪涌电流很大,导致其PN结瞬时呈短路状态,开关电源不堪重负而发出“吱吱”的叫声,随着C808、C809两端电压升高,充电电流逐渐减小,D802的PN结也逐步恢复正常,“吱吱”声也自然消失了。
【例3】接通电源开关后,开关电源时而能启动时而不能启动,能启动时机器一切正常。
检修过程:直观检查电源部分,发现焊点有不同程度裂纹,将其补焊后故障依旧。故障时测得主滤波电容C801两端电压约为300V,+B滤波电容C808两端无电压;进一步测量Ic801③脚电压在12V上下波动,将启动电阻R801、R802拆下检查未见异常,复原时意外地发现机器又可正常工作了!经多次试机发现,冷机启动时故障频现,热机启动则“百发百中”无一失败,难道有元件得了怕冷症?维修经验表明电解电容最容易感染“怕冷”症,而该开关电源初级仅有C801、C802两个电解电容,考虑到启动电容C802长期处在高温的环境之下,极易产生容量不足、开路、漏电、漏液等不良现象。取下C802发现一脚有少许的白色粉状物渗出,更换之后故障排除。
【例4】通电后,机器呈“三无”状态。
检修过程:开盖后意外发现,该机电源块IC801已被换为某品牌“电源模块”。在测得C801、C808、C811对地正反向阻值正常后,试通电发现C808两端的+B无电压输出,而C801两端的+300V电压正常,怀疑该“电源模块”已寿终正寝了。观察原机开关电源除IC801已拆除外,其他元件还齐全,但有多处线路铜箔被前维修者划断,遂决定恢复原机线路。拆下“电源模块”,检查IC801外围阻容元件均正常,然后将断开的铜箔走线接续好,最后装上新块KA3S0680,断开+B负载电路后通电,即听到电源处发出“吱吱”的叫声,经测量+B电压已升至160V,这说明稳压环路失控导致过压保护电路动作。怀疑R816开路,将其取下检查未见异常,又检查发现光耦PC801③、④脚反向漏电,然而更换后故障依旧;接下来检查DZ803 (KA431),取下时意外发现竟然为2SA1015!1用KA431换回后,+B输出电压恢复正常。
试机约10多分钟,突然荧光屏光栅一闪便声光全无,经测IC801上的+300V电压正常,两组输出+B125V和+13V电压分别在50V、4V上下波动,试切断次级两组输出电压的负载电路后开机故障依旧;回过头来测量lC801③脚电压在12v上下波动,检查启动电路并更换C802无效;进一步测量光耦PC801①、②脚间电压极低,即使将光耦取下二次输出电压也无法回升,检查结果说明故障在开关电源初级电路。先查所有二极管正常;接着检查电阻,测得R805(120Ω)在路阻值为1.2k左右,疑其阻值变大或开路,不料刚焊开一脚电阻便掉了下来,测得其正常后又将其装回,故障奇迹般排除了,这说明故障系由于R805一脚没有穿透线路板而接触不良所致。
检修小结:
(1)KA3S0680⑤脚为同步触发脉冲输入端,当该脚对地短路时,开关电源无电压输出(参见例2);当无触发脉冲输入而且该脚对地不短路时,+B输出电压在50v上下波动(参见本例)。
(2)KA431为精密基准稳压源,其外形酷似常见三极管2SA1015、2SC1815,但二者不可代用。
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