電源" target="_blank">開關(guān)電源，這一利用現(xiàn)代電力技術(shù)調(diào)控開關(guān)晶體管通斷時(shí)間比率的電源設(shè)備，其核心在于維持穩(wěn)定輸出電壓。這種電源通常由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制的金氧半場(chǎng)效晶體管構(gòu)成，是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的重要一環(huán)。隨著電力電子學(xué)的發(fā)展方向從低頻技術(shù)轉(zhuǎn)向高頻技術(shù)，開關(guān)電源技術(shù)在電力電子應(yīng)用和各類電源系統(tǒng)中都扮演著不可或缺的角色。開關(guān)電源(Switch Mode Power Supply，簡(jiǎn)稱SMPS)，又稱開關(guān)電源、開關(guān)變換器，是一種高頻功率變換裝置，是電源的一種。

?開關(guān)電源調(diào)試?是指對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行各種參數(shù)調(diào)整和故障排查的過程，以確保其正常工作并達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)。開關(guān)電源(Switch Mode Power Supply，簡(jiǎn)稱SMPS)是一種通過現(xiàn)代電力電子技術(shù)將一種位準(zhǔn)的電壓轉(zhuǎn)換為所需電壓或電流的高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置。

調(diào)試步驟和常見問題解決方法

?變壓器飽和?：當(dāng)變壓器在高電壓或低電壓輸入、輸出短路、動(dòng)態(tài)負(fù)載或高溫情況下導(dǎo)通時(shí)，電流非線性增長(zhǎng)，可能導(dǎo)致電流過大和開關(guān)管損壞。解決方法包括降低IC的限流點(diǎn)、加強(qiáng)軟啟動(dòng)等?。

?Vds過高?：Vds的應(yīng)力要求在最惡劣條件下不應(yīng)超過指定規(guī)格的90%?？梢酝ㄟ^降低平臺(tái)電壓、減少漏感、調(diào)整吸收電路(如使用TVS管、速度較慢的二極管、插入阻尼電阻)等方法來降低Vds?。

?IC溫度過高?：原因包括內(nèi)部MOSFET損耗過大、散熱不良等。解決方法包括增加變壓器繞線距離以減小層間電容、多涂焊料并盡可能擴(kuò)大銅箔面積、將IC放置在空氣流通良好的地方?。

?空載、輕載無法啟動(dòng)?：現(xiàn)象是空載和輕載時(shí)Vcc在啟動(dòng)電壓和關(guān)斷電壓之間反復(fù)跳變。解決方法包括增加Vcc繞組匝數(shù)、降低Vcc限流電阻、正確添加假負(fù)載?。

調(diào)試工具和設(shè)備

調(diào)試工具和設(shè)備包括萬用表、示波器、功率分析儀等。這些工具可以幫助測(cè)量電壓、電流、功率等參數(shù)，確保開關(guān)電源的各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

調(diào)試流程和注意事項(xiàng)

調(diào)試流程通常包括以下幾個(gè)步驟：

?準(zhǔn)備工作?：檢查設(shè)備連接是否正確，確保所有組件正常工作。

?參數(shù)測(cè)量?：使用萬用表和示波器測(cè)量關(guān)鍵參數(shù)，如輸入電壓、輸出電壓、電流等。

?故障排查?：根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行故障排查，定位問題所在。

?參數(shù)調(diào)整?：根據(jù)需要調(diào)整參數(shù)，如限流點(diǎn)、軟啟動(dòng)等。

?性能測(cè)試?：測(cè)試開關(guān)電源在不同負(fù)載條件下的性能，確保其穩(wěn)定性和效率。

注意事項(xiàng)包括：

確保調(diào)試過程中安全，避免觸電和設(shè)備損壞。

詳細(xì)記錄調(diào)試過程和結(jié)果，便于后續(xù)分析和維護(hù)。

在調(diào)試前仔細(xì)閱讀設(shè)備手冊(cè)，了解各組件的工作原理和調(diào)試方法。

變壓器飽和現(xiàn)象

在高壓或低壓輸入下開機(jī)，包括輕載、重載、容性負(fù)載等情況，以及輸出短路、動(dòng)態(tài)負(fù)載、高溫等環(huán)境下，變壓器和開關(guān)管中的電流可能呈現(xiàn)非線性增長(zhǎng)。這種現(xiàn)象下，電流峰值變得難以預(yù)知和控制，可能導(dǎo)致電流過應(yīng)力，進(jìn)而引發(fā)開關(guān)管過壓而損壞。

容易產(chǎn)生變壓器飽和的情況包括：變壓器感量過大、圈數(shù)過少、變壓器的飽和電流點(diǎn)低于IC的最大限流點(diǎn)，以及缺乏軟啟動(dòng)功能。針對(duì)這些問題，可以采取降低IC限流點(diǎn)、加強(qiáng)軟啟動(dòng)等措施，以確保通過變壓器的電流能夠緩慢上升。

Vds過高

在最惡劣條件下，如最高輸入電壓、最大負(fù)載、最高環(huán)境溫度以及電源啟動(dòng)或短路測(cè)試時(shí)，Vds的最大值不應(yīng)超過其額定規(guī)格的90%。為了降低Vds，可以嘗試減小平臺(tái)電壓，這通常涉及調(diào)整變壓器原副邊圈數(shù)比。此外，還可以通過減小尖峰電壓來降低Vds，這可以通過減小變壓器漏感、調(diào)整吸收電路(如使用TVS管、較慢速的二極管或插入阻尼電阻)來實(shí)現(xiàn)。

IC溫度過高

IC溫度過高可能由于內(nèi)部MOSFET損耗過大、散熱不良或IC周圍空氣溫度過高所致。為了解決這個(gè)問題，可以增加變壓器繞組的距離以減小層間電容，或者改善散熱條件，例如增加銅箔面積并上更多的焊錫。同時(shí)，確保IC處于空氣流動(dòng)暢順的地方，遠(yuǎn)離其他高溫零件。

空載、輕載不能啟動(dòng)

當(dāng)電源處于空載或輕載狀態(tài)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)無法啟動(dòng)的情況，表現(xiàn)為Vcc電壓在啟動(dòng)電壓和關(guān)斷電壓之間反復(fù)跳動(dòng)。這通常是由于空載或輕載時(shí)Vcc繞組的感應(yīng)電壓太低所致。針對(duì)這個(gè)問題，可以嘗試增加啟動(dòng)電路的靈敏度或調(diào)整相關(guān)參數(shù)來解決。

啟動(dòng)后無法加重載

原因及解決辦法：

Vcc在重載時(shí)過高

在重載情況下，Vcc繞組感應(yīng)電壓升高，導(dǎo)致Vcc過高并觸發(fā)IC的過壓保護(hù)，從而引起無輸出。為防止電壓進(jìn)一步升高損壞IC，需采取措施。

內(nèi)部限流被觸發(fā)

a. 限流點(diǎn)設(shè)置過低

在重載或容性負(fù)載時(shí)，若限流點(diǎn)設(shè)置過低，MOSFET的電流將受到限制，導(dǎo)致輸出不足。為解決此問題，應(yīng)增大限流腳電阻，提高限流點(diǎn)。

b. 電流上升斜率過大

電流上升斜率過大可能觸發(fā)內(nèi)部限流保護(hù)。為避免此情況，可在不飽和變壓器的前提下增加感量。

待機(jī)輸入功率大

現(xiàn)象：

在空載或輕載時(shí)，Vcc不足導(dǎo)致輸入功率過高和輸出紋波過大。

原因：

Vcc不足會(huì)使IC頻繁啟動(dòng)，高壓給Vcc電容充電，造成啟動(dòng)電路損耗。若啟動(dòng)腳與高壓間有電阻，其上功耗將增大，因此需選擇足夠功率等級(jí)的啟動(dòng)電阻。此外，電源IC未進(jìn)入Burst Mode或Burst頻率過高也可能導(dǎo)致問題。

解決辦法：

調(diào)節(jié)反饋參數(shù)以降低反饋速度。

短路功率過大

現(xiàn)象：

輸出短路時(shí)，輸入功率過大和Vds過高。

原因：

輸出短路時(shí)重復(fù)脈沖多且開關(guān)管電流峰值大，導(dǎo)致輸入功率過大。過大的開關(guān)管電流在漏感上存儲(chǔ)過多能量，關(guān)斷時(shí)引起Vds升高。此外，短路時(shí)可能觸發(fā)OCP或內(nèi)部限流保護(hù)使開關(guān)管停止工作。

解決辦法：根據(jù)具體情況采取相應(yīng)措施，如觸發(fā)OCP進(jìn)行保護(hù)或調(diào)整內(nèi)部限流設(shè)置。

空載、輕載時(shí)的輸出反跳現(xiàn)象

現(xiàn)象描述：

在輸出空載或輕載狀態(tài)下，當(dāng)輸入電壓被關(guān)閉時(shí)，輸出電壓(例如5V)會(huì)出現(xiàn)如波形圖所示的反跳現(xiàn)象。

原因分析：

關(guān)閉輸入電壓后，5V輸出開始下降，同時(shí)Vcc也隨之降低。一旦Vcc降至IC的關(guān)閉電壓以下，IC將停止工作。然而，在空載或輕載條件下，電源中的大電容電壓下降速度較慢，它仍然能夠?yàn)楦邏簡(jiǎn)?dòng)腳提供足夠的電流，從而觸發(fā)IC重新啟動(dòng)，導(dǎo)致5V輸出再次出現(xiàn)，形成反跳。

解決方法：

為防止這種反跳現(xiàn)象，可以在啟動(dòng)腳上串聯(lián)一個(gè)較大的限流電阻。這樣，即使大電容電壓下降到一定水平，它也無法提供足夠的啟動(dòng)電流給IC，從而避免IC的重新啟動(dòng)。另外，將啟動(dòng)電路接在整流橋之前也是一個(gè)有效的解決方法，因?yàn)檫@樣可以使啟動(dòng)電路不受大電容電壓的影響。當(dāng)輸入電壓關(guān)閉時(shí)，啟動(dòng)腳上的電壓能夠迅速降低，進(jìn)而防止IC的重新啟動(dòng)和輸出反跳

一、輸出電壓異常

輸出電壓過高或過低：可能是由于反饋回路故障、基準(zhǔn)電壓不準(zhǔn)確、變壓器匝數(shù)比不合適等原因引起。例如，反饋電阻阻值變化、光耦損壞等都可能導(dǎo)致輸出電壓偏離設(shè)定值。

電壓不穩(wěn)定：在負(fù)載變化或輸入電壓波動(dòng)時(shí)，輸出電壓出現(xiàn)較大幅度的波動(dòng)。這可能是由于穩(wěn)壓控制電路響應(yīng)速度慢、濾波電容容量不足或損壞等原因造成。

二、輸出電流異常

輸出電流不足：可能是由于功率開關(guān)管導(dǎo)通不良、變壓器繞組短路、輸出濾波電感飽和等原因?qū)е?。例如，功率開關(guān)管老化、驅(qū)動(dòng)不足會(huì)使導(dǎo)通電阻增大，從而限制了輸出電流。

過流保護(hù)頻繁觸發(fā)：當(dāng)負(fù)載電流超過設(shè)定值時(shí)，開關(guān)電源應(yīng)啟動(dòng)過流保護(hù)功能。但如果過流保護(hù)閾值設(shè)置不合理、檢測(cè)電路故障或負(fù)載存在瞬間大電流沖擊等情況，就會(huì)導(dǎo)致過流保護(hù)頻繁觸發(fā)，影響電源的正常工作。

三、紋波噪聲過大

高頻紋波：主要由開關(guān)頻率及其諧波引起，通常是由于輸出濾波電容容量不足、電感值不合適或 PCB 布局不合理導(dǎo)致。例如，濾波電容的等效串聯(lián)電阻(ESR)過大，會(huì)使高頻紋波無法有效濾除。

低頻紋波：一般是由輸入電源的波動(dòng)或負(fù)載變化引起的，可能是由于輸入濾波不良、反饋回路響應(yīng)慢等原因造成。

四、發(fā)熱嚴(yán)重

功率開關(guān)管發(fā)熱：功率開關(guān)管在導(dǎo)通和截止過程中會(huì)產(chǎn)生較大的功耗，如果散熱設(shè)計(jì)不合理，如散熱片面積過小、風(fēng)道不暢等，就會(huì)導(dǎo)致開關(guān)管溫度過高。

變壓器發(fā)熱：變壓器的磁芯損耗和繞組電阻損耗會(huì)產(chǎn)生熱量，如果變壓器設(shè)計(jì)不合理或工作在飽和狀態(tài)，就會(huì)發(fā)熱嚴(yán)重。此外，變壓器的繞制工藝不良也可能導(dǎo)致局部過熱。

五、電磁干擾(EMI)問題

傳導(dǎo)干擾：開關(guān)電源的高頻開關(guān)動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，通過電源線傳導(dǎo)到其他設(shè)備。這可能是由于輸入濾波器設(shè)計(jì)不合理、接地不良或 PCB 布線不合理等原因引起。

輻射干擾：開關(guān)電源的電磁場(chǎng)會(huì)向空間輻射電磁干擾，影響周圍的電子設(shè)備。輻射干擾主要與開關(guān)頻率、功率等級(jí)、PCB 布局和外殼屏蔽等因素有關(guān)。

六、啟動(dòng)困難

輸入電容充電時(shí)間過長(zhǎng)：在電源啟動(dòng)時(shí)，輸入電容需要充電到一定電壓才能使開關(guān)電源正常工作。如果輸入電容容量過大或充電電阻阻值不合適，就會(huì)導(dǎo)致充電時(shí)間過長(zhǎng)，使電源啟動(dòng)困難。

軟啟動(dòng)電路故障：軟啟動(dòng)電路用于限制電源啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，如果軟啟動(dòng)電路失效，可能會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)瞬間電流過大，損壞開關(guān)管或其他元件。

七、保護(hù)功能失效

過壓保護(hù)失效：當(dāng)輸出電壓超過設(shè)定值時(shí)，過壓保護(hù)應(yīng)啟動(dòng)，切斷輸出。如果過壓保護(hù)電路故障，如檢測(cè)電路不準(zhǔn)確、保護(hù)芯片損壞等，就會(huì)導(dǎo)致過壓保護(hù)失效，可能會(huì)損壞負(fù)載設(shè)備。

過溫保護(hù)失效：當(dāng)開關(guān)電源溫度過高時(shí)，過溫保護(hù)應(yīng)啟動(dòng)，降低輸出功率或停止工作。如果過溫保護(hù)電路故障，如溫度傳感器損壞、保護(hù)邏輯錯(cuò)誤等，就會(huì)導(dǎo)致過溫保護(hù)失效，可能會(huì)使電源因過熱而損壞。

八、效率低下

功率損耗過大：開關(guān)電源中的功率損耗主要包括開關(guān)管導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗、變壓器損耗、輸出整流二極管損耗等。如果這些損耗過大，就會(huì)導(dǎo)致電源效率低下。例如，開關(guān)管的導(dǎo)通電阻過大、變壓器的磁芯材料不合適等都會(huì)增加功率損耗。

輕載效率低：在輕載情況下，開關(guān)電源的效率往往會(huì)下降。這可能是由于控制電路的靜態(tài)功耗較大、輕載時(shí)開關(guān)頻率不合適等原因造成。

九、噪聲和振動(dòng)

機(jī)械噪聲：開關(guān)電源中的變壓器、電感等磁性元件在工作時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生機(jī)械噪聲，主要是由于磁芯的振動(dòng)引起。這可能是由于磁芯固定不牢固、磁芯材料不合適或工作頻率與磁芯的機(jī)械共振頻率接近等原因造成。

電氣噪聲：開關(guān)電源的高頻開關(guān)動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生電氣噪聲，可能會(huì)影響其他電子設(shè)備的正常工作。例如，噪聲可能會(huì)通過電源線傳導(dǎo)到其他設(shè)備，或者通過空間輻射干擾附近的無線通信設(shè)備。

十、可靠性問題

元件老化：開關(guān)電源中的電子元件在長(zhǎng)期工作過程中會(huì)逐漸老化，如電容容量下降、電阻阻值變化、半導(dǎo)體器件性能退化等。這些元件的老化可能會(huì)導(dǎo)致電源性能下降或故障。

總之，在開關(guān)電源調(diào)試過程中，我們需要仔細(xì)檢查和分析，找出問題的根源，并采取相應(yīng)的解決措施，以確保開關(guān)電源的性能和可靠性。