電源" target="_blank">開關電源，這一利用現(xiàn)代電力技術調(diào)控開關晶體管通斷時間比率的電源設備，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)控制的金氧半場效晶體管構成，是現(xiàn)代電力電子技術的重要一環(huán)。隨著電力電子學的發(fā)展方向從低頻技術轉(zhuǎn)向高頻技術，開關電源技術在電力電子應用和各類電源系統(tǒng)中都扮演著不可或缺的角色。開關電源(Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS)，又稱開關電源、開關變換器，是一種高頻功率變換裝置，是電源的一種。

?開關電源調(diào)試?是指對開關電源進行各種參數(shù)調(diào)整和故障排查的過程，以確保其正常工作并達到預期的性能指標。開關電源(Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS)是一種通過現(xiàn)代電力電子技術將一種位準的電壓轉(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?：當變壓器在高電壓或低電壓輸入、輸出短路、動態(tài)負載或高溫情況下導通時，電流非線性增長，可能導致電流過大和開關管損壞。解決方法包括降低IC的限流點、加強軟啟動等?。

?Vds過高?：Vds的應力要求在最惡劣條件下不應超過指定規(guī)格的90%?？梢酝ㄟ^降低平臺電壓、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?：現(xiàn)象是空載和輕載時Vcc在啟動電壓和關斷電壓之間反復跳變。解決方法包括增加Vcc繞組匝數(shù)、降低Vcc限流電阻、正確添加假負載?。

調(diào)試工具和設備

調(diào)試工具和設備包括萬用表、示波器、功率分析儀等。這些工具可以幫助測量電壓、電流、功率等參數(shù)，確保開關電源的各項指標符合設計要求。

調(diào)試流程和注意事項

調(diào)試流程通常包括以下幾個步驟：

?準備工作?：檢查設備連接是否正確，確保所有組件正常工作。

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

?故障排查?：根據(jù)測量結(jié)果進行故障排查，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、軟啟動等。

?性能測試?：測試開關電源在不同負載條件下的性能，確保其穩(wěn)定性和效率。

注意事項包括：

確保調(diào)試過程中安全，避免觸電和設備損壞。

詳細記錄調(diào)試過程和結(jié)果，便于后續(xù)分析和維護。

在調(diào)試前仔細閱讀設備手冊，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，包括輕載、重載、容性負載等情況，以及輸出短路、動態(tài)負載、高溫等環(huán)境下，變壓器和開關管中的電流可能呈現(xiàn)非線性增長。這種現(xiàn)象下，電流峰值變得難以預知和控制，可能導致電流過應力，進而引發(fā)開關管過壓而損壞。

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低于IC的最大限流點，以及缺乏軟啟動功能。針對這些問題，可以采取降低IC限流點、加強軟啟動等措施，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、最大負載、最高環(huán)境溫度以及電源啟動或短路測試時，Vds的最大值不應超過其額定規(guī)格的90%。為了降低Vds，可以嘗試減小平臺電壓，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，確保IC處于空氣流動暢順的地方，遠離其他高溫零件。

空載、輕載不能啟動

當電源處于空載或輕載狀態(tài)時，可能會出現(xiàn)無法啟動的情況，表現(xiàn)為Vcc電壓在啟動電壓和關斷電壓之間反復跳動。這通常是由于空載或輕載時Vcc繞組的感應電壓太低所致。針對這個問題，可以嘗試增加啟動電路的靈敏度或調(diào)整相關參數(shù)來解決。

啟動后無法加重載

原因及解決辦法：

Vcc在重載時過高

在重載情況下，Vcc繞組感應電壓升高，導致Vcc過高并觸發(fā)IC的過壓保護，從而引起無輸出。為防止電壓進一步升高損壞IC，需采取措施。

內(nèi)部限流被觸發(fā)

a. 限流點設置過低

在重載或容性負載時，若限流點設置過低，MOSFET的電流將受到限制，導致輸出不足。為解決此問題，應增大限流腳電阻，提高限流點。

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。為避免此情況，可在不飽和變壓器的前提下增加感量。

待機輸入功率大

現(xiàn)象：

在空載或輕載時，Vcc不足導致輸入功率過高和輸出紋波過大。

原因：

Vcc不足會使IC頻繁啟動，高壓給Vcc電容充電，造成啟動電路損耗。若啟動腳與高壓間有電阻，其上功耗將增大，因此需選擇足夠功率等級的啟動電阻。此外，電源IC未進入Burst Mode或Burst頻率過高也可能導致問題。

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，輸入功率過大和Vds過高。

原因：

輸出短路時重復脈沖多且開關管電流峰值大，導致輸入功率過大。過大的開關管電流在漏感上存儲過多能量，關斷時引起Vds升高。此外，短路時可能觸發(fā)OCP或內(nèi)部限流保護使開關管停止工作。

解決辦法：根據(jù)具體情況采取相應措施，如觸發(fā)OCP進行保護或調(diào)整內(nèi)部限流設置。

空載、輕載時的輸出反跳現(xiàn)象

現(xiàn)象描述：

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

原因分析：

關閉輸入電壓后，5V輸出開始下降，同時Vcc也隨之降低。一旦Vcc降至IC的關閉電壓以下，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，它仍然能夠為高壓啟動腳提供足夠的電流，從而觸發(fā)IC重新啟動，導致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，可以在啟動腳上串聯(lián)一個較大的限流電阻。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電流給IC，從而避免IC的重新啟動。另外，將啟動電路接在整流橋之前也是一個有效的解決方法，因為這樣可以使啟動電路不受大電容電壓的影響。當輸入電壓關閉時，啟動腳上的電壓能夠迅速降低，進而防止IC的重新啟動和輸出反跳

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、基準電壓不準確、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致輸出電壓偏離設定值。

電壓不穩(wěn)定：在負載變化或輸入電壓波動時，輸出電壓出現(xiàn)較大幅度的波動。這可能是由于穩(wěn)壓控制電路響應速度慢、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管導通不良、變壓器繞組短路、輸出濾波電感飽和等原因?qū)е隆＠?，功率開關管老化、驅(qū)動不足會使導通電阻增大，從而限制了輸出電流。

過流保護頻繁觸發(fā)：當負載電流超過設定值時，開關電源應啟動過流保護功能。但如果過流保護閾值設置不合理、檢測電路故障或負載存在瞬間大電流沖擊等情況，就會導致過流保護頻繁觸發(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 布局不合理導致。例如，濾波電容的等效串聯(lián)電阻(ESR)過大，會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或負載變化引起的，可能是由于輸入濾波不良、反饋回路響應慢等原因造成。

四、發(fā)熱嚴重

功率開關管發(fā)熱：功率開關管在導通和截止過程中會產(chǎn)生較大的功耗，如果散熱設計不合理，如散熱片面積過小、風道不暢等，就會導致開關管溫度過高。

變壓器發(fā)熱：變壓器的磁芯損耗和繞組電阻損耗會產(chǎn)生熱量，如果變壓器設計不合理或工作在飽和狀態(tài)，就會發(fā)熱嚴重。此外，變壓器的繞制工藝不良也可能導致局部過熱。

五、電磁干擾(EMI)問題

傳導干擾：開關電源的高頻開關動作會產(chǎn)生電磁干擾，通過電源線傳導到其他設備。這可能是由于輸入濾波器設計不合理、接地不良或 PCB 布線不合理等原因引起。

輻射干擾：開關電源的電磁場會向空間輻射電磁干擾，影響周圍的電子設備。輻射干擾主要與開關頻率、功率等級、PCB 布局和外殼屏蔽等因素有關。

六、啟動困難

輸入電容充電時間過長：在電源啟動時，輸入電容需要充電到一定電壓才能使開關電源正常工作。如果輸入電容容量過大或充電電阻阻值不合適，就會導致充電時間過長，使電源啟動困難。

軟啟動電路故障：軟啟動電路用于限制電源啟動時的沖擊電流，如果軟啟動電路失效，可能會導致啟動瞬間電流過大，損壞開關管或其他元件。

七、保護功能失效

過壓保護失效：當輸出電壓超過設定值時，過壓保護應啟動，切斷輸出。如果過壓保護電路故障，如檢測電路不準確、保護芯片損壞等，就會導致過壓保護失效，可能會損壞負載設備。

過溫保護失效：當開關電源溫度過高時，過溫保護應啟動，降低輸出功率或停止工作。如果過溫保護電路故障，如溫度傳感器損壞、保護邏輯錯誤等，就會導致過溫保護失效，可能會使電源因過熱而損壞。

八、效率低下

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

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

九、噪聲和振動

機械噪聲：開關電源中的變壓器、電感等磁性元件在工作時可能會產(chǎn)生機械噪聲，主要是由于磁芯的振動引起。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械共振頻率接近等原因造成。

電氣噪聲：開關電源的高頻開關動作會產(chǎn)生電氣噪聲，可能會影響其他電子設備的正常工作。例如，噪聲可能會通過電源線傳導到其他設備，或者通過空間輻射干擾附近的無線通信設備。

十、可靠性問題

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

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