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如何确定开关电源开关变压器的好坏?

技术中心

Technology

如何确定开关电源开关变压器的好坏?

分类:
电源技术
作者:
广州市爱浦电子科技有限公司
来源:
原创
发布时间:
2019/12/16
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修理开关电源电路的间歇振荡故障,代换完除开关变压器以外的所有怀疑元件后,往往对开关变压器的好坏仍不能得出较为确切的结论,在尚怀疑惑的情况下,不得不放弃维修。如果此际将检修再深入一步,能确诊开关变压器的好坏,即能避免功亏一篑,使修复圆满。
说到验证开关变压器的好坏,什么感应法啊,振铃法/波形法等等啊,总是有局限的法子,依赖对比数据,依赖检测者的经验。如果有简短直捷的法子,检测结果又是明明白白的,就好了啊。比如为开关电源送入一个相对安全的低压,使电路处于非稳压开环状态,对负载电路也不会形成什么危害,可以放心大胆地为开关电源加电,就好了啊。那么为电路加多少伏直流电压算是安全电压呢?
恰巧,正好手头有一款开关变压器的绕组数据,DC500V绕组与5V绕组的匝数比约为20:1,5V绕组为5匝,500V绕组为100匝。振荡芯片采用3844,输出脉冲最大占空比为50%。由可以进行粗略估算,当电路开环工作时,开关管最大占空比输出时,500V绕组允许最高电压输入值为200V。由此可知,此开关电源当输入电压不高于DC200V时,能保证二次负载电压不会高于额定值。
可见,对于该电路,只要在原电源的DC530V电源输入端输入低于200V的直流供电;为3844直接提供高于16V(起振电压)如18V的供电,不需改变原电压构成,即可直接验证开关电源电路中开关变压器及其它元件的好坏了。在开环工作状态下,开关变压器各绕组输出的电压,应该和其匝数比成正比/线性关系,若满足此条件,说明开关变压器是好的,若二次绕组输出电压显著低于此值,说明开关变压器不良。
但这不是通例!近修一台施耐德ATV31型45kW变频器的开关电源,开环状态下,输入电源电压达DC50V以上后,各路输出电压即已达到额定值附近!
可见,每台变频器的开关变压器因设计一次侧匝数的不确定和不统一,不可贸然送入较高的供电电压,手头最好有无级或变挡可调的DC0~200V(100V)电源,先从低电压送起,同时监测输出电压, 使之低于额定输出电压便于工作于监测为宜。而这种检修过程,往往带给人惊喜:在验证开关变压器好坏的同时,故障元件也同步现出原形了。
 
先看图,上图为并联在开关变压器一次绕组N1两端的电压吸收网络。(a)、(b)、(c)分别为常见的三路电路模式(如复合式等,都是我暂时起的名,也许不够确切),其目的是提供开关管的反向电流通路,抑制开关管截止期间漏/源(或集电极/发射极)极间反向电压的幅值,保护开关管的安全及避免磁势积累。 当(a)电路中的C29漏电;(b)电路中的Z1~Z3击穿或漏电;(c)C电路中的Z101击穿或漏电时,导致开关变压器过载,其二次绕组感生电压降低。此时,对开关管Q1/T103来说,虽然不会导致其过载(正处于截止期间),但因二次绕组的感生电压降低(参见图2电路),当N2绕组感生电压偏低(如低于10V/PC1的欠电压动作阀值)时,引起内部振荡电路停止工作,出现间歇振荡的故障(表现为打融)现象。注意,此电压间歇振荡现象是由PC1的欠电压动作所引起,而非常规的由二次负载电路过载所引起的过载保护,此时检查负载电路,当然不会存在过载故障。
 
我们再来细看一下,当图1中(a)电路的C29虽然已经漏电损坏,但其漏电电阻达数千欧姆时;当图1中(b)电路的Z1~Z3击穿或漏电,但其击穿电压达数伏以上(超出数字万用表二极管挡的量程,或击穿电压达9V以上,超出指针万用表内部电池的电压值)或其漏电电阻也为数千欧姆时;图1中(c)电路的双向击穿二极管Z101击穿或漏电时,无论是指针式万用表或数字式万用表,即使我们耐心细致地测量了多次,也可能无法得出C29、Z1、Z101已坏的准确结论!
方便起见,以图2中N1两端并联的电路为例,当C4的漏电电阻达数千欧姆时,如果用数字式万用表的二极管挡来测量(将表笔搭于C4两端)正、反向测量两次的话,显然,其中一次测量结果是D2的正向导通压降,一次测量显示为无穷大“1”,无法得出C4已经漏电的准确测量结果;如果用指针式万用表的电阻挡不测量的话,所测得数值为C4漏电阻和R8和相关联并联外电路的总并联电阻值,因此数值较大,也不容易使人判断C4已经漏电损坏。
像图1的(b)电路,当Z1虽然已经损坏,但其击穿值远远高于万用表内电池电压时,所测也仅为二极管的正向电阻值(或正向导通压降),其反向电阻值也是极大的;图1的(c)电路,如果其故障击穿值远高于万用表内部电阻电压时,则其正、反向导通压降或正、反向电阻值都是极大的,根本无法判断其已经坏掉!
应该知道,电容漏电或二极管的击穿状态,只有当加于元件两端的电压高于一定阀值时,元件的故障状态才会有所表现。万用表在低电压条件下的测试,故障元件有时却会“表现正常”。这也是电工师傅在测试电缆或绕组之间的绝缘时,为何要丢开万用表换用绝缘摇表的缘故。
综上所述,当图中的C29、Z1、Z101等元件损坏后,事实上我们对该元件测量了多遍, 仍为测量结果所蒙蔽时,而对其它元件的测量判断也非常显明(没有问题)时,这时脑海中也会就会冒出一个故障判断,也许是开关变压器坏掉(内部匝间短路)了吧?有的维修者可能会采取进一步的措施,如用振荡小板代替除3844及全部外围电路(N1绕组两端并联的电压吸收回路却没有动它),代用后结果仍然是故障依旧,如此似乎更证实了开关变压器的故障嫌疑。如果手头同型号的开关变压器可以代换试验的话,则应该轻易修复的故障机器,也许从此就会沉睡在某一角落里了。
可以想见,开关变压器坏掉的机率是极低的,对于间歇振荡所表现出来的“疑难故障”,所以会误判为开关变压器损坏,是说明我们的故障检测方法上,还是有局限之处。
下面看两例故障检测实例:
1、开关电源上电后出现打嗝声,测各路输出直流电压均极低,且不稳定。先从负载电路查起, 无损坏元件。后来重点检测N1绕组所并联的电压吸收网络,感觉未有异常。拿来振荡小板,将振荡芯片及外围电路全部代替,上电后故障依旧。说明、振荡、稳压环节皆无问题,重查负载电路也无异常。检修陷入困境。
想到是否开关变压器坏掉?得首先排除这个可能性。
直接向3844的7、5脚接入DC18V,在开关电源的DC530V电源输入端,接入DC100V,上电后,电路起振工作,一会儿,图(c)电路中的Z101开始冒烟。观察此电路为复合式电压吸收电路,Z101两端尚并联有阻容吸收电路,临时摘掉Z101后,测各路直流输出电压,其高低与输入电压皆成比例(此时开关变压器的好坏已不言自明)。
至此,故障原因真相大白,用3只100V稳压管串联代替Z101,上电试机,开关电源工作恢复正常。
2、故障现象同上,检查方法同上,通电后,Z1、Z2过热冒烟,此时开关变压器的好坏已不言自明,间歇振荡故障的“元凶”也已经藏身不住了。用两只120V稳压管代替Z1、Z2,上电后开关电源工作恢复正常。
最后再交代一下吧。那么为何用原供电DC530V,电路处于间歇振荡,而为电路分别接入DC18V和DC100V,即能很快使故障元件无处藏身呢?请参见图2电路。
    1、PC1振荡芯片的供电取自N2绕组,当C4严重漏电时,开关变压器储能不足,N2感生电压降低,PC1内部欠电压检测电路动作,电路处于间歇振荡状态。
   独立为PC1送入DC18V供电后,PC2则能一直稳定工作,进而使故障元件暴露出来。
   2、在开关电源的DC530V供电端子送入DC100V,这是一个保险电压,可以在因故障而稳压失控的情况下,使各路直流输出电压不致超过额定值而损坏负载电路,此供电电压下,可以放心地检测电路各部分的工作状态,从而使故障根源暴露出来。如果手头有0~200V可调直流电源当然更好,在监测输出电压的同时,缓慢调高输入电源电压,还可进一步检测电路由开环进入稳压控制的过程,验证电路的稳压环节是否正常。
 

 

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