维修开关（精选9篇）
维修开关 篇1
1 行程开关的现状及前景浅析
行程开关在工业控制领域起着不可或缺的作用, 对于工业行业对其需求量的增加其市场生产、增长率也在不断上升, 从而催生了行程开关的不断发展, 种类的多样, 产品技术的提升, 制作工艺的不断提高, 应用的便利性, 使得行程开关在今后的工控应用中会起着越来越重要的作用。
在电力方面, 行程开关也得到了普片的应用, 在电梯, 舞台等应用中, 行程开关的应用使得我们不用再人为的去控制其手动实现, 相对于现代的高技术含量的智能控制在经济方面也更为实用。目前, 国内的行程开关发展技术也日益得到重视, 相信在不久也会得到长足的发展。
2 行程开关概述
2.1 行程开关的原理
行程开关又称为限位开关或者置位开关, 行程开关在实际的工程应用中, 用于机械设备的行程控制及其限位保护。一般将行程开关直接置于电源之后, 当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时, 行程开关弹簧片可以进行触电的切换, 在常开常闭之间进行转换, 从而使电路与电源之间断开或者闭合。通过将机械 (位移) 信号转换为电信号二实现了对机械的运动方向、行程大小的控制和置位保护。
2.2 行程开关作用
行程开关是一种根据运动部件的行程位置进行电路切换的电器, 与按钮类似。广泛地应用于各类机床和起重机械, 用于控制其行程、进行终端限位保护, 如:在舞台的伸缩过程中, 利用行程开关来控制伸缩的位置, 伸缩极限的自动控制及限位保护。
2.3 行程开关的结构
基本包括以下几个部分:操作头、接触点系统、外壳、滚轮、杠杆、轮轴、复位弹簧、凸轮、撞块、调节螺钉等。安装在静物上的行程开关, 滚轮受到运动的物体部件的撞击时, 在杠杆的作用下复位弹簧会进行触电的切换, 由关开接点的开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。
2.4 行程开关在实际应用中的安装
行程开关的接线:行程开关首选具有强制断开触电的安全开关, 将其常闭触电串联接触器的线圈, 接回电路, 根据设定的位置, 当部件运行到指定位置时, 在部件碰触下, 常闭断开, 常开接入电路, 则电路没有电源的供电, 也会断开, 电机停止运行, 那么机械运动也就从而终止。
行程开关在实际的安装中有很多的技巧, 由于它需要在外界部件的碰撞下, 杠杆驱动力驱使触点, 使得电路接入正常, 从而进行运转, 因而需要有强力对它进行支撑, 一般采取焊接的办法, 将行程开关焊接在静物之上, 使得部件碰撞时行程开关能很好的发挥作用, 但是一旦对其进行强力的固定, 如果出现位置的偏差, 那么在实际的修正过程中会变得极其的麻烦, 这要求施工者对尺寸的良好把握和精准计算。
3 行程开关常见故障
在实际的工业生产中, 行程开关起着非常重要的作用, 在其没有外部损坏的时候, 也有可能不能进行正常的工作, 使得其不能很好地起到限位或者置位的作用, 严重时会导致脱轨或生产瘫痪等情况。综上, 分析了行程开关可能会出现的故障现象及现象产生的原因:
1) 滚轮在碰撞后, 杠杆被杂物卡住, 不能驱动触点;或者是操作头偏斜, 与部件不能碰撞, 在到达路程时不能停止;行程开关在部件的碰撞下由于弹簧片的弹力寿命有限, 在碰撞时不能弹回, 或者选择的型号弹力不足;或是触点在长期的工作中由于制工问题导致脱落, 接触之后并不能驱动电机, 以上情况会出现位置开关复位后, 但是常闭触头缺不能闭合, 则相当于电路一直处于断开状态;
2) 开关的安装位置不当;触头的导电性能老化, 在运行过程中不能很好的起到导电作用, 接触不良;或是触头的连接线断裂、脱落;由于开关的型号选择不对, 在长期的运行当中, 线圈出现老化或者电流过大造成线圈烧坏, (电力行业一般要用带磁吹灭式行程开关, 这样可以承受比较大的直流电流) 触头与电路失去连接, 这些情况都会使得当部件碰撞开关时, 触头不做出任何动作;
3) 行程开关在安装过程中位置的测算不精准, 位置偏低, 或是由于工艺问题或开关内有杂质, 其机械阻力过大, 都会使得杠杆偏转后触头没有动作。
4 维修方法
1) 针对常闭触头不能闭合的现象:我们应该按时清扫开关, 重新将动触头的位置进行调整, , 将弹簧或者触头更换成符合要求的;
2) 对于触头不动作的现象, 我们要根据实际需要, 及时调整开关的位置, 将接触不良的触头进行清洗或者更换掉, 对于连接线则需要加固其与触头的连接, 或更换连接线;
3) 触头未动的情况我们则应该, 将开关上调至合适的位置, 使得部件与开关能进行很好的碰撞, 对开关进行清扫, 或是根据实际的部件碰撞力的大小选择恰当机械阻力的开关。
5 行程开关类型
根据所需, 适当的选择合适的型号, 这是非常重要的, 不仅要根据额定的电压电流, 结合实际电路的电压电流大小, 实际的安装问题也是重要的考虑方面之一。
摘要：由行程开关的原理、作用、实际安装及其结构等几方面进行分析, 从而总结出行程开关在实际的应用中可能会出现的故障, 阐述了在应用中应该注意的问题, 以及当故障出现时应该怎样进行处理、维修。
关键词：行程开关,碰撞,触点
参考文献
[1]刘小利.LX12-12储能行程开关损坏原因分析及防治措施[J].电工技术, 2012, 9:71-73.
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[4]端面式晶体管无触点行程开关[M].上海人民出版社, 1971.
[5]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京航天航空大学出版社, 2008-2-1.
维修开关 篇2
1、接煤台或装卸线内直流架线分区开关的拉闸或合闸，由各接煤台或装卸点的接车工负责，电机车司机和其他人员严禁操作；正常操作时严禁带负荷操作。
2、在运输主巷石门口的架线分区开关的操作，由架线工负责。
3、在操作架线分区开关时必须使用专用工具，戴绝缘手套，否则考核责任人200元。绝缘用具使用单位要设置专人保管，存放区域要干燥。
4、接煤台或装卸线内的直流架线必须经常处于无电状态。只有需要电机车进入该区段时，才能合架线分区开关进行送电。
5、接车工合闸前，要认真检查受控地段内的直流架线，确保没有接地现象，同时通知装卸人员躲离直流架线，确认没有问题后，方可合架线分段开关。合闸后，合闸人员要确认声光报警装置是开启状态，否则要立即通知本段安排更换；合闸后要设专人看闸。否则，考核责任人200元。
6、电机车离开接煤台或装卸线后，接车工要及时拉断架线分区开关，切断直流电源，使受控地段的架线无电，并把停电警示牌挂在架线分区开关上。否则，考核责任人200元。
7、架线分区开关上挂有停电警示牌时，除接车工以外，任何人禁止摘牌、合闸，否则，考核责任人200元。
8、野蛮使用造成架线分区开关损坏，考核500元。
9、因使用单位失误造成架线分区开关钥匙丢失，考核100元。
10、架线分区开关必须由专人拉合，否则考核50元。
11、架线分区开关操作不规范、拉合不到位造成事故，根据后果对使用单位进行考核。
12、所有井下工作人员，要时刻注意直流架线，同其保持不小于100毫米以上的安全距离。任何情况下，都不得用任何物料接触直流架线并且严禁身体任何部位碰摸直流架线。
13、井下集中运输巷道安装的架线分区开关由运输段架线班负责检查、维护及拉合。其他人员需要拉合架线分区开关时，必须向矿调度室请示，经矿调度室同意后，方可进行，拉合闸时必须使用专用工具，严禁徒手拉、合闸。否则考核责任人200元。
14、各主石门口安装的分区开关，由运输段架线班负责日常检查、维护，任何人不得私自拉合。需拉合分区开关时，必须向矿调度室请示，经调度室同意后方可拉合分区开关，同时调度室要立即通知本水平调拨站。否则，考核责任人200元。
15、各石门里装卸料车场安装的架线分区开关，由使用单位负责拉合闸，拉合闸时必须使用专用工具。使用单位发现架线分区开关无法正常使用时，严禁私自检修或拆卸刀闸，要及时通知运输段，由运输段派架线班人员进行修理或更换。否则，考核责任人200元。
16、架线维修人员每月对所有架线分区开关进行巡视检修并做好记录，否则每少一处考核维修班组50元。
低压开关的安装要点和维修探析 篇3
随着我国经济的快速发展,电力能源成为了推动社会发展的关键部分,从寻常百姓家的手机、电视到工业生产设备、军事武器装备等,到处都能体现出电力系统的重要作用。在电能的使用过程中,用电安全十分重要,对于电能的控制作用也渐渐凸显,这其中低压开关的使用为用电提供了便利及安全保障。
本文将从低压开关的安装和使用维修两个方面进行探讨,深化大家对低压开关的了解。
1 低压开关安装要点
1.1 低压开关柜柜体装配检查
低压开关柜在安装时应先进行柜体整体检查,判断尺寸、外观是否符合图纸设计的要求。要求其对角线的尺寸偏差小于2 mm;检查外观表面划伤破损、裂纹和起泡等情况;检查各五金件、铰链、锁杆等外观是否完整,功能是否完善;检查低压开关柜内是否整齐无杂物。
1.2 低压开关柜内元器件安装
低压开关柜内元器件应符合其图纸中尺寸、规格和使用型号等规定,在正确的位置用正确的方法安装。对于关键部件的安装应注意:安装断路器时要仔细检查其柜体面板的孔缝隙是否均匀;固定螺栓安装完成后,应检查其软垫、弹簧和螺母的安装,特别要注意螺栓应露出螺母4丝左右。在检查部件牢靠性后结束元器件的安装。
1.3 低压开关柜接线检查
低压开关柜中电路复杂,元器件之间的连接也十分繁杂。在柜中接线时,应使标识相对应,端子标号应与回路对应;接线应尽量整齐,颜色应归类处理,接线应横平竖直,减少飞线和交叉布线;二次接线应做好绝缘并防止干扰,做好安全防护处理工作;当接线弧产生多余的线头时应进行绑扎和隐藏处理,除去极特殊情况外,必须杜绝飘线和飞线的情况发生,不能使接线头外露。
1.4 低压开关机构安装
低压开关的断路器和低压抽屉等应保证其活动的顺利,加入润滑油方便进行动作;在接地开关和分闸等元器件安装时应进行标记,方便操作人员判定电路的通断电状态,保证操作的安全性;活门机构安装应减少偏差发生,在一定的阈值范围内使机构动作灵活可靠;低压合分闸机构应牢固稳当,标记应正确清晰,便于操作人员正确判断合分闸状态,使操作过程灵活可靠。
1.5 低压开关母线制作安装
进出低压开关母线必须要保留一定的空间,母线相序的各种标识应清晰准确,按照图纸进行全部标识;应保证母线外观无损伤,杜绝裂纹、折断、凹凸不平等现象的发生;母线连接所使用的螺栓、螺母应严格遵守设计图纸,配套的附属件应注意质量和规范,螺栓、螺母在紧固过程中力矩值要适中;母线连接面应干净整洁,无异物,保证装置的安全可靠。
2 低压开关安装后检验
低压开关在安装后应进行必要的测试和检验,保证安装到位,这一步骤一般由不同于安装的人员进行。在更换其电气元件、母排或绝缘零件后,电力装置发生了变化,因此,安装后检验是十分必要的,应按以下几个步骤进行:(1)检查二次接线。重新对照图纸进行逐一排查,检验接线端是否存在短路、断路的情况。(2)检查手动装置的灵活顺滑性。如拨动转换开关,观察是否存在卡住、阻尼过大等现象。(3)测量主电路的绝缘电阻。(4)检查自动开关。判断触头动作次序是否正确,检查电动操作电磁铁或电机、失压和分励脱扣器的动作电压值是否在阈值范围内,检查控制电路的绝缘电阻值是否符合要求。(5)检查触头参数和接触情况,确定主触头的接触同步性,排除不良接触和无效接触,检查接触器的闭合和断开时间。(6)检查接地情况,防止回流或涌浪的发生。(7)检查表计及继电器是否动作准确,判断表计量程范围是否合乎设计要求。(8)检查开关和熔断器,观察其接头处接触是否良好。(9)检验主电路的耐压试验为2k V/min,二次回路为1k V/min。
3 低压开关故障及维修方法
由于低压开关控制的低压电器在实际运行中消耗总负载电能的80%,低压开关的工作效能影响着整体的供电质量,所以应及时排除低压开关的故障,保证电路的供电连续性。根据大量的实际工作数据,触头系统、电磁系统和灭弧系统会产生较为严重的故障,下面分别进行讨论。
3.1 触头系统的故障及维修
触头系统在使用过程中会出现触头发热、烧毛、磨损和熔焊等情况,这些故障的处理方法各不相同。
3.1.1 触头发热
触头发热的产生原因很多,若是因为选择开关的容量不足导致触头发热,这就说明开关选择出了问题,应更换更大容量的开关;若由于触头磨损,接触面减小导致触头发热,需要更换触头;若是触头弹簧发热后失效,导致接触电阻发热,应及时判断是否产生了氧化并清理氧化层,如果现象没有改善应及时更换新弹簧,并保证弹簧的初压力和终压力相等。值得注意的是,处理触头氧化层或异物时,一般可以用尖锐物刮去;对于镀银的触头,可以放置不处理;对于积灰,可用毛刷擦除;对于油垢,可用汽油洗刷去除。
3.1.2 触头烧毛
通电后会产生电弧,使得触头表面形成凸出的小点,从而产生烧毛现象。这时可用镊子或其他尖锐物夹断小点,然后用细锉锉平,但是不能过量处理,以免影响低压开关的正常性能。
3.1.3 触头熔焊
由于触头工作时间较长后弹簧会损坏,且产生的电弧会使触头熔焊在一起。此外,开关容量太小,也会出现熔焊现象。这种现象发生时应进行妥善处理,及时更换触头和弹簧部件。
3.1.4 触头磨损
开关的多次使用会造成触头磨损,这是正常现象。但是如果磨损过快,应及时查明情况,检查其他故障现象。当触头磨损到一半以下行程时,应及时更换。不同材料的触头可以进行短暂的替换,作为应急处理,但是自动空气断路器的触头不允许制作代用品。
3.2 电磁系统的故障及维修
3.2.1 衔铁噪音
当铁芯端面上有异物,会产生衔铁噪声,这时可以进行吹扫或擦拭处理;当铁芯和衔铁端面损坏,应用平锉初步锉平后,再经过刮光,保证接触面光滑,正常工作;若短路环等硬件损坏,应进行换新处理;若衔铁持续产生强烈的振动和噪声,应及时调整电压。
3.2.2 吸引线圈过热或烧毁
由于频繁地操作,电流冲击较大、电压过高、线圈功能下降产生了吸引线圈过热情况。应及时查明原因,是衔铁覆盖异物还是静触头接触不良,应及时更换线圈或重新绕制。
3.3 灭弧系统的故障及维修
(1)灭弧罩故障主要包括受潮、脱落和破损。灭弧罩受潮会产生大量的汽化水,电弧无法进入灭弧罩导致积聚甚至爆炸;灭弧罩破损会在相间产生飞弧现象,应及时更换;灭弧罩炭化时,可打磨掉炭化层,不能留有导电物质。
(2)磁吹线圈匝间短路。由于安装不当产生线圈变形,磁吹力不足将会拖延灭弧时间。应及时更换线圈,对于仅变形的线圈应及时调整匝间距离。
4 结语
随着工业化的持续推进,低压开关在生产中的应用将越发广泛,低压开关的安装和维修也将随着工业技术的发展而不断更新。相关工作人员应在掌握低压开关工作原理的前提下,防患于未然,做到按图纸安装、按程序操作,在维修过程中应常怀忧患意识,及时排除故障,保证电力系统持续输出电能,保证高效利用电力资源,保证用电安全和维修人员人身安全。
摘要：人们在工业生产和日常生活中对于电能的依赖越来越强,低压开关的大量使用保障了用电需求。为保证安全用电、高效用电,对低压开关的安装进行了探讨,具体介绍了不同结构低压开关的安装调试和安装后检测的步骤,对于低压开关常见故障进行了讨论,并给出了对应的维修策略,为低压开关的使用和保养提供了理论依据。
关键词：低压开关,安装,检验,故障,维修
参考文献
[1]汤继东.中低压开关柜结构及柜型的选择[J].电气工程应用,2013(3):2-17.
[2]吴畏.高低压开关柜接地装置的应用[J].电源技术应用,2013(9):146.
维修开关 篇4
案例1：变频器（故障现象：上电无显示）经检测发现电源主回路、充电电阻、主回路接触器都正常，因此确定为开关电源板故障。在进行第一步测量时，发现直流母线560V到PWM调制芯片之间的的330KΩ/2W的降压电阻损坏，标称330KΩ/2W的电阻，实际测量值达2MΩ以上，因此PWM调制芯片得不到启动的电源，所以无法起振工作。为谨慎起见又检测了开关管、变压器、整流二极管及滤波电容等关键器件，在确定没问题之后上电试验，OK！开关电源起振，输出各组电压正常，装回变频器后开机试验正常。注：维修人员在维修中，一定要养成习惯：发现坏元件后不要急于更换试机，一定要把功率大的、容易坏的元件都测一下，确定没问题后再试机，这样既安全又保险。
案例2：变频器（故障现象：上电无显示）经检测发现电源主回路、充电电阻、主回路接触器都正常，故障确定在电源板。按照维修步骤对开关电源板进行测量。第一步测量通过，第二步测量时发现开关管c-e结击穿，将其拆下，然后检测变压器、及整流二极管、滤波电容等关键器件，在确定没问题之后上电试验，输出各组电压正常，装机测试正常，故障排除。案例3：变频器（故障现象：上电无显示）经检测发现电源主回路、充电电阻、主回路接触器都正常，故障确定在电源板。按照维修步骤对开关电源板进行测量。第一步测量通过，第二步测量通过，第三步测量通过，第四步测量通过，然后单独对电源板加电测量PWM调制芯片的电源端对地有12.5V左右的电压，说明供电正常。用示波器看芯片的PWM输出端，发现没有PWM调制波形。更换PWM调制芯片后，上电试验正常，故障排除。
案例4：变频器（故障现象：上电无显示）屡烧开关管经检测发现电源主回路、充电电阻、主回路接触器都正常，故障确定在电源板。按照维修步骤对开关电源板进行测量。第一步测量通过，第二步测量发现开关管击穿，第三步测量通过，第四步测量通过，更换新的开关管，单独对电源板加电，管子又烧了。把开关管拆下后不装管子，通电试验，测量PWM调制芯片的电源端对地有12V左右的电压，也正常。用示波器看芯片的PWM输出端，发现PWM波只有5-6 KHZ左右，断电后把定时元件拆下测量，发现定时电阻阻值变大，更换定时电阻、开关管后上电正常，不再烧电源管，故障排除。
浅析开关电源的维修步骤和技巧 篇5
开关电源的组成主要有主电路、控制电路、检测电路和辅助电源这四部分。主电路包括电流限幅、滤波器、整流、逆变;控制电路可以保证电源的安全;检测电路是进行数据的检测, 提供各种数据和参数;辅助电源是对保护电路和控制电路进行供电的。
2 开关电源的工作原理
开关的元件是功率半导体, 它通过控制开关元件的占空来调整输出电压, 它能在一定的时间间隔内对开关进行连接和断开, 通过对电源开关的工作周期和时间的改变, 两端电压的平均值也随之发生变化, 所以, 通过电源电压的变化自动地调整开关接通时间和开关通断电的工作周期, 这种方法称为时间比率控制。
时间比率控制的原理有三种方式:脉冲宽度调制、脉冲频率调制、混合调制。
3 开关电源的维修技巧和常见的故障
3.1 维修技巧
开关电源的维修可以分为两步:在断开电源的情况下, 进行看、闻、问、量。
看:查看开关电源的保险丝是否熔断, 再查看电源内部的情况, 若发现在电源的PCB板上有烧焦的地方或者元件破裂, 则要重点检查此地方的相关元件和相关电路。
闻:闻电源内部是否有糊味, 查看是否有元件烧焦。
问:询问电源损坏的经过, 以及是否有操作不当。
量:在未通电的情况下, 量一下高压电容两端的电压。如果是开关电源不起作用或者开关元件开路引起的故障, 在大多数情况下是高压滤波电容两端的电压没有释放掉, 因为此处电压甚高, 所以要小心。用万能测量表量AC电源线两端的正反电阻和电容器的充电情况, 要注意的是电阻不能过低, 不然电源内部可能发生短路, 电容器要可以充放电。测出每端的对地电阻, 在正常的时候, 表针会因电容器的充放电摆动, 最后显示该地方的电阻阻值。
加电检测:在通电的状态下观察电源是否有保险丝及其他元件的冒烟现象, 如果有要及时地切断电源进行检修。
如果高压电容滤波电容两端的电压没有300伏特, 则应重点检查整流二极管和滤波电容。若高频变压器次级线圈没有300伏特的电压输出, 就应该侧重开关管是否有损或者不能正常起振, 保护电路是否工作等, 如果有, 就应侧重各个输出侧的整流二极管、滤波电容、三通稳压管等。
如果电源在启动一下后停止了, 说明电源处在保护状态, 可以直接测量PWM芯片的出入电压, 若超出规定值, 说明电源处在保护状态, 就要检查产生保护的原因。
3.2 常见故障
(1) 保险丝熔断。一般来说, 保险丝熔断说明电源内部的线路出现问题。电源在高电压、大电流的状态下工作, 电网电压的波动等都会引起电源内部电流过大使保险丝熔断。重点检查电源的输入端的整流二极管, 高压滤波电解电容等, 查看是否有损坏。如果是保险丝的熔断, 就要先检查电路上的各个元件, 是否有烧糊或电解液的流出, 如果没有, 就用万能表检测是否发生短路。注意:不能在知道是某元件损坏, 更换后直接开机, 这样会导致仍存在故障的元件把新换的元件损坏, 一定要全面检查后, 才能彻底排除保险丝熔断的故障问题。
(2) 电压输出不稳定或没有直流电压的输出。如果保险丝完好, 没有负载, 也没有直流电压的输出, 就应该知道是:电路中出现开路、短路现象, 过压、过流的保护电路出现问题等, 在万能表测量次元件排除负载短路的现象后, 输出显示为零, 那么一定是电源的控制电路出现了问题。如果有电压的输出, 说明故障发生在高频整流滤波电路。
(3) 电源的负载能力差。电源的负载能力差也是常见的故障之一, 一般出现在长时间工作的电源中, 由于电源元件的老化、没有及时散热等。要检查稳压二极管是否发生漏电等。例如, 红外激光光谱仪, 在开机后无法进行自我检测, 指示灯在不断的闪烁, 在进行检查后发现是光谱仪的主板电流的电压只有2伏左右, 这样对其进行判断为电源负载能力差, 在进行检修时, 没有负载的时候电流能完全输出, 所以对次级线圈的输出电路进行重点的检测, 发现是它的三通稳压管性能变差, 对于进行更换后, 光谱仪的故障得到解决。
4 结语
近来, 电子产品和电子设备的快速发展使得电源的发展也在同步, 开关电源主要以小型、质轻和高效率的特点被用在电子设备上, 是一种不可缺少的电源方式, 作为专业的电子设备维护人员, 要充分地了解开关电源的基本工作原理, 掌握熟练的维修技术, 知道常见的故障, 有利于减少维修时间和维修人员自身的技术水平。
摘要：我们知道每一样电子产品必不可少的一项组成就是电源, 所以电源性能的好坏可以影响到电子产品的质量, 再小的电子产品都有电源, 而电源又是很小的部件, 对于电源的检修就是关键, 在大量的维修实践经验中, 根据开关电源的结构, 联通工程师总结了一些关于开关电源维修的方法步骤和维修技巧。
关键词：开关电源,组成结构,维修方法
参考文献
[1]陈吉祥.试论开关电源的维修[J].读与写 (教育教学刊) , 2010 (8) :19-20[1]陈吉祥.试论开关电源的维修[J].读与写 (教育教学刊) , 2010 (8) :19-20
开关电源工作原理及维修实例 篇6
开关电源通常由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源等部份组成(见图1,组成原理图)。
2 开关电源工作原理
开关电源采用功率半导体器件为开关元器件,采用周期性通断开关,调节开关元件的占空比来调整输出电压。当开关元件接通时,输入电源Vi通过开关S与滤波电路向负载RL输送能量;当开关S断开时,电路的储能装置(C2、L1、二极管D组成的电路)向负载RL释放开关接通时所储存的能量,从而使负载得到连续、稳定的能量[1]。(见图2,电路原理图)
VO=TON/T*Vi(其中:VO为负载两端的电压平均值,TON为开关每次接通的时间,T为开关通断的工作周期)
由上式可知,调整开关接通时间及工作周期之间的比例,VO间电压均值也随之改变。因此,可以随着负载和输入电源电压的变化自动调整TON与T的比例便使输出电压VO维持不变。改变接通时间TON和工作周期的比例,即改变脉冲的占空比,这种方法称为“时间比率控制”(缩写为TRC)。
根据TRC控制原理不同,分为三种方式:
a)脉冲宽度调制(PWM):开关周期恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式;
b)脉冲频率调制(PFM):导通脉冲宽度恒定,通过改变开关工作频率来改变占空比的方式;
c)混合调制:导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定,彼此都可改变的方式(以上二种方式的混合)。
3 开关电源常见故障维修
基于开关电源的广泛应用,开关电源故障也非常常见:
3.1 保险丝熔断
通常,保险丝熔断表示电源的内部线路有问题。电源工作在电压高、电流大的状态下,电网电压的波动、浪涌均能引起电源内部电流瞬间增大而使保险丝熔断。重点检查电源输入端的整流二极管、逆变功率开关管、高压滤波电解电容等器件,检查这此元件有无开路、击穿、损坏等。在查出某元件损坏后,不宜更换后直接开机。这很有可能因其他高压元器件故障将更换的新元件损坏。需对相应电路的所有高压元件进行全面检测后,方能彻底排除保险丝熔断的故障。
3.2 无直流电压输出或电压输出不稳定
若保险丝是好的,加负载情况下,各级直流电压无输出。这种情况主要是以下原因引起:电源中存在开路、短路,过压、过流保护电路故障,辅助电源故障,振荡电路没有工作,电源负载过大,高频整流滤波电路的整流二极管击穿,滤波电容漏电等。先用万用表测次级元件,排除高频整流二极管击穿、负载短路的情况后,若输出为零,则肯定是电源的控制电路出了问题。如果有部分电压输出,表示前级电路工作正常,高频整流滤波电路有故障。高频滤波电路由低压滤波电容及整流二极管组成直流电压输出。整流二极管击穿会使电路无电压输出,滤波电容漏电会导致输出电压不稳等故障。这时,用万用表静态测量对应元件可检查出故障元件[2]。
例:某24 V直流电机供电电源通电后无直流输出。打开电源外壳,发现保险丝未断且电路板无明显异常;在未通电情况下测AC输入端阻值及DC输出端阻值正常,开关管、整流桥、整流管等重要元件正常,故不存在内部短路的可能,判断保护电路存在问题。此开关电源采用U3842 PWM控制芯片。经查找控制芯片资料得知,当该芯片的3端电压大于1 V时,内部电流敏感比较器输出高电平,会将PWM锁存器复位使输出关闭。通电测量U3842的3端大于1 V,6端无输出。经检查发现稳压管D2击穿(见图3,电路原理图),开关管不工作,故直流侧无电压输出。更换同型号稳压管D2,故障解除。
3.3 电源负载能力差
电源负载能力差一般都出现于老式或工作时间长的电源中。主要原因是元器件老化、开关管的工作不稳定、未及时散热等。应重点检查稳压二极管是否发热漏电、高压滤波电容损坏、整流二极管损坏等。
例:一光谱仪开机后无法完成自检并报警,且主板指示灯不断闪烁。经检查,供光谱仪主板的DC5 V电源仅2.3 V左右。断开直流5 V电源的负载,通电再次测直流5 V电源输出电压正常。初步判断此直流5 V电源带载能力差。因未带负载时,通电有直流5 V输出,应重点检查次级线圈侧输出整流电路。在5伏电源接假负载通电进行测量,发现三通稳压7805的1、2脚间电压为5.2 V,2、3脚间为2.3 V(见图4,电路原理图),故判断三通稳压管7805不正常,更换此管后故障解决。
当前,开关电源被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业迅猛发展不可缺少的电源方式。研究其工作原理,掌握其维修技能,熟悉其常见故障,必将有利于减少故障维修时间,提升工作效率,提高技术人员自身技能水平。
参考文献
[1]刘建清.开关电源维修从入门到精通[M].北京:人民邮电出版社,出版时间:2010.08.
维修开关 篇7
关键词：医疗设备,开关电源,维修技术
1 医疗设备开关电源的基本工作原理
医疗设备开关电源大体可以分为AC/DC和DC/DC两种类型, 一次电源AC/DC变换器输入为50/60Hz、220V交流电, 必须经整流、滤波, 体积较大的滤波电解电容是不可少的, 且交流输入必须加上EMC滤波及使用安全标准的器件。二次电源DC/DC变换器用以进行功率转换, 它是开关电源的核心部分, 此外还有启动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路检测输出电压变化, 并与基准电压比较, 误差电压经过放大及脉宽调制 (PWM) 电路, 再经过驱动电路控制功率器件的占空比, 从而达到调整输出电压大小的目的。下图为电源开关的电路图。
2 医疗设备开关电源常见的故障
从损坏元件上开关电源损坏大致可分为: (1) 感性、容性和阻性器件损坏; (2) 功率半导体器件损坏; (3) PWM IC损坏; (4) 光电耦合器损坏等电源器件损坏。
从电源工作流程上可分为: (1) 交流输入故障; (2) DC/DC变换器故障; (3) 驱动电路故障。由于开关电源故障种类多而复杂, 下面结合实际维修实例仅对典型维修技术进行探索和研究。
(1) 输入电路故障
医疗设备开关电源的输入电路一般包括开关、熔断丝、交流抗干扰电路和软启动电路等。容易检查出来的是开关、熔断丝和交流抗干扰电路, 而如果是开关坏了可以直接更换, 但熔断丝破损最好看一下负载是否严重短路, 并换上相同安培数的熔断丝接通时测总输入的电流。交流抗干扰电路故障一般较常见, 主要是因电容器使用时间过长而失效导致的。软启动电路是开关电源保护电路之一, 开关电源的输入电路一般采用整流加电容器滤波电路设计而成, 在通入电路合闸时, 由于电容器上的起始电压为0, 会造成较大的瞬间而冲击电流。
因而, 医疗设备开关电源多数都在输入电路中设定防电流冲击的软启动电路。
下面以热敏电阻防冲击电流、电路为例简单说明其工作原理:热敏电阻有正温度系数热敏电阻 (PTC) 和负温度系数热敏电阻 (NTC) 。当有较大异常电流通过时, 因PTC自身发热使得电阻值快速增高, 变大电阻, 起限流的作用;NTC热敏电阻在电源通入瞬间, 阻值较大, 起到限制冲击电流的效果。
当电路处于正常工作状态时, 电阻发热而使其阻值变小。
NTC热敏电阻防冲击电流电路是因为热敏电阻的热惯性, 重新恢复原始阻值需要一定的时间, 而当电源断电后, 即使快速接通, 也起不到限流的作用。
(2) 光电耦合器故障
光耦合器 (Optical Coupler) 也称作光电耦合器, 简称光耦, 是以光为媒介来传输电信号的器件, 一般情况下把红外线发光二极管和光敏半导体封装在同一管壳内, 当通入端加电信号时, 发光二极管就会发出光线, 光敏半导体接受光线就产生电信号, 从通出端流出, 从而实现转换。
电气隔离, 还有抗干扰的能力强、使用时间长、传输效果好等是光耦的突出优点。但因光耦合器性能下降而使得电路故障还是比较多的。
例1:Philips BV25 X线机的电源不少的临床医学工程人士都接触过。其中, 因为光电耦合器的性能不良导致不能开机几乎成为该电源的常见故障。而BV25主电源采用了无触点的软启动电路设计。当220V刚一接入时, 一路变压器提供一组28V和多组7V电源, 28V经整流稳压后得到+15V电压向电源控制板提供电源, 7V供给各组光耦合器。电源板上H1若为绿灯, 则大致可判断28V和7V输出正常。可控硅V1-V3和光耦 (4N25) B1-B6性能不佳均会导致开机失败, 判断V3是否损坏需要拆下测量, 否则很可能造成错误判读。
(3) 其他电源部件故障
维修时, 也会常遇到一些非电子器件的完全损坏而导致的故障。例如电容容量变小、线路板部分的接触不严、散热不好而导致电源的不稳定等。往往这样的问题很难通过传统检测方法检测, 所以, 采取替换方式排除较优。
在维修时, 首先应该对灰尘进行清理, 可用吸尘器和大功率冷风机清除, 整个过程中, 一方面要减少或避免人体的静电, 另一方面也要避免线路板电容器对人体放电。对风扇打的电源需要清楚风扇的转速, 不确定时可用替换法排除。
3 医疗设备开关电源维修技术的注意事项
(1) 定期检查、保养。很多时候医疗设备出现故障不是机器本身导致的, 可以说是人为的。如电路时间过长而无效, 电路的接触不良都是技术人员检查不到位导致的, 此外, 对设备的保养可以延长使用寿命, 节省开支, 降低事故发生频率。
(2) 在适合的环境下进行维修。无论是多么紧急或者很明显的故障, 一定要保证维修环境的安全和准确性。即使一眼就发现了故障, 也不能忽视细节问题, 包括对灰尘的处理, 这也许会导致整个设备的瘫痪。
4 小结
如今的医疗设备开关电源的种类繁多, 应用广泛, 同时出现故障的频率很高, 替换核心器件价格昂贵, 这也要求维修技术人员要有娴熟的基本技能, 本文通过对医疗设备开关电源的基本原理以及故障分析得出相应的解决办法, 希望可以对医疗技术人员有所帮助, 对医疗事业奉献一份力量。
参考文献
[1]肖平.医疗设备开关电源的应用分析[J].中国医学设备, 2012, 9 (7) :78.
[2]范开洲.医疗设备开关电源维修技术的探讨[J].中国医疗设备, 2012, 26 (7) :118.
[3]蔡永辉.医疗设备的开关电源基本原理与分析[J].医疗设备信息, 2007, 21 (4) :82.
医疗设备开关电源维修技术的探讨 篇8
医疗设备开关电源一般可以分为AC/DC和DC/DC两大类[2,3,4],一次电源AC/DC变换器输入为50/60Hz、220V交流电,必须经整流、滤波,体积较大的滤波电解电容是不可少的,且交流输入必须加上EMC滤波及使用安全标准的器件。二次电源DC/DC变换器用以进行功率转换,它是开关电源的核心部分,此外还有启动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路检测输出电压变化,并与基准电压比较,误差电压经过放大及脉宽调制(PWM)电路,再经过驱动电路控制功率器件的占空比,从而达到调整输出电压大小的目的。基本结构见图1。
开关电源损坏从损坏元件上大致可分为:(1)感性、容性和阻性器件损坏;(2)功率半导体器件损坏;(3)PWM IC损坏;(4)光电耦合器损坏;(5)其他,如晶振、风扇等电源器件损坏。
按电源工作流程上可分为:(1)交流输入故障;(2)DC/DC变换器故障;(3)驱动电路故障;(4)PWM电路故障;(5)取样电路故障。开关电源故障种类繁多,在此不能一一详列,下面结合实际维修实例对以上2种分类中典型维修技术进行探讨。
1 输入电路故障
医疗设备开关电源的输入电路一般包括开关、熔断丝、交流抗干扰电路和软启动电路等。开关、熔断丝和交流抗干扰电路故障很容易发现,其中开关损坏可以直接更换,但熔断丝损坏最好检查一下负载是否严重短路,并换上同样安培数的熔断丝通电时监测总输入电流。交流抗干扰电路故障一般因电容器使用时间长而失效较常见。软启动电路是开关电源保护电路之一,开关电源的输入电路大都采用整流加电容器滤波电路设计,在输入电路合闸瞬间。由于电容器上的起始电压为0,会形成很大的瞬间冲击电流。为此,医疗设备开关电源一般都在输入电路中设置防冲击电流的软启动电路。
常见的软启动电路有热敏电阻防冲击电流电路、SCR-R电路、继电器与电阻构成的电路、采用定时触发器与限流电阻的电路,以及过零触发的光耦可控硅与双向可控硅构成的电路等。下面以热敏电阻防冲击电流、电路为例简单说明其工作原理:热敏电阻分为正温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)。PTC常态阻值较低。当有过大的异常电流流过时,因PTC自身发热使其电阻值迅速增加,变大电阻,起限流的作用;NTC热敏电阻在电源接入瞬间,阻值较大,达到限制冲击电流的作用。当电路处于正常工作状态时,电阻发热而使其阻值变小。NTC热敏电阻防冲击电流电路由于热敏电阻的热惯性,重新恢复原始阻值需要时间,当电源断电后又快速接通时起不到限流作用。
输液泵及部分小功率医疗设备电源中很多便采用PTC热敏电阻限流或NTC热敏电阻防冲击电流电路设计。其中,PTC热敏电阻在遭遇雷电或强电流的时候容易损坏,始终呈低阻态而通电便烧熔断丝。而NTC热敏电阻往往出现开路故障,导致一次电源DC无AC接入。
2 光电耦合器故障
光耦合器(Optical Coupler)亦称光电耦合器,简称光耦。是以光为媒介来传输电信号的器件,通常把红外线发光二极管与光敏半导体封装在同一管壳内,当输入端加电信号时,发光二极管发出光线,光敏半导体接受光线就产生电信号,从输出端流出,从而实现“电-光-电”转换。它广泛应用于信号隔离、开关电路、脉冲放大、固态继电器(SSR)等电路中。另外,利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路,通过调节控制端电流改变占空比,达到精密稳压的目的。
光耦能实现电气隔离,还有抗干扰能力强、使用寿命长、传输效率高等优点[3]。但遇到光耦合器性能下降导致电路故障在医疗设备开关电源中还是比较多的。
例1:Philips BV25 X线机的电源不少临床医学工程人员都接触过。其中,因光电耦合器性能不良导致无法开机几乎成为该电源的通病。BV25主电源采用了无触点软启动电路设计。当220V接入时,一路变压器提供一组28V和多组7V电源,28V经整流稳压后得到+15V电压向电源控制板提供电源,7V供给各组光耦合器。电源板上H1若为绿灯,则大致可判断28V和7V输出正常。可控硅V1-V3及光耦(4N25)B1-B6性能不良均会导致开机失败,判断V3是否损坏需拆下测量,否则容易误判。
例2:OHMEDA 2000婴儿温箱,温度到设定值后继续上升,报“E013”。查维修手册提示为“Header not Switching off”。排除thermal switch故障后,最大可能是SSR内光耦合器的性能不良所致,更换该器件后温箱工作正常。
3 功率器件及外围电路故障
医疗设备开关电源和其他开关电源一样,功率器件是必不可少的。其中用的较多的有功率二极管、可控硅(SCR)和功率场效应管等。在维修过程中,功率器件是重点检查对象,此类器件的损坏,会导致开机保护或烧熔断丝。在维修中发现该类器件损坏时,除更换同参数器件外,还必须检查外围高压电容及限流或电流检测电阻。
例1:Alcon Universal II型超声乳化仪开机面板无显示,“Standby”灯闪烁,开关电源有“吱吱”声,可大致判断电源有保护动作。该电源用到了UC3842、UC3843和UC3854等PWM IC,各IC电流检测端均提示过流,且各供电端电压跳变。排除PWM IC及外围电路损坏后,重点检查功率器件,其中一路电源的开关管(IRF460)击穿,更换该场效应管后又检查了其外围电路,发现与其连接的C26高压电容(1KV)已击穿,更换C26后通电,主+24V输出正常,将机器所有连线恢复,各组电压正常且整机工作稳定。
例2:SHIMADZU OPESCOPE 50N型X线机监视器无显示,指示灯闪烁,该X线机总供电为220V,而监视器供电为110V,送修前操作人员单独对监视器加220V后指示灯不亮。该监视器电源采用STR 54041开关电源厚膜模块设计,其DS极已击穿,且D1722被击穿,更换后接假负载各路电源输出正常,恢复电路连线后指示灯亮,机内有“嗒嗒”声,但仍无显示,后检查发现行管Q9和保险电阻R71损坏,更换后整机工作正常。
4 PWM IC及外围电路故障
电源控制芯片与开关管组合在医疗设备开关电源中应用很普遍,一个电源甚至还会多处用到。PWM开关稳压或稳流电源的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下,控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈,调节主电路开关器件的导通脉冲宽度,使得开关电源与输出电压或电流等被控制信号稳定。PWM的开关频率一般固定,控制取样信号可以构成单环、双环或多环反馈系统,实现稳压、稳流及恒定功率的目的。同时,可以实现一些附带的过流保护、抗偏磁及均流等功能。
在维修开关电源时,当整流滤波电路、开关管正常情况下,通常要检测PWM IC及外周电路是否正常,这样会达到事半功倍的效果。PWM IC基本上都存在IC供电、基准电压、驱动脉冲、电流检测及取样调整电路等。PWM IC供电一般是主电源经一电阻降压所得,通常称为启动电阻,若该电阻开路或变大,提供给IC供电低将导致电源不启动。当供电正常时,重点检查基准电压及驱动脉冲是否正常,然后监测电流传感端电压是否正常,接着要仔细检测传感支路。判断PWM IC自身故障的方法一般是通过测量引脚间阻抗或给供电端输入标称电压,观察基准电压是否准确。
例1:北美GS麻醉机+5V、+12V电源板无输出。该机器开关电源初级PWM IC芯片为UC3845,保险和主要功率器件完好,计划先检查PWM IC芯片供电、基准电压和电流检测端引脚电压,发现+300V正常,7脚无电压输入。原因是100K启动电阻开路。更换后,PWM IC供电正常,6脚输出脉冲波形稳定,+5V、+12V输出电压正确。
例2:Stryker腔镜监视器,电源由开关管BUK456、UC3824及外围电路组成。UC3842因第6脚与5脚短路而损坏,BUK456的DS极击穿,电流检测电阻开路,且脉冲输出端串联电阻开路,更换上述器件后,工作正常。若只是更换外围电路损坏器件,而未发现UC3842自身损坏,换上的器件在开机瞬间会重新损坏。因此,在维修中要排除PWM IC自身故障。
5 其他电源部件故障
在维修当中,往往会遇到一些并非电子器件完全损坏所致的故障。如电容容量变小、线路板部分隐蔽性接触不良、电源灰尘过多或散热不良导致电源不稳定及部分风扇控制电路故障致电源停振等。由于这类问题通过传统检测方法有些困难,因此,根据经验和分析采取替换方式排除。在维修医疗设备电源时,首先要对灰尘进行处理,可用吸尘器和大功率冷风机清除,在处理过程中要减少人体静电和防止线路板电容器对人体放电。对有大量风扇的电源一定要检查风扇的转速,特别是那些带转速控制或速度检测的风扇,不确定时可采取替换法解决。
例1:日立7170A生化仪+5V开关电源,开机正常工作几分钟后,电源指示灯由绿变灭,+5V输出停止,散热风扇无明显异常,功率部件和PWM IC正常,但在做完清洁后未接风扇电源无输出。换上普通的2线CPU风扇依然无输出,将该风扇测速线接上并连入线路板后,电源输入正常且可连续工作。因此,可得出原风扇因时间较长转速降低致电源停振的结论。以前,+24V也出现过此类问题,当时因设备使用较急更换了新的电源模块后恢复正常。
例2:TOSHIBA 240A型B超连续工作时间较长后电源外壳发烫,且经常出现过温保护。该类故障一般是因为内部灰尘过多或内部风扇转速变低致整个电源工作环境变差所致。将电源拆下彻底除尘,更换电源底部和背面风扇后电源温度明显下降,机器工作正常,且1年未出现故障。
6 小结
医疗设备种类繁多,大功率、大电流的开关电源在医疗设备中应用相当广泛。开关电源故障占医疗设备故障的60%以上[4]。因此,掌握开关电源的维修是每个临床医学工程人员的基本技能,也是难点。本文只结合实际维修经验对医疗设备开关电源的维修技术进行了探讨,希望更多同行专家提出宝贵意见并对医疗设备开关电源作进一步研究。
参考文献
[1]周志敏.开关电源实用技术-设计与应用[M].北京:人民邮电出版社,2003.
[2]刘亚芹.医疗器械中光电传感器引起的故障及其检测方法[J].中国医疗设备,2006,22(7):142.
[3]杨兆芳,李卫成.飞利浦移动式X线机BV25电源原理及维修实例[J].中国医学装备,2006,(4):54.
维修开关 篇9
交流市电U经整流滤波获得的非稳定直流电压Ui= (1.2~1.4) U, 约为260V~300V, 分别通过启动电路、开关变压器初级绕组、开关管共同完成电源开关管的启动, 在正反馈闭环回路的强烈作用下, 电源开关管迅速进入饱和-截止的开关状态, 开关变压器的次级绕组因电磁感应输出的电压经过整流滤波由取样、比较放大、光耦、脉冲宽 (密) 度调制等电路构成的负反馈稳压控制电路的作用下, 通过改变电源开关管的占空比δ, 达到给负载输出稳定直流电压Uo的目的。
不管电源开关管与负载的连接方式是采用串联型或并联型还是变压器耦合并联型, 也不管稳压控制方式是采用调宽式还是调频式或者是两者的结合, 它们的工作原理和基本电路框架大同小异, 输出电压的高低都取决于稳压控制电路对开关管导通时间Ton长短或振荡频率f (1/Ton) 高低的控制, 即占空比δ=Ton/T, 但由于连接方式的不同, 电源开关管所承受的最大电压Ucemax和输出电压稍有差别, 其中:
串联型开关电源的开关管所承受的最大电压Ucemax=Ui+ε, Uo=δUi。
并联型开关电源的开关管所承受的最大电压Ucemax=Ui+Uo+ε, Uo=δUi/1-δ。
变压器耦合并联型开关电源的开关管所承受的最大电压Ucemax=Ui+nUo+ε, Uo=δUi/1-δ/n, 式中ε是开关变压器初级绕组产生的自感电动势, 其大小为L·△i/△t, n表示开关变压器初、次级匝数比。
从上述工作过程中可以看出, 开关管、控制回路和负载是开关稳压电源的三个关键部件, 而启动电路、正反馈闭环电路和稳压控制电路又是确保电源开关管正常工作的三个基本要素。因此开关电源的稳压输出与不仅与负载有关, 也与开关管的导通时间Ton (振荡频率f) 及开关速率有关, 最根本的还是取决于开关管的脉冲占空比及开关速率。
2 开关管损坏的机理分析
通过分析开关电源的工作原理可以得知电源开关管损坏的故障原因主要有:当叠加在开关管集-射极之间的最大电压Ucemax达到或超过开关管本身所能承受的最高反向击穿电压BVCEO (一般为450~650Vpp) 时会引起开关管过压击穿损坏;当流过开关管的集电极电流达到或超过开关管最大允许的极限电流时会出现过流开路损坏;当开关管的工作损耗超过其允许的最大功耗时会出现过耗损坏;开关管本身质量欠佳或管子的电参数不符合规定要求引起的自然损坏。
2.1 过压击穿损坏
(1) 市电输入电压过高, 整流滤波后的非稳定直流电压Ui和开关变压器初级绕组产生的自感电动势ε也会同步升高, 当Ui+ε≥BVCEO时, 开关管会被迅速击穿损坏。
(2) 若有雷电从电源线路引入时, 极高的浪涌尖脉冲会瞬间击穿开关管。
(3) 非稳定直流电压Ui的滤波电容容量下降或严重失效, 虽然Ui有所降低, 但由于其中含有大量的纹波电压成分, 通过启动电路和开关变压器初级绕组分别叠加在开关管的基极和集电极上, 使其基极电流和集电极的电压瞬间急剧升高, 从而击穿开关管, 这是电源开关管过压损坏的主要原因之一。
(4) 尖峰脉冲吸收回路损坏。由于开关管工作在开关状态, 当开关管从饱和状态转为截止状态时, 开关变压器会产生很高的反峰尖脉冲 (高次谐波) 叠加在开关管上, 若该电压达到或超过开关管所能承受的极限电压, 就会击穿开关管。
(5) 若稳压控制电路或正反馈电路元件失常或开关变压器初级绕组局部短路使得输出电压Uo异常升高, 开关变压器各绕组的互感电动势也随之升高, 当叠加的电压高于开关管的极限电压时, 开关管被击穿损坏, 这是电源开关管过压损坏的主要原因之二。
(6) 主负载电路开路。当开关变压器的初级绕组在次级主负载开路时所产生的过高反峰脉冲电压叠加在开关管的集-射极之间会击穿开关管, 因此在维修和调试过程中不允许断开主负载电路。
当然, 在开关管出现过压击穿损坏的同时也伴随有过流现象发生, 但由于开关变压器绕组对电流的阻碍作用, 过流现象往往被过压现象所掩盖。
2.2 过流开路损坏
(1) 负载严重漏电或短路。若行输出变压器、行输出管、S校正电容或逆程电容、行偏转线圈等负载电路出现短路或严重漏电, 输出电压Uo明显降低, 输出电流显著增大, 此时流过开关管的电流也随之增大。当流过开关管的电流达到或超过开关管允许的极限电流时, 开关管就会被过流烧断开路, 这是电源开关管过流损坏的主要原因之一。
(2) 稳压控制电路异常。稳压控制电路中的脉冲调制电路相当于一个可变电阻, 在取样和基准比较电路所产生的误差电压作用下, 用来对开关管进行分流, 以改变其导通时间Ton的长短或振荡频率f (1/Ton) 的高低, 实现输出电压稳定的目的。若稳压控制电路中的任何一个环节出现故障或工作异常, 就会使得流过开关管的电流超过其允许的最大值而损坏开关管, 这是电源开关管过流损坏的主要原因之二。
(3) 启动电路工作异常。开关管的几种启动方式中, 电阻分压式启动电路相当于给电源开关管设置了一个静态偏置工作点, 电路容易起振, 但当开关管由于某种原因而停振时, 仍有一定的正向偏置电流, 引起开关管穿透电流增大而损坏开关管;阻容式启动电路中对启动电容的要求比较严格, 容量大易在市电较低时启动良好。
2.3 过耗损坏
(1) 开关损耗过大。开关管的功耗主要有导通期间的损耗Pon、截止期间的损耗Poff和开关转换损耗Pt。其中Pon由开关管的饱和导通电流Ic、饱和压降Uces以及导通时间Ton决定, 其大小为IcUcesTon/T;Poff由集电极的截止反向漏电流Ico、集电极与发射极之间的管压降Uc以及截止时间Toff确定, 其大小为IcoUcToff/T;Pt主要取决于开关管的饱和导通电流Ic、饱和压降Uces、集电极与发射极之间的管压降Uc以及开关时间 (从截止到饱和的上升时间tr和从饱和到截止的下降时间tf) , 其大小为Ic (Uc+2Uces) (tr+tf) /6T。由于开关管在导通期间的饱和压降Uces和在截止期间的反向漏电流Ico≈0, 所以损耗很小。开关管在整个工作过程中, 主要表现为开关损耗, 而开关时间又是开关损耗的一个重要电参数, 因此在选用开关管时一方面要求tr和tf很小以减少开关损耗, 同时尽量选择饱和压降低和反向漏电流小的大功率管以降低其导通损耗Pon与截止损耗Poff, 否则当功耗达到开关管允许消耗的最大功率时, 开关管就会被过耗损坏, 这是电源开关管过耗损坏的主要原因之一。
(2) 散热不良。由于开关管具有一定的功耗, 在一定的外壳散热条件下, 开关管的温升主要取决于开关管的转换效率和散热表面积的大小, 其粗略的计算公式为:温升=热阻系数×功耗, 而热阻Rooa的大小由散热器的表面积决定, 与外壳到散热器的热阻Roos以及散热器到环境的热阻Rosa有关, 即Rooa=Roos+Rosa。若开关管的转换效率为η=Po/Pi, 则开关管的功耗为Po (1-η) /η。同时随着开关管温度的升高, 开关管的β值和耐压值都会下降, 转换效率降低, 反过来又加剧了开关管的功耗, 造成开关管的过耗损坏。
(3) 正反馈闭环电路工作异常。正常情况下, 正反馈闭环电路给开关管基极提供的脉冲幅度为2Vpp, 若正反馈回路中的电阻阻值变大、电容容量降低或反馈绕组性能不良, 造成反馈的脉冲幅度不足或波形发生畸变, 开关管不能有效准确的进行开关变换, 开关损耗明显增大, 从而引起开关管过耗损坏, 这是电源开关管过耗损坏的主要原因之二。
对于因开关管本身质量欠佳引起的损坏由于不属于本文讨论的范围, 故不作具体分析。
3 开关管损坏的故障特征
(1) 开关管过压损坏的故障特征:开关管在开机瞬间迅速被击穿损坏且无明显温升现象, 同时有其它元器件损坏, 保险管烧断变黑或供电限流电阻开路。
(2) 开关管过流损坏的故障特征:开关管在工作过程中开路损坏且有非常明显的温升, 输出电压降低并伴有其它元器件损坏, 保险管有时烧断变黑、有时完好。
(3) 开关管过耗损坏的故障特征:开关管在工作一段时间后出现击穿或开路性损坏, 管子外壳温升很快, 输出电压降低, 保险管有时烧断变黑、有时完好。
4 开关管损坏的维修技巧
维修实践证明:对于开关管损坏的故障, 一般可根据开关电源的工作原理以及开关管损坏的故障机理和故障特征, 运用电阻法、电压法、电流法、触摸法和示波法等常规维修方法并掌握开关电源的关键测试点参数即可排除。
在开关电源正常工作状态下开机时, 开关管集电极的直流电压约为2 6 0 V~300V。过高说明市电输入过高, 过低说明滤波电容性能不良或失效。关机时该电压一定存在放电过程, 若无放电现象, 则启动电路或开关管电路一定有元器件开路。放电结束后, 用万用表R×1K档测量集电极对地的正反向电阻, 正向电阻为1KΩ~3KΩ, 反向电阻要有充放电现象;若正反向电阻都很小, 则表明开关管一定击穿损坏;若正反向电阻值很大, 则表明启动电路或开关管电路中有开路性故障。
开关管的基极电流通常为1 m A~2mA, 集电极电流应为200mA~350mA左右, 若两者的电流都过大且开关管温升很快, 说明开关管一定存在过流或过耗现象。此时可断开行输出管的基极, 检测负载对地的正反向电阻和输出电压的高低, 如负载对地的正反向电阻正常, 而输出电压降低, 则是开关管过耗, 应重点检查开关管、软启动电路、正反馈电路和稳压控制电路;若输出电压略有升高, 说明是由于负载漏电或短路引起的过流。同理若开关管的基极和集电极电流都过小、输出电压降低且温升高, 则说明开关管过耗, 通常是由于稳压控制电路的分流作用太大引起的。
开关管的发射结电压应为≤|0.3|V左右, 若为0V, 说明开关管发射结击穿或启动电路开路;若为0.6V, 则说明正反馈闭环电路开路或稳压控制电路工作不正常。
用示波器观察开关管基极和集电极的电压波形分别为2Vpp~3Vpp、450Vpp~650Vpp的矩形方波, 过大则会导致开关管过压击穿, 过小容易引起开关管过耗, 若为0, 则表明开关管停振。
如果开关电源各关键测试点的参数基本正常, 但管子的温升比较高, 则是因为散热不良引起的过耗现象, 可通过增大散热面积并在接触面涂上硅胶以提高导热率、减少热阻, 避免开关管过耗损坏。
摘要：通过分析开关电源的工作原理, 阐述了电源开关管过压损坏、过流损坏和过耗损坏的故障机理以及故障特征, 并从大量维修实际的角度, 给出了维修电源开关管的方法和技巧, 对于维修各类开关电源具有借鉴意义。