淺析發(fā)射機(jī)脈寬調(diào)制開關(guān)電源原理及故障檢修方法

馮守恒 勞善好 許程遠(yuǎn) 陳志鵬 韋增業(yè)

（廣西廣播電視技術(shù)中心欽州分中心）

一、引言

電源是所有電子設(shè)備的核心要素之一。沒有電源供電，電子設(shè)備就無法工作。脈寬調(diào)制開關(guān)電源可以達(dá)到90%及以上的轉(zhuǎn)換率，被各電子設(shè)備選擇其來用作供電電源。而廣播電視發(fā)射機(jī)中的激勵(lì)器也用到脈寬調(diào)制開關(guān)電源。本文以浦北轉(zhuǎn)播臺凱騰1KW模擬電視發(fā)射機(jī)激勵(lì)器中的脈寬調(diào)制開關(guān)電源為例，介紹脈寬調(diào)制開關(guān)電源原理及故障檢修方法。

圖1 PWM輸出過程框圖及與控制電壓波形關(guān)系

二、脈寬調(diào)制開關(guān)電源的工作原理

（一）PWM脈沖輸出與控制電壓的關(guān)系

脈寬調(diào)制開關(guān)電源的靈魂是PWM脈沖。所謂脈寬調(diào)制就是說通過調(diào)節(jié)脈沖的占空比D控制開關(guān)管的飽和導(dǎo)通與截止關(guān)斷來達(dá)到穩(wěn)定的直流電壓。如圖1所示，從框圖看出PWM脈沖的形成原理比較簡單，誤差放大器、鋸齒波發(fā)生器、比較器三個(gè)一起加上符合條件的電壓輸入就得到PWM脈沖。圖1中框圖部分，和通過誤差放大器后輸出一個(gè)控制電壓。這個(gè)電壓是一個(gè)非恒定電壓，它會(huì)與鋸齒波通過比較器都得到PWM脈沖。其波形關(guān)系圖1下半部分說明，從波形中看出當(dāng)鋸齒波電壓比控制電壓小的時(shí)候比較器輸出高電平，反之比較器輸出低電平。隨著控制電壓電壓大小不一樣，從比較器得到的高低電平的時(shí)間比值就發(fā)生改變，即D的大小也不一樣（如公式1-1）。

（二）基于KA7500C芯片的開關(guān)電源電路

凱騰1KW模擬電視發(fā)射機(jī)激勵(lì)器脈寬調(diào)制開關(guān)電源，使用基于KA7500C它激式脈寬調(diào)制開關(guān)電源,其實(shí)物圖如圖4所示。其部分原理圖如圖2所示。

開關(guān)電源由于開關(guān)管需要激勵(lì)信號，按激勵(lì)方式劃分為它激式和自激式兩種方式。從圖2原理圖看出，大功率開關(guān)管激勵(lì)信號來源與芯片KA7500C。激勵(lì)信號只是通過互感線圈T1放大后推動(dòng)大功率開關(guān)管，也可以說是開關(guān)管的導(dǎo)通與截止是由KA7500C直接控制。此圖是屬于它激式開關(guān)電源的原理圖。

圖2中原理圖電路工作時(shí)信號是從左往右單向流通。從左邊交流電輸入開始經(jīng)過L1濾波，再經(jīng)過整流橋VD1整流及大電容C5、C6得出一個(gè)相對高電壓直流電。直流電經(jīng)過開關(guān)管V1、V2的斬波，此時(shí)在主耦合變壓器T1的作用下電信號得以傳到該變壓器的另一側(cè)。最后有后續(xù)電容濾波整形，就得到穩(wěn)定的設(shè)定電壓輸出。因?yàn)殡娫匆獛в胸?fù)載，負(fù)載大小并非固定不變的。就在輸出電壓處，采樣一個(gè)反饋電壓回到控制芯片KA7500C。通過一個(gè)反饋電壓，KA7500C就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)PWM信號以驅(qū)動(dòng)開關(guān)管工作。這一反饋電壓就對應(yīng)圖2的。

圖2 基于KA7500C開關(guān)電源原理圖

簡要說明引腳與波形的聯(lián)系。圖3中的3腳是一個(gè)反饋電壓輸入端，4腳是死區(qū)控制端，比較器輸出1、2是KA7500C內(nèi)部波形并無輸出到芯片外。8、11腳雙端輸出，兩路輸出脈沖相位差半個(gè)周期，送到如圖4中V3、V4組成的推挽功率放大電路去進(jìn)行放大后，通過變壓器T2傳送給開關(guān)管V1、V2。

三、故障檢修實(shí)例

（一）故障現(xiàn)象

在發(fā)射機(jī)開機(jī)時(shí)間，激勵(lì)器各種指示燈處于燈滅狀態(tài)，按激勵(lì)器的開關(guān)鍵和復(fù)位鍵無響應(yīng)。

（二）故障分析

經(jīng)過上文對開關(guān)電源的原理分析得知，從信號流從左到右上看，常見的故障有保險(xiǎn)管燒斷，這樣會(huì)引起整個(gè)電路沒有供電。此時(shí)用萬用表測量整流電容很容易判斷。如果是整流橋損壞，整個(gè)電路包括大電容兩端就沒有一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，這樣個(gè)不能讓電路正常工作輸出額定電壓值。開關(guān)管VT1、VT2是對變壓器整流的高直流電壓進(jìn)行斬波，如果其中一個(gè)管子損壞都引起輸出端不正常輸出。核心部分的KA7500C芯片分析來看，如果其他部件沒損壞，芯片也自身引起電路非正常工作。KA7500C最主要的作用是通過輸出負(fù)載的情況產(chǎn)出PWM波，使輸出穩(wěn)定的電壓值。在檢修電路時(shí)候必須注意此芯片有無起振，8、11腳有沒有PWM輸出到VT1、VT2的柵極。芯片是通過反饋電壓來調(diào)整PWM的占空比，如果反饋的電壓不正確也不能使輸出電壓為額定值。

（三）故障檢修

激勵(lì)器脈寬調(diào)制開關(guān)電源為多輸出電源，實(shí)物圖如圖4所示。即在輸出端可以輸出兩種以上電壓的電源。上文提到在臺站應(yīng)急時(shí)用萬用表測量內(nèi)部開關(guān)電源供電情況，發(fā)現(xiàn)開關(guān)電源輸出電壓與銘牌上不一致而且相差甚遠(yuǎn)。用肉眼觀察其各個(gè)元器件并無燒毀現(xiàn)象，排除器件燒毀導(dǎo)致無輸出的可能。

本開關(guān)電源外殼上標(biāo)明Vo1：12V，Vo2：5V。在臺站已證明兩輸出端口其對GND電壓均為非零低電壓。開關(guān)電源為了得到兩種以上輸出電壓必需用到穩(wěn)壓芯片。這個(gè)開關(guān)電源為了得到12V和5V的電壓輸出就用到了378R12和3052V兩種芯片。這兩種芯片就能使終端輸出得到12V和5V的電壓。這兩片芯片在同一個(gè)開關(guān)電源中有一個(gè)特點(diǎn)，就是它們的輸入電壓是一樣的?，F(xiàn)拆開該開關(guān)電源的保險(xiǎn)管，用一個(gè)30W的白熾燈串聯(lián)其中。白熾燈的主要作用是，在某處短路可以起到保護(hù)整個(gè)電路作用，還有如果有電流流入負(fù)載白熾燈會(huì)比較亮。在開關(guān)電源輸入處接通交流工頻電后發(fā)現(xiàn)燈泡光線非常微弱，開關(guān)電源再接對應(yīng)電壓負(fù)載后燈泡依然無大變化。用萬用表測整流電容兩端最高電壓為300V說明整流部分沒有故障。因?yàn)閮善€(wěn)壓芯片輸入具有電壓一致性，就用萬用表測量其輸入電壓發(fā)現(xiàn)兩片穩(wěn)壓芯片對GND電壓均為非零低電壓。根據(jù)以上兩個(gè)動(dòng)作初步判斷，主耦合變壓器,開關(guān)管V1、V2,放大管V3、V4,PWM芯片KA7500C有故障。用萬用表測V1、V2、V3、V4這幾個(gè)管并無擊穿短路現(xiàn)象，又測量發(fā)現(xiàn)變壓器無燒斷開路。再用示波器的探針固定于KA7500C的8、11腳，并把示波器調(diào)至單觸發(fā)狀態(tài)。把開關(guān)電源斷交流電，稍后重新對其上電。發(fā)現(xiàn)示波器并沒有抓到任何波形脈沖。就說明KA7500C并沒有起振。把探針固定于KA7500C的Vcc供電腳，就是芯片的第12腳。重復(fù)上述動(dòng)作。此時(shí)示波器得到一個(gè)時(shí)間短暫的脈沖波形。這波形是通電時(shí)的從T1互感到Vcc的起振電壓。到此斷定是KA7500C有故障，無法提供PWM脈沖，使整個(gè)開關(guān)電源正常工作。

圖3 KA7500C芯片引腳圖及其工作時(shí)各管腳的波形圖

將開關(guān)電源中的原KA7500C拆卸，換上新的KA7500C。上電后用萬用表直接測量輸出端，得到兩個(gè)電壓值均與銘牌標(biāo)的電壓值一致。給開關(guān)電源接上負(fù)載，發(fā)現(xiàn)串聯(lián)在保險(xiǎn)管處的白熾燈光線明顯比無負(fù)載時(shí)強(qiáng)。說明有電流流通。到此已把故障消除，該開關(guān)電源恢復(fù)正常狀態(tài)，并可以放回臺站當(dāng)備件使用。

圖4 待修開關(guān)電源實(shí)物圖

四、總結(jié)

維修電子設(shè)備是理論與實(shí)踐的結(jié)合，要認(rèn)真查找及閱讀大量的相關(guān)資料、文獻(xiàn)，了解機(jī)器的工作原理、系統(tǒng)的信號流和操作注意事項(xiàng)，才能高效精準(zhǔn)地處理故障。我們作為廣播電視維護(hù)人員必須要以安全播出為核心，爭分奪秒為機(jī)器正常運(yùn)行保駕護(hù)航。通過這次對脈寬調(diào)制開關(guān)電源的理論學(xué)習(xí)，在同事們共同努力下，運(yùn)用理論指導(dǎo)排查、消除故障使我受益匪淺，也讓我增加信心面對新的挑戰(zhàn)。