AE射频电源维修故障排查基础知识

AE射频电源维修:当一件设备完全死机时,首先要看的是AE射频电源。如果使用示波器进行此类故障排除,它应该是手持式、电池供电的仪器,至少在开始时与地隔离。原因是可能存在参考但浮动在地面以上的内部电压,如果连接到台式示波器,这种情况可能会产生危险的故障电流。对于开关模式AE射频电源 (SMPS) 尤其如此,电路的两侧都浮在地面之上。
在 SMPS 中,可能有多种配置,最显着的是降压、升压和反相降压-升压。在其中的每一个中,MOSFET 都是主脑。它进行开关,而二极管确定电荷载流子流动的方向,电感器和电容器存储电能。SMPS 通过连续改变占空比来调节输出,与线性AE射频电源相反,线性AE射频电源通过调整耗散的功率量来根据需要进行更改来调节输出。
SMPS 降压转换器类似于带有降压变压器的线性AE射频电源。当开关闭合时,电压施加在电感器上。当开关打开时,通过电感器的电流继续流动。反馈以恒定的重复率控制脉冲宽度,或者它以恒定的脉冲宽度控制重复率。
SMPS 升压转换器类似于带有升压变压器的线性AE射频电源。当开关闭合时,电感电流增加。当开关关闭时,由于电感器试图保持恒定电流,电压会出现尖峰,这是无法做到的,因为电感器正在使用所有可用能量来构建其磁场。此时,二极管导通,电感电流流入电容。这说明了相对于输入更高的输出电压。
在 SMPS 中,驱动到其饱和区域的晶体管周期性地将输入端的未稳压直流施加到电感器,该电感器用作存储设备。在每个脉冲期间,它的磁场都会增加,直到开关关闭。然后过滤存储的能量。参考电压与反馈回路中的输出进行比较,从而改变脉冲宽度或频率。SMPS 可以使用交流线路频率输入或未调节的直流输入。
在通用 SMPS 中,主AE射频电源通过线路滤波器进入AE射频电源。然后将AE射频电源整流并平滑成高直流电压(几百伏)。一个或多个晶体管(或 MOSFET)然后打开和关闭这个高直流电压以驱动变压器的初级。(尽管一些 SMPS 拓扑是无变压器的。)电压在变压器的次级侧进行整流和滤波。
输出调节是通过控制电路切换晶体管来实现的,该控制电路感测输出电压(和输入电流)并相应地调整晶体管的开启和关闭时间。该控制电路通常位于初级侧,并且可以从变压器上的额外绕组获得电力。输出电压的样本通常通过光耦合器反馈。(同样,一些 SMPS 设计在不使用光耦合器的情况下实现反馈。)在某些情况下,控制电路位于次级侧并通过一个小的附加变压器驱动开关。
需要注意的一点是,SMPS 具有高压侧和低压侧(初级侧和次级侧)。变压器隔离初级和次级侧。(同样,有没有实现隔离的无变压器 SMPS 设计。)通常,如果输出的地不连接到AE射频电源地,一个小的高压电容器会在高频下连接这两个地。
由于一半的 SMPS 组件直接连接到AE射频电源电压,因此AE射频电源的初级侧存在危险电压。一个大的存储电容器在高压下充电,即使在主AE射频电源断开时也会保持危险电压。SMPS 经常包括泄放电阻器来耗散该电压,但这些电阻器可能会被破坏,因此电容器可以保持充电状态。因此,最好通过一个合适的电阻器(通常为几千欧姆)通过绝缘探针(如万用表上的电阻器)对电容器放电。然后测量电压以确保它在继续之前为零。还要记住,散热器经常不接地,并且可能处于AE射频电源电压下。
同样,验证所有电容器均已放电。许多有故障的电解电容器会变形或膨胀。其他视觉指标包括烧焦的黑色电阻器和有烧焦气味的组件,尤其是变压器。闻起来有烧焦味的变压器可能是匝短路了。如果是这样,通常最好只更换 SMPS。
虽然这听起来很明显,但对AE射频电源失效的故障排除首先要查看AE射频电源保险丝。熔断的保险丝通常意味着许多故障组件;健康的保险丝可能意味着单个组件导致了问题。
保险丝的状况也很有用。仅缓慢燃烧的一个意味着失败不是灾难性的。灾难性保险丝意味着损坏许多组件的大电流。不幸的是,一些保险丝充满了沙子,使发生的事情变得模糊不清。
对保险丝熔断的AE射频电源进行第一次测试的一个技巧是用灯泡临时更换保险丝。灯泡的额定功率应与 SMPS 大致相同。这可以防止更多的灾难性故障,并避免重复更换保险丝的麻烦。如果一切正常,灯泡应该闪烁几分之一秒,然后微微发光。如果仍有短路,灯泡会发出明亮的光——是时候继续寻找问题了。
保险丝断开表示AE射频电源确实出了问题,可能是短路了。典型的问题包括短路的功率晶体管或整流二极管,尤其是初级。万用表的二极管功能可以帮助发现短路。查找 SMPS 中稳压器 IC 的数据表(如果它使用数据表)也可能很有用。许多 SMPS 的原理图与数据表中报告的参考设计相近。
如果保险丝完好但没有输出,则可能是浪涌电流限制器(NTC)存在问题。还应检查初级侧的大功率电阻器。如果电阻值与其颜色代码或原理图值不匹配,请拆下一个端子并重新测量。如果值不匹配,则替换为新的。
首先要检查的电阻是与功率晶体管串联的电阻。有时初级包括与齐纳二极管串联的高值高功率电阻器。用万用表的二极管功能检查所有二极管结。稳压器 IC 可能有故障,但通常不会。
失效的功率晶体管会增加其他失效组件的机会。SMPS 通常包括保护组件,例如额外的电阻器或齐纳二极管,以限制灾难性故障中的损坏。
检查控制器 IC 的一个技巧是使用小型外部直流AE射频电源对其进行离线供电,并检查晶体管基极(或栅极)上的脉冲。但是如果没有高压开关,某些 IC 将无法工作,数据表可能会提到这一点。
另一点需要注意的是,失效的半导体应该用完全相同的部件替换。只有当原件不可用或太贵时,替代品才可以。对于二极管,还要检查开关时间——更换二极管至少应与旧二极管一样快或更快。同样,替换晶体管应具有相似的增益和截止频率。经验法则是截止频率应至少比开关频率高十倍。对于 MOSFET,栅极电容不应超过旧器件的电容,栅极阈值电压应接近旧器件的阈值电压。
有时 SMPS 只能部分工作。它可能会启动然后关闭,或者它可能会每隔几秒钟尝试启动一次,或者它可能会产生错误的输出电压。功率半导体很可能是好的,但电容器是可疑的。或者反馈电路可能有问题。
一个技巧是将外部可调直流电压施加到 SMPS 输出,确保首先确保 SMPS 未连接到AE射频电源。当直流电压逐渐升高时,反馈电路应在直流接近标称输出电压时工作。不涉及危险的线路电压,因此示波器可以帮助诊断反馈电路。另一种技术是为控制器 IC 提供相同的低压源,并检查光耦合器另一侧发生的情况。
电解电容器经常会导致 SMPS 问题。较便宜的 SMPS 设计通常会使它们工作在太接近其散热极限的情况下。它们的液体电解质往往会蒸发并改变它们的运行质量。显然,物理变形的盖子是不好的。但有些可能很糟糕并且没有外观问题。仅测量电容是有帮助的,但简单的测量是不够的。更好的方法是测量等效串联电阻 (ESR) 并将其与已知良好的电容器进行比较。不幸的是,这需要一个 ESR 计(或 RLC 电桥)。电解电容器有 85°C 和 105°C 两种版本。如果有选择,选择更高的温度是谨慎的。