開關(guān)電源變壓器解析，如何判斷開關(guān)電源變壓器的好壞

　　開關(guān)電源變壓器是加入了開關(guān)管的電源變壓器，在電路中除了普通變壓器的電壓變換功能，還兼具絕緣隔離與功率傳送功能一般用在開關(guān)電源等涉及高頻電路的場(chǎng)合。

　　開關(guān)電源變壓器和開關(guān)管一起構(gòu)成一個(gè)自激（或他激）式的間歇 振蕩器，從而把輸入直流電壓調(diào)制成一個(gè)高頻脈沖電壓。起到能量傳遞和轉(zhuǎn)換作用。在反激式電路中， 當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器把電能轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)能儲(chǔ)存起來，當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)則釋放出來。 在正激式電路中，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓直接向負(fù)載供給并把能量?jī)?chǔ)存在儲(chǔ)能電感中。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，再由儲(chǔ)能電感進(jìn)行續(xù) 流向負(fù)載傳遞。把輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成所需的各種低壓。

　　開關(guān)電源變壓器的基本組成：

　　開關(guān)電源變壓器的主要材料：磁性材料，導(dǎo)線材料和絕緣材料是開關(guān)變壓器的核心。

　　磁性材料：開關(guān)變壓器使用的磁性材料為軟磁鐵氧體，按其成分和應(yīng)用頻率可分為MnZn系和NiZn系兩大類。前者具有高的導(dǎo)磁率和高的飽和磁感應(yīng)，在中頻和低頻范圍具有較低損耗。磁芯的形狀很多，如EI型，E型，EC型等

　　導(dǎo)線材料—漆包線：一般用于繞制小型電子變壓器的漆包線有高強(qiáng)度聚酯漆包線（QZ）和聚氨酯漆包線（QA）兩種。根據(jù)漆層厚度分為1型（薄漆型）和2型（厚漆型）兩種。前者的絕緣涂層為聚酯漆，具有優(yōu)越的耐熱性，絕緣性抗電強(qiáng)度可達(dá)60kv/mm;后者絕緣層為聚氨酯漆，具有自粘性強(qiáng)，有自焊性能（380℃），可不用去漆膜就可直接焊接

　　壓敏膠帶：絕緣膠帶抗電強(qiáng)度高，使用方便機(jī)械性能好，被廣泛應(yīng)用在開關(guān)變壓器線圈的層間，組間絕緣和外包絕緣。必須達(dá)到下列要求：粘性好，抗剝離，具有一定的拉伸強(qiáng)度，絕緣性能好，耐壓性能好，阻燃和耐高溫

　　骨架材料：開關(guān)變壓器骨架與一般的變壓器骨架不同，除了作為線圈的絕緣與支撐材料外，還承擔(dān)了整個(gè)變壓器的安裝固定和定位的作用，因此制作骨架的材料除了滿足絕緣要求外，還應(yīng)有相當(dāng)?shù)目估瓘?qiáng)度，同時(shí)為了承受引腳的耐焊接熱，要求骨架材料的熱變形溫度高于200℃，材料必須達(dá)到阻燃，且還應(yīng)加工性好，易于加工成各種形狀。

　　開關(guān)電源變壓器的分類及其參數(shù)：

　　開關(guān)電源變壓器分單激式開關(guān)電源變壓器和雙激式開關(guān)電源變壓器，兩種開關(guān)電源變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)并不是一樣的。單激式開關(guān)電源變壓器的輸入電壓是單極性脈沖，而其還分正反激電壓輸出；而雙激式開關(guān)電源變壓器的輸入電壓是雙極性脈沖，一般是雙極性脈沖電壓輸出。

　　特性參數(shù)：

　　電壓比：指變壓器的初級(jí)電壓與次級(jí)電壓的比值。

　　直流電阻：即銅阻。

　　效率：即輸出功率/輸入功率*100［%］

　　絕緣電阻：變壓器各繞組之間及對(duì)鐵心之間的絕緣能力。

　　抗電強(qiáng)度：變壓器在1秒或1分鐘之內(nèi)能承受規(guī)定電壓的程度。

　　開關(guān)電源變壓器好壞的判斷：

　　修理開關(guān)電源電路的間歇振蕩故障，代換完除開關(guān)變壓器以外的所有懷疑元件后，往往對(duì)開關(guān)變壓器的好壞仍不能得出較為確切的結(jié)論，在尚懷疑惑的情況下，不得不放棄維修。如果此際將檢修再深入一步，能確診開關(guān)變壓器的好壞，即能避免功虧一簣，使修復(fù)圓滿。

　　說到驗(yàn)證開關(guān)變壓器的好壞，什么感應(yīng)法啊，振鈴法/波形法等等啊，總是有局限的法子，依賴對(duì)比數(shù)據(jù)，依賴檢測(cè)者的經(jīng)驗(yàn)。如果有簡(jiǎn)短直捷的法子，檢測(cè)結(jié)果又是明明白白的，就好了啊。比如為開關(guān)電源送入一個(gè)相對(duì)安全的低壓，使電路處于非穩(wěn)壓開環(huán)狀態(tài)，對(duì)負(fù)載電路也不會(huì)形成什么危害，可以放心大膽地為開關(guān)電源加電，就好了啊。那么為電路加多少伏直流電壓算是安全電壓呢？

　　恰巧，正好手頭有一款開關(guān)變壓器的繞組數(shù)據(jù)，DC500V繞組與5V繞組的匝數(shù)比約為20：1，5V繞組為5匝，500V繞組為100匝。振蕩芯片采用3844，輸出脈沖最大占空比為50%。由可以進(jìn)行粗略估算，當(dāng)電路開環(huán)工作時(shí)，開關(guān)管最大占空比輸出時(shí)，500V繞組允許最高電壓輸入值為200V。由此可知，此開關(guān)電源當(dāng)輸入電壓不高于DC200V時(shí)，能保證二次負(fù)載電壓不會(huì)高于額定值。

　　可見，對(duì)于該電路，只要在原電源的DC530V電源輸入端輸入低于200V的直流供電；為3844直接提供高于16V（起振電壓）如18V的供電，不需改變?cè)妷簶?gòu)成，即可直接驗(yàn)證開關(guān)電源電路中開關(guān)變壓器及其它元件的好壞了。在開環(huán)工作狀態(tài)下，開關(guān)變壓器各繞組輸出的電壓，應(yīng)該和其匝數(shù)比成正比/線性關(guān)系，若滿足此條件，說明開關(guān)變壓器是好的，若二次繞組輸出電壓顯著低于此值，說明開關(guān)變壓器不良。

　　但這不是通例！近修一臺(tái)施耐德ATV31型45kW變頻器的開關(guān)電源，開環(huán)狀態(tài)下，輸入電源電壓達(dá)DC50V以上后，各路輸出電壓即已達(dá)到額定值附近！

　　可見，每臺(tái)變頻器的開關(guān)變壓器因設(shè)計(jì)一次側(cè)匝數(shù)的不確定和不統(tǒng)一，不可貿(mào)然送入較高的供電電壓，手頭最好有無級(jí)或變擋可調(diào)的DC0~200V（100V）電源，先從低電壓送起，同時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電壓， 使之低于額定輸出電壓便于工作于監(jiān)測(cè)為宜。而這種檢修過程，往往帶給人驚喜：在驗(yàn)證開關(guān)變壓器好壞的同時(shí)，故障元件也同步現(xiàn)出原形了。

　　先看圖，上圖為并聯(lián)在開關(guān)變壓器一次繞組N1兩端的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)。（a）、（b）、（c）分別為常見的三路電路模式（如復(fù)合式等，都是我暫時(shí)起的名，也許不夠確切），其目的是提供開關(guān)管的反向電流通路，抑制開關(guān)管截止期間漏/源（或集電極/發(fā)射極）極間反向電壓的幅值，保護(hù)開關(guān)管的安全及避免磁勢(shì)積累。 當(dāng)（a）電路中的C29漏電；（b）電路中的Z1~Z3擊穿或漏電；（c）C電路中的Z101擊穿或漏電時(shí)，導(dǎo)致開關(guān)變壓器過載，其二次繞組感生電壓降低。此時(shí)，對(duì)開關(guān)管Q1/T103來說，雖然不會(huì)導(dǎo)致其過載（正處于截止期間），但因二次繞組的感生電壓降低（參見圖2電路），當(dāng)N2繞組感生電壓偏低（如低于10V/PC1的欠電壓動(dòng)作閥值）時(shí)，引起內(nèi)部振蕩電路停止工作，出現(xiàn)間歇振蕩的故障（表現(xiàn)為打融）現(xiàn)象。注意，此電壓間歇振蕩現(xiàn)象是由PC1的欠電壓動(dòng)作所引起，而非常規(guī)的由二次負(fù)載電路過載所引起的過載保護(hù)，此時(shí)檢查負(fù)載電路，當(dāng)然不會(huì)存在過載故障。

　　我們?cè)賮砑?xì)看一下，當(dāng)圖1中（a）電路的C29雖然已經(jīng)漏電損壞，但其漏電電阻達(dá)數(shù)千歐姆時(shí)；當(dāng)圖1中（b）電路的Z1~Z3擊穿或漏電，但其擊穿電壓達(dá)數(shù)伏以上（超出數(shù)字萬用表二極管擋的量程，或擊穿電壓達(dá)9V以上，超出指針萬用表內(nèi)部電池的電壓值）或其漏電電阻也為數(shù)千歐姆時(shí)；圖1中（c）電路的雙向擊穿二極管Z101擊穿或漏電時(shí)，無論是指針式萬用表或數(shù)字式萬用表，即使我們耐心細(xì)致地測(cè)量了多次，也可能無法得出C29、Z1、Z101已壞的準(zhǔn)確結(jié)論！

　　方便起見，以圖2中N1兩端并聯(lián)的電路為例，當(dāng)C4的漏電電阻達(dá)數(shù)千歐姆時(shí)，如果用數(shù)字式萬用表的二極管擋來測(cè)量（將表筆搭于C4兩端）正、反向測(cè)量?jī)纱蔚脑?，顯然，其中一次測(cè)量結(jié)果是D2的正向?qū)▔航担淮螠y(cè)量顯示為無窮大“1”，無法得出C4已經(jīng)漏電的準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果；如果用指針式萬用表的電阻擋不測(cè)量的話，所測(cè)得數(shù)值為C4漏電阻和R8和相關(guān)聯(lián)并聯(lián)外電路的總并聯(lián)電阻值，因此數(shù)值較大，也不容易使人判斷C4已經(jīng)漏電損壞。

　　像圖1的（b）電路，當(dāng)Z1雖然已經(jīng)損壞，但其擊穿值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于萬用表內(nèi)電池電壓時(shí)，所測(cè)也僅為二極管的正向電阻值（或正向?qū)▔航担?，其反向電阻值也是極大的；圖1的（c）電路，如果其故障擊穿值遠(yuǎn)高于萬用表內(nèi)部電阻電壓時(shí)，則其正、反向?qū)▔航祷蛘?、反向電阻值都是極大的，根本無法判斷其已經(jīng)壞掉！

　　應(yīng)該知道，電容漏電或二極管的擊穿狀態(tài)，只有當(dāng)加于元件兩端的電壓高于一定閥值時(shí)，元件的故障狀態(tài)才會(huì)有所表現(xiàn)。萬用表在低電壓條件下的測(cè)試，故障元件有時(shí)卻會(huì)“表現(xiàn)正常”。這也是電工師傅在測(cè)試電纜或繞組之間的絕緣時(shí)，為何要丟開萬用表換用絕緣搖表的緣故。

　　綜上所述，當(dāng)圖中的C29、Z1、Z101等元件損壞后，事實(shí)上我們對(duì)該元件測(cè)量了多遍， 仍為測(cè)量結(jié)果所蒙蔽時(shí)，而對(duì)其它元件的測(cè)量判斷也非常顯明（沒有問題）時(shí)，這時(shí)腦海中也會(huì)就會(huì)冒出一個(gè)故障判斷，也許是開關(guān)變壓器壞掉（內(nèi)部匝間短路）了吧？有的維修者可能會(huì)采取進(jìn)一步的措施，如用振蕩小板代替除3844及全部外圍電路（N1繞組兩端并聯(lián)的電壓吸收回路卻沒有動(dòng)它），代用后結(jié)果仍然是故障依舊，如此似乎更證實(shí)了開關(guān)變壓器的故障嫌疑。如果手頭同型號(hào)的開關(guān)變壓器可以代換試驗(yàn)的話，則應(yīng)該輕易修復(fù)的故障機(jī)器，也許從此就會(huì)沉睡在某一角落里了。

　　可以想見，開關(guān)變壓器壞掉的機(jī)率是極低的，對(duì)于間歇振蕩所表現(xiàn)出來的“疑難故障”，所以會(huì)誤判為開關(guān)變壓器損壞，是說明我們的故障檢測(cè)方法上，還是有局限之處。

　　下面看兩例故障檢測(cè)實(shí)例：

　　1、開關(guān)電源上電后出現(xiàn)打嗝聲，測(cè)各路輸出直流電壓均極低，且不穩(wěn)定。先從負(fù)載電路查起， 無損壞元件。后來重點(diǎn)檢測(cè)N1繞組所并聯(lián)的電壓吸收網(wǎng)絡(luò)，感覺未有異常。拿來振蕩小板，將振蕩芯片及外圍電路全部代替，上電后故障依舊。說明、振蕩、穩(wěn)壓環(huán)節(jié)皆無問題，重查負(fù)載電路也無異常。檢修陷入困境。

　　想到是否開關(guān)變壓器壞掉？得首先排除這個(gè)可能性。

　　直接向3844的7、5腳接入DC18V，在開關(guān)電源的DC530V電源輸入端，接入DC100V，上電后，電路起振工作，一會(huì)兒，圖（c）電路中的Z101開始冒煙。觀察此電路為復(fù)合式電壓吸收電路，Z101兩端尚并聯(lián)有阻容吸收電路，臨時(shí)摘掉Z101后，測(cè)各路直流輸出電壓，其高低與輸入電壓皆成比例（此時(shí)開關(guān)變壓器的好壞已不言自明）。

　　至此，故障原因真相大白，用3只100V穩(wěn)壓管串聯(lián)代替Z101，上電試機(jī)，開關(guān)電源工作恢復(fù)正常。

　　2、故障現(xiàn)象同上，檢查方法同上，通電后，Z1、Z2過熱冒煙，此時(shí)開關(guān)變壓器的好壞已不言自明，間歇振蕩故障的“元兇”也已經(jīng)藏身不住了。用兩只120V穩(wěn)壓管代替Z1、Z2，上電后開關(guān)電源工作恢復(fù)正常。

　　最后再交代一下吧。那么為何用原供電DC530V，電路處于間歇振蕩，而為電路分別接入DC18V和DC100V，即能很快使故障元件無處藏身呢？請(qǐng)參見圖2電路。

　　1、PC1振蕩芯片的供電取自N2繞組，當(dāng)C4嚴(yán)重漏電時(shí)，開關(guān)變壓器儲(chǔ)能不足，N2感生電壓降低，PC1內(nèi)部欠電壓檢測(cè)電路動(dòng)作，電路處于間歇振蕩狀態(tài)。

　　獨(dú)立為PC1送入DC18V供電后，PC2則能一直穩(wěn)定工作，進(jìn)而使故障元件暴露出來。

　　2、在開關(guān)電源的DC530V供電端子送入DC100V，這是一個(gè)保險(xiǎn)電壓，可以在因故障而穩(wěn)壓失控的情況下，使各路直流輸出電壓不致超過額定值而損壞負(fù)載電路，此供電電壓下，可以放心地檢測(cè)電路各部分的工作狀態(tài)，從而使故障根源暴露出來。如果手頭有0~200V可調(diào)直流電源當(dāng)然更好，在監(jiān)測(cè)輸出電壓的同時(shí)，緩慢調(diào)高輸入電源電壓，還可進(jìn)一步檢測(cè)電路由開環(huán)進(jìn)入穩(wěn)壓控制的過程，驗(yàn)證電路的穩(wěn)壓環(huán)節(jié)是否正常。