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咸庆信:开关电源的噪声

2017-1-1 23:56| 发布者: 小编辑| 查看: 188| 评论: 0

摘要:   修复开关电源电路,重新上电后,电源工作时发出较大的噪声,是令人比较挠头的事情,好像很难查到坏件找出故障根源。这种电源噪声,轻者是不稳定的咝咝声,重者是哧啦哧啦(形同拉弧)的声音,虽然临时看来,电源 ...


  修复开关电源电路,重新上电后,电源工作时发出较大的噪声,是令人比较挠头的事情,好像很难查到坏件找出故障根源。这种电源噪声,轻者是不稳定的咝咝声,重者是哧啦哧啦(形同拉弧)的声音,虽然临时看来,电源尚能正常工作,但心底总有一种不踏实的感觉存在,总是觉得这种噪声也是一种潜在的故障,电源在勉力工作着,开关变压器和开关管,一定是承受着不能承受之重,并不是愉快地在干活,像是患了重病的劳工,说不定哪会儿就会倒下。也确实如此,有这种异常噪声的电源,有时会毫无征兆地,开关管就报销了(在工作中或是在一上电的瞬间)。有噪声的电源,使我们在对其它电路的故障检修中,也总会时时担心电源会突然坏掉,有时烦燥上来,会忍不住骂一句:再这样叫,老子要收拾你了(但大多时候是虚张声势啊,这种故障真的好难查啊)!

  开关电源好的工作状态是:上电时有唧的悦耳的一声,提示电源已经正常起振,然后从面板的正常亮起,从电源无声的表现上,我们知道开关管和开关变压器们,正在愉快地工作,让人放心,没事的。

  论坛上有几名网友先后问起过这个问题,我当时就已所能,猜测性地给出了相关解答,但显然都未能指出真正的故障根源,从而解决问题。说实话,我自己也遭遇过一、二次这样的故障,遍查无果之下,也就不了了之了。

  无意之中——事情的了结得是机缘到了才行啊——在检修CDI9200型变频器开关电源故障时,因漏装了一只小电容,发现了开关电源噪声的秘密所在!先看图1~图4的电压采样与反馈(稳压)电路,图中的C53、C22B、C2、C9等电容,对电源的噪声起到至关重要的作用。


  那么开关电源的噪声究竟来源于哪里?通常,开关电源的振荡频率约为40~60kHz,在音频范围之外,处于超音频段。当电源出现刺耳的噪声时,我们会不自觉地会想到,可能由于振荡频率的降低,使振荡频率跌落于音频(20kHz以内)。而实际上,这个可能性是微乎其微的。这是因为,如果真的振荡频率下降两倍以下,开关变压器的绕组感抗随之急剧下降,开关变压器和开关管都会马上会处于严重过载的恶劣境地,冒烟、发烫、烧毁就顺理成章,不可能在此情况下还能长时间持续运行。


  说说我的额外收获吧。当我将图1电路修复(因检查故障,暂时摘掉了C53)后,因漏装了C53,一上电,嘿!面板正常点亮,但电源出现了刺耳的“哧-哧-”声,好像开关变压器高压引脚拉弧造成的声音,害得我赶紧停电,也未查出什么异常,上电后测各路输出电压,都在正常范围之内,通电几分钟后,手摸开关管,也无异常温升。再细看电路,发现漏装C53,摘下的贴片电容,一时又找不到,这个C53应该是多大容量的呢?手头正有470p的瓷片电容,就焊在C53的位置上,重新上电,嘿,一下子耳根清净,开关电源文文静静地正常干活了。

  如图1的C53,或图2中的C22B,其具体作用是什么,有多种说法。一说是为了降低电路的高频增益;一说是决定电路的频率响应;一说是积分电容;一说是抗干扰电容。我查了很多资料,都是泛泛而论,无法彻底地落实它的身份。从图1~图4(结合我所找到其它相关电路),它的容量从4700p~1.5uF,取值范围很宽,但典型取值一般为0.01u或0.1u。如果我用470p,电路也算是正常工作的话,则无意中更拓宽了它的取值范围。这真好像是充电电阻的取值一样,每一家的设计者都有自己的算法,也无法有一个统一标准(能正常干活就中)。

  就图1电路而言,当C53容量取得大一点,使其时间常数数倍于输入信号的变化时间常数,则此电容可以称为积分电容(此时电路为一个积分放大器);当C53容量取得极小,如几百pF,则C53的作用,可不就是为了降低电路的高频增益嘛(此时电路为一个电压比较器)。


  从电路特性讲,动态反映越快,似乎稳压效果越好,电容取得过大,会使电路反应变得迟钝。实践证明,去掉C53后,电路的微分功能被强化,使控制出现过冲(波形状态畸变,导致噪声的出现)。加上C53后,是取消了电路的微分功能,使控制变得“柔和”,如果再继续加大C53,则积分功能凸显,电路的动态响应变得缓慢一些。而实际上,我们以为控制反应是愈灵敏愈好,这是个错觉,控制过程还是柔和一点,工作起来更为稳当。这就是当C53断路,或其容量严重下降时,电路出现噪声的原因。

  遇有开关电源的噪声故障时,不必理会振荡环节,从稳压环节上下点功夫,也会事半功倍。可重点检查C53是否失效,本文因而可给出该类故障的一个参考检修方向。





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