離線開關(guān)電源PWM開關(guān)和故障模式DC-DC變換器

　　摘要

　　今天的電壓調(diào)節(jié)模塊（VRM）采用離線式開關(guān)電源技術(shù)。傳統(tǒng)上，當它們失敗時，它們通常被丟棄，因為它們對調(diào)試很有挑戰(zhàn)性，因此很難替換。這些失效模塊的研究揭示了一些常見的失效模式。有些故障是由其它系統(tǒng)的被動元件造成的，這些元件在重復(fù)電應(yīng)力后失效。認識到這些常見的故障模式給開關(guān)電源帶來了新的生命。

　　離線開關(guān)電源操作

　　PC電源塊和其他專用電源被稱為開關(guān)電源或開關(guān)電源。它們將線路交流電壓轉(zhuǎn)換為低壓大電流直流。典型的開關(guān)電源可以簡化，如圖1的方框圖所示。圖2演示了典型的推挽開關(guān)電路。

　　在大多數(shù)開關(guān)電源中，120 VAC或240 VAC輸入首先通過熔斷器和線路濾波器。交流輸入，然后整流全波橋式整流器和過濾由一對高壓電容器。這將從全波橋的一側(cè)產(chǎn)生兩個高壓源，一個是正的，另一個是負的。對于120伏交流電在60赫茲的直流電壓是

　　?1.414 Vrms?2 = 338 V（169 V?）。紋波是120赫茲，很容易被高頻直流到直流電源級濾波。

　　然后使用一對晶體管將這些高壓電源切換到變壓器初級繞組上。這種開關(guān)動作非?？?，通常開關(guān)速度在50千赫300千赫左右。一個集成電路如5001或TL494是常用的在這個轉(zhuǎn)換速率控制的晶體管。這種集成電路不僅控制晶體管的開關(guān)速度，而且控制每個晶體管的導(dǎo)通時間。這種脈寬調(diào)制（PWM）設(shè)置了器件的通斷特性。電源的輸出電壓是由這個定時決定的。

　　其他功能設(shè)計的PWM控制器有助于調(diào)節(jié)，穩(wěn)定，并提供更高的負載電流和瞬時電流的要求。這些功率晶體管充電和放電變壓器初級，從而誘導(dǎo)權(quán)力的次級繞組。線路和直流電源電壓之間的隔離使用這種互感互感器來實現(xiàn)。

　　變壓器的輸出（現(xiàn)在是開關(guān)頻率的脈沖寬度調(diào)制電壓），然后通過特殊的高速二極管整流，使之回到直流。對于5-VDC輸出，通常有兩個二極管封裝在一個單一的包。這個軟件包通常是一個TO-220或TO - 218三引腳封裝。12 VDC和±5-VDC輸出各有自己的雙輸出二極管。這些輸出不是純DC，需要進行廣泛的濾波，以消除晶體管開關(guān)動作產(chǎn)生的高頻分量。濾波是在低通配置中使用電感和電容的組合完成的。

　　通過將一些輸出反饋到控制開關(guān)晶體管的集成電路中來調(diào)節(jié)電源的輸出電壓（見圖2）。

　　控制芯片的故障可以導(dǎo)致各種電源故障模式，從調(diào)節(jié)和/或響應(yīng)的減少，到完成輸出故障。集成電路中的保護調(diào)用所有控制信號的關(guān)閉，關(guān)閉模塊。

　　圖1顯示了典型的線路開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器的簡單圖。這是一個特殊的接受240伏交流電，并將線路隔離使用變壓器的初級和次級繞組，和一個光耦反饋線從穩(wěn)壓輸出的直流電壓解耦。這個方框圖象征著單個和同步晶體管開關(guān)元件和通常使用的相關(guān)控制IC。