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3KW电源

1--3千瓦电视发射机开关电源的原理与维修

随着科学技术的发展，电子管电视发射机已更新为全固态电视发射机。

发射机的“高压电源”、“帘栅电源”、“栅压电源”、“灯丝电源”等，已被体积小、重量轻、效率高、成本低的新一代开关电源所取代。

作为发射机生产厂家来说，开关电源都是“外协件”，因此交给用户的发射机说明书中都没有开关电源的电路图和维修资料。

有的开关电源生产厂家为了技术保密，甚至将元器件上标注的型号打磨掉。

这样就给各级电视台的技术维护人员带来了难题。

只好拆下来寄回生产厂维修。

造成了时间和资金上的浪费。

我们根据实物测画出进口和国产1--3千瓦电视发射机的开关电源的方框图（图一）、电路图（图二、A、B图为国产开关电源、C、D图为进口开关电源），发现设计思路与原理基本相同，甚至采用的电路形式和器件也很相似。

选择了一款最具代表性的某公司生产的48V/40A的开关电源进行解析。

并提出对电视发射机开关电源各部分常见故障的维修方法。

提供给同行们，以供参考。

图二（A）国产48V/40A开关电源主电路

图二（B）国产48V/40APWM控制电路

图二（C）进口28V/50A开关电源主电路

图二（D）进口28V/50APWM控制电路

一、开关电源的电路组成与工作原理

1、开关电源的分类及电路组成

（1）、开关电源按负载的连接方式可分为串联型和并联型两种，串联型开关电源因整个机板与电网相通而带电（热底板），不便与其它设备相连，现在已很少使用。

并联型开关电源输出端与电网通过变压器隔离（冷底板），安全性能好，容易与其它设备相连接。

并连型开关电源又分为自激型和他激型两种。

他激式开关电源根据功率大小又分为单管式、双管半桥式、四管全桥式等多种电路。

本文介绍的开关电源就属于并连型他激式四管全桥脉冲可调式开关电源。

（2）、电视发射机开关电源电路是由电源噪声滤波电路、高压整流滤波电路、开关电路（功率变换电路）、低压整流滤波电路、控制电路、接口电路、面板调整显示电路等组成。

2、各单元电路功能及原理

某电视发射机开关电源主电路如图二所示，它的工作过程是:

交流→直流→高频→直流。

下面分别介绍各部分功能及工作原理。

（1）、电源噪声滤波电路

图二中交流输入为220V，FU为保险丝，防止交流负载短路而危及电网。

TH是一个负温度系数热敏电阻，常温下阻值一般在10欧姆左右。

在开机时限制浪涌电流对整流滤波电路的冲击。

通过电流后使其温度升高阻值变小，不阻碍开关电源大电流的需要。

抗干扰电路用于抑制消除外部噪声，也防止转换电路产生的噪声传送到外部对电网形成干扰。

抗干扰电路由L101、L102、C101、C102、C103、C104组成LC滤波网络，L101、L102二个电感绕在同一磁芯上匝数相同，绕向相反，电流通过时产生的磁通因大小相等、方向相反而抵消。

C103、C104组成共模滤波器，用于滤除二导线的共模干扰信号，C101、C102用于滤除差模干扰信号。

当输入端采用三相交流输入时，电路如图三所示

抗干扰电路由二级LC共模滤波器组成，经整流滤波后供给变换电路，此时电压较高，后面的开关电路所用的元器件也要求耐压值增高。

（2）、高压整流滤波电路

为区别于后面的低压整流滤波电路，我们把图二中输入端的整流电路称为高压整流电路，它的作用是把220V交流电压变成310V直流电压，整流电路采用桥式整流，使用一只100A整流桥块，C107、C109是高频滤波电容。

低频滤波电容C108由5只470UF/450V电解电容并联组成。

R102为泄放电阻。

（3）、开关电路（功率变换电路）

该部分电路是将直流电压变换为宽度可调的高频矩形波电压（大约100KHZ），通过变压器T303耦合到下一级电路。

该部分电路主要由V301--V304、C301、T301、T303及外围元件组成。

其工作原理是：

V301--V304、C301、T301、T303构成全桥式主开关回路，它所需要的矩形开关脉冲为宽度可调的脉冲，称为PWM脉冲。

脉冲越宽，开关管导通时间就越长。

T303内存储的能量就越大，次级经整流得到的输出电压就越高。

反之输出电压就越低。

T301是一个脉冲变压器，它把来自CT3--1、2两脚的PWM脉冲信号分配给四个开关管，使它们两个一组轮流导通。

具体过程是这样的：

若在某一瞬间T301的10脚为正，9脚为负。

则在副边四个绕组中10脚的同名端2、4、6、8端皆为正，1、3、5、7端皆为负。

此时V301、V303因栅源电压为正而饱和导通，V302、V304因为栅源电压为负而截止。

电流从电源正极经过V303漏极、源极、T303初级绕组、T302初级、C301、V301到电源负极，构成放电回路。

T303初级绕组中电流从上至下流过。

当另一个相位相差180度的脉冲到来时，T301的9脚为正、10脚为负，9脚的同名端1、3、5、7端为正、2、4、6、8端为负，此时V302、V304因栅源电压为正而饱和导通，V301、V303因栅源电压为负而截止。

从电源正极经过V302、C301、T302初级、T303初级、V304到电源负极构成放电回路。

T303初级绕组中电流从下至上流过。

一个周期的工作过程如图四所示：

图四T301上的PWM脉冲波形图

在PWM脉冲的驱动下，V301、V303和V302、V304交替导通与截止，为高频变压器T303提供高频交变工作电流。

因此在T303次级绕组中就感应出另一电压值的交变电压。

V301---V304为N沟道绝缘栅型场效应管，R301---R304为限流电阻，R305---R308为匹配电阻，D301---D308为箝位保护稳压二极管，R309、C302用来消除谐振。

T302的作用是拾取开关电流检测信号，送到控制电路用作过流保护。

（4）、低压整流输出电路

低压整流输出电路的作用是将T303次级绕组得到的高频矩形波电压经整流、滤波后输出给负载。

D309、D310、D311组成全波整流电路，L301、C306与R312、C307组成两级滤波电路，R312两端同时输出负载电流检测信号，连同48V输出电压取样信号，经CT1输出至控制板用作电流显示和负载短路保护等。

48V输出还经安装在散热片上的温控开关给冷却风扇供电。

D309---D311为高频整流二极管组件，其工作电流较大，损坏后要用同型号或参数相同的二极管代替，切不可盲目代换。

R310、C304和R311、C305用于保护整流管。

C306由四只2200UF/63V电解电容并联组成。

C307由二只2200UF/63V电解电容并联组成。

C308、C309、C310分别为高频滤波和消噪声电容。

（5）、辅助电源

辅助电源由开关继电器控制电路和辅助电源二部分组成。

图二中，辅助电源变压器T101初级由面板上的开关控制，次级输出25V和10V二组电压送到控制板上。

（见图五）25V电压经整流滤波后，一路经LM7818稳压输出18V供给控制电路使用。

另一路经CT6送至开关继电器控制电路。

10V电压经整流滤波后送至LM7805稳压输出5V电压供面板显示调整电路使用。

图二中TH、V101、J、D101、R103、C110和R101组成缓冲开机电路。

以减小开机瞬间电流太大损坏电路元件。

当接通辅助电源开关后，继电器不吸合，R101限制了大电流通过。

由CT6送入的32V电压通过R103给C110充电，当C110两端的电压达到0.7V以上时V101导通，继电器吸合，其常开触点闭合，将R101短路，以满足大电流时R101上不再产生压降。

改变C110的数值可改变继电器的延时时间。

开关电源在电视发射机中使用时，辅助电源开关K是常开的，PWM驱动脉冲早于V101导通之前送入开关电路，并使其工作，输出负载加上几级滤波电容造成的大电流会使TH和R101上同时产生压降，造成开关电源工作电压降低，减小了开机瞬间的大电流冲击。

直到TH发热和V101饱和导通，J吸合将R101短路后,输出端才正常输出48V,这是一个缓冲加载的过程。

由此可看出：

开关电源断电后，要等TH凉了以后再开机，大约需要三分钟。

（6）、控制电路

该控制电路采用目前比较先进的PWM脉宽调制电路，它的作用是控制开关管的工作状态，同时使用输出端检测的电压值来调整PWM的脉冲宽度（占空比），去控制V301---304的导通时间，来改变T303的初级电流，从而改变次级电压的目的。

且在输出异常时关断PWM脉冲来保护开关电源和负载，并将工作状态显示在面板上。

该部分是由PWM脉宽调制电路、PWM驱动电路、稳压控制电路、保护电路、辅助电源电路、接口电路等组成。

如图二（B）所示：

图中的核心电路是SG3525集成电路，为16脚双列直插塑料封装，它的功能是产生PWM脉冲，稳压调整、保护等。

其内部结构图、各管脚的定义如图六和表一所示：

（注：

表一中电压值是在电源空载情况下用SK—6500型数字表测得。

）

图五中LM324是较为常见的四运算放大器，CA3240、LM358是二运算放大器，CA3140是单运算放大器，均为双直列塑料封装。

如图七所示：

D213型号为LM336（有的用TL431），是一种精密并联稳压集成电路。

因其性能好、广泛应用在各种电源电路中。

其封装形式与塑封三极管9013等相同，如图8a所示。

同类产品还有图8b所示的双直插外形的。

下面简要介绍一下控制电路的工作原理：

①、PWM脉冲的产生

如图六所示，SG3525内部的振荡器产生的固定频率的锯齿波分为三路：

第一路通过4脚输出；第二路送到内部双稳态触发器，分成二个相位相差180度的脉冲；第三路送到二个与非门。

同相输入端电压高于反相输入端时，比较放大器输出矩形脉冲与触发器输出的两个相位相差180度的矩形脉冲同时送到两个与非门中，在与非门中相“与”后，分别输出两个相位相差180度的矩形脉冲，经内部的三极管进行功率放大后分别从11、14脚输出。

再经V203---V206进一步放大，从CT3--1、2两脚输出至开关电路。

②、稳压控制电路

从CT1--1、2两脚引入的48V取样电压一路经CT2--5脚送至面板显示输出电压值，另一路经二级电阻限流、分压后加到SG3525--1脚（见图五），通过内部的误差放大器，与2脚的基准电压进行比较。

若输出电压升高时，1脚电压也随之升高，误差放大器通过比较放大器控制PWM脉冲变窄，减小V301---V304的导通时间使通过T303的初级绕组的平均电流减小，从而降低输出电压。

反之若输出电压降低，PWM的脉冲幅度变宽，增加V301---V304的导通时间，使通过T303初级绕组的平均电流增大，从而升高输出电压。

SG3525的2脚电压也可由CT2--1脚外接电位器调整设定，以便手动调整开关电源的输出电压。

同时经CT2--2脚也调整了保护电路的起控点。

③、保护电路

SG3525的8脚为软起动控制端。

本文中8脚用作保护控制。

当该脚输入低电平时，通过内部比较放大器封锁PWM电路。

图五中的过压、过流、过热及远控保护都是通过控制SG3525的8脚电平来实现的。

属于截止型保护电路。

a、过压保护电路

过压保护的目的是为了防止因稳压控制电路异常引起电源输出电压过高而对发射机电路造成损坏。

由CT1--1脚引入48V电压的另一路经过电阻限流分压后送入LM324的5脚，与D213的基准电压进行比较。

若48V电压高出允许值时，LM324的7脚输出高电平。

这个高电平一路经D201加到V202的基极使V202饱和导通，使SG3525的8脚为低电平，从而封锁PWM脉冲，使开关电源无输出。

另一路经CT2--3脚送至面板，使过压指示LED点亮。

过压保护点一般为V。

+15%.

b、过流保护电路

当发射机功放出现过流、漏电等故障时，极易引起开关电源的开关管和整流管因电流过大而损坏。

为避免故障扩大，必须设置保护电路。

过流保护分为负载过流保护和开关电路过流保护。

R312拾取的负载电流信号经CT1--3、4脚分别加到CA3140的3、2两脚，由CA3140运算放大后从6脚输出。

一路经CT2--4脚送至面板换算成电流值显示出来；另一路送入CA3240的5脚。

负载电流越大，R312两端的电压就越高。

当负载电流超过保护值后，CA3140的6脚输出的高电压使过荷LED亮的同时使CA3240的5脚电压高于6脚，此时CA3240的7脚输出高电平，通过电阻和二极管加到SG3525的1脚，使PWM脉冲宽度变为零，迫使开关电路停止工作。

调整电位器W2可调整过流保护点。

一般为I。

+4%.

T302拾取的开关电路电流信号经CT3--3、4两脚送入控制电路，整流后再经D203送至V202基极。

开关电路过流时使D203正向导通而导致V202导通，从而封锁PWM脉冲输出。

开关电路的过流保护起控点可由W3调整决定。

c、过热保护电路

当开关管、整流管电流太大或冷却风扇停转而导致散热片温度过高时，若不及时切断输出会因温度过高烧毁开关管、整流管。

因此电路还设计了过热保护电路，主要是由安装在散热片上的温控开关配合控制电路来实现。

当某种原因导致散热片温度超过设定值后，温控开关接通，由CT4--2脚送出的18V经温控开关、CT4--1脚送回，一路经D202加至V202基极，使V202导通而封锁PWM脉冲，另一路经CT2--10脚送至面板，点亮过热指示LED。

温控开关一般选用80---100度的常开式温控器件。

④、接口电路

接口电路一般用于远程控制和均流供电的发射机使用，图五中LM324（1--3、8--10脚）和LM358就是用于远程控制的调整电路、保护电路。

本文不再详述。

⑤、面板调整显示电路

面板调整显示电路中有一电位器用于调整输出电压和保护电路的起控点。

显示方式有采用数码管显示电压、电流。

也有只采用LED指示过压、过流、过热的，以上文章中已叙述过，不再赘述。

二、开关电源维修

电视发射机开关电源与功放之间，有的采用一对一供电方式，有的采用多个开关电源并联的均流方式供电。

均可热插拔。

在使用中热插拔要尽量快速。

避免在插拔时插头打火，扩大故障范围。

在维修时一般采用熟悉电路、观察、测量等几个步骤。

下边把我们的维修方法介绍给大家，仅供参考。

1、观察

打开开关电源的盖板后，无论故障大小都要先仔细观察，了解它的结构，布局。

（1）、看“电路”

通过找出几个核心元件如：

高压整流桥块、滤波电容、开关管、变压器，集成块后，结合图二即可以基本了解开关电源的电路和布局。

（2）、看故障

和所有的电器一样，高电压、大电流的元器件都是容易损坏的。

因此应先仔细观察几个易损坏的器件。

如保险管是否发黑，整流桥是否炸裂，滤波电容是否有鼓胀、漏液，开关管和整流管外表及引脚附近电路板有无发热痕迹等等。

通过观察到的异常元件，再结合故障现象，即可判断出故障的初步原因和维修部位。

2、测量

测量是指使用万用表判断出故障的元件便于维修（测量控制板时要用数字表）。

（1）、静态测量（不加电），测量几个关键部件的通断。

①保险丝、R101、整流桥。

②高压滤波电容器（注意电容应先放电）、开关管。

③低压整流二极管、输出滤波电容器（注意先放电）。

④C301的电容容量是否和本身的标注一致。

（2）、动态测量（加电），在静态测量找不到故障点时，并确认无明显短路现象时通常加电测量以下几点，判断故障范围。

①输入端的交流电压。

②整流后的310V电压。

③CT3--1、2两脚电压（有条件最好用示波器观察波形）。

④控制电路的电压。

⑤输出电压。

通过这几点的电压基本上可判断故障部位。

开关电源主电路的维修比较简单，故障点容易判断。

如主电路没有故障、310V电压正常但开关电路不工作，CT3--1、2脚测量不到电压（测不到矩形波），就要检查控制电路。

3、控制电路的故障维修

（1）、控制电路最常见的故障是无PWM驱动脉冲。

检修流程如表二：

（2）、+48V输出偏高或偏低，检修流程如表三：

4、维修实例

（1）、无PWM脉冲

故障现象：

一只开关电源无48V输出，面板没有显示。

故障分析：

查看机器内部，观察和测量没有明显的故障点，通电检查310V电压正常，测量辅助电源5V、18V正常，故判断为PWM驱动脉冲故障。

测量SG3525的1、2、8脚电压基本正常。

怀疑SG3525内部电路损坏。

更换SG3525，故障排除。

PWM脉冲检修流程如表二。

（2）、屡烧保险丝的特殊故障原因

故障现象：

一台3KW电视发射机，开机后发现发射机的功率变低，检查发现一只开关电源没有工作。

此发射机是一对一的供电方式，因为一只功放没有供电，造成输出功率降低。

测量开关电源的交流供电，220V电压正常，开关电源面板指示灯全部不亮。

说明故障在开关电源内部。

拔下此电源，打开外壳发现FU保险丝发黑，仔细观察没有发现其它易损件异常。

检测C108、C308无短路现象。

整流桥块正常。

换上同型号的保险丝空载，电源输出电压正常（48V），将开关电源推入发射机，指示灯亮了一下，马上熄灭。

检查保险丝又烧断。

检查功放电路无故障，功放不插入，把已更换保险的电源先放入机器，电源正常，再插入功放，发射机工作正常。

关机后下次再开机时故障重现。

更换另一电源工作后没有发现以前故障，判断是此开关电源内部有隐藏故障。

故障分析：

发现空载时和开机后再加负载，电源均可正常工作，带负载启动就马上烧保险丝，认为是缓冲开机电路故障，认真检查此部分电路，发现C110有漏液并把其中的一根引线腐蚀断开，造成开机后继电器J马上吸合，机器无缓冲加载过程，造成开机电流过大、屡烧保险丝的特殊故障。

更换电容后机器工作正常。

（3）、+48V电压偏高或偏低检修流程

安徽宿州杨宝珊吴义灵