舰艇模块化开关电源的研究及检修

郑锡楚，黄赞能，何洪强

(92823部队，海南三亚 572021)

目前，开关电源向高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化方向发展。由于采用模块组建电源系统具有设计周期短、可靠性高、系统升级容易等特点，模块化电源的应用越来越广泛。当前，舰艇新型武器装备也广泛应用了标准的模块化开关电源。

1 基本工作原理

某型声呐G11(t)+5 V开关电源，220 V 50 Hz交流电压经高频杂波滤波，进入VI－AIM系列模块整流，经220 μF/400 V滤波，变成含有一定脉动成分的310 V直流电压，进入VI－200系列DC－DC转换器，输出的稳定电压再进入 VIRAM系列进行滤波。VI－AIM是一个交流输入模块，具有整流、EMI滤波、瞬变保护及限制涌流等功能，与相兼容的模块 (如:VI－200系列)配合组成完整的电源系统。VI－200系列是高输入电压DC－DC功率变换模块，输入电压从10～400 V，输出电压从2～48 V，输出功率从50～200 W，与VI－AIM(交流输入模块)、VI－IAM(输入抑制模块)配合使用实现电源系统。VI－RAM纹波衰减模块可与VI－200或VI－J00功率变换模块一起使用。连接后，当负载达20 A时，总输出纹波会被衰减至少于3 mV峰－峰值。模块采用有源滤波与无源滤波相结合的电路，可以衰减低频的输入谐波和开关元件所产生的高频杂讯 (DC至20 MHz)，效率达93% ～99%。不需要调节，还具备遥感端和输出电压调节等功能［1］。

美国某公司是大批量生产高密度且能以零电压、零电流开关为核心技术的电源模块厂家，主要产品有AC－DC及DC－DC电源模块，配置式电源(一体化电源)和客户定制电源，其最大特点是功率密度高、可靠性好。第一代VICOR模块的核心技术是ZCS(零电流开关)技术;第二代VICOR模块使用了ZCS/ZVS(零电流/零电压开关)技术。海军新型武器装备模块化开关电源大多数采用VICOR 模块［2］。

2 功能特性

2.1 型号与含义

VI－200系列和VI－J00系列DC－DC功率变换模块的输出功率、输出电压、输入电压标称值及工作温度范围都可以通过具体型号反映出来。该系列模块型号的完整表示分为3段，其型号含义如图1、2所示。例如:VI－261－CW表示VI－200系列，输入电压标称值为300 V，输出电压标称值为12 V，输出功率为100 W，工作温度范围为－25～85℃;VI－J61－CW模块，表示VI－J00系列，输入电压为300 V，输出电压为12 V，输出功率为100 W，工作温度范围为－25～100℃。

图1 Ⅵ－200系列型号及含义

图2 Ⅵ－J00系列型号及含义

2.2 管脚功能

VI－200系列和VI－J00系列DC－DC功率变换模块的输入 (+IN、－IN)、输出 (+OUT、－OUT)、遥测 (+S、－S)、输出电压调整 (Trim)管脚的功能与其它DC－DC模块相同，模块实物及管脚功能具体如下。

+IN、－IN:直流电压输入正、负端。

GATEOUT:当多个模块并联以提高输出功率时，此端输出的脉冲信号可用于模块间的同步。同步信号一般按“雏菊链”连接，即一模块的GATEOUT端连到下一模块的GATEIN端。

GATEIN:是模块接通/关闭的控制端。当它被拉低时 (以 －IN为基准，低于0.65 V，6 mA)，模块关闭停止运行;浮空 (电压小于10 V)时，模块工作。

+S、－S:正、负输出电压感受/遥感端。若+S端电压高于额定输出值的110%，将激活模块的过压保护功能 (VI－J00无过压保护功能)，关闭模块。－S端电位不可超过0.25 V，否则电流限制点将提高。

Trim:此端使输出电压在额定值的5%～110%的范围内可调。

+OUT、－OUT:直流电压输出正、负端。

3 检修方法

3.1 加假负载

为了检测模块化开关电源带负载能力和工作可靠性，必须在开关电源输出端加假负载。假负载一般选择大功率水泥电阻或线绕电阻，负载的大小按被检测模块额定负载来确定，流过假负载的实际电流为开关电源额定输出电流的1/2或1/3，实际消耗功率为额定功率的1/3或更小。

3.2 检修的步骤

1)察看铭牌或电路板标记，确认输入交流电压的电压数和频率 (有些装备使用220 V/400 Hz中频电源)，输出电压的电压和电流值。

2)检查保险丝、大功率电阻、整流二极管(或整流桥堆)等器件是否有烧毁的痕迹。确定输入输出电压部位。

3)在输入端输入额定电压，用万用表测量输出端输出电压是否符合要求。如果为0，则测量220 μF/400 V电容滤波两端的电压是否大约为直流310 V。按照工作原理依次检测，直到查找出故障点。

4)使用示波器检测输出电压波纹情况，确定滤波电容是否容量减少。

5)如果各种输出电压测量符合要求，且艇方反映使用时间稍长就会发生故障，那么可加假负载进行带负载能力和工作可靠性试验，通电工作几个小时，检测输出电压和电流情况。

6)遇到6 A保险丝烧毁的故障时，不要轻易更换保险丝后通电，应用万用表测量静态电阻值。如果条件许可，可以比较同型号板件阻值，判断故障部位。更换故障器件和测量静态电阻值正常后，才在AC 220 V/50 Hz输入端串1 A左右保险丝后空载通电，防止存在故障隐患，进一步扩大故障范围。

4 检修实例

某型声呐G12(t)+5V ±12V开关电源 (图略)，220 V/50 Hz电源经滤波后，通过G1(VIAIM－C1)整流和220 μF/400 V电容滤波，输出约310 V的直流分别给电源模块G2(VI－260－CU)、G3(VI－J61－CX)、G4(VI－J61－CX)，G2(VI－260－CU)输出5 V作为G5(VI－RAM－C2)的输入进一步滤波后输出5 V电压。

故障实例1:无+5 V、+12 V、－12 V电源输出。

检修过程:打开盒盖后仔细检查，6 A的F1保险丝严重过流烧毁，万用表笔一端固定在G1的－OUT，分别测量工作正常和故障的G1在线阻值，结果如表1，比对后推断G1模块VI－AIM－C1损坏。更换G1模块VI－AIM－C1和保险丝F1后，再次测量G1在线阻值，达到正常阻值，通电测量输出电压达到技术要求。为了防止隐形故障造成第二次烧毁模块的现象发生，在AC220 V/50 Hz输入端要加串1 A左右保险丝后方可空载通电。

表1 模块测量阻值表 kΩ

故障实例2:工作5 h后，无电压输出。

检修过程:在+5 V输出端加电流达到6.6 A左右的可变假负载，连续工作进行加带负载能力试验，测量G2模块各脚电压分别为:+OUT5.315 V、+S5.31 V、Trim2.82 V、－S0.35 V 。4 h 后，输出为0。测量G2(VI－260－CU)模块+OUT、－OUT电压为0，+IN、－IN电压为310 V。冷却后，再次通电输出正常，说明是易过热保护现象。在各个模块背面加涂导热硅脂，再次连续工作进行加带负载能力试验，工作5 h，无过热保护现象。

5 结束语

模块化开关稳压电源为舰艇装备提供持续、恒定的电能源，是装备的“心脏”，具有将输入为交流电变换为某一额定电压的直流电的通用共性。如果稳压电源发生故障，将严重影响装备的正常工作。随着海军执行远海护航任务的常态化，对伴随技术保障的综合保障能力和一专多能的素质提出更高的要求，因此，掌握舰艇模块化开关电源工作原理与检修方法，使伴随保障技术人员具备跨专业维修多种型号装备的技术能力，以及提高应急修理保障能力，具有重要意义。

［1］刘选忠.实用电源技术手册:模块化电源分册 ［M］.沈阳:辽宁科学技术出版社，1999.

［2］王水平，贾静，方海燕，等.开关稳压电源原理及设计［M］.北京:人民邮电出版社，2008.