机载计算机开关电源常见故障分析

王 栋 冯 倩 张斌峰

（中航工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710068）

机载计算机开关电源常见故障分析

王 栋 冯 倩 张斌峰

（中航工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710068）

随着航空电子设备的迅速发展，越来越多的电子设备被应用到飞机上。开关电源是机载计算机重要的组成部分，直接影响到计算机的正常工作，文章重点介绍了机载计算机开关电源的构成和工作原理，并总结了故障排除思路与方法。

开关稳压电源；PWM；推挽电路；过流保护；过压保护

近年来随着航空电子设备的迅速发展，机载计算机的发展日新月异。机载电源模块是机载计算机的直接供电设备，是机载计算机的重要组成部分。开关电源因具有功耗小，效率高，体积小，重量轻，稳压范围宽，线性调整率高等诸多优点而被采用。本文主要阐述了一种三路输出开关电源的组成和基本工作原理，并对其中常见故障进行分析并提出了维修方法。

1 开关电源基本工作原理和模块组成

本文所述开关电源属于降压式开关稳压电源，其工作原理是：+28V电压进入电源经过一次整流滤波后，把+28V直流转换成高频脉冲的交流源，再经过二次整流滤波后，得到三路稳定的直流输出电压，同时在输出部分有采样电路将采集的电压信号反馈给控制电路，脉宽调制电路通过改变占空比以达到稳定输出电压的目的。

本文所述的开关电源主要由5部分构成，如图1所示。

图1　开关稳压电源电路结构图

1.1输入电路

输入电路主要是由电感和电容组成的两个L形滤波电路，其功能是把输入的直流波动电压滤波成纹波电压符合设计要求的直流电压，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到输入端。

1.2功率变换电路

由图2可以看出，功率变换电路主要为他激型推挽电路,该种电路实际上是由两个单端正激式开关稳压电源电路组成，它们工作时相位相反，在每一个工作周期内，两个功率开关管交替导通和截止，在各自导通的半个周期内，分别把输入电源的能量提供给后端，是开关电源的核心部分。

图2　功率变换电路

1.3输出电路

输出电路主要由电感和电容组成的L型滤波电路和一个三端稳压器构成，用于将高频方波脉冲电压经过整流滤波后变成符合要求的直流电压输出，此电压受控于输入电压的波动和输出负载大小的变化。

1.4控制电路

要保证开关电源的正常工作，都需要相应的、要求非常严格的控制信号来控制和调节驱动器所产生的驱动信号，从而使电路中的功率开关管能够安全、可靠的按照输出电压要求来工作。如图3所示，本文所使用的控制电路主要由一个SG1525芯片组成，此芯片是一个集成PWM控制器，里面包含了比较、基准源、振荡器、PWM等电路，根据输出端和保护电路反馈回来的电压信号，通过调节驱动信号的脉冲宽度，从而达到稳定电压的目的，使整个电路形成一个具有自适应能力的自动控制反馈闭合环路。

图3　控制电路

1.5保护电路

保护电路主要有过流保护和过压保护电路，过流保护是由一个电流互感器和SG1525组成，电流互感器将电流信号转换成电压信号反馈给控制电路，当负载系统出现短路现象时可以迅速关断电源电路，来保护电路本身和负载系统不受损坏。过压保护主要是由分压电路和SG1525组成，输出端电压经分压后反馈给SG1525，其内置比较电路进行比较后发现异常就能输出一个控制信号使电源电路中的功率开关管立即停止工作。

2 开关电源模块常见故障分析

根据电源的故障现象，可将其大致分为两类。第一类是电源上电无输出故障，主要故障现象为三路或其中几路无输出，有时伴有大电流等现象发生。第二类是电源上电有输出但电压值超差的故障，主要表现为输入电压发生变化或负载发生变化时输出电压变化大，超出范围。故障现象虽然简单，但故障原因较为多样，排查时需结合其他设备和故障现象详细测量后才能定位。本节就对该模块这两种类型的故障，分别进行相应排故思路的简单介绍。

2.1电源无输出故障分析及维修

电源上电无输出的故障，主要表现为两种故障现象:

2.1.1三路无输出

针对上述故障现象，可以通过测试台简单通电观察供电电源的电压和电流变化，来进行初步判断，电压和电流大致有三种变化：

（1）供电电源电压正常电流输出较小，只有几个毫安。根据开关电源的结构和工作原理可以从开关电源的核心部分功率变换电路查起。功率变换电路的核心部分是一个他激型推挽电路和驱动控制电路。可以先重点测量推挽电路的功率管和二极管是否正常来判断这部分故障的可能性，再检查驱动控制电路部分，影响驱动信号正常产生的原因比较多，其中辅助电源的工作异常就会影响到 SG1525芯片的正常工作导致驱动波形的异常，过流保护电路中的电流互感器发生短路SG1525芯片也会关断驱动信号，导致无输出，此时就要对辅助电源和过流保护电路进行重点检查。

（2）供电电源电压正常无电流输出，由此可以判断电源没有工作，输入端可能出现断路故障，可以重点检查保险丝是否熔断，如果发生保险丝断路，更换保险后不能立即通电测试，需全面检查输入端或输出端是否有短路器件，可重点检查输入端滤波电路的电容或电感，全面检查后，排除器件短路的可能性后方可通电测试。

（3）供电电源输出电流比较大且电压被拉低，根据开关电源的结构和工作原理就可以初步判定输入端有短路器件造成，可检查输入端的滤波电路，电容，电感稳压管等存在短路。

2.1.2其中一路或两路无输出，其他路输出正常

针对第二种故障现象，根据开关电源的结构可以初步判定，是开关电源后端发生短路导致，可重点检查无输出端是否发生器件开路导致。

2.2输出电压超差故障分析及维修

电压超差的主要原因是电压稳定度和负载调整率变差，根据开关电源的结构和工作原理就可以发现，电压稳定度和负载调整率超差可以分为两个部分来分析，+5V的输出电压调节是采样电路将采到的电压信号反馈到控制电路然后通过调整工作波形的占空比来调节+5V的输出电压的，而±15V是在后端通过一个三端稳压器来实现电压的调节，所以后者更容易检查和维修。

+5V的输出电压输出调节主要靠控制电路PWM调节，所以电压稳定度和负载稳定度超差都和控制电路有关系，根据电路结构一般可以分为两部分检查：

（1）样电路，可以重点检查取样电阻的阻值是否发生变化，一般由于老化等问题，反馈电阻可能发生开路或电阻值降低等故障都会影响输出端电压的调整。

（2）控制电路，测量驱动波形是否正确，如果驱动波形异常，会影响到推挽电路的正常工作，从而导致无法正确调节输出端的电压，可重点检查SG1525的外围电路。

（3）±15V输出电压超差多是由于后端电路造成，可重点检查电感和三端稳压器。

3 结束语

通过对工作实践总结，对该简单的开关电源模块的基本结构和工作原理有了更加深入的认识，对常见故障做了分析并提出了维修的思路，提高了技术能力，对类似开关电源模块的维修工作具有普遍的借鉴意义。

[1] 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.

[2] 赵同贺.新型开关电源典型电路设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2010.

Analysis of common fault of airborne computer switching power supply

With the rapid development of aviation electronic equipment, more and more electronic devices are applied to aircraft. As one of the key ingredients in airborne computer, switching power plays an important role in normal operation of airborne computer. In th is paper, the composition and working principle of switching power were introduced and the ideas and methods of troubleshooting were s ummarized.

Switching power supply;PWM;push-pull circuit;over current protection;over voltage protection

V24

A

1008-1151(2015)04-0059-02

2015-03-10

王栋（1982-），男，中航工业西安航空计算技术研究所助理工程师，研究方向为开关电源的调测。