小功率变频器的UC3844开关电源原理及维修技巧

宋林桂

摘 要：文章主要介绍小功率变频器的UC3844典型开关电源的基本工作原理，根据笔者的维修变频器开关电源实践经验，介绍开关电源故障产生的原因和维修技巧。

关键词：变频器；UC3844；开关电源原理；维修技巧

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备，是“中国制造”向“中国智造”是转变过程中的重要技术选项，变频器在机电自动化产业中应用广泛、使用频繁，故障时常发生，其中开关电源故障占变频器故障的大概30%。下面介绍小功率变频器的UC3844典型开关电源的基本工作原理和维修技巧。

1 UC3844开关电源原理

1.1 UC3844芯片介绍

UC3844是美国Unitrode公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片，其内部电路结构如图1所示。芯片包括参考稳压器、欠压锁定电路、振荡器、电压误差放大器、电流取样比较器和脉冲调制锁存器。芯片引脚1是补偿端，外接阻容元件以补偿误差放大器的频率特性。引脚2是输出电压反馈端，将输出采样电压加至误差放大器的反相输入端，与同相输入端的2.5 V基准电压进行比较，误差放大器输出电压控制6脚PWM的输出大小，实现输出电压的稳压闭环控制。引脚3是输出电流反馈端，实现过流保护控制。引脚4外接接定时电阻Rt和定时电容Ct得UC3844的振荡工作频率，计算公式为：f=1/T=1.72/（Rt×Ct）。引脚5为GND。引脚6为PWM输出端，有拉、灌电流的能力。引脚7为VCC，电压范围为10～34 V。引脚8为5 V基准电压输出端，带载能力50 mA，为引脚4外接的RC电路提供电压[1]。

1.2 UC3844开关电源工作原理介绍

如图2是由UC3844构成的小功率变频器的开关电源电路。变频器母线530 V直流电压经电阻R1降压后加到UC3844的VCC端，为UC3844提供启动电压，电路启动后高频变压器的次级线圈经过D3和C6整流滤波为UC3844提供正常工作电压。UC3844引脚6输出的方波信号经R7驱动MOS管，方波的频率是f=1.72/（Rt×Ct）=1 720 000/15=114.6 kHz。引脚6方波的信号驱动MOS管导通或截止，MOS管的开关使高频变压器的初级线圈有产生114.6 kHz的高频脉冲波，然后通过高频变压器进行变压，高频变压器输出交流电。高频变压器各个次级线圈和初级线圈的匝数比决定次级线圈输出交流电压大小，次级线圈的交流电压经整流滤波后输出大小不同的直流电压供负载使用。该开关电源共有七路电源输出，输出﹢5 V电源为CPU板提供电源，输出的﹢15V和﹣15 V电源为运放电路提供电源，其他输出三路﹢15 V电源分别为下三臂的IGBT驱动光耦提供电源，输出的﹢24 V电源为逆变电路的上三臂的IGBT驱动光耦和散热风扇提供电源。电阻R5用于电流检测，经R6和C13滤滤后送入UC3844的引脚3形成电流反馈环，当UC3844的引脚3电压高于1 V时振荡器停振，保护功率管不至于过流而损坏。高频变压器初级线圈并联的RCD缓冲电路是用于限制高频变压器漏感造成的尖峰电压对MOS管的损坏，MOS管截止时高频变压器漏感的能量引起的尖峰电压通过D2向C1充电，MOS管导通时C1经过R2来放电。

1.3 UC3844开关电源稳压原理

当电源的﹢5 V输出电压端输出电压大于5 V，﹢5 V输出电压端经两电阻R12和R13分压后的电压大于2.5 V，TL431的参考输入端电压大于2.5 V。参考输入端的电压与可控精密稳压源TL431内部的基准参考电压2.5 V作比较，使得TL431阴阳极间电压降低，PC817光耦引脚2的电压降低，进而使得流过光耦的发光二极管的电流变大，光耦发光二极管的亮度变大，发光二极管的亮度变大使得流过光耦光敏三极管的电流变大。光耦输出端引脚4电压变低，光耦输出端引脚4接UC3844的引脚1，而UC3844反相输入端引脚2直接接地，略过了UC3844的内部误差放大器，这使得电源的稳压动态响应更快[2]。UC3844的引脚1输入的电压经过内部电流取样比较器与电流取样电压进行比较后输出变高，电流取样比较器输出变高使UC3844内部PWM发生器输出脉冲变窄，即UC3844的引脚6输出脉冲变窄，缩短MOS管Q1的导通时间，于是传输到副边绕组的能量减小，使﹢5 V输出电压端电压降低。从而使输出电压保持恒定，不受电网电压或负载变化的影响，实现输出电压闭环控制的目的。

图2 UC3844开关电源原理

2 开关电源维修技巧

2.1 電源输入电路故障

开关电源的输入电压一般取自变频器主电路的直流回路的两端：P端和N端，PN端之间的直流电压约为530 V，上电测量PN端之间的电压是否是530 V，若是，整流滤波电路不存在故障，若不是，测量整流模块和滤波电容的好坏。

2.2 UC3844振荡电路故障

若上电后开关电源无输出，则可能是UC3844震荡电路故障。在电源上电的情况，测量UC3844的8脚有无16 V以上的电压，若没有检测启动电阻有无损坏。测量UC3844的8脚有无5 V电压输出，若有5 V电压输出则UC3844芯片正常，若没有5 V电压输出则芯片UC3844损坏。测量UC3844的6脚有无114.6 kHz波形输出，若有波形输出则振荡电路正常，若没有则检查R13和C18元器件的好坏和振荡电路是否有虚焊、断路。UC3844振荡电路还存在保护停振情况，3脚电压升到1 V以上或者1脚电压降到1 V以下，振荡电路停止振荡6脚无方波输出。检测电流采样电阻R10，R11和稳压反馈电路的好坏[3]。

2.3 场效应管和高频变压器损坏

若开关电源无电压输出，则也可能是场效应管U1和电阻R7损坏，也可能是高频变压器故障。首先闻高频变压器有无烧糊的味道，测量高频变压的初级线圈和次级线圈是否存在开路和短路情况。

2.4 反馈电路故障

若上电后开关电源有输出，但几路输出电压不准时，则是稳压反馈电路存在故障。测量TL431，PC817，稳压反馈电路中电阻好坏和是否存在虚焊、断路情况。

2.5 输出电路故障

开关电源出现“打嗝”情况，该情况可能是输出电路故障引起。输出电路的大电流引起开关电源出现保护情况，开关电源出现间歇性振荡。输出电路故障包括：输出滤波电容老化、整流二极管损坏、负载电路短路等。

3 结语

小功率变频器的开关电源的原理图大部分都有些区别，万变不离其宗，掌握典型开关电源的原理，根据现象分析故障的位置。电路维修也需要多实践，多维修就可以根据现象分析大概判断故障的位置。