地震台站仪器设备开关电源的维修

杨世英，孟彩菊，靳玉贞，何 佳，任瑞国

(1.山西省地震局太原基准地震台，山西 太原 030025；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

0 引言

目前在台站运行着大量的办公设备、网络设备以及各种观测仪器，保障这些仪器设备的正常运行是台站的一项重要工作。目前，已建立了以片区为中心的运行维护机制保障台网正常运行。在台站各类仪器设备故障中，电源故障占有一定的比例。电源故障维修不需要高级仪表和工具，维修资料易收集，技术易掌握，所需元器件易获取，适合在台站开展。

1 地震台站常见的开关电源

电源是一切电子设备的心脏，是指能向仪器设备提供功率输出的装置。现在的仪器设备电源基本采用开关电源，其优点是功耗小、转换效率高，采用轻巧的高频变压器减少体积与重量，电路形式灵活多样，对电网电压要求不高；缺点是控制电路相对复杂、输出电压中纹波和噪声成分较大。地震台站仪器设备中常见的是直流稳压开关电源，在地电阻率等观测仪器中也采用了恒流电源向电极供电。

一般计算机采用固定尺寸与规格及接口的开关电源，高端网络设备采用铁壳电源模块，低端网络设备采用单电压开关电源板，便携式设备或小型网络设备如光纤收发器等多采用外置电源适配器。观测仪器内部的电源各异，多采用一个铁壳的开关电源，再设置一两块电源板，或使用外围元件较少的三端式稳压集成电路或DC/DC模块进一步提供各种输出电压。

2 开关电源的结构及识图

开关电源按电路结构可分为分立式和集成式；按开关控制器件的连接方式可分为串联型与并联型；按激励脉冲产生方式分为自激式与他激式；按稳压控制方式分脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)、脉冲密度调制(PDM)和混合调制式，以上4种统称为“时间比率控制”(TRC)，其中以PWM应用最广；按功率开关管的类型可分为：晶体管型开关电源(GTR)、晶闸管型开关电源、MOSFET型开关电源和IGBT型开关电源[1]。

现在常见的集成式芯片开关电源通过互联网搜索芯片型号容易获得芯片datasheet及典型应用电路图，实际使用中多采用稍加改动的公版设计电路。一个典型的PWM型开关电源结构如第10页图1所示，大致由四部分组成。即使在没有电路图的情况下，开关电源电路中的主要元器件也易于识别。按功能可分为几个区域，由4个整流二极管或整流桥模块及较大体积的滤波电容以及外围元件(如防雷元件、互感滤波器、熔断器等)组成“输入整流滤波器”部分；由安装散热器的开关管及体积相对较大的开关变压器及外围电路组成“功率开关管及高频变压器”部分，也有部分将开关场效应晶体管集成在开关集成电路中的；由开关变压器次级输出电路中的整流二极管及体积中等的滤波电解电容、电感等组成“输出整流滤波器”，由集成电路及外围电路组成“PWM控制器”部分。一般由4脚的扁平封闭光电耦合器将输出电压误差信号反馈到开关集成电路，形成一个反馈环路，通过对开关集成电路振荡信号的控制实现稳压控制，组成一个自动控制环路。除以上主要部分，较高级的开关电源可能有浪涌控制、软启动、过失压保护、过载保护等辅助功能电路部分[1]。

图1 典型的PWM开关电源结构图Fig.1 Structure diagram of typical PWM switching power supply

3 开关电源的维修方法

进行维修时应采取一定的安全措施。如，采用隔离变压器，工作台和地面铺设绝缘材料，通电检测最好单手操作等。

维修开关电源时，可以先在断电情况下观察开关电源各元件有无异常现象，如保险管熔断、电容鼓包或爆裂、电阻烧黑等现象，再用万用表对可疑元件进行粗略的在路测量。了解常见元件损坏时的特点，将有助于在路测量时进行判断。如一般电容器的损坏特点是容量变小、漏电或短路，电阻器的损坏特点是阻值变大或开路，整流二极管和开关管损坏特点是击穿等。如不能确定，可将元件从印刷板上取下进行精确测量判断。

如不能解决故障，则通电检测。首先观察有无“吱吱”声，有无焦糊味及异常发热现象；然后测量一些关键点的参数进行判断，如输入整流滤波器输出应为300 V左右，开关管基极或栅极应有0.6 V左右的启动电压，测量集成块各引脚对地电压值等，通过这些参数的测量进一步判定故障区域。在日常工作中，要对常见的开关电源正常工作时各关键点参数有一定的了解，这将有助于快速判断故障区域。对故障区域内的所有元件进行分析与测量，最后找到故障元件并更换。

对于保险管熔断或保护电路起作用而造成的故障，在更换保险管和断开保护电路时需慎重，应先找出熔断或保护的原因，以免引起电路更大的损坏；对于断开负载输出电压正常，接上负载输出电压下降或工作一段时间才发生的故障，可考虑开关管性能下降、高频变压器或滤波电容不良、散热不良等原因。更换故障元器件应尽量用同型号规格及封装的元器件，在不易找到时，应查阅元器件手册，选择合适参数的替代型号。焊接时，应注意恢复原来的绝缘与散热，焊接时间不宜过长，以免对元件造成损伤[2]。

观测仪器中常见的三端式稳压集成电路和DC/DC模块，其本质也是封装了的开关电源，损坏后一般只能更换。

4 结语

在以往的维修实践中，经修复的开关电源可继续工作或作为备用件。在台站开展开关电源维修，既可提高维护技能，又实现了物尽其用、经济环保，此维护经验、方法在其他地震台可借鉴、推广。