1、光接收机电源板原理与维修江苏涟水县广播电视台 秦双华在 HFC 系统网 络接地电阻较大或无接地的光接收机,特别是雷雨季节光接收机供电部分损坏率较高,目前 CATV 系 统网络的光接收机开关电源大部分都采用“UC3842“作场效应型功率晶体管的开关控制电路,读者只要掌握该种典型电路原理和应用数据,便可以维修由UC3842 构成的多种开关电源.笔者根据实物绘出了供电板电源原理图,在实际检修中起到了很大的作用。为了方便读者，现将其工作原理、维修方法介绍如下。一 开关电源工作原理电源板主要的功能模块包括：启动电路、 过流过压欠压 保护电路、反 馈电路、整流电路。以下对各个模块的原理和功能进行分析。 电
2、路原理图如图 1 所示。1 启动电路如图 1 所示交流电由 C16、L1、C15 以及 C14、C13 进行低通滤波，其中 C16、C15 组成抗串模干扰电路，用于抑制正 态噪声；C14 、C13、L1 组成抗共模干扰电路，用于抑制共 态噪声干扰。它们的组合应用对电 磁干扰由很强的衰减旁路作用。滤波后的交流电压经 D1D4桥式整流以及电解电容 C1、C2 滤波后变成 3lOV 的脉动直流电压，此电压经 R1 降压后给C8 充电，当 C8 的电压达到 UC3842 的启动电压门槛值时，UC3842 开始工作并提供驱动脉冲，由脚 6 输出推动开关管工作。随着 UC3842 的启动，R1 的工作也就
3、基本结束，余下的任务交给反馈绕组，由反馈绕组产 生电压给 UC3842 供电。由于输入电压超过了 UC3842 的工作电压，为了避免意外，用 ZD1 稳压管限定 UC3842 的输入电压，否 则将损坏 UC3842.2 保护电路由于输入电压的不稳定，或者一些其他的外在因素，有时会导致电路出现短路、过压、欠压等不利于电路工作的现象发生，因此，电路必须具有一定的保护功能。如图 1 所示，如果由于某种原因，输出端短路而 产生过流，开关管的漏极 电流将大幅度上升，R9 两端的电压上升，UC3842 的脚 3 上的电压 也上升。当 该脚的电压超过正常 值 03V 达到 1V(即电流超过1.5A)时 ，U
4、C3842 的 PWM 比较器输出高电平，使 PWM 锁 存器复位，关 闭输出。这时，UC3842 的脚 6 无输出，MOS 管 S1 截止，从而保 护了电路。如果供电电压发生过压(在 265V以上)，UC3842 无法调节占空比， 变压器的初级绕组电压大大提高，UC3842 的脚 7 供电电压也急剧上升，其脚 2 的电压 也上升，关 闭输出。如果电网的电压低于 85V，UC3842 的脚 1电压也下降，当下降 lV(正常值是 34V)以下时， PWM 比较器输出高电平，使 PWM 锁存器复位，关闭输出。如果人为意外地将输出端短路，这时输出电流将成倍增大，使得自动恢复开关 RF 内部的热量激增
5、，它立即断开 电路，起到过压保护作用。一旦故障排除，自动恢复开关 RF 在 5s 之内快速恢复阻抗。因此，此 电路具有短路过流、过压、欠 压三重保护。3 反馈电路反馈电路采用精密稳压源 TL431 和线性光耦 PC817。利用 TL43l 可调式精密稳压器构成误差电压放大器，再通过线性光耦 对输出进行精确的调整。如图 1 所示，R4、R5 、W 是精密稳压源的外接控制电阻，它们 决定输出电压的高低，和 TL431 一并组成外部误差放大器。当输出电压升高时，取样电压 VR5 也随之升高， 设定电压大于基准 电压(TL431 的基准电压为2.5V)，使 TL431 内的误差放大器的输出电压升高，致
6、使片内驱动三极管的输出电压降低，也使输出电压 Vo 下降，最后 Vo 趋于稳定；反之，输出电压下降引起设置电压下降，当输出电压低于设置电压时，误差放大器的 输出电压下降，片内的 驱动 三极管的输出电压升高，最终使得 UC3842 的 1 脚的补偿输入电流随之变化，促使片内对 PWM 比较器进行调节，改 变占空比，达到稳压的目的。 4 整流滤波电路输出整流滤波电路直接影响到电压波纹的大小，影响 输 出电压的性能。开关 电源输出端中对波纹幅值的影响主要有以下几个方面。(1)输入电源的噪声，是指输入电源中所包含的交流成分。解决的方案是在 电源输入端加电容 C5，以 滤除此噪声干扰。(2)高频信号噪声
7、，开关电源中对直流输入进行高频的斩波，然后通过高频的变压器进行传输，在这个过程中，必然会掺人高频的噪声干扰。还有功率管器件在开关的过程中引起的高频噪声。对于这类高频噪声的解决方案是在 输出端采用 型滤波的方式。 滤波电感采用150H的 电感，可滤除高频噪声。(3)采用快速恢复二极管 D6、D7 整流。基于低 压、功耗低、大电流的特点，有利于提高 电源的效率，其反向恢复时间短，有利于减少高频噪声。并联整流二极管减小尖峰电压在大功率的整流电路中，次 级整流桥电路存在较大杂散 电感， 输出整流管在换流时，由于电路中存在寄生振荡，整流管会承受 较大的尖峰电压，尖峰电压的存在提高了对整流二极管的耐压要求
8、，也将带来额外的 电路损耗。整流 桥的寄生振荡产 生于变压器的漏感( 或附加的谐振电感)与变压器的绕组电 容和整流管的结电容之间。当副边电压为零时，在全 桥整流器中 4 只二极管全部 导通， 输出滤波电感电流处于自然续流状态。而当副边电压变化 为高电压 Vin/K(K 为变压器变比)时，整流桥中有两只二极管要关断，两只二极管继续导通。这时候变压器的漏感(或附加的谐振电感)就开始和关断的整流二极管的电容谐振。即使采用快恢复二极管，二极管依然会承受至少两倍的尖峰电压，因此，必须采用有效的缓冲电路，有许多文献对此作了研究，归纳起来有 5 种方式：RC 缓冲电路，RCD 缓冲电路，主动箝位 缓冲电路，
9、第三个绕组加二极管箝位缓冲电路，原边侧加二极管箝位缓冲电路。在这里提出另一种减小二极管尖峰 电压 有效的方法：即整流二极管并联，其具体的电路图如图 2 所示。二开关电源的常见故障分析及维修 由于开关电源的输入部分工作在高电压，大电流的状态下，故障率最高，如高压大电流整流二极管，滤波电容，开关功率管等较易损坏。其次就是输出整流部分的整流二极管，保护二极管， 滤波电容，限流电阻等较易损坏；再就是脉宽调制控制器的反馈部分和保护部分。下面就对开关电源常见故障产生的原因作一分析及如何排除这些故障的维修方法。保险丝熔断1一般情况下，保险丝熔断说明开关 电源的内部电路存在短路或 过流的故障。由于开关 电源工
10、作在高电压，大电流的状态下，直流滤波和变换振荡电路在高 压状态工作时间太长，电压变化相对大。电网电压的波动，浪涌都会引起电源内电流瞬间 增大而使保险丝熔断。重点应检查电源输入端的整流二极管，高 压滤波电解电容，开关功率管，UC3842 本身及外围元器件等。检查一下这些元器件有无 击穿，开路，损坏， 烧焦，炸裂等现象。维修方法：首先仔细查看电路板上面的各个元件，看是否在 这些元件的外表有没有被烧糊, 有没有电解液溢出，闻一闻有没有异味。经看，闻之后，再用万用表进行检查。首先测量一下电源输入端的电阻值，若小于 200K，则说明后端有局部短路现象，然后分 别测量四只整流二极管正，反向电阻和两个限流
11、电阻的阻值，看其有无短路或烧坏；然后再测量一下电源滤波电容是否能进行正常充放电，再就 测量一下开关功率管是否 击穿损坏，以及 UC3842 本身，及周围元件是否击穿，烧坏等。需要说明的一点是：因是在路 测量，有可能会使测量结果有误，造成误判。因此必要时可把元器件 焊下来再进行测量。如果仍然没有上述情况则测量一下输入电源线及输出电源线是否内部短路。一般情况下，熔断器熔断故障，整流二极管，电源滤波电容，开关功率管，UC3842 是易损件，损坏的概率可达 95%以上，一般着重检查一下这些元器件，就可很容易排除此类 故障。无直流电压输出或电压输出不稳定2如果保险丝是完好的，在有负载 的情况下，各 级直
12、流电压无 输出。这种情况主要是以下原因造成的：电源中出现开路，短路 现象， 过压，过流保护电路出现故障，振荡电路没有工作，电源负载过重，高频整流滤波电 路中整流二极管被击穿， 滤波 电容漏电等。维修方法：首先，用万用表测量一下高 频变压器次级的各个元器件是否有 损坏。在排除了高频整流二极管击穿、负载短路的情况后，然后再测量各输出端的直流 电压，如果这时输出仍为零，则可以肯定是电源的控制 电路出了故障。控制 电路的两部分是集成开关 电源控制器和过压保护电路。最后用万用表静 态测量高频滤波电路中整流二极管及低 压滤波电容是否损坏。如果确实相关的元件损坏，在更换好新的完好的元件后，通电测试，一般故障
13、即可排除。需要说明的是：电源输出线断线或开焊，虚 焊也会造成这种故障。在维修时应注意这一点。电源负载能力差3电源负载能力差是一个常见的故障，一般都是出 现在老式或是工作 时间长的电源中，主要原因是各元器件老化，开关管的工作不稳定，没有及 时进行散 热等。此外还有稳压二极管发热漏电，整流二极管损坏等。维修方法：用万用表着重检查一下稳压二极管，高 压滤波电 容，限流 电阻有无变质等再仔细检查一下电路板上的所有焊点是否开焊，虚接等。把开焊的焊点重新焊牢，更换变质的元器件，一般故障即可排除。无直流电压输出，但保险丝 完好4这种现象说明开关电源未工作，或者工作后 进入了保护状 态。维修方法：首先应判断一
14、下开关电源的主控芯片 UC3842 是否处在工作状态或已经损坏。判断方法是这样的：加电测 UC3842 的第 7 脚对地电压，若 测 第 8 脚有+5V 电压， 1，2，4，6 脚也有不同的电压，则说明电路已起振，UC3842 基本正常；若 7 脚电压低，其余管脚无电压或不波动，则 UC3842 已损坏。UC3842 芯片损坏最常见的是 6，5 脚击穿，5，7 脚击穿。如果 这几只脚都没击穿，而开关电源 还是不能正常启动， 则 UC3842 必坏，应直接更换。若判断芯片未坏，则就着重检查开关功率管的 栅极（G 极）的限流电阻是否虚焊变值，以及开关功率管本身是否性能不良。有直流电压输出，但输出电
15、压过 高5这种故障往往来自于稳压取样和稳压控制电路出现故障所致。在开关电源中，直流 输出、取样电阻、误差取样稳压电路（如 TL431）、光耦合器（ PC817）、电源控制芯片(UC3842)等电路共同构成了一个闭合的控制环路，任何一 处出问题都会导 致输出电压升高。维修方法：由于开关电源中有过压保护电路， 输出电压过高首先会使 过压保护电路动作。因此对于这种故障的维修，我们 可以通过断开过压保护电路，使过压保护电路不起作用，在这时，测量开机瞬间的电源主电压 。如果 测量值大于 26V 以上，说明输出电压过高。我们应着重检查取样电阻是否变值或损坏，精密 稳压放大器(TL431)或光耦合器（PC8
16、17）性能不良，变质或损坏；其中精密稳压放大器(TL431)极易损坏，我们可用下述方法对精密稳压放大器(TL431)作出好坏的判别：将 TL431 的参考端(Ref) 与它的阴极（ Cathode）相连，串 10k 的电阻，接入 5V 电压，若阳极（Anode）与阴极之间为 2.5V，并且等待片刻还仍然为 2.5V，则为好管，否则为坏管。有直流电压输出，但输出直流 电压过低6对于这种故障现象，根据维修 经验可知，除 稳压控制电路会引起 输出电压过低外，还有一些原因会引起输出电压过低，主要有以下几点 :（1）开关电源负载有短路故障。此 时， 应断开开关电源电路的所有 负载，以区分是开关电源电路还
17、是负载电路有故障。若断开 负载电路电压输出正常， 说 明是负载过重；若仍不正常，说明开关电源电路有故障。（2）输出电压端整流二极管、滤 波电容失效等，可以通 过代 换法进行判断。（3）开关功率管的性能下降，必然导致开关管不能正常导通，使电源的内阻增加，带负载能力下降。（4）开关功率管的源极（S 极），通常接一个阻 值很小，但功率很大的电阻，作为过流保护检测电阻，此电阻的阻值一般在 0.2 到 0.8 之间。此 电阻如变值 或开焊，接触不良也会造成输出电压过低的故障。（5）高频变压器不良，不但造成 输出电压下降， 还会造成开关功率管激励不足从而屡 损开关管。（6） 高压直流滤波电容不良，造成 电
18、源带负载能力差，一接负载输出电压便下降。维修方法：对于这种故障我们可以根据以上故障原因，来逐一 进行排查。但在 实际维修时，可根据实际情况来进行排查，不一定要逐一排 查。首先用万用表检查一下高压直流滤波电容是否变质，容量是否下降，能否正常充放电。如无以上现象，则测量一下开关功率管的栅极（G极）的限流电阻以及源极（S 极）的过流保护检测电阻是否变值，变质或开焊，接触不良。经判别后，若无问题，我们就检查一下高频变压器的铁芯是否完好无 损。因在日常维护维修中，不可避免的重摔或重撞，使高频变压器的铁芯损坏。使高 频变压 器的磁通量，磁感应强度，以及磁路等都会受到很大的影响，造成传输的效率，能量将会大打
19、折扣。由于高 频变压器为了减小涡流，增大高频交流电 的传输效率，它的 铁芯是用软 磁铁氧体制作而成的。这种磁性材料具有高的导磁率，但质脆，易碎。因此它的损坏率也是很高的。因此在维修时千万不要忘了检查此处，以免走弯路。除此之外还有可能就是输出滤波电容容量降低，甚至失容或开焊，虚接；电源输出限流电阻变值 或虚接， 电源输出线虚接等。在实际维修时，这些因素都不要放过，都应检查一下，以保证万无一失。三 开关电源维修时需注意的问题 (1)维修时不能断开取样回路。例如断开了 R11、PC817、TL431 回路的任一处， 这时脉宽调制器UC3842 的 6 脚输出脉冲将达到最宽，从而使开关 电源的输 出电
20、压远远超出正常值。 过高的电压就有可能对其他元件造成损坏，使故障范 围进一步扩 大。(2)用万用表 进行检修前应先释放掉电源的主滤波电容的剩余电荷，以免损坏万用表和电路中的其他元件。(3)通电前最好先用万用表测量一下开关管漏极的对地电阻是否正常，一般电阻应大于2k，若过小则有漏电击穿的可能，需首先予以排除。(4)维修时要注意人身安全。这是因为开关电源的地(即开关变压器初级一侧的地)是市电经整流得到的脉动直流地，它与大地 间没有实现隔离而始 终含有一个交变的电压，所以它的地总是带电的，即热地。而开关变压器次级一侧的地由于开关 电源的取样调整电路一般采用了单独的隔离取样绕组或光耦，使其与开关 电源的地实现 了隔离，也即 实现了与市电电网的隔离。不带电，为冷地。维修时一定要注意这一点。以上我们分析了光接收机开关电源工作原理与维修技术，供同行们维修时参考。光接收机品牌繁多，其电源板工作原理相似，该资料对其维修也有一定的借鉴作用UC3842 各脚在路实测参数管 脚 1 2 3 4 5 6 7 8工作电压/V 2.6 2.5 0.4 1.2 0 2.2 15 5黑表笔接地/ 750 950 800 750 0 700 600 650红表笔接地/K 15 15 1 10 0 15 26 4.5
