TOP244Y单片开关电源原理及维修技巧

时间:2022-08-22 11:33:59

TOP244Y单片开关电源原理及维修技巧

摘 要 本文首先概述了TOP244Y单片开关电源的基本工作原理,接着根据本人多年的维修实践经验,详细介绍了针对此电路的维修技巧,最后通过以TOP244Y单片开关电源维修实例进行剖析,进一步说明TOP244Y开关电源的具体维修技巧及故障的处理。

【关键词】开关电源 TOP244Y单片开关电源原理 故障维修技巧

开关电源又被称为高效节能电源,它不仅效率高,可达到80-90,而且去掉了笨重的工频变压器,它是利用体积很小的高频变压器来实现电压变换及电网隔离,这样为家用电器的小型化、轻型化奠定了坚实的基础。采用TOP244Y单片开关电源用途非常广泛,很多民用家用电子产品都采用了此种电路方案,因此家电维修人员很有必要掌握TOP244Y单片开关电源的维修方法。

1 TOP244Y开关电源工作原理分析

该开关电源芯片内含脉宽调制器、功率场效应管、自动偏置电路、保护电路。再配合外部的一次整流滤波电路、、取样比较反馈电路、二次整流滤波电路等部分就组成了一个完整的单片开关电源。其电路原理如附图所示,以下分别进行分析:

1.1 TOP244Y芯片各引脚功能

TOP244Y是一款集成式开关电源芯片,它将脉冲宽度调制(PWM)控制系统的全部功能集成到芯片中,其功能引脚如图1所示,各脚功能如下:

1.1.1 漏极(D)引脚

高压功率MOSFET的漏极输出,通过内部开关高压电流源提供启动偏置电流。

1.1.2 控制(C)引脚

误差放大器及反馈电流的输入脚,用于占空比控制。当控制引脚电压VC接近5.8 V时,控制电路被激活并开始软启动。当出现开环或短路等故障而使外部电流无法流入控制引脚时,控制引脚上的电容开始放电,达到4.8 V时激活自动重启动电路而关断MOSFET开关管的输出,使控制电路进入低电流的待机模式。

同时该脚也是脉宽调制器电流反馈的控制脚,其占空比与流入控制脚超过芯片内部消耗所需要的电流成反比,实现脉宽调制。

1.1.3 线电压检测(L)引脚

过压(OV)、欠压(UV)输入引脚。连接至源极引脚则禁用此引脚的所有功能。该引脚通过一个电阻R11连接到线电压上,当线电压低于欠压保护的阈值或者高于过压保护的阈值,会关断开关管,直到线电压恢复到正常的状态。

1.1.4 外部限流(X)引脚

外部限流调节、远程开/关控制和同步的输入引脚。此芯片巧妙地利用开关管的漏―源导通电阻RDS(ON)来代替外部过流检测电阻,当ID过大时,芯片内部过流比较器就翻转,进而使开关管关断,起到过流保护作用。外部限流引脚(X)与源极(S)之间接一个极限电流设定电阻R10,通过改变R10的阻值来改变过流保护的电流值。

此外,芯片内还带有滞后过热保护电路,当开关管的结温大于135度时,过热保护电路就将开关管关断,但是结温降至低于135度时并无动作,只是等到结温低于70度时,芯片才恢复正常工作。

1.1.5 频率(F)引脚

选择开关频率的输入引脚:如果连接到源极引脚则开关频率为132 kHz,连接到控制引脚则开关频率为66 kHz。这种特性在对噪声敏感的视频应用或高效率待机模式中非常有用。在附图电路中,该电路的工作频率为132kHz。

1.1.6 源极(S)引脚

这个引脚是功率MOSFET的源极连接点,用于高压功率的回路。它也是初级控制电路的公共点及参考点。

1.2 一次整流滤波电路

交流输入电路的整流滤波电路由整流桥BR1、电容C1、C12、C13组成,主要是完成AC---DC的转换。220V交流市电经过电磁干扰滤波器后,先经桥式整流转变为脉动直流电压,再经电容C1、C12、C13滤波,在电容C1的两端可得到约300V的直流电压。

1.3 二次整流滤波电路

二次整流滤波输出电路由D2、D3、C2、C3、L1、C4、C14组成,在TOP244Y内部开关管截止期间,高频变压器通过两组输出绕组把储存的能量以矩形脉冲的形式释放出来,经过D2、D3肖特基二极管整流得出直流电,再由以C2、C3、L1、C4、C14组成开关噪声滤波器滤除由开关电源本身产生的的干扰,得到平滑的直流电供给负载使用。

1.4 取样比较反馈电路

二次整流滤波出来的输出电压一部分经R4、R5、R6分压后得到取样电压,该取样电压与U3内部基准电压相比较,形成外部误差电压,用以控制光电耦合器U2中的发光二极管的工作电流及发光强度,进而改变光敏三极管输出控制电流IC的大小,然后送入TOP244Y集成芯片的C极,再由芯片内部电路调节占空比,使输出电压保持不变,达到稳压目的。

1.5 钳位电路

该钳位电路由超快速恢复二极管D1、瞬态电压抑制器VR1、电容C11组成,由于高频变压器在开关管截止时会产生一个很高的感应电动势,这个电动势再叠加上线电压(300V左右)会得到一个更高的电压,容易造成开关管的损坏,该箝位电路可以把这个高电压钳位到低于开关管的耐压值(约750V),从而保护了开关管的D---S极不被击穿。电容C11与瞬态电压抑制器VR1并联以降低齐纳箝位的损耗。

2 TOP244Y单片开关电源维修技巧

尽管各种开关电源电路差别悬殊,但基本原理大体一样,大多采用PWM方式,即脉冲宽度调制方式(调宽式),均由交流输入、稳压控制等部分组成。对于开关电源通用的基本准修方法,很多专业书籍杂志都有介绍,这里不再过多重述。针对TOP244Y单片开关电源电路的故障检修,本人根据多年来的维修经验着重谈谈其维修技巧:

2.1 在路静态检测

用万用表(可用MF一47型、MF500型万用表R×10Ω挡) 测量TOP244Y的D、S有无击穿及保险有无断路;正反向测量开关电源各种二极管,如整流桥BR2、箝位二极管D1、二次整流二极管D2、D3等,如果检测得正反向的电阻值都较小,则很可能已损坏,可以拆下测量确认;由于电阻损坏一般是阻值变大,对于阻值较小(一般是小于3K)的电阻,也可在路正反向测量(以测量值大的为准)电阻值,看有无阻值严重变大。

2.2 通电检测

检修时,在输出接上一假负载,瞬间通电,马上用万用表测+300V滤波电解电容两端电压。可能出现以下几种情况。

2.2.1 无+300V直流电压

该故障原因一般出在引线到整流桥之间电路,如保险断、限流功率电阻断、整流全桥损坏、前级滤波及干扰抑制电容击穿等。此时,应在无电状态下断开相关引线进行静态检测,便可查出损坏元件。

2.2.2 有稳定的+300V直流电压,输出为0

说明+300V前级电路完好,原因是开关电源未起振。重点检测启动电阻R11是否损坏(因阻值很大,必须焊下测量);在开机瞬间用万用表直流12V挡测TOP244Y开关管的控制引脚(C),应有5.8V左右的电压;若无电压,检查连接在控制引脚的充电电容C5和限流电阻R3,若电容漏电或电阻开路,应更换,若完好则先要检查反馈回路中的D4和C15,再检查TOP244Y开关电源芯片的好坏,此时可更换芯片再作下一步的检修。

2.2.3 有稳定的+300V直流电压,输出过高或过低

此种故障说明稳压环路有故障,包括光耦之前冷地侧的稳压控制电路,以及光耦之后热地侧的稳压控制电路。可用短路法来区分故障范围:先短路光耦光敏接收管两脚(模拟光敏接收管内阻减小,迫使输出电压下降),测量主电压并观察变化情况,若电压会减小,说明故障在光耦之前冷地侧的稳压控制电路,重点检查U3组成的稳压控制电路元件;若电压无变化,说明故障在光耦之后热地侧的稳压控制电路,先重点检查TOP244Y开关管的控制引脚(C)的元件,再更换TOP244Y芯片试之。

在这里需要注意指出的是,切记不可短路光耦发光二极管两脚,这样会使稳压环路完全失控,导致电压严重升高,很可能烧毁元件扩大故障范围,加大维修难度。

3 TOP244Y单片开关电源故障分析与检修实例

例1 机型: DSD660数字卫星接收机开关电源

【现象】各组输出电压全无。

【分析与检修】整机在加上AC 220V电源后,各组电压全无。检查熔断器完好。测量大电解电容器C1两端电压有300V,说明整流部分完好。再检查TOP244Y的各脚:D为300V,C为0V,说明控制脚C无正常电压5.8V,断电后,用数字万用表“+”档检查TOP224Y,发现C、D脚内部击穿短路,电阻为0Ω。用TOP244Y更换后,开关电源恢复正常。

例2 机型: 12V 2.5A通用适配器电源

【现象】 无输出电压。

【分析与检修】检查熔断器完好,测量大电解电容器C1两端电压有300V,说明整流部分完好。再检查TOP244Y的各脚:C为0V,D为300V,说明控制脚C无正常电压5.8V,断电后,直接TOP224更换后,故障仍没排除,检查反馈回路中的D4、C15、充电电容C5,无异常现象,之后检查二次整流管D2、D3和光电耦合器,发现D2、D3和光电耦合器都为无穷大,更换后电源恢复正常。经过反复思考,造成该故障的原因应该是负载突然短路,导致次级电流过大而损坏上述元件,因光电耦合器的故障而使接在TOP244Y控制引脚的充电电容C5无法充电,导致TOP244Y内部开关管处于关断状态,从而有效也使故障进一步扩大。

4 结束语

本文主要介绍了目前家电产品广泛采用的TOP244Y单片开关电源的原理及维修技巧,可以帮助广大的家用电子产品维修人员提高维修此类电路的检修效率,做到有的放矢,少走弯路。

参考文献

[1]沙占友主编.新型开关电源的设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2004.

[2]TOP244Y单片开关电源芯片数据手册[Z].2005.

作者单位

广东省电子信息技工学校 广东省广州市 510450

上一篇:有关TN―C―S供电系统中接地问题的思考 下一篇:电力系统中线损控制技术的研究