宋林桂

摘 要：文章主要介紹小功率變頻器的UC3844典型開關電源的基本工作原理，根據(jù)筆者的維修變頻器開關電源實踐經(jīng)驗，介紹開關電源故障產(chǎn)生的原因和維修技巧。

關鍵詞：變頻器；UC3844；開關電源原理；維修技巧

變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備，是“中國制造”向“中國智造”是轉變過程中的重要技術選項，變頻器在機電自動化產(chǎn)業(yè)中應用廣泛、使用頻繁，故障時常發(fā)生，其中開關電源故障占變頻器故障的大概30%。下面介紹小功率變頻器的UC3844典型開關電源的基本工作原理和維修技巧。

1 UC3844開關電源原理

1.1 UC3844芯片介紹

UC3844是美國Unitrode公司生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片，其內(nèi)部電路結構如圖1所示。芯片包括參考穩(wěn)壓器、欠壓鎖定電路、振蕩器、電壓誤差放大器、電流取樣比較器和脈沖調(diào)制鎖存器。芯片引腳1是補償端，外接阻容元件以補償誤差放大器的頻率特性。引腳2是輸出電壓反饋端，將輸出采樣電壓加至誤差放大器的反相輸入端，與同相輸入端的2.5 V基準電壓進行比較，誤差放大器輸出電壓控制6腳PWM的輸出大小，實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)壓閉環(huán)控制。引腳3是輸出電流反饋端，實現(xiàn)過流保護控制。引腳4外接接定時電阻Rt和定時電容Ct得UC3844的振蕩工作頻率，計算公式為：f=1/T=1.72/（Rt×Ct）。引腳5為GND。引腳6為PWM輸出端，有拉、灌電流的能力。引腳7為VCC，電壓范圍為10～34 V。引腳8為5 V基準電壓輸出端，帶載能力50 mA，為引腳4外接的RC電路提供電壓[1]。

1.2 UC3844開關電源工作原理介紹

如圖2是由UC3844構成的小功率變頻器的開關電源電路。變頻器母線530 V直流電壓經(jīng)電阻R1降壓后加到UC3844的VCC端，為UC3844提供啟動電壓，電路啟動后高頻變壓器的次級線圈經(jīng)過D3和C6整流濾波為UC3844提供正常工作電壓。UC3844引腳6輸出的方波信號經(jīng)R7驅動MOS管，方波的頻率是f=1.72/（Rt×Ct）=1 720 000/15=114.6 kHz。引腳6方波的信號驅動MOS管導通或截止，MOS管的開關使高頻變壓器的初級線圈有產(chǎn)生114.6 kHz的高頻脈沖波，然后通過高頻變壓器進行變壓，高頻變壓器輸出交流電。高頻變壓器各個次級線圈和初級線圈的匝數(shù)比決定次級線圈輸出交流電壓大小，次級線圈的交流電壓經(jīng)整流濾波后輸出大小不同的直流電壓供負載使用。該開關電源共有七路電源輸出，輸出﹢5 V電源為CPU板提供電源，輸出的﹢15V和﹣15 V電源為運放電路提供電源，其他輸出三路﹢15 V電源分別為下三臂的IGBT驅動光耦提供電源，輸出的﹢24 V電源為逆變電路的上三臂的IGBT驅動光耦和散熱風扇提供電源。電阻R5用于電流檢測，經(jīng)R6和C13濾濾后送入UC3844的引腳3形成電流反饋環(huán)，當UC3844的引腳3電壓高于1 V時振蕩器停振，保護功率管不至于過流而損壞。高頻變壓器初級線圈并聯(lián)的RCD緩沖電路是用于限制高頻變壓器漏感造成的尖峰電壓對MOS管的損壞，MOS管截止時高頻變壓器漏感的能量引起的尖峰電壓通過D2向C1充電，MOS管導通時C1經(jīng)過R2來放電。

1.3 UC3844開關電源穩(wěn)壓原理

當電源的﹢5 V輸出電壓端輸出電壓大于5 V，﹢5 V輸出電壓端經(jīng)兩電阻R12和R13分壓后的電壓大于2.5 V，TL431的參考輸入端電壓大于2.5 V。參考輸入端的電壓與可控精密穩(wěn)壓源TL431內(nèi)部的基準參考電壓2.5 V作比較，使得TL431陰陽極間電壓降低，PC817光耦引腳2的電壓降低，進而使得流過光耦的發(fā)光二極管的電流變大，光耦發(fā)光二極管的亮度變大，發(fā)光二極管的亮度變大使得流過光耦光敏三極管的電流變大。光耦輸出端引腳4電壓變低，光耦輸出端引腳4接UC3844的引腳1，而UC3844反相輸入端引腳2直接接地，略過了UC3844的內(nèi)部誤差放大器，這使得電源的穩(wěn)壓動態(tài)響應更快[2]。UC3844的引腳1輸入的電壓經(jīng)過內(nèi)部電流取樣比較器與電流取樣電壓進行比較后輸出變高，電流取樣比較器輸出變高使UC3844內(nèi)部PWM發(fā)生器輸出脈沖變窄，即UC3844的引腳6輸出脈沖變窄，縮短MOS管Q1的導通時間，于是傳輸?shù)礁边吚@組的能量減小，使﹢5 V輸出電壓端電壓降低。從而使輸出電壓保持恒定，不受電網(wǎng)電壓或負載變化的影響，實現(xiàn)輸出電壓閉環(huán)控制的目的。

圖2 UC3844開關電源原理

2 開關電源維修技巧

2.1 電源輸入電路故障

開關電源的輸入電壓一般取自變頻器主電路的直流回路的兩端：P端和N端，PN端之間的直流電壓約為530 V，上電測量PN端之間的電壓是否是530 V，若是，整流濾波電路不存在故障，若不是，測量整流模塊和濾波電容的好壞。

2.2 UC3844振蕩電路故障

若上電后開關電源無輸出，則可能是UC3844震蕩電路故障。在電源上電的情況，測量UC3844的8腳有無16 V以上的電壓，若沒有檢測啟動電阻有無損壞。測量UC3844的8腳有無5 V電壓輸出，若有5 V電壓輸出則UC3844芯片正常，若沒有5 V電壓輸出則芯片UC3844損壞。測量UC3844的6腳有無114.6 kHz波形輸出，若有波形輸出則振蕩電路正常，若沒有則檢查R13和C18元器件的好壞和振蕩電路是否有虛焊、斷路。UC3844振蕩電路還存在保護停振情況，3腳電壓升到1 V以上或者1腳電壓降到1 V以下，振蕩電路停止振蕩6腳無方波輸出。檢測電流采樣電阻R10，R11和穩(wěn)壓反饋電路的好壞[3]。

2.3 場效應管和高頻變壓器損壞

若開關電源無電壓輸出，則也可能是場效應管U1和電阻R7損壞，也可能是高頻變壓器故障。首先聞高頻變壓器有無燒糊的味道，測量高頻變壓的初級線圈和次級線圈是否存在開路和短路情況。

2.4 反饋電路故障

若上電后開關電源有輸出，但幾路輸出電壓不準時，則是穩(wěn)壓反饋電路存在故障。測量TL431，PC817，穩(wěn)壓反饋電路中電阻好壞和是否存在虛焊、斷路情況。

2.5 輸出電路故障

開關電源出現(xiàn)“打嗝”情況，該情況可能是輸出電路故障引起。輸出電路的大電流引起開關電源出現(xiàn)保護情況，開關電源出現(xiàn)間歇性振蕩。輸出電路故障包括：輸出濾波電容老化、整流二極管損壞、負載電路短路等。

3 結語

小功率變頻器的開關電源的原理圖大部分都有些區(qū)別，萬變不離其宗，掌握典型開關電源的原理，根據(jù)現(xiàn)象分析故障的位置。電路維修也需要多實踐，多維修就可以根據(jù)現(xiàn)象分析大概判斷故障的位置。