開(kāi)關(guān)電源變壓器解析，如何判斷開(kāi)關(guān)電源變壓器的好壞

　　開(kāi)關(guān)電源變壓器是加入了開(kāi)關(guān)管的電源變壓器，在電路中除了普通變壓器的電壓變換功能，還兼具絕緣隔離與功率傳送功能一般用在開(kāi)關(guān)電源等涉及高頻電路的場(chǎng)合。

　　開(kāi)關(guān)電源變壓器和開(kāi)關(guān)管一起構成一個(gè)自激（或他激）式的間歇 振蕩器，從而把輸入直流電壓調制成一個(gè)高頻脈沖電壓。起到能量傳遞和轉換作用。在反激式電路中， 當開(kāi)關(guān)管導通時(shí)，變壓器把電能轉換成磁場(chǎng)能儲存起來(lái)，當開(kāi)關(guān)管截止時(shí)則釋放出來(lái)。 在正激式電路中，當開(kāi)關(guān)管導通時(shí)，輸入電壓直接向負載供給并把能量?jì)Υ嬖趦δ茈姼兄?。當開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，再由儲能電感進(jìn)行續 流向負載傳遞。把輸入的直流電壓轉換成所需的各種低壓。

　　開(kāi)關(guān)電源變壓器的基本組成：

　　開(kāi)關(guān)電源變壓器的主要材料：磁性材料，導線(xiàn)材料和絕緣材料是開(kāi)關(guān)變壓器的核心。

　　磁性材料：開(kāi)關(guān)變壓器使用的磁性材料為軟磁鐵氧體，按其成分和應用頻率可分為MnZn系和NiZn系兩大類(lèi)。前者具有高的導磁率和高的飽和磁感應，在中頻和低頻范圍具有較低損耗。磁芯的形狀很多，如EI型，E型，EC型等

　　導線(xiàn)材料—漆包線(xiàn)：一般用于繞制小型電子變壓器的漆包線(xiàn)有高強度聚酯漆包線(xiàn)（QZ）和聚氨酯漆包線(xiàn)（QA）兩種。根據漆層厚度分為1型（薄漆型）和2型（厚漆型）兩種。前者的絕緣涂層為聚酯漆，具有優(yōu)越的耐熱性，絕緣性抗電強度可達60kv/mm;后者絕緣層為聚氨酯漆，具有自粘性強，有自焊性能（380℃），可不用去漆膜就可直接焊接

　　壓敏膠帶：絕緣膠帶抗電強度高，使用方便機械性能好，被廣泛應用在開(kāi)關(guān)變壓器線(xiàn)圈的層間，組間絕緣和外包絕緣。必須達到下列要求：粘性好，抗剝離，具有一定的拉伸強度，絕緣性能好，耐壓性能好，阻燃和耐高溫

　　骨架材料：開(kāi)關(guān)變壓器骨架與一般的變壓器骨架不同，除了作為線(xiàn)圈的絕緣與支撐材料外，還承擔了整個(gè)變壓器的安裝固定和定位的作用，因此制作骨架的材料除了滿(mǎn)足絕緣要求外，還應有相當的抗拉強度，同時(shí)為了承受引腳的耐焊接熱，要求骨架材料的熱變形溫度高于200℃，材料必須達到阻燃，且還應加工性好，易于加工成各種形狀。

　　開(kāi)關(guān)電源變壓器的分類(lèi)及其參數：

　　開(kāi)關(guān)電源變壓器分單激式開(kāi)關(guān)電源變壓器和雙激式開(kāi)關(guān)電源變壓器，兩種開(kāi)關(guān)電源變壓器的工作原理和結構并不是一樣的。單激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的輸入電壓是單極性脈沖，而其還分正反激電壓輸出；而雙激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的輸入電壓是雙極性脈沖，一般是雙極性脈沖電壓輸出。

　　特性參數：

　　電壓比：指變壓器的初級電壓與次級電壓的比值。

　　直流電阻：即銅阻。

　　效率：即輸出功率/輸入功率*100［%］

　　絕緣電阻：變壓器各繞組之間及對鐵心之間的絕緣能力。

　　抗電強度：變壓器在1秒或1分鐘之內能承受規定電壓的程度。

　　開(kāi)關(guān)電源變壓器好壞的判斷：

　　修理開(kāi)關(guān)電源電路的間歇振蕩故障，代換完除開(kāi)關(guān)變壓器以外的所有懷疑元件后，往往對開(kāi)關(guān)變壓器的好壞仍不能得出較為確切的結論，在尚懷疑惑的情況下，不得不放棄維修。如果此際將檢修再深入一步，能確診開(kāi)關(guān)變壓器的好壞，即能避免功虧一簣，使修復圓滿(mǎn)。

　　說(shuō)到驗證開(kāi)關(guān)變壓器的好壞，什么感應法啊，振鈴法/波形法等等啊，總是有局限的法子，依賴(lài)對比數據，依賴(lài)檢測者的經(jīng)驗。如果有簡(jiǎn)短直捷的法子，檢測結果又是明明白白的，就好了啊。比如為開(kāi)關(guān)電源送入一個(gè)相對安全的低壓，使電路處于非穩壓開(kāi)環(huán)狀態(tài)，對負載電路也不會(huì )形成什么危害，可以放心大膽地為開(kāi)關(guān)電源加電，就好了啊。那么為電路加多少伏直流電壓算是安全電壓呢？

　　恰巧，正好手頭有一款開(kāi)關(guān)變壓器的繞組數據，DC500V繞組與5V繞組的匝數比約為20：1，5V繞組為5匝，500V繞組為100匝。振蕩芯片采用3844，輸出脈沖最大占空比為50%。由可以進(jìn)行粗略估算，當電路開(kāi)環(huán)工作時(shí)，開(kāi)關(guān)管最大占空比輸出時(shí)，500V繞組允許最高電壓輸入值為200V。由此可知，此開(kāi)關(guān)電源當輸入電壓不高于DC200V時(shí)，能保證二次負載電壓不會(huì )高于額定值。

　　可見(jiàn)，對于該電路，只要在原電源的DC530V電源輸入端輸入低于200V的直流供電；為3844直接提供高于16V（起振電壓）如18V的供電，不需改變原電壓構成，即可直接驗證開(kāi)關(guān)電源電路中開(kāi)關(guān)變壓器及其它元件的好壞了。在開(kāi)環(huán)工作狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)變壓器各繞組輸出的電壓，應該和其匝數比成正比/線(xiàn)性關(guān)系，若滿(mǎn)足此條件，說(shuō)明開(kāi)關(guān)變壓器是好的，若二次繞組輸出電壓顯著(zhù)低于此值，說(shuō)明開(kāi)關(guān)變壓器不良。

　　但這不是通例！近修一臺施耐德ATV31型45kW變頻器的開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，輸入電源電壓達DC50V以上后，各路輸出電壓即已達到額定值附近！

　　可見(jiàn)，每臺變頻器的開(kāi)關(guān)變壓器因設計一次側匝數的不確定和不統一，不可貿然送入較高的供電電壓，手頭最好有無(wú)級或變擋可調的DC0~200V（100V）電源，先從低電壓送起，同時(shí)監測輸出電壓， 使之低于額定輸出電壓便于工作于監測為宜。而這種檢修過(guò)程，往往帶給人驚喜：在驗證開(kāi)關(guān)變壓器好壞的同時(shí)，故障元件也同步現出原形了。

　　先看圖，上圖為并聯(lián)在開(kāi)關(guān)變壓器一次繞組N1兩端的電壓吸收網(wǎng)絡(luò )。（a）、（b）、（c）分別為常見(jiàn)的三路電路模式（如復合式等，都是我暫時(shí)起的名，也許不夠確切），其目的是提供開(kāi)關(guān)管的反向電流通路，抑制開(kāi)關(guān)管截止期間漏/源（或集電極/發(fā)射極）極間反向電壓的幅值，保護開(kāi)關(guān)管的安全及避免磁勢積累。 當（a）電路中的C29漏電；（b）電路中的Z1~Z3擊穿或漏電；（c）C電路中的Z101擊穿或漏電時(shí)，導致開(kāi)關(guān)變壓器過(guò)載，其二次繞組感生電壓降低。此時(shí)，對開(kāi)關(guān)管Q1/T103來(lái)說(shuō)，雖然不會(huì )導致其過(guò)載（正處于截止期間），但因二次繞組的感生電壓降低（參見(jiàn)圖2電路），當N2繞組感生電壓偏低（如低于10V/PC1的欠電壓動(dòng)作閥值）時(shí)，引起內部振蕩電路停止工作，出現間歇振蕩的故障（表現為打融）現象。注意，此電壓間歇振蕩現象是由PC1的欠電壓動(dòng)作所引起，而非常規的由二次負載電路過(guò)載所引起的過(guò)載保護，此時(shí)檢查負載電路，當然不會(huì )存在過(guò)載故障。

　　我們再來(lái)細看一下，當圖1中（a）電路的C29雖然已經(jīng)漏電損壞，但其漏電電阻達數千歐姆時(shí)；當圖1中（b）電路的Z1~Z3擊穿或漏電，但其擊穿電壓達數伏以上（超出數字萬(wàn)用表二極管擋的量程，或擊穿電壓達9V以上，超出指針萬(wàn)用表內部電池的電壓值）或其漏電電阻也為數千歐姆時(shí)；圖1中（c）電路的雙向擊穿二極管Z101擊穿或漏電時(shí)，無(wú)論是指針式萬(wàn)用表或數字式萬(wàn)用表，即使我們耐心細致地測量了多次，也可能無(wú)法得出C29、Z1、Z101已壞的準確結論！

　　方便起見(jiàn)，以圖2中N1兩端并聯(lián)的電路為例，當C4的漏電電阻達數千歐姆時(shí)，如果用數字式萬(wàn)用表的二極管擋來(lái)測量（將表筆搭于C4兩端）正、反向測量?jì)纱蔚脑?huà)，顯然，其中一次測量結果是D2的正向導通壓降，一次測量顯示為無(wú)窮大“1”，無(wú)法得出C4已經(jīng)漏電的準確測量結果；如果用指針式萬(wàn)用表的電阻擋不測量的話(huà)，所測得數值為C4漏電阻和R8和相關(guān)聯(lián)并聯(lián)外電路的總并聯(lián)電阻值，因此數值較大，也不容易使人判斷C4已經(jīng)漏電損壞。

　　像圖1的（b）電路，當Z1雖然已經(jīng)損壞，但其擊穿值遠遠高于萬(wàn)用表內電池電壓時(shí)，所測也僅為二極管的正向電阻值（或正向導通壓降），其反向電阻值也是極大的；圖1的（c）電路，如果其故障擊穿值遠高于萬(wàn)用表內部電阻電壓時(shí)，則其正、反向導通壓降或正、反向電阻值都是極大的，根本無(wú)法判斷其已經(jīng)壞掉！

　　應該知道，電容漏電或二極管的擊穿狀態(tài)，只有當加于元件兩端的電壓高于一定閥值時(shí)，元件的故障狀態(tài)才會(huì )有所表現。萬(wàn)用表在低電壓條件下的測試，故障元件有時(shí)卻會(huì )“表現正常”。這也是電工師傅在測試電纜或繞組之間的絕緣時(shí)，為何要丟開(kāi)萬(wàn)用表?yè)Q用絕緣搖表的緣故。

　　綜上所述，當圖中的C29、Z1、Z101等元件損壞后，事實(shí)上我們對該元件測量了多遍， 仍為測量結果所蒙蔽時(shí)，而對其它元件的測量判斷也非常顯明（沒(méi)有問(wèn)題）時(shí)，這時(shí)腦海中也會(huì )就會(huì )冒出一個(gè)故障判斷，也許是開(kāi)關(guān)變壓器壞掉（內部匝間短路）了吧？有的維修者可能會(huì )采取進(jìn)一步的措施，如用振蕩小板代替除3844及全部外圍電路（N1繞組兩端并聯(lián)的電壓吸收回路卻沒(méi)有動(dòng)它），代用后結果仍然是故障依舊，如此似乎更證實(shí)了開(kāi)關(guān)變壓器的故障嫌疑。如果手頭同型號的開(kāi)關(guān)變壓器可以代換試驗的話(huà)，則應該輕易修復的故障機器，也許從此就會(huì )沉睡在某一角落里了。

　　可以想見(jiàn)，開(kāi)關(guān)變壓器壞掉的機率是極低的，對于間歇振蕩所表現出來(lái)的“疑難故障”，所以會(huì )誤判為開(kāi)關(guān)變壓器損壞，是說(shuō)明我們的故障檢測方法上，還是有局限之處。

　　下面看兩例故障檢測實(shí)例：

　　1、開(kāi)關(guān)電源上電后出現打嗝聲，測各路輸出直流電壓均極低，且不穩定。先從負載電路查起， 無(wú)損壞元件。后來(lái)重點(diǎn)檢測N1繞組所并聯(lián)的電壓吸收網(wǎng)絡(luò )，感覺(jué)未有異常。拿來(lái)振蕩小板，將振蕩芯片及外圍電路全部代替，上電后故障依舊。說(shuō)明、振蕩、穩壓環(huán)節皆無(wú)問(wèn)題，重查負載電路也無(wú)異常。檢修陷入困境。

　　想到是否開(kāi)關(guān)變壓器壞掉？得首先排除這個(gè)可能性。

　　直接向3844的7、5腳接入DC18V，在開(kāi)關(guān)電源的DC530V電源輸入端，接入DC100V，上電后，電路起振工作，一會(huì )兒，圖（c）電路中的Z101開(kāi)始冒煙。觀(guān)察此電路為復合式電壓吸收電路，Z101兩端尚并聯(lián)有阻容吸收電路，臨時(shí)摘掉Z101后，測各路直流輸出電壓，其高低與輸入電壓皆成比例（此時(shí)開(kāi)關(guān)變壓器的好壞已不言自明）。

　　至此，故障原因真相大白，用3只100V穩壓管串聯(lián)代替Z101，上電試機，開(kāi)關(guān)電源工作恢復正常。

　　2、故障現象同上，檢查方法同上，通電后，Z1、Z2過(guò)熱冒煙，此時(shí)開(kāi)關(guān)變壓器的好壞已不言自明，間歇振蕩故障的“元兇”也已經(jīng)藏身不住了。用兩只120V穩壓管代替Z1、Z2，上電后開(kāi)關(guān)電源工作恢復正常。

　　最后再交代一下吧。那么為何用原供電DC530V，電路處于間歇振蕩，而為電路分別接入DC18V和DC100V，即能很快使故障元件無(wú)處藏身呢？請參見(jiàn)圖2電路。

　　1、PC1振蕩芯片的供電取自N2繞組，當C4嚴重漏電時(shí)，開(kāi)關(guān)變壓器儲能不足，N2感生電壓降低，PC1內部欠電壓檢測電路動(dòng)作，電路處于間歇振蕩狀態(tài)。

　　獨立為PC1送入DC18V供電后，PC2則能一直穩定工作，進(jìn)而使故障元件暴露出來(lái)。

　　2、在開(kāi)關(guān)電源的DC530V供電端子送入DC100V，這是一個(gè)保險電壓，可以在因故障而穩壓失控的情況下，使各路直流輸出電壓不致超過(guò)額定值而損壞負載電路，此供電電壓下，可以放心地檢測電路各部分的工作狀態(tài)，從而使故障根源暴露出來(lái)。如果手頭有0~200V可調直流電源當然更好，在監測輸出電壓的同時(shí)，緩慢調高輸入電源電壓，還可進(jìn)一步檢測電路由開(kāi)環(huán)進(jìn)入穩壓控制的過(guò)程，驗證電路的穩壓環(huán)節是否正常。