汇总开关电源调试的常见问题

电源" target="_blank">开关电源，这一利用现代电力技术调控开关晶体管通断时间比率的电源设备，其核心在于维持稳定输出电压。这种电源通常由脉冲宽度调制(PWM)控制的金氧半场效晶体管构成，是现代电力电子技术的重要一环。随着电力电子学的发展方向从低频技术转向高频技术，开关电源技术在电力电子应用和各类电源系统中都扮演着不可或缺的角色。开关电源(Switch Mode Power Supply，简称SMPS)，又称开关电源、开关变换器，是一种高频功率变换装置，是电源的一种。

‌开关电源调试‌是指对开关电源进行各种参数调整和故障排查的过程，以确保其正常工作并达到预期的性能指标。开关电源(Switch Mode Power Supply，简称SMPS)是一种通过现代电力电子技术将一种位准的电压转换为所需电压或电流的高频化电能转换装置。

调试步骤和常见问题解决方法

‌变压器饱和‌：当变压器在高电压或低电压输入、输出短路、动态负载或高温情况下导通时，电流非线性增长，可能导致电流过大和开关管损坏。解决方法包括降低IC的限流点、加强软启动等‌。

‌Vds过高‌：Vds的应力要求在最恶劣条件下不应超过指定规格的90%。可以通过降低平台电压、减少漏感、调整吸收电路(如使用TVS管、速度较慢的二极管、插入阻尼电阻)等方法来降低Vds‌。

‌IC温度过高‌：原因包括内部MOSFET损耗过大、散热不良等。解决方法包括增加变压器绕线距离以减小层间电容、多涂焊料并尽可能扩大铜箔面积、将IC放置在空气流通良好的地方‌。

‌空载、轻载无法启动‌：现象是空载和轻载时Vcc在启动电压和关断电压之间反复跳变。解决方法包括增加Vcc绕组匝数、降低Vcc限流电阻、正确添加假负载‌。

调试工具和设备

调试工具和设备包括万用表、示波器、功率分析仪等。这些工具可以帮助测量电压、电流、功率等参数，确保开关电源的各项指标符合设计要求。

调试流程和注意事项

调试流程通常包括以下几个步骤：

‌准备工作‌：检查设备连接是否正确，确保所有组件正常工作。

‌参数测量‌：使用万用表和示波器测量关键参数，如输入电压、输出电压、电流等。

‌故障排查‌：根据测量结果进行故障排查，定位问题所在。

‌参数调整‌：根据需要调整参数，如限流点、软启动等。

‌性能测试‌：测试开关电源在不同负载条件下的性能，确保其稳定性和效率。

注意事项包括：

确保调试过程中安全，避免触电和设备损坏。

详细记录调试过程和结果，便于后续分析和维护。

在调试前仔细阅读设备手册，了解各组件的工作原理和调试方法。

变压器饱和现象

在高压或低压输入下开机，包括轻载、重载、容性负载等情况，以及输出短路、动态负载、高温等环境下，变压器和开关管中的电流可能呈现非线性增长。这种现象下，电流峰值变得难以预知和控制，可能导致电流过应力，进而引发开关管过压而损坏。

容易产生变压器饱和的情况包括：变压器感量过大、圈数过少、变压器的饱和电流点低于IC的最大限流点，以及缺乏软启动功能。针对这些问题，可以采取降低IC限流点、加强软启动等措施，以确保通过变压器的电流能够缓慢上升。

Vds过高

在最恶劣条件下，如最高输入电压、最大负载、最高环境温度以及电源启动或短路测试时，Vds的最大值不应超过其额定规格的90%。为了降低Vds，可以尝试减小平台电压，这通常涉及调整变压器原副边圈数比。此外，还可以通过减小尖峰电压来降低Vds，这可以通过减小变压器漏感、调整吸收电路(如使用TVS管、较慢速的二极管或插入阻尼电阻)来实现。

IC温度过高

IC温度过高可能由于内部MOSFET损耗过大、散热不良或IC周围空气温度过高所致。为了解决这个问题，可以增加变压器绕组的距离以减小层间电容，或者改善散热条件，例如增加铜箔面积并上更多的焊锡。同时，确保IC处于空气流动畅顺的地方，远离其他高温零件。

空载、轻载不能启动

当电源处于空载或轻载状态时，可能会出现无法启动的情况，表现为Vcc电压在启动电压和关断电压之间反复跳动。这通常是由于空载或轻载时Vcc绕组的感应电压太低所致。针对这个问题，可以尝试增加启动电路的灵敏度或调整相关参数来解决。

启动后无法加重载

原因及解决办法：

Vcc在重载时过高

在重载情况下，Vcc绕组感应电压升高，导致Vcc过高并触发IC的过压保护，从而引起无输出。为防止电压进一步升高损坏IC，需采取措施。

内部限流被触发

a. 限流点设置过低

在重载或容性负载时，若限流点设置过低，MOSFET的电流将受到限制，导致输出不足。为解决此问题，应增大限流脚电阻，提高限流点。

b. 电流上升斜率过大

电流上升斜率过大可能触发内部限流保护。为避免此情况，可在不饱和变压器的前提下增加感量。

待机输入功率大

现象：

在空载或轻载时，Vcc不足导致输入功率过高和输出纹波过大。

原因：

Vcc不足会使IC频繁启动，高压给Vcc电容充电，造成启动电路损耗。若启动脚与高压间有电阻，其上功耗将增大，因此需选择足够功率等级的启动电阻。此外，电源IC未进入Burst Mode或Burst频率过高也可能导致问题。

解决办法：

调节反馈参数以降低反馈速度。

短路功率过大

现象：

输出短路时，输入功率过大和Vds过高。

原因：

输出短路时重复脉冲多且开关管电流峰值大，导致输入功率过大。过大的开关管电流在漏感上存储过多能量，关断时引起Vds升高。此外，短路时可能触发OCP或内部限流保护使开关管停止工作。

解决办法：根据具体情况采取相应措施，如触发OCP进行保护或调整内部限流设置。

空载、轻载时的输出反跳现象

现象描述：

在输出空载或轻载状态下，当输入电压被关闭时，输出电压(例如5V)会出现如波形图所示的反跳现象。

原因分析：

关闭输入电压后，5V输出开始下降，同时Vcc也随之降低。一旦Vcc降至IC的关闭电压以下，IC将停止工作。然而，在空载或轻载条件下，电源中的大电容电压下降速度较慢，它仍然能够为高压启动脚提供足够的电流，从而触发IC重新启动，导致5V输出再次出现，形成反跳。

解决方法：

为防止这种反跳现象，可以在启动脚上串联一个较大的限流电阻。这样，即使大电容电压下降到一定水平，它也无法提供足够的启动电流给IC，从而避免IC的重新启动。另外，将启动电路接在整流桥之前也是一个有效的解决方法，因为这样可以使启动电路不受大电容电压的影响。当输入电压关闭时，启动脚上的电压能够迅速降低，进而防止IC的重新启动和输出反跳

一、输出电压异常

输出电压过高或过低：可能是由于反馈回路故障、基准电压不准确、变压器匝数比不合适等原因引起。例如，反馈电阻阻值变化、光耦损坏等都可能导致输出电压偏离设定值。

电压不稳定：在负载变化或输入电压波动时，输出电压出现较大幅度的波动。这可能是由于稳压控制电路响应速度慢、滤波电容容量不足或损坏等原因造成。

二、输出电流异常

输出电流不足：可能是由于功率开关管导通不良、变压器绕组短路、输出滤波电感饱和等原因导致。例如，功率开关管老化、驱动不足会使导通电阻增大，从而限制了输出电流。

过流保护频繁触发：当负载电流超过设定值时，开关电源应启动过流保护功能。但如果过流保护阈值设置不合理、检测电路故障或负载存在瞬间大电流冲击等情况，就会导致过流保护频繁触发，影响电源的正常工作。

三、纹波噪声过大

高频纹波：主要由开关频率及其谐波引起，通常是由于输出滤波电容容量不足、电感值不合适或 PCB 布局不合理导致。例如，滤波电容的等效串联电阻(ESR)过大，会使高频纹波无法有效滤除。

低频纹波：一般是由输入电源的波动或负载变化引起的，可能是由于输入滤波不良、反馈回路响应慢等原因造成。

四、发热严重

功率开关管发热：功率开关管在导通和截止过程中会产生较大的功耗，如果散热设计不合理，如散热片面积过小、风道不畅等，就会导致开关管温度过高。

变压器发热：变压器的磁芯损耗和绕组电阻损耗会产生热量，如果变压器设计不合理或工作在饱和状态，就会发热严重。此外，变压器的绕制工艺不良也可能导致局部过热。

五、电磁干扰(EMI)问题

传导干扰：开关电源的高频开关动作会产生电磁干扰，通过电源线传导到其他设备。这可能是由于输入滤波器设计不合理、接地不良或 PCB 布线不合理等原因引起。

辐射干扰：开关电源的电磁场会向空间辐射电磁干扰，影响周围的电子设备。辐射干扰主要与开关频率、功率等级、PCB 布局和外壳屏蔽等因素有关。

六、启动困难

输入电容充电时间过长：在电源启动时，输入电容需要充电到一定电压才能使开关电源正常工作。如果输入电容容量过大或充电电阻阻值不合适，就会导致充电时间过长，使电源启动困难。

软启动电路故障：软启动电路用于限制电源启动时的冲击电流，如果软启动电路失效，可能会导致启动瞬间电流过大，损坏开关管或其他元件。

七、保护功能失效

过压保护失效：当输出电压超过设定值时，过压保护应启动，切断输出。如果过压保护电路故障，如检测电路不准确、保护芯片损坏等，就会导致过压保护失效，可能会损坏负载设备。

过温保护失效：当开关电源温度过高时，过温保护应启动，降低输出功率或停止工作。如果过温保护电路故障，如温度传感器损坏、保护逻辑错误等，就会导致过温保护失效，可能会使电源因过热而损坏。

八、效率低下

功率损耗过大：开关电源中的功率损耗主要包括开关管导通损耗、开关损耗、变压器损耗、输出整流二极管损耗等。如果这些损耗过大，就会导致电源效率低下。例如，开关管的导通电阻过大、变压器的磁芯材料不合适等都会增加功率损耗。

轻载效率低：在轻载情况下，开关电源的效率往往会下降。这可能是由于控制电路的静态功耗较大、轻载时开关频率不合适等原因造成。

九、噪声和振动

机械噪声：开关电源中的变压器、电感等磁性元件在工作时可能会产生机械噪声，主要是由于磁芯的振动引起。这可能是由于磁芯固定不牢固、磁芯材料不合适或工作频率与磁芯的机械共振频率接近等原因造成。

电气噪声：开关电源的高频开关动作会产生电气噪声，可能会影响其他电子设备的正常工作。例如，噪声可能会通过电源线传导到其他设备，或者通过空间辐射干扰附近的无线通信设备。

十、可靠性问题

元件老化：开关电源中的电子元件在长期工作过程中会逐渐老化，如电容容量下降、电阻阻值变化、半导体器件性能退化等。这些元件的老化可能会导致电源性能下降或故障。

总之，在开关电源调试过程中，我们需要仔细检查和分析，找出问题的根源，并采取相应的解决措施，以确保开关电源的性能和可靠性。