开关电源检修及损耗计算知识总结
开关电源检修的方法
1．假负载法
在维修开关电源时，为区分故障出在负载电路还是电源本身，经常需要断开主负载，并在开关电源主电压输出端加上假负载进行试机，如图4-1所示。之所以要接假负载，是因为开关管在截止期间，储存在开关变压器一次绕组的能量要向二次侧释放，如果不接假负载，则开关变压器储存的能量无处释放，极易导致开关管击穿损坏。关于假负载，应根据开关电源的输出电压（或功率）的大小进行选择，一般而言，若输出电压在100V以上，应选择40～100W的灯泡或300Q左右的大功率电阻做假负载；若输出电压在30V以下，可选择汽车／摩托车上用的灯泡或600Ω～lkΩ大功率电阻做假负载。
另外需要说明的是，有些电子产品，其开关电源的直流电压输出端通过一个电阻接地，相当于接了一个假负载，因此，对于这种结构的开关电源，维修时不需要再接假负载。
2．短路法
并联型开关电源一般采用带光电耦合器的直接取样稳压控制电路，当输出电压高时，可采用短路法来区分故障范围。
短路检修法的过程是：先短路光电耦合器的光敏接收管的两脚，相当于减小了光敏接收管的内阻，测主电压仍未变化，则说明故障在光电耦合器之后（开关变压器的一次电路一侧）。反之，故障在光电耦合器之前的电路。
需要说明的是，短路法应在熟悉电路的基础上有针对性地进行，不能盲目短路，以免将故障扩大。另外，从检修的安全角度考虑，短路之前，应断开负载电路。
3．串联灯泡法
所谓串联灯泡法，就是取掉输入回路的保险丝（熔断器），用一个60W/220V的灯泡串在保险丝两端。当通入交流电后，如灯泡很亮，则说明电路有短路现象。由于灯泡有一定的阻值，如60W/220V的灯泡，其阻值约为500Ω（指热阻），所以起到一定的限流作用。这样，一方面能直观地通过灯泡的明亮度来大致判断电路的故障；另一方面，由于灯泡的限流作用，不至于立即使已有短路的电路烧坏元器件。直至排除短路故障后，灯泡的亮度自然会变暗，最后再去掉灯泡，换上保险丝。
4．代换法
代换法分为元器件级代换和板级代换。
元器件级代换是指用正常的元器件代换怀疑的元器件，若代换后开关电源工作正常，说明被代换的元器件损坏。在开关电源中，有些元器件可用万用表直接判断出其是否正常，如电阻；有些则不好判断，如电源控制芯片。因此，对于不易判断的元器件，若维修中怀疑其有问题，建议使用正确的元器件进行代换，以提高维修效率。
板级代换是指对整机开关电源或电源电路的一部分电路进行整体代换。这种维修方法主要用于开关电源出现大面积元器件烧坏或开关电源出现疑难故障时的维修。这种维修方法的特点是：故障排除彻底，维修效率高，但造价相对也较高。
检修电源的方法还有许多，如示波器法、加热冷却法、人工干预法等，这里不再一一介绍。
开关电源常见故障维修
1．保险丝或保险管烧断
主要检查整流桥各二极管、大滤波电容及开关管等部位，抗干扰电路出问题也会导致保险丝或保险管烧断、发黑。值得注意的是，因开关管击穿导致的保险丝或保险管烧断往往还伴随着过流检测电阻和电源控制芯片的损坏，负温度系数热敏电阻也裉容易和保险丝或保险管一起烧坏。
2．无输出，但保险丝或保险管正常
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。首先测量电源控制芯片的启动脚是否有启动电压，若无启动电压或者启动电压太低，则检查启动电阻和启动脚外接的元器件是否有漏电存在，此时如电源控制芯片正常，则经上述检查可很快查到故障。若有启动电压，则测量控制芯片的驱动输出脚（厚膜电路没有驱动输出脚）在开机瞬间是否有高低电平的跳变。若无跳变，说明控制芯片损坏、外围振荡电路元器件或保护电路有问题，可先代换控制芯片，再检查外围元器件。若有跳变，一般为开关管不良或损坏。
3．有输出电压，但输出电压过高
这种故障往往来自于稳压取样和稳压控制电路。我们知道，直流输出、取样电阻、误差取样放大器（如TL431）、光电耦合器和电源控制芯片等电路共同构成了一个闭合的控制环路，在这一环节中，任何一处出现问题都会导致输出电压升高。
对于有过压保护电路的电源，输出电压过高首先会使过压保护电路动作，此时，可断开过压保护电路，使过压保护电路不起作用，测开机瞬间的电源主电压。如果测量值比正常值高，说明输出电压过高。实际维修中，以取样电阻变值、误差放大器或光电耦合器不良为常见。
4．输出电压过低
根据维修经验，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不良还是负载电路有故障。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开关变压器不良，不但造成输出电压下降，还会造成开关管激励不足从而损开关管。
⑤大滤波电容（即300V滤波电容）不良，造成电源带负载能力差，一接负载输出电压便下降。
损开关管故障的维修
无损电源开关管（或厚膜电路，厚膜电路内含开关管）是开关电源电路维修的重点和难点，下面作一系统分析。
开关管是开关电源的核心部件，工作在大电流、高电压的环境下，其损坏的比例是比较高的，一旦损坏，往往并不是换上新管就可以排除故障，甚至还会损坏新管，对于这种屡损开关管的故障排除起来是较为麻烦的，往往令初学者无从下手。下面简要分析一下磨损开关管的常见原因。
1．开关管过压损坏
①市电电压过高，对开关管提供的漏极工作电压高，开关管漏极产生的开关脉冲幅度自然升高许多，突破开关管D-S的耐压值造成开关管击穿。
②稳压电路有问题，使开关电源输出电压升高的同时，开关变压器各绕组产生的感应电压幅度大，在其一次绕组产生的感应电压与开关管漏极D得到的直流工作电压叠加，如果这个叠加值超过开关管D-S的耐压值，会损坏开关管。
③开关管漏极D保护电路（尖峰脉冲吸收电路）有问题，不能将开关管漏极D幅度颇高的尖峰脉冲吸收掉而造成开关管漏极电压过高击穿。
④大滤波电容（300V滤波电容）失效，使其两端含有大量的高频脉冲，在开关管截止期间与反峰电压叠加后，导致开关管过压损坏。
2．开关管过流损坏
①开关管散热片过小或固定不牢。
②开关电源负载过重，造成开关管导通时间延长而损坏开关管。常见原因是输出电压整流、滤波电路不良或负载电路有短路、漏电等故障。
③开关变压器匝间短路。
3．开关管功耗大损坏
常见的有开启损耗大和关断损耗大两种。开启损耗大主要是由于开关管在规定的时间内不能由放大状态进入饱和状态。开关管因开启损耗大的原因主要是由于开关管激励不足造成的。关断损耗大主要是由于开关管在规定的时间内不能由放大状态进入到截止状态。开关管因关断损耗大的原因主要是由于开关管栅（基）极的波形发生畸变造成的。
4．开关管道本身有质量问题
市售电源开关管质量良莠不齐，如果开关管存在质量问题，屡损开关管也就在所难免了。
5．开关管理不当
开关电源的场效应开关管功率一般较大，不能用功率小、耐压低的场效应管进行代换，否则极易损坏。也不能用BU508A、2SD1403等三极管进行代换，实验发现，代换后电源虽可工作，但通电几分钟三极管即过热，会引起屡损开关管的故障。
电源电路检修注意事项
1．加隔离变压器
开关电源大都为并联型开关电源，对于并联型开关电源，虽然负载所在的电路板为冷底板，但开关电源变压器一次电路仍为热底板，因此，如果不加隔离变压器，就不能用示波器测量开关变压器一次侧之前的任何电路，否则，不但使示波器外壳带电，对人身构成威胁，还会烧坏电源。用万用表测量电压时可不加隔离变压器。
2．避免电击
在维修开关电源时，用了隔离变压器并不能保证100%的安全，导致触电的充要条件是，与身体接触的两处或以上的导体间存在超过安全电压的电位差，并有一定强度的电流流经人体。隔离变压器可以消除热地与电网之间的电位差，一定程度上可以防止触电。但它无法消除电路中各点间固有的电位差，也就是说，维修人员两只手同时接触了开关电源电路中具有电位差的部位，同样会导致电击。因此，维修人员在修理时，如果必须带电操作，首先应使身体与大地可靠绝缘，例如坐在木质座位上，脚下踩一块干燥的木板或包装用的泡沫之类的绝缘物；其次，要养成单手操作的习惯，当必须接触带电部位时，防止经过另一只手或身体的其他部位形成回路等，这些都是避免电击的有效措施。
3．选好参考点位
测量电源电路的电压，要选好参考电位，开关变压器一次侧之前的地为热地，开关变压器一次侧之后的地为冷地，二者不是等电位。因此，测量开关变压器一次电路的电压时，就以热地为参考点，即将万用表的负表笔接热地；测量开关变压器二次电路（负载电路）时，要以冷地为参考点，即将万用表的负表笔接冷地。
4．电源不振荡时应对大滤波电容两端的电压放电
维修无输出的电源，通电后再断电，由于电源不振荡，大滤波电容（300V滤波电容）两端的电压放电会极其缓慢，此时，如果要用万用表的电阻挡测量电源，应先对大滤波电容两端的电压进行放电（可用一大功率的小电阻进行放电），然后才能测量，否则不但损坏万用表，而且还会危及维修人员的安全。
5．检修时应控制开机时间
在检修开关电源输出电压高于正常值许多故障时，开机时间尽量要短，以免击穿开关管与负载元器件，造成不必要的损失。开机时间的标准是测量完某点电压值需要的最短时间。实际监测时，可一手拿表笔，一手按开关，接通电源开关，看清读数后，立即关断电源。
6．更换故障元器件后再次开机时要监测开关电源输出电压值
对开关电源进行检查发现或怀疑某个元器件有问题，更换这个元器件后，开机时要监测开关电源（105～150V）输出端电压，如果高于正常值许多，要快速关机。之后按电压输出高的故障进行检查。
7．保险管损坏的检修
交流输入电路中保险管熔断很少是由于保险管自然损坏造成的，而大多数是由于后级电路短路故障造成的，如市电整流二极管短路、电源开关管短路等。因此，若遇到保险管损坏的故障，应首先对以上易损元器件检查更换后再更换新的保险管试机。保险管损坏时，应使用同规格新品更换，不要使用铜丝代换，以免对电路造成更大的损害。当损坏的保险管内部发黑或显像管爆裂时，说明后级电路短路严重，更应仔细检查。
8．开关变压器中电解电容的检修
开关变压器热端电路中的电解电容故障率较高，但有的电容用万用表测量正常，但实际上确有问题。所以，建议对开关变压器热端电路中的2.2～lOOμF电解电容检修时，用代换法进行检修，以免造成错误判断。
9．更换开关电源元器件时，应注意以下几点
（1）更换时必须用相同型号或相同性能及规格的元器件
①稳压电路中的各元器件。
②保护电路中的各元器件。
③振荡电路中的元器件。
④交流220V输入电路中的保险管。
（2）更换时功率、耐压、容量可以提高的元器件
①交流220V整流滤波电容中的大滤波电容与整流二极管。
②开关电源各电压输出端的滤波电容与整流二极管。
（3）开关电源中的交流220V整流滤波电路中的保险电阻与开关电源电压输出端的保险电阻的代换
这两个电路中的保险电阻最好选用功率与电阻相同的，如果没有相同的电阻，在功率与阻值的选择上是：原来元件的保险电阻功率／电阻值=代换元件保险电阻的功率／电阻值。但一定要用保险电阻代换。
10.用假负载法与电流法断开开关电源对行扫描电路的供电时应注意的事项
①断开负载时，一般是断开元器件的一引脚，断开处通常是开关电源主输出端到负载之间的保险电阻、电感的一引脚，不要用割断电路板的方法进行断开。
②在维修开关电源时，为判断故障在开关电源电路还是在负载电路，常常需要断开开关电源主电压的负载。我们知道，开关电源误差取样电路可以有两种形式，即直接取样电路和间接取样电路。对于间接取样电路，在切断开关电源主电压负载时没有什么特别的要求。对于直接取样的开关电源，在断开主电压负载时，应注意切断点的位置，即断开点应选在稳压电路之后，如图4-2所示的虚线C的右侧，而决不能取在虚线A的左侧。否则误差取样电路得不到误差电压（误差电压为零），将导致开关电源输出电压急剧升高，可能会烧毁开关管或开关电源控制芯片。
11.对于开关电源无电压输出的故障
如果监测结果是开机瞬间有某个输出端有电压．说明开关电源能产生振荡，只是由于开关电源输出电压高或负载有过流故障造成保护电路工作引起开关电源停振。
另外，对于开关电源输出电压低的故障，如果监测结果是关机瞬间电压升高，也同样说明开关电源中的保护电路因故障进入保护状态。
开关电源检修技巧
1．检修开关电源时，要先对故障率相对高的电路进行检查
在检修开关电源时，如果同时判断故障在两个或以上的部分可能存在问题时，要先对故障率较高的部分进行检查，例如，对于开关电源只有开机瞬间有电压的故障，故障原因可能是稳压电路有问题造成输出电压过高引起的过压保护，也可能是由开关电源某路输出端有短路或过流故障引起的。但因后者的可能性远远大于前者，所以检修时，要先查开关电源电压输出端是否有短路、过流故障。之后再按过压保护对稳压电路进行检查。
2．检修开关电源时，要先对易损件进行检查
从开关电源的结构来讲，每种开关电源均有自己的优缺点，也有比较固定的易损件。从电子设备的使用时间长短来讲，开关电源易损件也有一定的规律，例如，当开关电源使用时间较长时，开关电源热端的电解电容故障相对较高。检修开关电源时，在按常规方法进行检修之前，应重点对这些易损件进行检查，这样可以起到事半功倍的效果。
3．检修开关电源时，要善于利用观察法
（1）观察保险内的保险丝是否熔断，判断开关电源有无严重短路故障
交流220V整流滤波电路中的保险丝熔断的直接原因只在开关电源热端固定的几个元器件中，即开关管、300V大滤波电容、交流220V整流二极管击穿等。所以，如果观察到保险内的保险丝熔断，肯定是上述中的某个元器件有问题。
（2）观察开关电源中的电解电容顶部是否鼓胀，可判断这个电容是否有问题
如果电容鼓胀，说明电容基本失效，需要进行更换。同时，还要检查电容鼓胀的原因，是工作久了自然损坏，还是电压过高损坏等，以便对症下药。
4．检修开关电源时，要学会电压法使用技巧
用电压法检修开关电源，可判断出故障是否在开关电源，以及在开关电源的哪个部位。电压法检修开关电源的常见关键点有：开关电源交流输入端，整流滤波输出端，开关管漏极、栅极，开关电源控制芯片的启动端，开关电源输出端等。将测得的值与正常的值进行比较，即可查出故障点。
5．检修开关电源时，要学会电阻法的使用技巧
电阻法可判断出开关电源各电压输出端是否存在击穿短路与严重漏电故障，确认开关电源中的某个元器件是否击穿、开路、漏电。电阻法最常用于检查开关管、交流220V整流滤波中的保险电阻开路。
在以下几种情况下，可采用电阻法进行检查。
①在开关电源有的输出端有小电压，有的输出端始终无电压时，需要用电阻法测量没有电压输出的端子电阻。如果是电阻值近于零，说明这个输出端的整流二极管或负载有击穿故障。
②在开关管漏极电压为零时，需要用电阻法查交流220V桥式整流滤波电路，检查交流220V桥式整流器串联的保险电路是否开路。
③在保险管内的保险丝熔断时，需要用电阻法测量开关漏极对地电阻，如果测量结果近于零，说明烧断保险管的原因是开关管或300V大滤波电容、桥式整流器击穿。
6．检修开关电源时，要学会电流法的使用技巧
电流法可判断出开关电源的主负载是否由过流造成开关电源工作电压异常。方法是在开关电源主输出端与主负载断开处接入电流表，如图4-3所示，电流表的挡位打在较大挡位（如500mA），测量开机瞬间的电流，如果电流在正常范围，可判断主负载正常，如果电流超出正常范围，可判断主负载存在短路故障。
一个高质量的开关电源效率高达95%，而开关电源的损耗大部分来自开关器件（MOSFET和二极管），所以正确的测量开关器件的损耗，对于效率分析是非常关键的。那我们该如何准确测量开关损耗呢？
一、开关损耗由于开关管是非理想型器件，其工作过程可划分为四种状态，如图1所示。“导通状态”表示开关管处于导通状态；“关闭状态”表示开关管处于关闭状态；“导通过程”是指开关管从关闭转换成导通状态；“关闭过程”指开关管从导通转换成关闭状态。一般来说，主要的能量损耗体现在“导通过程”和“关闭过程”，小部分能量体现在“导通状态”，而“关闭状态”的损耗很小几乎为0，可以忽略不计。
图1 开关管四种状态划分实际的测量波形图一般如图2示。
图2 开关管实际功率损耗测试二、导通过程损耗晶体管开关电路在转换过程中消耗的能量通常会很大，因为电路寄生信号会阻止设备立即开关，该状态的电压与电流处于交变的状态，因此很难直接计算功耗，以往的做法，将电压与电流认为是线性的，这样可以通过求三角形的面积来粗略计算损耗，但这是不够准确的。对于数字示波器来说，通过都会提供高级数学运算功能，因此可以使用下面的公式计算导通过程的损耗。
Eon表示导通过程的损耗能量Pon表示导通过程的平均损耗功率（有功功率）Vds、Id分别表示瞬时电压和电流Ts表示开关周期t0、t1表示导通过程的开始时间与结束时间关闭过程损耗关闭过程损耗与导通过程损耗计算方法相同，区别是积分的开始与结束时间不同。
Eoff表示关闭过程的损耗能量Poff表示关闭过程的平均损耗功率（有功功率）Vds、Id分别表示瞬时电压和电流Ts表示开关周期t2、t3表示关闭过程的开始时间与结束时间三、导通损耗导通状态下，开关管通常会流过很大的电流，但开关管的导通电阻很小，通常是毫欧级别，所以导通状态下损耗能量相对来说是比较少的，但亦不能忽略。使用示波器测量导通损耗，不建议使用电压乘电流的积分的来计算，因为示波器无法准确测量导通时微小电压。举个例子，开关管通常关闭时电压为500V，导通时为100mV，假设示波器的精度为±1‰（这是个非常牛的指标），最小测量精度为±500mV，要准确测量100mV是不可能的，甚至有可能测出来的电压是负的（100mV-500mV）。由于导通时的微小电压，无法准确测量，所以使用电压乘电流的积分的方法计算的能量损耗误差会很大。相反，导通时电流是很大的，所以能测量准确，因此可以使用电流与导通电阻来计算损耗，如下面公式：
Econd表示导通状态的损耗能量Pcond表示导通状态的平均损耗功率（有功功率）Id分别表示瞬时电流Rds(on)表示开关管的导通电阻，在开关管会给出该指标，如图3所示Ts表示开关周期t1、t2表示导通状态的开始时间与结束时间
图3 导通电阻与电流的关系四、开关损耗开关损耗指的是总体的能量损耗，由导通过程损耗、关闭过程损耗、导通损耗组成，使用下面公式计算：
五、开关损耗分析插件高端示波器通常亦集成了开关损耗分析插件，由于导通状态电压测量不准确，所以导通状态的计算公式是可以修改的，主要有三种：● UI，U和I均为测量值● I2R，I为测量值，R为导通电阻，由用户输入Rds(on)● UceI，I为测量值，Uce为用户输入的电压值，用于弥补电压电压测不准的问题。一般建议使用I2R的公式，下图是ZDS4000 Plus的开关损耗测试图。
图4 开关损耗测试结果图六、总结开关损耗测试对于器件评估非常关键，通过专业的电源分析插件，可以快速有效的对器件的功率损耗进行评估，相对于手动分析来说，更加简单方便。对于MOSFET来说，I2R的导通损耗计算公式是最好的选择。