離線開關電源PWM開關和故障模式DC-DC變換器

　　摘要

　　今天的電壓調節(jié)模塊（VRM）采用離線式開關電源技術。傳統(tǒng)上，當它們失敗時，它們通常被丟棄，因為它們對調試很有挑戰(zhàn)性，因此很難替換。這些失效模塊的研究揭示了一些常見的失效模式。有些故障是由其它系統(tǒng)的被動元件造成的，這些元件在重復電應力后失效。認識到這些常見的故障模式給開關電源帶來了新的生命。

　　離線開關電源操作

　　PC電源塊和其他專用電源被稱為開關電源或開關電源。它們將線路交流電壓轉換為低壓大電流直流。典型的開關電源可以簡化，如圖1的方框圖所示。圖2演示了典型的推挽開關電路。

　　在大多數開關電源中，120 VAC或240 VAC輸入首先通過熔斷器和線路濾波器。交流輸入，然后整流全波橋式整流器和過濾由一對高壓電容器。這將從全波橋的一側產生兩個高壓源，一個是正的，另一個是負的。對于120伏交流電在60赫茲的直流電壓是

　　?1.414 Vrms?2 = 338 V（169 V?）。紋波是120赫茲，很容易被高頻直流到直流電源級濾波。

　　然后使用一對晶體管將這些高壓電源切換到變壓器初級繞組上。這種開關動作非?？?，通常開關速度在50千赫300千赫左右。一個集成電路如5001或TL494是常用的在這個轉換速率控制的晶體管。這種集成電路不僅控制晶體管的開關速度，而且控制每個晶體管的導通時間。這種脈寬調制（PWM）設置了器件的通斷特性。電源的輸出電壓是由這個定時決定的。

　　其他功能設計的PWM控制器有助于調節(jié)，穩(wěn)定，并提供更高的負載電流和瞬時電流的要求。這些功率晶體管充電和放電變壓器初級，從而誘導權力的次級繞組。線路和直流電源電壓之間的隔離使用這種互感互感器來實現。

　　變壓器的輸出（現在是開關頻率的脈沖寬度調制電壓），然后通過特殊的高速二極管整流，使之回到直流。對于5-VDC輸出，通常有兩個二極管封裝在一個單一的包。這個軟件包通常是一個TO-220或TO - 218三引腳封裝。12 VDC和±5-VDC輸出各有自己的雙輸出二極管。這些輸出不是純DC，需要進行廣泛的濾波，以消除晶體管開關動作產生的高頻分量。濾波是在低通配置中使用電感和電容的組合完成的。

　　通過將一些輸出反饋到控制開關晶體管的集成電路中來調節(jié)電源的輸出電壓（見圖2）。

　　控制芯片的故障可以導致各種電源故障模式，從調節(jié)和/或響應的減少，到完成輸出故障。集成電路中的保護調用所有控制信號的關閉，關閉模塊。

　　圖1顯示了典型的線路開關模式電源轉換器的簡單圖。這是一個特殊的接受240伏交流電，并將線路隔離使用變壓器的初級和次級繞組，和一個光耦反饋線從穩(wěn)壓輸出的直流電壓解耦。這個方框圖象征著單個和同步晶體管開關元件和通常使用的相關控制IC。