凌云峰，張晨亮，孫艷麗，畢 濤

（海軍航空工程學(xué)院 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部，山東 煙臺(tái)264001）

在現(xiàn)代工業(yè)控制電路、電子設(shè)備、儀器儀表中使用了大量半導(dǎo)體器件，這些半導(dǎo)體器件需要幾伏到幾十伏的直流供電，大多數(shù)電子設(shè)備的直流供電方法都是將交流電源經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等變換為所需的直流電壓，完成這種變換任務(wù)的電源稱(chēng)為直流穩(wěn)壓電源[1]。

隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，軍用以及民用各個(gè)領(lǐng)域如教學(xué)、科研、生產(chǎn)及維修中大范圍的使用直流穩(wěn)壓電源，直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的基本元件，也是大部分現(xiàn)代化電子儀器，各種電子設(shè)備的重要組成部分。 根據(jù)對(duì)以往針對(duì)電子設(shè)備故障的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，其故障超過(guò)半數(shù)以上是由于直流穩(wěn)壓電源的故障造成的，電源一旦發(fā)生故障，往往會(huì)引起整臺(tái)設(shè)備的癱瘓，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡，故直流穩(wěn)壓電源的可靠性應(yīng)該受到更高的重視。

我院電工電子實(shí)驗(yàn)中心的所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備中幾乎都包含有直流穩(wěn)壓電源單元，并且還為數(shù)字實(shí)驗(yàn)室、低頻實(shí)驗(yàn)室、高頻實(shí)驗(yàn)室、 電子線路實(shí)踐實(shí)驗(yàn)室相應(yīng)配備了130 臺(tái)CA18303D 型直流穩(wěn)壓電源，以供學(xué)生學(xué)習(xí)和使用。 實(shí)驗(yàn)室裝置完好率是實(shí)驗(yàn)教學(xué)保障的重要指標(biāo)，能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除實(shí)驗(yàn)設(shè)備故障，是保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)[2]。 本項(xiàng)目基于實(shí)驗(yàn)室這一有利平臺(tái)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用率高，故障頻繁的特點(diǎn)， 將實(shí)驗(yàn)設(shè)備維修經(jīng)驗(yàn)與學(xué)員實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)分析有機(jī)結(jié)合，重點(diǎn)研究直流穩(wěn)壓電源常見(jiàn)故障的分析與排查方法，根據(jù)設(shè)備的健康狀況實(shí)施及時(shí)有效的設(shè)備檢修， 不僅提高了實(shí)驗(yàn)課質(zhì)量、節(jié)約經(jīng)費(fèi)，同時(shí)也能為今后大型裝備中的電源維修與保障打下基礎(chǔ)。

1 直流穩(wěn)壓電源的簡(jiǎn)要工作原理

直流穩(wěn)壓電源按照穩(wěn)壓原理來(lái)分， 一般又包括串聯(lián)穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源兩大類(lèi)。 兩類(lèi)直流穩(wěn)壓電源各有其優(yōu)缺點(diǎn)：串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路簡(jiǎn)單，紋波小，但效率低。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源效率高、體積小，但電路復(fù)雜，對(duì)周?chē)碾娮酉到y(tǒng)影響大。 目前，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[3]。

1.1 串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源的基本原理

串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源的電路形式多種多樣， 但從本質(zhì)上看都有其相似性。 一般的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源的組成框圖如圖1 所示。

一般情況，直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓較低，而交流輸入電壓一般為市電的220 V 左右， 因此首先需要一個(gè)功率滿足要求的工頻變壓器來(lái)將220 V 電壓降低到適當(dāng)?shù)姆龋?然后再采用整流橋或整流二極管構(gòu)成的橋式電路進(jìn)行整流， 再經(jīng)電容濾波， 最后經(jīng)集成穩(wěn)壓器或由三極管等電路構(gòu)成的串聯(lián)穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，得到所需的直流輸出電壓[4]。

圖1 串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源的組成框圖Fig. 1 The block diagram of the series DC regulated power supply

比較典型的串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源如圖2 所示。

圖2 中未給出變壓器電路， 只給出了從整流橋往后的電路原理。 圖中的7805 是很常用的串聯(lián)穩(wěn)壓電路， 輸出電壓為+5 V，輸出電流最大為1 A。

圖2 +5 V 輸出的串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源電路原理圖Fig.2 Structure diagram of +5V DC power supply

由于工頻頻率低，因此，當(dāng)要傳遞一定功率時(shí)，變壓器的體積會(huì)比較大。同時(shí)為了保證當(dāng)輸入電壓在一定范圍變化時(shí)，輸出電壓都能夠穩(wěn)定在規(guī)定的數(shù)值上， 在穩(wěn)壓電路的輸入端（即圖2 中的7805 的輸入端） 的電壓必須保證其輸出電壓高于一定的數(shù)值。 由于整個(gè)電路的無(wú)效功耗約等于穩(wěn)壓電路（7805）的輸入輸出壓差乘以負(fù)載電流，因此，整個(gè)電路的效率普遍比較低。

1.2 CA1800 系列多路直流穩(wěn)壓電源原理簡(jiǎn)介

本中心實(shí)驗(yàn)室配備的直流穩(wěn)壓電源屬于CA1800 系列可調(diào)式直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源， 是一種具有輸出電壓與輸出電流均連續(xù)可調(diào)、穩(wěn)壓與穩(wěn)流自動(dòng)轉(zhuǎn)換的高穩(wěn)定性、高可靠性、高精度的多路直流電源[5]。

CA1800 系列為L(zhǎng)ED 顯示，可同時(shí)顯示輸出電壓和電流值，且所有規(guī)格都具有固定5 V，3 A 輸出。 另外，兩路可調(diào)電源無(wú)需另外接線即可進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)使用， 并且一路主電源進(jìn)行電壓或電流跟蹤。 串聯(lián)時(shí)最高輸出電壓可達(dá)兩路電壓額定值之和；并聯(lián)時(shí)最大出電流可達(dá)兩路電流額定值之和。

CA1800 系列多路直流穩(wěn)壓電源的原理框圖如圖3 所示。

圖3 CA1800 系列多路直流穩(wěn)壓電源的原理框圖Fig. 3 Principle diagram of CA1800 series DC regulated power supply

2 直流穩(wěn)壓電源故障分析與故障排查方法

1)故障一：無(wú)輸出電壓，即輸出電壓為0 V

電路輸出電壓為零，實(shí)際就是電路無(wú)輸出。 可以從電路輸入端分析到輸出端不難看出， 如果電路存在以下幾種情況中任意一種情況，電路均會(huì)無(wú)輸出電壓。

①電源線和輸出導(dǎo)線故障或接觸不良、 ②保險(xiǎn)絲熔斷或開(kāi)路、③變壓器開(kāi)路、④橋式整流電路開(kāi)路、⑤電容短路、⑥電阻開(kāi)路、⑦三極管開(kāi)路、⑧穩(wěn)壓管開(kāi)路[8]。如何判斷到底是由哪一種原因造成的呢？可以按下列步驟來(lái)檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)故障則可以進(jìn)行維修，若故障排除則可以不再繼續(xù)進(jìn)行下一步：

第一步： 觀察電源線和輸出導(dǎo)線的插頭和接口處兩者是否有松動(dòng)，查看線體是否損壞，用萬(wàn)用表測(cè)量接口處電壓是否與插座上的電壓一致，分別測(cè)其通斷。如有故障直接手動(dòng)調(diào)節(jié)和更換導(dǎo)線即可。

第二步： 取出保險(xiǎn)絲看是否熔斷， 或存在接觸不良的現(xiàn)象。 如果保險(xiǎn)絲熔斷更換相應(yīng)參數(shù)的保險(xiǎn)絲即可。

第三步：打開(kāi)機(jī)蓋，觀察是否有元件燒壞，導(dǎo)線斷開(kāi)，電路板是否虛焊、脫焊等斷路現(xiàn)象存在，如無(wú)直觀故障，則利用萬(wàn)用表進(jìn)一步測(cè)量各單元間的通斷， 發(fā)現(xiàn)故障后要更換元件或?qū)嗦诽幹匦逻M(jìn)行焊接或接線。

以上排查過(guò)程如圖4 所示。

圖4 故障一排查流程圖Fig. 4 The flow chart of fault 1 checking

2)故障二：輸出電壓不準(zhǔn)確，即電壓高于或低于正常電壓，且不可調(diào)

電路輸出不準(zhǔn)時(shí)， 我們可以利用萬(wàn)用表或示波器對(duì)各單元電路的性能進(jìn)行帶電檢測(cè)， 如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可對(duì)單元電路中的獨(dú)立元件分別進(jìn)行帶電或不帶電檢測(cè)。 常見(jiàn)故障主要有以下幾種原因。

①降壓?jiǎn)卧收?、②電壓調(diào)整電路單元、③穩(wěn)壓?jiǎn)卧收?、④輸出電壓幅度調(diào)節(jié)單元故障。 建議按下列步驟來(lái)檢測(cè)：

第一步： 測(cè)量變壓器的輸出端電壓值是否在規(guī)定的范圍，如有故障需更換變壓器后再進(jìn)行測(cè)試。

第二步：測(cè)量電壓調(diào)整電路輸出端電壓是否準(zhǔn)確。 如有故障需進(jìn)一步檢測(cè)調(diào)整管等相關(guān)元件，確定故障元件，主要是檢測(cè)該單元內(nèi)部相應(yīng)的三極管、二極管是否被擊穿。

第三步：測(cè)量穩(wěn)壓?jiǎn)卧妮敵龆穗妷?，檢測(cè)該單元是否起到了穩(wěn)壓效果。 如有故障需更換穩(wěn)壓芯片及其外圍元件后再進(jìn)行測(cè)試。

第四步： 測(cè)量電壓幅度調(diào)節(jié)單元在調(diào)整過(guò)程中電壓是否進(jìn)行有規(guī)律的變化。 如有故障需要更換調(diào)壓電位器后再進(jìn)行測(cè)試。

以上排查過(guò)程如圖5 所示。

圖5 故障二排查流程圖Fig. 5 The flow chart of fault 2 checking

3)故障三：輸出電壓不穩(wěn)定，有波動(dòng)或含有紋波電壓

出現(xiàn)該現(xiàn)象時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查是否存在以下故障。①電源電壓不穩(wěn)定、②整流單元故障、③濾波單元故障、④穩(wěn)壓?jiǎn)卧收稀?重點(diǎn)排查以下幾項(xiàng)：

第一步：應(yīng)仔細(xì)檢查交流電源電壓是否太低，如不是應(yīng)檢查橋式整流電路中是否有斷路或個(gè)別二極管短路而導(dǎo)致全波整流變成半波整流的情況。

第二步：紋波電壓較大，則應(yīng)檢查濾波電容是否有斷路、漏電、漏液、鼓泡等原因?qū)е碌碾娙萑萘繙p小或失效的現(xiàn)象。

第三步：不穩(wěn)定時(shí)，可能是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓性能變壞，本來(lái)穩(wěn)壓管的作用是為比較放大器提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓， 這一電壓應(yīng)保持不變，但當(dāng)穩(wěn)壓管性能變壞時(shí)，送入比較放大器同相端的電位將發(fā)生變化， 經(jīng)比較放大后送給調(diào)整管基極的信號(hào)就不再是真正的取樣信號(hào)，結(jié)果也會(huì)使穩(wěn)定度降低。

以上排查過(guò)程如圖6 所示。

以上幾類(lèi)常見(jiàn)故障是針對(duì)直流穩(wěn)壓電源的原理所進(jìn)行的分析與排查，當(dāng)然還會(huì)有其它故障發(fā)生，如顯示單元，按鍵、旋鈕等控制單元， 但不是其主要故障， 往往對(duì)其功能影響不大，可以繼續(xù)使用，在此不作過(guò)多贅述。

3 結(jié)束語(yǔ)

圖6 故障三排查流程圖Fig. 6 The flow chart of fault 3 checking

直流穩(wěn)壓電源發(fā)生故障勢(shì)必影響正常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研、生產(chǎn)、維修等工作，只要掌握電路原理，提高故障分析能力，運(yùn)用跟蹤排除法細(xì)心檢測(cè)，就完全能夠及時(shí)找到故障源頭，縮短故障排除時(shí)間。這樣不僅提高了工作效率，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的順利進(jìn)行，還能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，節(jié)約維護(hù)和采購(gòu)經(jīng)費(fèi)。下一步的研究重點(diǎn)是故障機(jī)理分析、 故障研究對(duì)象擴(kuò)展及故障預(yù)測(cè)算法研究[6]。

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