PAC模塊電源的工作原理及應用案例分析
2012/1/12 9:55:03 電源在線網
PAC模塊式開關電源（以下簡稱PAC模塊電源）是近年來迅速發展起來的新型電子部件，目前廣泛應用于程控交換機和微波通信設備中。滿足了通信設備中各種數字電路和模擬電路對于二次電源的各種技術要求。 由于大多數PAC模塊電源生產廠家在設計制作時，就將其視為一次性使用部件，一旦出現問題，則整體報廢，根本不考慮對其維修的可能性。在電路裝配中，許多廠家將元件裝在印板上后先進行調試，調試合格后放入具有散熱和屏蔽雙重作用的銅盒內，再用導熱硅橡膠將全部電路澆濤為一個整體。所以，PAC模塊電源如有損壞，修復是十分困難的。本文擬就單端驅動PAC模塊電源的原理和維修作一些初步探討。
一、PAC模塊電源的工作原理
筆者對數十只PAC模塊電源的實際電路進行剖析后考察發現，PAC模塊電源大致有兩種基本工作方式：一種是脈沖寬度調制（PWM）驅動開關電源，其特點是固定開關脈沖的頻率，通過改變脈沖寬度來調節占空比；另一種是脈沖頻率調制（PFM）驅動開關電源，其特點是固定開關脈沖寬度，利用改變開關脈沖頻率的方法來調節占空比。雖然兩者的工作原理稍有不同，但作用和效果都是一樣的，均可達到穩壓的目的。除極少數產品外，PAC模塊電源幾乎都采用PWM控制方式。
環形高頻開關變壓器或者EFD形開關變壓器有兩種用途：（1）利用初、次級的不同匝數比，可使次組回路取得不同電壓；（2）使初、次級直流通路做到完全隔離。開關管Q基本上都采用高頻功率場效應管，驅動芯片IC，除根據負載大小和輸入電壓高低輸出能相應地控制功率場效應管柵極的調寬波外，還具有過流檢測、過壓檢測、軟啟動等功能。IC的輔助功能視其型號不同而有所差異。48V輸入電壓經由 T的初級由場效應管 Q斬波和高頻開關變壓器次級降壓得到高頻矩形電壓，經肖特基二極管D整流后，再經C2濾波，輸出需要的直流電壓。IC又稱為調寬波發生器，它是模塊電源的核心，它將光耦送來的反饋信號與芯片內部的基準信號比較分析后，輸出寬度可調但頻率為定值的PWM脈沖到場效應管柵極，以便調節和穩定輸出電壓。例如，由于某種原因使輸出電壓升高時，IC就減少驅動脈沖的占空比，使得斬波后的平均電壓下降，導致輸出電壓下降，反之亦然。C1為定時電容，用以控制IC7腳鋸齒波波形。
二、PAC模塊電源修理探討
對PAC模塊電源進行元件級修理，是一項細致而又慎密的工作，不能有半點馬虎和懈怠。
首先，應對所修模塊電源有一個總體的理性認識，了解所檢修的電路應用的IC 型號、組成形式以及大致方框圖。對重點懷疑的局部電路，應該根據實際印板電路將其核心電路繪出，尤其是對雙面印制板電路，測繪電路一定要認真仔細，否則會對下一步分析故障帶來麻煩。有條件的用戶，也可將整個PAC模塊電源印制板上較大元件暫時拆除后，將印制板用掃描儀輸入電腦，借助PHOTOSHOP圖形編輯軟件進行電路分析，可收到事半功倍的效果。
在修理實踐中，應注意下列幾個問題：
（1）PAC模塊電源大都采用導熱硅橡膠固封，在修理時，不可避免地要對導熱硅橡膠實施剝離。鑒于膠體在模塊中固定元件、導熱、防止元件氧化和漏電的獨特用途，因此，我們不必對全部電路所覆蓋的肢體進行整體剝離，只要將所懷疑的局部電路上覆蓋的膠體剝離即可，以盡量使修復后的模塊保持原有的技術指標。 導熱硅橡膠分透明和非透明兩種。在剝離非透明膠體時，由于看不到膠體所掩蓋的元件，極易傷及片狀元件表面。而任何輕微的表面劃痕都將導致片狀電容、電阻損壞，所以操作要十分仔細小心。筆者在修理幾塊PAC模塊電源時，就發現因前修理者在剝離PAC模塊電源導熱硅橡膠時不慎將印板中的元件多處劃掉劃碎，而使那些模塊真正成了一次性使用部件。
（2）PAC模塊電源的核心元件IC型號有許多種，單端驅動的常見IC主要有：UC38 42、UC3845、TEA2018、pPC1094，IC的封裝形式常見為DIP型和LCC型。在單端驅動的 PAC模塊電源中，也有利用雙端驅動芯片組成單端驅動形式作為電路配置的。驅動芯片 IC各腳功能及極限參數大多可在有關技術資料中查閱到，在此不作贅述。 修理時如遇到不熟識或擦去字標的IC時（在維修進口設備PAC模塊電源時經常遇到），切勿畏難急躁，應冷靜分析并配合先進的儀器檢測手段，找出驅動芯片的電源腳、反饋腳、PWM輸出腳、定時腳（頻率設定腳）、基準電壓腳、保護功能輸人腳和狀態轉換腳等功能腳，并仔細核查、分析IC相關元件的工作情況，修理工作一般都能奏效。維修實踐表明，PAC模塊電源發生故障，IC損壞率很小，大多是外圍元件或功率元件出問題。鑒于此，沒有十分把握，輕易不要拆卸IC芯片，以免人為將故障擴大化。
（3）同一型號的IC用于不同廠家生產的PAC模塊電源時，電路配置大都是不一樣的。同類PAC模塊電源出現相同故障現象而故障源可能大相徑庭。例如：在用UC3845芯片裝配的模塊電源中，輸入IC②腳的反饋信號可以取自IC電源供給①腳，也可通過光耦VD將高頻開關變壓器次級輸出電壓送入IC②腳。因此，在發生輸出電壓不穩定故障時，判斷故障源的思路是不一樣的。同理，IC過流檢測③腳可以通過一電阻接到開關電源場效應管源極電流取樣電阻上，實現模塊電源單一功能的電流保護，又可利用 “非”門運算放大器芯片設立一組采樣放大電路，將IC③腳接入采樣放大器的“或” 門輸出端，以實現過流、過壓、超溫升報警保護功能。所以，在實施對整個電路檢測和故障分析以前，應注意各元件的分布、IC各關鍵引腳信號的走向，切實掌握電路的實際配置情況。
（4）電源模塊中的功率器件散熱問題不可忽視。如功率場效應管、TO－220封裝的肖持基二極管在模塊電源電路中的物理位置都是通過熱耦合硅脂和具有屏蔽和散熱雙重功能的外殼緊密接觸來散熱的。
上述元件損壞換裝時，要嚴格按原方位裝人，在整個PAC模塊電源板修復后裝人外殼的過程中，一定要反復核查器件工作時熱傳導途徑有無阻礙，盡量做到萬元一失。此步驟如稍有疏忽，必將埋下后患，以致PAC模塊電源修復后在使用過程中屢屢發生所更換的元件損壞，使模塊出現故障。
三、PAC模塊電源故障檢修實例
［例1］故障現象南韓 SB－ 100PAC模塊電源無電壓輸出。
分析與檢修查模塊保險絲完好完損。分解模塊銅金后，發規模塊同電路空間全部用灰色硅橡膠填滿，無法觀察電路全部配置。用鋼鋸條制作幾把適用剔刀，沿元件面將膠體仔細剔除。全部膠體剔除后，模塊電源的元件配置全部顯現出來。主要核心元件為一塊LCC封裝無字標IC，該IC頂部為一鍍金鋼片錢裝，十分精致。經考證確認此芯片應為PWM開關脈沖發生器。加48V電壓后，查無字標IC16根引腳都無電壓，明顯異常。為便于分析，循印板而將其局部電路畫出。 IC②腳為電源腳，③腳和②腳為PWM驅動脈沖輸出腳。至此查找故障，已變得有跡可尋。查IC③腳電壓為零，查R2兩端電壓為48V，再查，發現R2開路。將R2置換新件后，R2兩端電壓仍為48V。查C1和D1無問題。在路測試IC＠腳對地正反向電阻為12 Ω（用500型RΩ×1Ω量程），確認IC損壞。通常情況下，PAC模塊電源中無字標主控芯片損壞后，該模塊電源的修復是十分困難的。但筆者在對照印板電路實際測繪局部圖紙時，發現此無字標IC各功能腳排列似乎和常見的DIP－16封裝形式的TL494脈寬控制芯片務功能腳排列順序相仿，立即查找TL494資料，發現與猜測完全相同。于是，在PAC模塊電源屏蔽盒內選一合適空間，用膠將TL494芯片字標面和屏蔽盒框固定后，用細軟線將TL494各功能腳和原芯片各功能腳相應焊盤加接后，加48V電壓，PAC模塊電源工作一切正常。 修復后的PAC模塊電源，由于元件內部空間剔除了導熱硅橡膠，模塊電源整體熱阻指標可能有所下降，但實踐證明，原指標設計有余量，修復后即使不再填充導熱膠體的PAC模塊電源也可以長時間正常工作。
［例 2］故障現象 BM－2078PAC模塊電源時而輸出正常，時而無輸出，時而有輸出但不穩壓。
分析與檢修該PAC模塊電源富內系透明膠體封裝，在將底部盒蓋取下后，可直接觀察電路內共有2塊芯片。芯片頂部字標全部打磨掉。其中一塊為DIP一出封裝，另一塊為8腳貼片封裝。從電路配置情況看，DIP－16封裝芯片肯定是PWM脈沖驅動IC，另一塊IC可能為放大器，起各類反饋和保護信號放大等作用。 利用模塊有時可正常工作的有利時機，測試其正常工作時主控芯片各腳波形，發現芯片⑿腳為PWM調寬波輸出腳，⑦腳為鋸齒波形成腳，又稱電容定時腳。正常工作時，實測頻率約為120kHZ。守候至PAC模塊電源輸出異常時，立即用雙蹤示波器同時觀察⑿腳PWM輸出波形和⑦腳走時鋸齒波形，發現⑿腳PWM波形占空比無規律地發生大幅度變化的同時，⑦腳鋸齒波的周期和幅值也相應發生變化。根據因果關系確認芯片的PWM驅動⑿腳輸出不正常，是源于⑦腳產生的鋸齒波就已失常。將⑦腳的片狀電容C 拆下，測量兩端毫無漏電�？紤]可能在拆焊過程中，由于格鐵頭加熱效應而將故障掩蓋，用電容表測其電容值約1089pF，干脆將1只普通小型1000pF電容焊人原C位置，加電后，PAC模塊電源工作恢復正常。 順便提及一點，此例故障，如不借助于雙蹤示波器檢測，排除起來是相當費時費力的。
［例 3］故障現象北京積慧 PAC模塊電源由于一次電源48V異常升高，導致正常工作中的模塊電源輸入端2A熔絲燒斷。之后用一支5A熔絲接入后加電，只聽模塊盒內 “啪”一聲響，熔絲再次燒斷。
分析與檢修將模塊電源屏蔽銅盒拆開后，富內電路無導熱硅橡膠填充，給檢修帶來很大方便。只見功率場效應管本身已炸裂，置換新件后，模塊電源仍無法工作。細查模塊內主控芯片UC3845電源腳電壓值僅為2.5V，其它腳電壓值都為零，在細致檢查 UC3845芯片外圍元件無問題后，將UC3845換新后，模塊電源工作正常�！�
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