离线开关电源PWM开关和故障模式DC-DC变换器

　　摘要

　　今天的电压调节模块（VRM）采用离线式开关电源技术。传统上，当它们失败时，它们通常被丢弃，因为它们对调试很有挑战性，因此很难替换。这些失效模块的研究揭示了一些常见的失效模式。有些故障是由其它系统的被动元件造成的，这些元件在重复电应力后失效。认识到这些常见的故障模式给开关电源带来了新的生命。

　　离线开关电源操作

　　PC电源块和其他专用电源被称为开关电源或开关电源。它们将线路交流电压转换为低压大电流直流。典型的开关电源可以简化，如图1的方框图所示。图2演示了典型的推挽开关电路。

　　在大多数开关电源中，120 VAC或240 VAC输入首先通过熔断器和线路滤波器。交流输入，然后整流全波桥式整流器和过滤由一对高压电容器。这将从全波桥的一侧产生两个高压源，一个是正的，另一个是负的。对于120伏交流电在60赫兹的直流电压是

　　1.414 Vrms2 = 338 V（169 V）。纹波是120赫兹，很容易被高频直流到直流电源级滤波。

　　然后使用一对晶体管将这些高压电源切换到变压器初级绕组上。这种开关动作非常快，通常开关速度在50千赫300千赫左右。一个集成电路如5001或TL494是常用的在这个转换速率控制的晶体管。这种集成电路不仅控制晶体管的开关速度，而且控制每个晶体管的导通时间。这种脉宽调制（PWM）设置了器件的通断特性。电源的输出电压是由这个定时决定的。

　　其他功能设计的PWM控制器有助于调节，稳定，并提供更高的负载电流和瞬时电流的要求。这些功率晶体管充电和放电变压器初级，从而诱导权力的次级绕组。线路和直流电源电压之间的隔离使用这种互感互感器来实现。

　　变压器的输出（现在是开关频率的脉冲宽度调制电压），然后通过特殊的高速二极管整流，使之回到直流。对于5-VDC输出，通常有两个二极管封装在一个单一的包。这个软件包通常是一个TO-220或TO - 218三引脚封装。12 VDC和±5-VDC输出各有自己的双输出二极管。这些输出不是纯DC，需要进行广泛的滤波，以消除晶体管开关动作产生的高频分量。滤波是在低通配置中使用电感和电容的组合完成的。

　　通过将一些输出反馈到控制开关晶体管的集成电路中来调节电源的输出电压（见图2）。

　　控制芯片的故障可以导致各种电源故障模式，从调节和/或响应的减少，到完成输出故障。集成电路中的保护调用所有控制信号的关闭，关闭模块。

　　图1显示了典型的线路开关模式电源转换器的简单图。这是一个特殊的接受240伏交流电，并将线路隔离使用变压器的初级和次级绕组，和一个光耦反馈线从稳压输出的直流电压解耦。这个方框图象征着单个和同步晶体管开关元件和通常使用的相关控制IC。