AC-DC 转换器检测指南

AC-DC 转换器（俗称开关电源或电源适配器）是电子设备中将交流市电转换为稳定直流电的核心部件。其可靠性直接影响设备运行安全。掌握系统的检测方法对于设计验证、生产质检、故障诊断和维护维修至关重要。

一、 AC-DC 转换器核心工作原理简述

理解工作原理是有效检测的前提：

  1. 整流滤波： 交流输入电压首先通过整流桥转换为脉动直流电，再经大容量电解电容初步滤波。
  2. 功率变换： 核心环节。在高频开关器件（如MOSFET）和控制电路（通常为PWM控制器）驱动下，将直流高压转换成高频（几十kHz至MHz）交流方波。
  3. 高频变压器： 实现电气隔离与电压变换（降压为主）。
  4. 次级整流滤波： 高频方波经快恢复二极管或同步整流MOSFET整流，再经LC滤波网络得到平滑的直流输出电压。
  5. 反馈控制： 通过精密电阻网络采样输出电压，与内部基准电压比较。误差信号经光耦隔离传输至初级PWM控制器，实时调整开关占空比，维持输出电压稳定。通常具备过压、过流、短路等保护功能。
 

二、 常见故障模式

检测前需了解目标：

  • 无输出： 输入回路开路/短路、主保险熔断、启动电路失效、开关管损坏、控制器失效、（光耦损坏、反馈环路开路）。
  • 输出电压异常：
    • 过高： 反馈环路失效（光耦开路、基准源失效、采样电阻开/短路）、控制电路故障。
    • 过低： 负载过重或短路、输入电压过低、整流/开关管性能劣化、滤波电容失效（容值减小/ESR增大）、反馈环路失调。
    • 不稳/纹波过大： 滤波电容失效（容值减小/ESR增大）、反馈环路不稳定、负载动态响应差、元件虚焊、布局布线干扰。
  • 过热： 散热不良、负载过重、元件短路、开关损耗异常增大（驱动不良）。
  • 异响： 变压器磁芯松动、绕组松动、（电感饱和）、陶瓷电容压电效应、间歇性打火（少见）。
  • 保护功能失效： 过压保护电路故障、过流检测电阻异常、保护逻辑电路失效。
 

三、 检测流程与方法（安全第一！）

⚠️ 安全警告：检测高压开关电源存在触电风险！务必遵守：

  1. 断开输入电源并充分放电（尤其大容量主电容，使用合适功率的电阻放电）。
  2. 使用隔离变压器供电进行动态测试。
  3. 佩戴绝缘手套，使用带有绝缘手柄的工具。
  4. 避免身体接触裸露导体。
  5. 工作台下铺设绝缘垫。
  6. 高压区域单手操作原则。
 

（一） 静态检测（断电状态）

  1. 目视检查：
    • 元件外观：烧焦、鼓包（特别是电解电容）、开裂、引脚锈蚀、虚焊、连锡。
    • PCB：烧蚀痕迹、铜箔断裂、污垢、受潮。
    • 连接器：松动、氧化、变形。
  2. 关键元件电阻测量（使用万用表）：
    • 输入保险： 检查是否熔断。
    • 整流桥/二极管： 测量正反向电阻，判断是否击穿或开路。
    • 功率开关管(MOSFET/IGBT)： 测量DS/GD/GS间电阻或二极管特性（MOSFET体二极管），判断是否击穿或开路。
    • 次级整流二极管/SR MOSFET： 测量正反向电阻（二极管）或DS/GD/GS间电阻（MOSFET）。
    • 关键限流/采样电阻： 测量阻值是否偏离标称值过大或开路。
    • 输入/输出端： 测量输入插头两端电阻（不应短路），输出端对地电阻（不应短路或电阻过低）。
  3. 电容初步检测（万用表电容档/带电容测量的仪表）：
    • 测量大容量滤波电容（初级高压、次级低压）的容值是否大幅下降（通常在标称值的±20%内可接受）。无法测量ESR。
 

（二） 动态检测（通电状态）

  1. 基础电压测量（万用表）：
    • 输入电压： 确认在规定范围内。
    • 关键点电压：
      • 整流滤波后DC母线电压（≈输入交流峰值电压）。
      • PWM控制器VCC供电电压（通常在启动后由辅助绕组提供）。
      • 基准电压源（如TL431的Ref脚）。
      • 输出电压： 在额定负载下测量，是否符合标称值及允许公差（如±5%）。
  2. 输出电压稳定性与负载调整率测试：
    • 使用可调电子负载（或不同阻值的功率电阻），从空载到满载步进或连续调节负载电流。
    • 测量输出电压变化量。计算负载调整率：(V_max - V_min) / V_nominal * 100%，应满足规格书要求。
  3. 输出电压纹波与噪声测量（示波器）：
    • 使用带宽足够的示波器（建议≥100MHz）。
    • 采用带宽限制（通常20MHz） 并启用接地弹簧探头（避免长接地线引入干扰）。
    • 探头直接接触输出端电容引脚（正负端都要接触电容本体引脚）。
    • 观察纹波峰峰值（Vpp），应满足规格书要求（通常几十mV至一两百mV级别）。
    • 注意区分低频纹波（整流或控制频率相关）和高频噪声（开关动作引起）。
  4. 关键波形观测（示波器）：
    • 功率开关管驱动波形： 观察栅极驱动电压波形。是否正常开启/关断？是否有异常震荡？死区时间是否合理？（需高压差分探头或隔离探头）。
    • 开关管DS/CE电压波形： 观察开关动作时的电压应力（需高压差分探头或隔离探头）。
    • 变压器绕组波形（初级/辅助/次级）： 观察波形形状、幅度、频率、是否有寄生震荡。
    • 次级整流二极管/SR MOSFET两端电压波形： 观察导通压降、反向恢复特性、关断尖峰。
    • 反馈点波形（如光耦输入端/输出端）： 观察反馈环路响应情况。
  5. 效率测量（功率分析仪或精密万用表）：
    • 同时精确测量输入交流功率（Pin）和输出直流功率（Pout = Vout * Iout）。
    • 计算效率：η = (Pout / Pin) * 100%。应在额定负载下满足规格要求。
  6. 保护功能测试（谨慎操作！）：
    • 过压保护： 模拟反馈环路失效或在输出端施加一个略高于OVP阈值的电压（需谨慎），观察电源是否关闭输出并自锁或打嗝重启。
    • 过流/短路保护： 逐渐增加负载直至超过额定电流（或直接将输出短路），观察电源是否进入保护状态（关闭输出、打嗝、限流等）。移除过负载后应能自动或手动恢复。
    • 过温保护： 人为加热散热器或关键温控点至保护阈值（如使用热风枪，注意局部过热），观察是否触发保护。冷却后应能恢复。
 

（三） 进阶检测（可选）

  • 启动时间/保持时间： 使用示波器测量输入上电到输出达到稳定值的延迟时间（启动时间），以及输入断电后输出电压维持在规定范围内的持续时间（保持时间）。
  • 动态负载响应： 使用电子负载进行快速阶跃负载变化（如50%-75%-50%Load），用示波器观察输出电压的瞬态响应（跌落/过冲幅度及恢复时间）。
  • 输入电压调整率： 改变输入电压（在规格范围内），测量输出电压变化率（ΔVout / Vnominal / ΔVin * 100%）。
  • 电容ESR测量： 使用专用ESR表或LCR电桥测量滤波电容的等效串联电阻（ESR），过高ESR是电容劣化的重要标志。
  • 环路稳定性分析： 使用网络分析仪进行注入测量，分析反馈环路的增益裕度和相位裕度（需专业设备和知识）。
 

四、 常用检测工具

  • 安全防护： 隔离变压器、绝缘手套、绝缘垫、放电器具。
  • 测量仪表： 数字万用表（真有效值）、示波器（带宽≥100MHz）、（高压差分探头、隔离探头）、（电子负载仪）、（功率分析仪或高精度功率计）、（LCR电桥/ESR表）。
  • 辅助工具： 可调直流电源（维修辅助电源）、热风枪/烙铁（维修用）、放大镜、各类连接线缆及探头。
 

五、 总结

有效的AC-DC转换器检测是一个系统化工程，需要扎实的理论基础、熟练的实操技能和严格的安全意识。从基础的通断电压测量到复杂的波形分析和环路稳定性评估，不同层级的检测服务于不同目的（验证、质检、维修）。掌握核心原理、熟悉常见故障现象、遵循安全规范、灵活运用检测工具与方法，是保障电源可靠运行和设备稳定工作的关键。务必牢记：安全是高压电气检测工作的绝对前提！ 对于复杂问题或高风险操作，寻求专业帮助是明智的选择。