Question

电容器损坏在开关电源中的故障现象与维修_开关电源变压器解析图

Answer 1

　　摘?要 本文主要是针对电容的作用、电容器损坏在开关电源出现的常见故障进行分析及维修方法。电容在开关电源中主要的作用是：滤波、旁路、去藕、储能等，其中起滤波与储能作用的电容最容易出故障，而且不容易判别电容器件质量的好与坏，维修不便，给我们的日常生活和生产带来诸多不便。因此本文就从这些角度出发，通过分析电容器的作用、故障产生的原因以及如何排除故障，进行阐述，希望对我们的日常生活和生产有所帮助。
　　关键词 开关电源；电容；故障现象；维修方法
　　中图分类号 TK94 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0178-02
　　目前，开关电源已逐渐进入我们的日常生活和生产中，它以节能，环保，性价比高等优点，很快取代了以往传统的那种既笨重效率又低的“线性电源”，很快被人们所接受。而电容器在开关电源中是最重要且最容易产生故障的元器件之一，而且故障现象不容易判别，使维修较为困难。本文就针对电容器在开关电源中的作用阐述其原理，常见故障分析以及维修方法。
　　1 电容在开关电源中的作用
　　1.1 滤波
　　滤波是电容的作用中很重要的一部分。几乎所有的电源电路中都会用到。滤波电容好比“水池”，将电能转变成池中的水并能将水还原成电能。从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上大于1 uF的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，这时大电容通低频，小电容通高频。电容的作用就是通高阻低，通高频阻低频。电容越大低频越容易通过，电容越大高频越容易通过。具体用在滤波中，大电容（1000 uF）滤低频，小电容（20 pF）滤高频。
　　1.2 旁路
　　旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。
　　1.3 去藕
　　从电路来说，总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上 升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对 于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是耦合作用。
　　1.4 储能
　　储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40～450VDC、电容值在220～150000 uF之间的铝电解电容器（如EPCOS公司的B43504或B43505）是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式，对于功率级超过10 KW的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。
　　2 电容器损坏在开关电源中出现的故障现象
　　电容器的损坏、失效有以下几种情况：
　　1）电容内部的短、断路损坏，故障现象是烧开关管及其他限流元器件，如保险与开关电源中的限流电阻。电容短、断路损坏工作在高电压、大电流（例如彩电的开关电源、行输出电路）中的滤波电容器，当因某种原因使电压升高，并超过其耐压值时，使之击穿短路损坏，或由于整流二极管损坏后使有极性的电解电容器相当于工作在交流电路中，在较大的反向漏电流下发热而短路损坏。由于短路时流过电容器的电流很大，一般电容器都会爆裂或使其封口胶塞胀出。滤波电容短路后，常出现保险丝或限流电阻烧断、电源厚膜块或开关管、整流管击穿之类的故障。主要表现为整机“三无”，这种故障在各类开关电源中带有共性。
　　2）电容器容量降低引起的低效或轻微漏电，其故障现象是电视图像“S”形扭曲或行不同步现象，对于现在的用IIC总线的电视机出现一些特别的故障现象，如果因影响使同步牌临界状态，伴音大可能影响到电视机的质量，使得伴章随时出现。主要原因是电容器的参数改变，但没完全失效，在一定程度上还有作用，但达不到应有的作用，使得现有的故障现象出现。而且此类故障不好判断与排除。
　　3）电容器容量消失引起的失效、完全漏电或爆浆，是电源中电容出现故障后最难判别与维修的故障，因为测量电容器件，用万用表测试一切正常，但将电容安装在电路上后，电容的容量就完全消失，这是电路中最难维修的软故障之一，即元器件不能承受电压，一有电压的存在，容易就完全消失。
　　爆浆的种类：
　　分两类，输入电容爆浆和输出电容爆浆。
　　对于输入电容来说，就是在电源电路中体积较大、容易较大、额定电压高的电容器，对接收到的电流进行过滤。输入电容爆浆和电源输入电流及电容器本身的品质有关。过多的毛刺电压，峰值电压过高，电流不稳定等都使电容过于充放电过于频繁，长时间处于这类工作环境下的电容，内部温度升高很快。超过泄爆口的承受极限就会发生爆浆。
　　对于输出电容来说，对经电源模块调整后的电流进行滤波与储能。此处电流经过一次过滤，比较平稳，发生爆浆的可能性相对来说小了不少。但如果环境温度过高，电容同样容易发生
　　爆浆。
　　电容爆浆的原因有很多，比如电流大于允许的稳波电流、使用电压超出工作电压、逆向电压、频繁的充放电等。但是最直接的原因就是高温。我们知道电容有一个重要的参数就是耐温值，指的就是电容内部电解液的沸点。当电容的内部温度达到电解液的沸点时，电解液开始沸腾，电容内部的压力升高，当压力超过泄爆口的承受极限就发生了爆浆。所以说温度是导致电容爆浆的直接原因。电容设计使用寿命大约为2万小时，受环境温度的影响也很大。电容的使用寿命随温度的增加而减小，实验证明环境温度每升高10℃，电容的寿命就会减半。主要原因就是温度加速化学反应而使介质随时间退化失效，这样电容寿命终结。为了保证电容的稳定性，电容在插板前要经过长时间的高温环境的测试。即使是在100℃，高品质的电容也可以工作几千个小时。同时，提到的电容的寿命是指电容在使用过程中，电容容量不会超过标准范围变化的10%。电容寿命指的是电容容量的问题，而不是设计寿命到达之后就发生爆浆。只是无法保证电容的设计的容量标准。所以，短时期内，正常使用的板卡电容就发生爆浆的情况，这就是电容品质问题。另外，不正常的使用情况也有可能发生电容爆浆的情况。
　　3 电容器损坏在开关电源中故障的维修方法。
　　1）对于短路与断路的电容，用万用表很快能测量出元件器的质量好坏。主要是测量其充电性能，而不是充放电性能，判断出故障的电容器件后，在替换过程中，要特别注意所替换的电容器件一定要在质量上过关，选用质量好的电容器件，在容量上与额定电压上一定要与替换的电容一致或大于已损坏的电容，要替换之前，一定要再次判断即将要替换的电容器件的质量，有时候新买来的的元件器同样存在质量问题，如果不加以判断就安装，假设新买来的元器件真正存在问题，就会给维修带来非常大的困难，因为所换上的元件一般都会认为不存在问题，所以在再次维修时，就不会再检测这个元件，使维修出现非常大的人为故障，从而使维修更加困难。
　　2）对于电容器出现低效与失效时，最常用用的方法是运用代换法，当出现开关电源保护，在其他关键元器件经测量判别后没有故障，而电容器在测量后也不能发现故障时，对电容器件进行普遍代换，因为出现软故障的器件在没有电压与电流的情况下，所判别出的元器件在质量上是没问题的，但在有电压与电流时的工作过程中，元件的质量出现问题，这类故障在用常规的测量法是没办法检查出故障元件的，用代换法可以起到非常好的效果。
　　电容器件在开关电源是常常出现故障，而且有些故障不容易判断，同时电容器在开关电源中如何运用而不容易出现故障，希望通通过分析希望得到一定的收获。
　　参考文献
　　[1]钟和清,徐至新,邹云屏,潘垣,李劲.软开关高压开关电源设计方法研究[J].高电压技术,2005,01.
　　[2]李网生,徐功潜.使用零电流开关的电容器充电电源[J].现代雷达,1997,05.
　　[3]尚雷,王相綦,裴元吉,赵涛,冯光耀,王琳.新型软开关高压脉冲电容恒流充电技术分析[J].强激光与粒子束,2001,02.