PAC模块电源的工作原理及应用案例分析

    PAC模块式开关电源（以下简称PAC模块电源）是近年来迅速发展起来的新型电子部件，目前广泛应用于程控交换机和微波通信设备中。满足了通信设备中各种数字电路和模拟电路对于二次电源的各种技术要求。 由于大多数PAC模块电源生产厂家在设计制作时，就将其视为一次性使用部件，一旦出现问题，则整体报废，根本不考虑对其维修的可能性。在电路装配中，许多厂家将元件装在印板上后先进行调试，调试合格后放入具有散热和屏蔽双重作用的铜盒内，再用导热硅橡胶将全部电路浇涛为一个整体。所以，PAC模块电源如有损坏，修复是十分困难的。本文拟就单端驱动PAC模块电源的原理和维修作一些初步探讨。

    一、PAC模块电源的工作原理

    笔者对数十只PAC模块电源的实际电路进行剖析后考察发现，PAC模块电源大致有两种基本工作方式：一种是脉冲宽度调制（PWM）驱动开关电源，其特点是固定开关脉冲的频率，通过改变脉冲宽度来调节占空比；另一种是脉冲频率调制（PFM）驱动开关电源，其特点是固定开关脉冲宽度，利用改变开关脉冲频率的方法来调节占空比。虽然两者的工作原理稍有不同，但作用和效果都是一样的，均可达到稳压的目的。除极少数产品外，PAC模块电源几乎都采用PWM控制方式。

    环形高频开关变压器或者EFD形开关变压器有两种用途：（1）利用初、次级的不同匝数比，可使次组回路取得不同电压；（2）使初、次级直流通路做到完全隔离。开关管Q基本上都采用高频功率场效应管，驱动芯片IC，除根据负载大小和输入电压高低输出能相应地控制功率场效应管栅极的调宽波外，还具有过流检测、过压检测、软启动等功能。IC的辅助功能视其型号不同而有所差异。48V输入电压经由 T的初级由场效应管 Q斩波和高频开关变压器次级降压得到高频矩形电压，经肖特基二极管D整流后，再经C2滤波，输出需要的直流电压。IC又称为调宽波发生器，它是模块电源的核心，它将光耦送来的反馈信号与芯片内部的基准信号比较分析后，输出宽度可调但频率为定值的PWM脉冲到场效应管栅极，以便调节和稳定输出电压。例如，由于某种原因使输出电压升高时，IC就减少驱动脉冲的占空比，使得斩波后的平均电压下降，导致输出电压下降，反之亦然。C1为定时电容，用以控制IC7脚锯齿波波形。

    二、PAC模块电源修理探讨

    对PAC模块电源进行元件级修理，是一项细致而又慎密的工作，不能有半点马虎和懈怠。

    首先，应对所修模块电源有一个总体的理性认识，了解所检修的电路应用的IC 型号、组成形式以及大致方框图。对重点怀疑的局部电路，应该根据实际印板电路将其核心电路绘出，尤其是对双面印制板电路，测绘电路一定要认真仔细，否则会对下一步分析故障带来麻烦。有条件的用户，也可将整个PAC模块电源印制板上较大元件暂时拆除后，将印制板用扫描仪输入电脑，借助PHOTOSHOP图形编辑软件进行电路分析，可收到事半功倍的效果。

    在修理实践中，应注意下列几个问题：

    （1）PAC模块电源大都采用导热硅橡胶固封，在修理时，不可避免地要对导热硅橡胶实施剥离。鉴于胶体在模块中固定元件、导热、防止元件氧化和漏电的独特用途，因此，我们不必对全部电路所覆盖的肢体进行整体剥离，只要将所怀疑的局部电路上覆盖的胶体剥离即可，以尽量使修复后的模块保持原有的技术指标。 导热硅橡胶分透明和非透明两种。在剥离非透明胶体时，由于看不到胶体所掩盖的元件，极易伤及片状元件表面。而任何轻微的表面划痕都将导致片状电容、电阻损坏，所以操作要十分仔细小心。笔者在修理几块PAC模块电源时，就发现因前修理者在剥离PAC模块电源导热硅橡胶时不慎将印板中的元件多处划掉划碎，而使那些模块真正成了一次性使用部件。

    （2）PAC模块电源的核心元件IC型号有许多种，单端驱动的常见IC主要有：UC38 42、UC3845、TEA2018、pPC1094，IC的封装形式常见为DIP型和LCC型。在单端驱动的 PAC模块电源中，也有利用双端驱动芯片组成单端驱动形式作为电路配置的。驱动芯片 IC各脚功能及极限参数大多可在有关技术资料中查阅到，在此不作赘述。 修理时如遇到不熟识或擦去字标的IC时（在维修进口设备PAC模块电源时经常遇到），切勿畏难急躁，应冷静分析并配合先进的仪器检测手段，找出驱动芯片的电源脚、反馈脚、PWM输出脚、定时脚（频率设定脚）、基准电压脚、保护功能输人脚和状态转换脚等功能脚，并仔细核查、分析IC相关元件的工作情况，修理工作一般都能奏效。维修实践表明，PAC模块电源发生故障，IC损坏率很小，大多是外围元件或功率元件出问题。鉴于此，没有十分把握，轻易不要拆卸IC芯片，以免人为将故障扩大化。

    （3）同一型号的IC用于不同厂家生产的PAC模块电源时，电路配置大都是不一样的。同类PAC模块电源出现相同故障现象而故障源可能大相径庭。例如：在用UC3845芯片装配的模块电源中，输入IC②脚的反馈信号可以取自IC电源供给①脚，也可通过光耦VD将高频开关变压器次级输出电压送入IC②脚。因此，在发生输出电压不稳定故障时，判断故障源的思路是不一样的。同理，IC过流检测③脚可以通过一电阻接到开关电源场效应管源极电流取样电阻上，实现模块电源单一功能的电流保护，又可利用 “非”门运算放大器芯片设立一组采样放大电路，将IC③脚接入采样放大器的“或” 门输出端，以实现过流、过压、超温升报警保护功能。所以，在实施对整个电路检测和故障分析以前，应注意各元件的分布、IC各关键引脚信号的走向，切实掌握电路的实际配置情况。

    （4）电源模块中的功率器件散热问题不可忽视。如功率场效应管、TO－220封装的肖持基二极管在模块电源电路中的物理位置都是通过热耦合硅脂和具有屏蔽和散热双重功能的外壳紧密接触来散热的。

    上述元件损坏换装时，要严格按原方位装人，在整个PAC模块电源板修复后装人外壳的过程中，一定要反复核查器件工作时热传导途径有无阻碍，尽量做到万元一失。此步骤如稍有疏忽，必将埋下后患，以致PAC模块电源修复后在使用过程中屡屡发生所更换的元件损坏，使模块出现故障。

    三、PAC模块电源故障检修实例

    ［例1］故障现象南韩 SB－ 100PAC模块电源无电压输出。

    分析与检修查模块保险丝完好完损。分解模块铜金后，发规模块同电路空间全部用灰色硅橡胶填满，无法观察电路全部配置。用钢锯条制作几把适用剔刀，沿元件面将胶体仔细剔除。全部胶体剔除后，模块电源的元件配置全部显现出来。主要核心元件为一块LCC封装无字标IC，该IC顶部为一镀金钢片钱装，十分精致。经考证确认此芯片应为PWM开关脉冲发生器。加48V电压后，查无字标IC16根引脚都无电压，明显异常。为便于分析，循印板而将其局部电路画出。 IC②脚为电源脚，③脚和②脚为PWM驱动脉冲输出脚。至此查找故障，已变得有迹可寻。查IC③脚电压为零，查R2两端电压为48V，再查，发现R2开路。将R2置换新件后，R2两端电压仍为48V。查C1和D1无问题。在路测试IC＠脚对地正反向电阻为12 Ω（用500型RΩ×1Ω量程），确认IC损坏。通常情况下，PAC模块电源中无字标主控芯片损坏后，该模块电源的修复是十分困难的。但笔者在对照印板电路实际测绘局部图纸时，发现此无字标IC各功能脚排列似乎和常见的DIP－16封装形式的TL494脉宽控制芯片务功能脚排列顺序相仿，立即查找TL494资料，发现与猜测完全相同。于是，在PAC模块电源屏蔽盒内选一合适空间，用胶将TL494芯片字标面和屏蔽盒框固定后，用细软线将TL494各功能脚和原芯片各功能脚相应焊盘加接后，加48V电压，PAC模块电源工作一切正常。 修复后的PAC模块电源，由于元件内部空间剔除了导热硅橡胶，模块电源整体热阻指标可能有所下降，但实践证明，原指标设计有余量，修复后即使不再填充导热胶体的PAC模块电源也可以长时间正常工作。

    ［例 2］故障现象 BM－2078PAC模块电源时而输出正常，时而无输出，时而有输出但不稳压。

    分析与检修该PAC模块电源富内系透明胶体封装，在将底部盒盖取下后，可直接观察电路内共有2块芯片。芯片顶部字标全部打磨掉。其中一块为DIP一出封装，另一块为8脚贴片封装。从电路配置情况看，DIP－16封装芯片肯定是PWM脉冲驱动IC，另一块IC可能为放大器，起各类反馈和保护信号放大等作用。 利用模块有时可正常工作的有利时机，测试其正常工作时主控芯片各脚波形，发现芯片⑿脚为PWM调宽波输出脚，⑦脚为锯齿波形成脚，又称电容定时脚。正常工作时，实测频率约为120kHZ。守候至PAC模块电源输出异常时，立即用双踪示波器同时观察⑿脚PWM输出波形和⑦脚走时锯齿波形，发现⑿脚PWM波形占空比无规律地发生大幅度变化的同时，⑦脚锯齿波的周期和幅值也相应发生变化。根据因果关系确认芯片的PWM驱动⑿脚输出不正常，是源于⑦脚产生的锯齿波就已失常。将⑦脚的片状电容C 拆下，测量两端毫无漏电。考虑可能在拆焊过程中，由于格铁头加热效应而将故障掩盖，用电容表测其电容值约1089pF，干脆将1只普通小型1000pF电容焊人原C位置，加电后，PAC模块电源工作恢复正常。 顺便提及一点，此例故障，如不借助于双踪示波器检测，排除起来是相当费时费力的。

    ［例 3］故障现象北京积慧 PAC模块电源由于一次电源48V异常升高，导致正常工作中的模块电源输入端2A熔丝烧断。之后用一支5A熔丝接入后加电，只听模块盒内 “啪”一声响，熔丝再次烧断。

    分析与检修将模块电源屏蔽铜盒拆开后，富内电路无导热硅橡胶填充，给检修带来很大方便。只见功率场效应管本身已炸裂，置换新件后，模块电源仍无法工作。细查模块内主控芯片UC3845电源脚电压值仅为2.5V，其它脚电压值都为零，在细致检查 UC3845芯片外围元件无问题后，将UC3845换新后，模块电源工作正常。■