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PFC电源问题和电源烧坏预防的关键因素考量

发布时间:2022-09-20阅读:812

 大约 40 年前,开关电源开始量产,开关电源再次充斥其中。 然而,由于开关电源的电流仅流过超过整流电路整流电压的交流输入电压,因此在交流波形中发生谐波失真,在设备故障等环境方面出现问题。 为了改善这种情况,PFC(功率工厂控制电路)电源在大约 30 年前商业化。

当时,我研究了CE标志,用于出口欧盟半导体制造设备,并研究了提高电源功率因多变性的方法,以实现符合欧盟法规保护环境安全的产品。 PFC 电源在安全方面的弱点是电源内部存在 385V 的高电压。 此外,为了生产这种PFC电源,我们被迫采用欧盟开发的PFC控制IC和高耐压MOSFET。 此外,还需要420V以上的高压电解电容器,在技术和价格方面,当时电源的门槛非常高。

当时最担心的是PFC电源的安全性。 PFC 电源只是一个良好的环境图像,效率低下,对安全性和可靠性相当担忧。 因此,在不使用PFC电源的情况下,我们考虑了提高功率因征的方法。 该方法是对半导体制造设备采用的三相电源进行全波整流,以扩大整流二极管的导通角,从而提高功率因数的方法。

此外,如果对三相AC200V" target="_blank">200V" target="_blank">200V电源进行全波整流,则电压约为DC280V,电解电容器的耐压为330V就足够了。 通过清除目标“功率因多 0.9”,我们能够生产安全、可靠、低成本的电源以及效率。 然而,自那时起,PFC电源也开始应用于出口到欧盟的单电源,因此不再采用三相电源全波整流方法。

PFC 电源的另一个弱点,在维修中可见

目前,笔者主要从事电源设备的维修工作已有十多年了。 在维修经验中,PFC 电源的另一个弱点是可见的。 这就是PFC电源在高频下对电解电容器进行充电和放电的方法。 如果以高频充电和放电,电解电容器的内部电阻 (ESR) 会提高温度,电解电容器的劣化会降低容量。 当电解电容器的容量降低时,整流电压降低,从电源线捕获的高频电流增加。 因此,噪声滤波器、电解电容器和PFC控制的晶体管可能会过热并发生烧坏事故。 交流输入中有一个保险丝,作为保护烧坏的最后堡垒。 PFC 电源由于保险丝断开而停止工作,以防止烧坏。

PFC 电源的使用寿命接近,图 1 和图 2 显示了保险丝断开的电源维修示例的照片。

图 1:保险丝断开电源维修示例 (1)

图 2:保险丝断开电源维修示例 (2)

 

图 1 和图 2 是同一系列中容量不同的电源,但保险丝、晶体管和电解电容器的三个组件在套件中以相同的方式损坏。 让我们来解释一下电源损坏的流程。

 

当电解电容器在高频下反复充放电时,电解电容器的内部电阻(ESR)被加热,容量随时间逐渐降低。 之后,为了保持二次侧的输出,晶体管的输入电流在主侧增加,晶体管短路损坏,整流电压的正负(GND)短路。 因此,保险丝在电源输入中流动大电流并断开。

 

缺点是,在抖动电路中,

 

它不是 PFC 电路,但类似的电路具有抖动电路。 这种方法似乎是国内电源制造商的专利。 输入电压为 AC100V 至 200V。 在此方案中,主侧的电解电容器可以使用耐压为 200V 的电解电容器。 因此,在价格方面,这是一个有利的电路。 抖动电路故障的照片如图 3 所示。

图 3:抖动电路故障示例

 

可以看出,图3中初级整流的电解电容器的耐压使用200V。 由于可以使用中压电解电容器,因此在成本上是有利的。 然而,当电解电容器的容量耗尽时,电解电容器右侧的浪流电路的电容器会烧坏。 抖动电路是变压器、电解电容器和晶体管的串联电路,但电解电容器被加热,以便向电解电容器提供高频电流,电容容易降低。 电容降低后,产生子电源的二极管发生过热,导致短路损坏。 子电源的电压降低,开关操作停止,因此保险丝不会关闭。

 

目前,开关电源可能导致火灾

 

非 PFC 电源的普通开关电源也可能起火。 这也是由于高频电流。 在电气设备的长期运行中,主电源的电解电容器容量逐渐降低。 因此,开关电源的高频电流增加。 由于输入电路的噪声滤波器通常流过交流电源的 50/60Hz 低频电流,因此当高频电流流动时,噪声滤波器被加热,尽管温度很少上升。 在垂直安装的设备(如电视)中,电解电容器可以安装在噪声滤波器的正上方。 因此,电解电容器在噪声滤波器的热量下被加热,电解质的泄漏被加速,泄漏的液体流入噪声滤波器的正下方。 在普通家庭中,电气设备周围的灰尘很容易进入设备内部,当噪声过滤器被电解液弄湿时,灰尘会粘附在设备内部。 当噪声过滤器在此状态下进一步加热时,如果附着的灰尘中有塑料纤维,则点火温度约为 200°C,存在电气设备烧坏的风险。 噪声滤波器烧坏的示例照片如图 4 所示。

图 4:噪声滤波器烧坏的示例

 

图4左边是电解电容器泄漏的电解质,流到直接下面的部件和噪声过滤器,从灰尘附着的噪声过滤器冒烟的照片。 图 4 右侧是清洁噪声滤波器后的照片,可以看出噪声滤波器的金属部分在高温下变色。

 

因此,在开关电源中,当初级整流的电解电容器的容量降低时,高频电流流动,噪声滤波器过热,电气设备烧坏的风险很高。 参考过去文章中介绍的噪声滤波器过热的照片(绝缘片的热历史描述,电源故障的原因),图 5 中重新列举了这些照片。

图 5:噪声滤波器过热的示例

 

图 5 左侧是电源部件表面的照片,右侧是绝缘片的照片。 红色箭头,但绝缘片变黑,最变色的地方是电源噪声滤波器的位置。 因此,当初级整流的电解电容器恶化时,高频电流增加,噪声滤波器被很好地理解为过热。

 

我们应该早点关掉电源,以防止烧坏事故。

 

到目前为止,许多电源修复和这种经验已经表明,如何安全地停止电源。 这是一种更安全的方式,而不是关闭保险丝,使电源输入过流,并停止电源烧坏。 为此,您可能需要监控噪声滤波器的温度并关闭电源。 例如,如果通过关闭温度保险丝来关闭电源,当温度保险丝变为高温时连接到噪声滤波器,则可以在电源部件烧坏之前安全地停止电源。 在这种情况下,通过更换温度保险丝和电解电容器,也可以以较低的成本修复电源。

 

现在,开关电源和 PFC 电源是不可否认的。 现在,当电解电容器使用寿命延长时,可以减少电气设备的烧坏事故。

 

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