CN103701303A - 具有可测性功能的开关电源及测试方法 - Google Patents

Abstract

具有可测性功能的开关电源及测试方法，属于电源领域，本发明为解决现有开关电源不具有可测试性，当电源出现故障时，存在人工测试流程复杂、测试时间长、维修保障困难、维修费用高等诸多问题。本发明涉及通用的开关电源，在开关电源中选择八个测试点，四个测试点取自变压器的初级侧，四个测试点取自变压器的次级侧，对八个电压进行处理后，发送给处理器，按TP4；TP5；TP1、TP2、TP3（组内并列）；TP6、TP7、TP8（组内并列）的顺序进行判断，轻松获取故障信息，并在显示器上显示，让维修人员快速，准确地诊断故障，隔离出故障元器件。大量的减少了人工判断的工作量。

Description

具有可测性功能的开关电源及测试方法

技术领域

本发明涉及具有可测性功能的开关电源及测试方法，属于电源领域。

背景技术

从元器件的角度看，故障类型可分为两大类：

1、硬故障：指元器件的开路或短路失效故障。

2、软故障：指元器件参数值超出元器件容差范围，一般它们均未是设备完全失效，例如元器件的老化、变质或使用环境的变化造成元器件参数的变化。严格的说，网络中元器件产生硬故障已经改变了网络的拓扑结构，使电路功能失效，而元器件的软故障则不会导致网络拓扑结构的变化，只会引起电路性能的轻微变化，这种变化通常不会对电路功能造成重要的影响。通常对电路中的硬故障诊断比软故障诊断要容易些，且应用与软故障的检测方法也适用于硬故障检测，所以硬故障可以看作是软故障的一个特例。

按电路中存在的故障数，可将故障分为单故障与多故障两类：

1、单故障：指电路中只有一个元器件出现故障。

2、多故障：指电路中同时出现两个或两个以上元器件出现故障。

据统计，在实际应用中，设备出现单故障的概率是故障总数的80%以上，而且一些故障互相之间是有联系的，可以当作单故障来处理。

针对开关电源单故障，其常见故障具体说明以下：

开关电源所包含的电子元器件种类繁多，如普通电阻、负温度系数电阻、功率电阻、钽电容、电解电容、薄膜电容、安规电容、瓷片电容、二极管、三极管、脉冲变压器、共模扼流圈、稳压芯片、控制芯片等等。电子元器件的多样性导致了故障的多样性，如启动电阻开路、脉冲变压器反馈绕组脱焊、开关管击穿短路、保险丝断路、大滤波电容损坏（短路、断路、漏电）、整流桥损毁（断路、短路，其中短路居多）等。这其中，有的故障现象很少出现，在开关电源的生命周期内可能都不会出现一次，如脉冲变压器反馈绕组脱焊、取样电阻断路、启动电阻断路等，而有些故障却经常发生故障，如高压滤波电容损坏（短路、断路、漏电）、整流桥损毁（断路、短路，其中短路居多）、开关管击穿短路等。表1为开关电源各常见单故障发生概率表。

表1开关电源常见故障概率表

故障类型	发生概率
		开关管击穿短路	26%
保险丝烧断	22%
		高压滤波电容损坏	17%
整流桥损坏	14%
		肖特基整流二极管击穿短路	10%
输出滤波电容损坏	7%
		其它（启动电阻断路、PCB板腐蚀等）	4%

从表1中可以看出，开关管击穿短路、保险丝烧断、高压滤波电容损坏、整流桥损坏、肖特基整流二极管击穿短路、输出滤波电容损坏共六类故障发生概率占故障总数的96%，其它故障仅占4%，且开关电源出现故障时，多为单故障，极少出现复合故障。在实际的故障诊断中，根据概率原则，针对96%的常见故障进行诊断而忽略4%的非常见故障，且仅诊断单故障，这种做法在工程上是可行的，而且也是有效。

开关电源单故障模型如表2所示：

表2故障模型

故障集合	故障模型
		开关管击穿短路	短路
保险丝烧断	断路
		高压滤波电容损坏	断路、短路、并联电阻
整流桥损坏	断路
		肖特基整流二极管击穿短路	短路
输出滤波电容损坏	断路、短路、并联电阻

在进行试验验证的时候，需要模拟故障现象。有的故障现象比较简单，可以真实的模拟出来，如保险丝烧断，用断路情况即可模拟；而有的故障现象却是无法模拟的，如开关管损坏，这时候就需要建立一个能够较真实模拟出开关管故障的故障模型。在开关电源的实际使用时，发现开关管易出现的故障为击穿短路，因此开关管故障所对应的故障模型为短路。因此本文依据开关电源常见故障概率表及各故障器件的特性与实际使用情况，根据概率原则获得故障模型表如表2所示。

目前电源不具有可测试性，使得电源的故障诊断存在人工测试流程复杂、测试时间长、维修保障困难、维修费用高等诸多问题，严重影响了电源的功能完好性与寿命周期。若电源出现故障而得不到及时的诊断与修复，轻则导致停机、毁损设备、影响生产，重则导致系统瘫痪甚至人员伤亡，带来巨大的财产损失。

发明内容

本发明目的是为了解决现有开关电源不具有可测试性，当电源出现故障时，存在人工测试流程复杂、测试时间长、维修保障困难、维修费用高等诸多问题，提供了一种具有可测性功能的开关电源及测试方法。

本发明所述具有可测性功能的开关电源，它包括辅助电源、主电源和测试点电压监测部，从辅助电源中选择测试点TP1、TP2和TP3，从主电源中选择测试点TP3、TP4、TP5、TP6、TP7和TP8，辅助电源和主电源均包括变压器，其中测试点TP1、TP4、TP5和TP6取自变压器的初级侧，TP2、TP3、TP7和TP8取自变压器的次级侧；八个电压监测点的电压值分别为U_TP1、U_TP2、U_TP3、U_TP4、U_TP5、U_TP6、U_TP7和U_TP8；并被测试点电压监测部采集处理；

所述测试点电压监测部包括变压器初级测试点电压处理电路、变压器次级测试点电压处理电路、A/D转换模块、处理器和显示器；

测试点TP1的电压监测值U_TP1、测试点TP4的电压监测值U_TP4、测试点TP5的电压监测值U_TP5和测试点TP6的电压监测值U_TP6连接变压器初级测试点电压处理电路的输入端；

测试点TP2的电压监测值U_TP2、测试点TP3的电压监测值U_TP3、测试点TP7的电压监测值U_TP7和测试点TP8的电压监测值U_TP8连接变压器次级测试点电压处理电路的输入端；

变压器初级测试点电压处理电路的输出端和变压器次级测试点电压处理电路的输出端均与A/D转换模块的模拟信号输入端相连；A/D转换模块的数字信号输出端与处理器的输入端相连；处理器的显示信号输出端与显示器的显示信号输入端相连。

从辅助电源中选择测试点TP1、TP2和TP3的过程为：

辅助电源包括开关管Q2，Vcc电源输出端通过输出滤波电容C1接地，+5V电源输出端通过输出滤波电容C6接地；

测试点TP1取自开关管Q2的集电极；

测试点TP2取自Vcc电源输出端；

测试点TP3取自+5V电源输出端；

从主电源中选择测试点TP4、TP5、TP6、TP7和TP8的过程为：

主电源包括整流滤波电路、主回路和输出回路，

整流滤波电路包括保险丝F1、共模扼流圈T2、单相全桥整流电路和高压滤波电容C11和C14；电源火线连接保险丝F1，再经共模扼流圈T2后连接单相全桥整流电路的输入端，单相全桥整流电路的输出端通过串联设置的高压滤波电容C11和C14接地；单相全桥整流电路由整流二极管D2、D3、D6和D7构成；

测试点TP4取自整流滤波电路中的保险丝F1的电流流出端；

测试点TP5取自整流滤波电路中的高压滤波电容C11的阳极；

主回路包括开关管Q3和开关管Q6，

测试点TP6取自控制开关管Q3，Q6相继导通的控制点；

输出回路包括变压器T4、快恢复整流二极管D18、D20、D24和D26；输出滤波电容C19、C23、C26和C27，输出回路的+12V电源输出端通过输出滤波电容C19接地；输出回路的-12V电源输出端通过输出滤波电容C23接地；输出回路的+5V电源输出端通过输出滤波电容C26接地；输出回路的-5V电源输出端通过输出滤波电容C27接地；

变压器T4具有一套原边线圈和两套副边线圈；

变压器T4第一套副边线圈的同名端通过快恢复整流二极管D18连接输出回路的+12V电源输出端；

变压器T4第一套副边线圈的同名端通过快恢复整流二极管D20连接输出回路的-12V电源输出端；

变压器T4第二套副边线圈的同名端通过快恢复整流二极管D26连接输出回路的+5V电源输出端；

变压器T4第二套副边线圈的同名端通过快恢复整流二极管D27连接输出回路的-5V电源输出端；

测试点TP7取自输出回路的+12V电源输出端；

测试点TP8取自输出回路的+5V电源输出端。

具有可测性功能的开关电源的测试方法，该方法包括以下过程：

步骤一、测试点电压监测部采集八个电压监测点的电压值U_TP1、U_TP2、U_TP3、U_TP4、U_TP5、U_TP6、U_TP7和U_TP8；

步骤二、U_TP1、U_TP4、U_TP5和U_TP6由变压器初级测试点电压处理电路处理，并经A/D转换模块转成数字信号；

U_TP2、U_TP3、U_TP7和U_TP8由变压器次级测试点电压处理电路处理，并经A/D转换模块转成数字信号；

步骤三、判断步骤二获取的U_TP4电压情况，

若U_TP4=0，则判断保险丝F1烧断；然后跳转至步骤七，若U_TP4≠0，则执行步骤四；

步骤四、判断步骤二获取的U_TP5电压情况，

若U_TP5由280V降到150V±2V，则判断整流二极管D2、D3、D6和D7中的一个元件出现断路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP5由280V降到200V±2V，则判断高压滤波电容C11或C14出现断路故障；然后跳转至步骤七；

否则，执行步骤五；

步骤五、判断步骤二获取的U_TP1、U_TP2和U_TP3电压情况，

若U_TP1=0～0.2V，则判断辅助电源的开关管Q2发生短路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP2=0，则判断辅助电源的Vcc电源输出端的输出滤波电容C1发生短路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP2为波动电压，则判断辅助电源的Vcc电源输出端的输出滤波电容C1发生断路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP3=0，则判断+5V电源输出端的输出端滤波电容C6短路；然后跳转至步骤七；

若U_TP3为波动电压，则判断+5V输出端处的输出滤波电容C6断路；然后跳转至步骤七；

否则，表示U_TP1、U_TP2和U_TP3电压情况都正常，则执行步骤六；

步骤六、判断步骤二获取的U_TP6、U_TP7和U_TP8电压情况，

若U_TP6=300V±5V，则判断主回路的开关管Q3击穿短路；然后跳转至步骤七；

若U_TP6=0～0.2V，则判断主回路的开关管Q6击穿短路；然后跳转至步骤七；

若U_TP7降到10V±1V，则判断输出回路的快恢复二极管D18或D20出现故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP7=0，则判断输出回路的输出滤波电容C19发生短路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP7是波动的电压，则则判断输出回路的输出滤波电容C19发生断路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP8降到4V±2V，则判断输出回路的快恢复二极管D24或D26出现故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP8=0，则判断输出回路的输出滤波电容C26发生短路故障，然后跳转至步骤七；

若U_TP8是波动的电压，则判断输出回路的输出滤波电容C26发生断路故障，然后跳转至步骤七；

否则，表明U_TP6、U_TP7和U_TP8电压均正常，则判断当前的所有元器件正常工作，返回执行步骤一，继续下一轮检测；

步骤七、当前有元器件发生故障，退出检测模式，对出现故障的元器件进行人工维修。

本发明的优点：通过对电源可测试性设计，可以准确快速的检测电源发生的故障，实现电源的自动化测试、提高电源的故障检测率、故障隔离率、缩短测试时间、降低测试难度、提高电源的寿命周期、降低电源全寿命周期费用。

附图说明

图1是本发明所述具有可测性功能的开关电源的原理框图；

图2是变压器初级测试点电压处理电路的具体电路图；

图3是变压器次级测试点电压处理电路的具体电路图；

图4是辅助电源的具体实施例电路图；

图5是主电源的整流滤波电路的具体实施例电路图；

图6是主电源的主回路的具体实施例电路图；

图7是主电源的输出回路的具体实施例电路图；

图8是无故障时电压测试点TP1的电压曲线图；

图9是保险丝烧断时电压测试点TP1的电压曲线图；

图10是无故障时电压测试点TP2的电压曲线图；

图11是保险丝烧断时电压测试点TP2的电压曲线图；

图12是无故障时电压测试点TP3的电压曲线图；

图13是保险丝烧断时电压测试点TP3的电压曲线图；

图14是无故障时电压测试点TP4的电压曲线图；

图15是保险丝烧断时电压测试点TP4的电压曲线图；

图16是无故障时电压测试点TP5的电压曲线图；

图17是保险丝烧断时电压测试点TP5的电压曲线图；

图18是无故障时电压测试点TP6的电压曲线图；

图19是保险丝烧断时电压测试点TP6的电压曲线图；

图20是无故障时电压测试点TP7的电压曲线图；

图21是保险丝烧断时电压测试点TP7的电压曲线图；

图22是无故障时电压测试点TP8的电压曲线图；

图23是保险丝烧断时电压测试点TP8的电压曲线图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1、图4至图7说明本实施方式，本实施方式所述具有可测性功能的开关电源，它包括辅助电源、主电源和测试点电压监测部，从辅助电源中选择测试点TP1、TP2和TP3，从主电源中选择测试点TP3、TP4、TP5、TP6、TP7和TP8，辅助电源和主电源均包括变压器，其中测试点TP1、TP4、TP5和TP6取自变压器的初级侧，TP2、TP3、TP7和TP8取自变压器的次级侧；八个电压监测点的电压值分别为U_TP1、U_TP2、U_TP3、U_TP4、U_TP5、U_TP6、U_TP7和U_TP8；并被测试点电压监测部采集处理；

所述测试点电压监测部包括变压器初级测试点电压处理电路1、变压器次级测试点电压处理电路2、A/D转换模块3、处理器4和显示器5；

测试点TP1的电压监测值U_TP1、测试点TP4的电压监测值U_TP4、测试点TP5的电压监测值U_TP5和测试点TP6的电压监测值U_TP6连接变压器初级测试点电压处理电路1的输入端；

测试点TP2的电压监测值U_TP2、测试点TP3的电压监测值U_TP3、测试点TP7的电压监测值U_TP7和测试点TP8的电压监测值U_TP8连接变压器次级测试点电压处理电路2的输入端；

变压器初级测试点电压处理电路1的输出端和变压器次级测试点电压处理电路2的输出端均与A/D转换模块3的模拟信号输入端相连；A/D转换模块3的数字信号输出端与处理器4的输入端相连；处理器4的显示信号输出端与显示器5的显示信号输入端相连。

从辅助电源中选择测试点TP1、TP2和TP3的过程为：

辅助电源包括开关管Q2，Vcc电源输出端通过输出滤波电容C1接地，+5V电源输出端通过输出滤波电容C6接地；

测试点TP1取自开关管Q2的集电极；

测试点TP2取自Vcc电源输出端；

测试点TP3取自+5V电源输出端；

从主电源中选择测试点TP4、TP5、TP6、TP7和TP8的过程为：

主电源包括整流滤波电路、主回路和输出回路，

整流滤波电路包括保险丝F1、共模扼流圈T2、单相全桥整流电路和高压滤波电容C11和C14；电源火线连接保险丝F1，再经共模扼流圈T2后连接单相全桥整流电路的输入端，单相全桥整流电路的输出端通过串联设置的高压滤波电容C11和C14接地；单相全桥整流电路由整流二极管D2、D3、D6和D7构成；

测试点TP4取自整流滤波电路中的保险丝F1的电流流出端；

测试点TP5取自整流滤波电路中的高压滤波电容C11的阳极；

主回路包括开关管Q3和开关管Q6，

测试点TP6取自控制开关管Q3，Q6相继导通的控制点；

输出回路包括变压器T4、快恢复整流二极管D18、D20、D24和D26；输出滤波电容C19、C23、C26和C27，输出回路的+12V电源输出端通过输出滤波电容C19接地；输出回路的-12V电源输出端通过输出滤波电容C23接地；输出回路的+5V电源输出端通过输出滤波电容C26接地；输出回路的-5V电源输出端通过输出滤波电容C27接地；

变压器T4具有一套原边线圈和两套副边线圈；

变压器T4第一套副边线圈的同名端通过快恢复整流二极管D18连接输出回路的+12V电源输出端；

变压器T4第一套副边线圈的同名端通过快恢复整流二极管D20连接输出回路的-12V电源输出端；

变压器T4第二套副边线圈的同名端通过快恢复整流二极管D26连接输出回路的+5V电源输出端；

变压器T4第二套副边线圈的同名端通过快恢复整流二极管D27连接输出回路的-5V电源输出端；

测试点TP7取自输出回路的+12V电源输出端；

测试点TP8取自输出回路的+5V电源输出端。

开关电源的具体电路有很多种，图4至图7只是给出了具体实施例，但并不影响对其它结构的开关电源的监测。

开关电源包括辅助电源和主电源，辅助电源是辅助主电源工作的。在正常情况下，辅助电源会会输出+5VSB与+22V（Vcc）的电压，其中+22V与+5VSB供给主电源，且+5VSB还会输出到主机作为待机电源。辅助电源主要由整流滤波电路、启动电路、开关振荡管、开关变压器、稳压控制电路、脉冲整流输出电路和过压过流保护电路组成，且辅助电源与主电源共用一个整流滤波电路。辅助电源电路图如图4所示。

结合图4说明对辅助电源的监测：辅助电源中，易出现故障的器件为开关管Q2、输出滤波电容C1、C6。

在辅助电源正常工作时，测试点TP1的电压U_TP1在0V（略大于0V）和400V之间跳跃，实际波形并非理想矩形波，而是有抖动与转换过程的，实际波形如图8所示。测试点TP2的电压U_TP2为+22V，实际测得波形如图10所示，测试点TP3的电压U_TP3为+5V，实际测得波形如图12所示。

开关管Q2出现击穿短路故障的时候，测试点TP1的电压稳定在略大于0V的水平，0～0.2V，因此通过观察测试点TP1的电压U_TP1即可得知开关管Q2是否出现故障。输出滤波电容C1出现故障时，测试点TP2的电压U_TP2则会出现相应的变化。若输出滤波电容C1短路，则测试点TP2的电压U_TP2为0V；若输出滤波电容C1断路，则测试点TP2的电压U_TP2是一个波动的电压，通过观察测试点TP2的电压波形即可得知输出滤波电容C1是否出现故障。输出滤波电容C6出现故障时，测试点TP1、TP2和TP3的电压均会出现变化。输出滤波电容C6短路，会使测试点TP3的电压U_TP3为0V；输出滤波电容C6断路，测试点TP3的电压U_TP3是一个波动的电压。通过对测试点TP3的观察，即可得知输出滤波电容C6是否出现故障。

主电源可分为整流滤波、主回路、输出回路、控制回路、取样及保护电路、开机电路共六个部分，而其中控制回路、取样及保护电路与开机电路中并没有易出现故障的器件，所以这三部分并没有设置可测点。下面细述整流滤波、主回路、输出回路三部分可测点设计。

结合图5对整流滤波的可测点进行说明：整流滤波部分对市电输入进行干扰去除及整流滤波，电路图如图5所示。该部分主要有T2（共模扼流圈，用以去除市电中的共模干扰），C4、C5（安规电容，用以去除市电中的差模干扰），D2、D3、D6、D7（整流桥），C11、C14（高压滤波电容），RT1为负温度系数热敏电阻（开机时起限流作用），R3（防雷击电阻），F1（保险丝），R14、R21（分压电阻）。

整流滤波部分易出现故障的器件为F1、D2、D3、D6、D7、C11、C14。可测点设在TP4（电流经电源火线从保险丝流出的一端）、TP5（高压滤波电容的阳极）。

开关电源正常工作时，监测点TP4的电压U_TP4为220V交流，如图14所示，监测点TP5的电压U_TP5为280V，如图16所示。

保险丝F1烧坏时，其故障模型为断路，则此时监测点TP4的电压U_TP4为0V，由此可知保险丝F1出现故障。若D2、D3、D6、D7中一个出现故障时，会使整流桥原先的全波整流变成了半波整流，此时监测点TP5的电压U_TP5恰好为150V，通过观察监测点TP5的电压U_TP5即可知D2、D3、D6、D7是否出现故障。若C11、C14中一个出现故障，则监测点TP5的电压U_TP5会降低到200V左右，通过此亦可判断出C11、C14是否出现故障。

结合图6说明主回路的可测点设计：主回路的功能是功率变换，将整流滤波后的300V高压直流电变换成为低压高频矩形波。

该部分主要的器件为Q开关管3、开关管Q6、脉冲变压器T3和脉冲变压器T4。R14与R21阻值均为150K，C11与C14为容值相同的大滤波电容，因而C11阴极电压为150V。T3右侧有PWM波输入，因T3左侧两电感同名端相反，使得Q3、Q6依次导通，会有死区控制使Q3、Q6不会同时导通。Q3导通，Q6关断时，300V高压直流电从TP5流经Q3、TP6、T4左侧、C17，回到C11的阴极。Q3关断，Q6导通时，C14阳极150V电压经C17、T4左侧、Q6流向地。如此循环在T4左侧形成高压矩形波，再经脉冲变压器的电磁感应将T4左侧的高压矩形波转换成T4右侧的低压矩形波。

主回路部分易出现故障的的器件为Q3、Q6。Q3与Q6的故障模型均为短路。可测点设在TP6（控制开关管Q3，Q6相继导通的控制点，图中为Q3射极或Q6集电极）点。电源正常工作时，测试点TP6的电压U_TP6波形在0V-300V之间跳跃，实际测的波形如图18所示，在图18中可以看到在0V与300V之间有一段波动，这实际上是死区时间内T4左侧电感释放储能导致的。若Q3出现故障时，TP6点电压会一直维持在300V，而若Q6出现故障时，TP6点电压会一直维持在0V，因此通过观察TP6点电压即可得知Q3、Q6是否出现故障。

结合图7说明输出部分可测点设计：输出回路将T4右侧的低压高频矩形波进行整流滤波处理，得到稳定的直流输出。与T4右侧输出相连的电容与电阻是加速脉冲变压器迅速换相用的，二极管用以整流，L3.1、L3.2、L3.3和L3.4为功率因数校正电感，在电压最终输出前所接的电感与电容起滤波稳压的作用。

表3P4-320A型开关电源输出参数表

由表3可知，+12V输出的最大电流为8A，+5V输出的最大电流为14A，而-12V输出的最大电流仅为0.5A，-5V输出最大电流也仅为0.5A。因为对+12V与+5V的电流输出能力要求高，所以D18、D20、D24、D26为快恢复肖特基整流二极管。因D18、D20、D24、D26承担的电流大，容易出现故障，且+12V与+5V所对应的滤波电容也易出现故障。而D21、D23、D29、D30为普通整流二极管，流过的电流小，不易出现故障。

该部分易出现故障器件为D18、D20、D24、D26、C19和C26。可测点设在TP7、TP8。电源正常工作时，监测点TP7的电压U_TP7的电压波形如图20所示，监测点TP8的电压U_TP8的电压波形如图22所示。

具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，变压器初级测试点电压处理电路1包括霍尔传感器、比较器A、比较器B、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R22、滑动变阻器Rp1和滑动变阻器Rp2；

霍尔传感器的输入脚接入测试点TP1、TP4、TP5或TP6的电压信号U_TP1、U_TP4、U_TP5或U_TP6；

霍尔传感器的输出脚通过电阻R22接地；

霍尔传感器的输出脚还通过电阻R12连接比较器A的反相输入端；比较器A的同相输入端通过电阻R14接地；比较器A的反相输入端和输出端之间串联滑动变阻器Rp1；比较器A的输出端通过电阻R13连接比较器B的反相输入端；

比较器B的同相输入端通过电阻R15接地；比较器B的反相输入端和输出端之间串联滑动变阻器R_p2，比较器B的输出端输出U_TP1、U_TP4、U_TP5或U_TP6处理后的电压信号。

设计TP1、TP4、TP5和TP6在变压器的初级，且与电网共地，因此，对这4个测试点的处理方式为隔离降压。采用CHV-25P型霍尔电压传感器对测试点进行隔离与降压，然后用两个反相比例电路中的可调电阻器对放大倍数进行调整，获得理想的输出电压。CHV-25P的输入参数为5V-500V，能够胜任TP1、TP4、TP5和TP6测试点电压的隔离降压要求。电路图如图2所示。

具体实施方式三：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，变压器次级测试点电压处理电路2包括比较器C、比较器D、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、滑动变阻器Rp3和滑动变阻器Rp4；

TP2、TP3、TP7或TP8的电压信号U_TP2、U_TP3、U_TP7或U_TP8通过电阻R18连接比较器D的反相输入端；比较器D的同相输入端通过电阻R20接地，比较器D的输出端与反相输入端之间串联滑动变阻器Rp3；比较器D的输出端通过电阻R19连接比较器C的反相输入端；

比较器C的正相输入端通过电阻R21接地，比较器C的反相输入端和输出端之间串联滑动变阻器Rp4，比较器C的输出端输出U_TP2、U_TP3、U_TP7或U_TP8处理后的电压信号。

变压器次级的测试点有TP2、TP3，TP7、TP8、。因变压器次级测试点的电压较低，即使电压最高的TP2点电压也才22V，且变压器次级的测试点与电网隔离，因而无需对变压器次级的测试点进行隔离处理，仅需进行电压的缩小或放大，采用两个反相比例放大器对测试点的电压进行调整。变压器次级测试点电压处理电路图如图3所示。

具体实施方式四：下面结合图1至图23说明本实施方式，实施方式一所述作进一步说明，具有可测性功能的开关电源的测试方法，该方法包括以下过程：

步骤一、测试点电压监测部采集八个电压监测点的电压值U_TP1、U_TP2、U_TP3、U_TP4、U_TP5、U_TP6、U_TP7和U_TP8；

步骤二、U_TP1、U_TP4、U_TP5和U_TP6由变压器初级测试点电压处理电路1处理，并经A/D转换模块3转成数字信号；

U_TP2、U_TP3、U_TP7和U_TP8由变压器次级测试点电压处理电路2处理，并经A/D转换模块3转成数字信号；

步骤三、判断步骤二获取的U_TP4电压情况，

若U_TP4=0，则判断保险丝F1烧断；然后跳转至步骤七，若U_TP4≠0，则执行步骤四；

步骤四、判断步骤二获取的U_TP5电压情况，

若U_TP5由280V降到150V±2V，则判断整流二极管D2、D3、D6和D7中的一个元件出现断路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP5由280V降到200V±2V，则判断高压滤波电容C11或C14出现断路故障；然后跳转至步骤七；

否则，执行步骤五；

步骤五、判断步骤二获取的U_TP1、U_TP2和U_TP3电压情况，

若U_TP1=0～0.2V，则判断辅助电源的开关管Q2发生短路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP2=0，则判断辅助电源的Vcc电源输出端的输出滤波电容C1发生短路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP2为波动电压，则判断辅助电源的Vcc电源输出端的输出滤波电容C1发生断路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP3=0，则判断+5V电源输出端的输出端滤波电容C6短路；然后跳转至步骤七；

若U_TP3为波动电压，则判断+5V输出端处的输出滤波电容C6断路；然后跳转至步骤七；

否则，表示U_TP1、U_TP2和U_TP3电压情况都正常，则执行步骤六；

步骤六、判断步骤二获取的U_TP6、U_TP7和U_TP8电压情况，

若U_TP6=300V±5V，则判断主回路的开关管Q3击穿短路；然后跳转至步骤七；

若U_TP6=0～0.2V，则判断主回路的开关管Q6击穿短路；然后跳转至步骤七；

若U_TP7降到10V±1V，则判断输出回路的快恢复二极管D18或D20出现故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP7=0，则判断输出回路的输出滤波电容C19发生短路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP7是波动的电压，则则判断输出回路的输出滤波电容C19发生断路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP8降到4V±2V，则判断输出回路的快恢复二极管D24或D26出现故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP8=0，则判断输出回路的输出滤波电容C26发生短路故障，然后跳转至步骤七；

若U_TP8是波动的电压，则判断输出回路的输出滤波电容C26发生断路故障，然后跳转至步骤七；

否则，表明U_TP6、U_TP7和U_TP8电压均正常，则判断当前的所有元器件正常工作，返回执行步骤一，继续下一轮检测；

步骤七、当前有元器件发生故障，退出检测模式，对出现故障的元器件进行人工维修。

故障判断顺序为：TP4-TP5-（TP1-TP2-TP3）-（TP6-TP7-TP8），括号中两组顺序可变，并列关系，对检测结果没有影响。

本实施方式中所确定的故障集合Q2、Q3、Q6（开关电源中的开关管）、F1（保险丝）、C11、C14（高压滤波电容）、D2、D3、D6、D7（整流二极管）、D18、D20、D24、D26（快恢复整流二极管（输出端））、C1、C6、C19、C26（输出滤波电容）共18个故障器件，本实施方式所设计的开关电源故障诊断系统在模糊度为1的情况下，故障检测率为100%，故障隔离率为55.6%，如表3所示；在模糊度为2的情况下，故障检测率为100%，故障隔离率为77.8%，如表4与表5所示；在模糊度为4的情况下，故障检测率为100%，故障隔离率为100%，如表5所示。

表3模糊度为1故障诊断表

表4模糊度为2故障诊断表

表5模糊度为4故障诊断表

由TP1至TP8电压波形图可以明显的看出不同，因而也能够准确的诊断并隔离出故障。图8至图23给出了TP1至TP8故障波形和正常波形对比，如果传统方法，需要8组波形都判断一遍才会知道保险丝烧了，但根据本实施方式所述方法，执行到步骤三时，根据U_TP4的电压为零即可判断出结果，非常简单可行，且判断的结果通过显示器5显示出来，让维修人员快速，准确地诊断故障，隔离出故障元器件。本发明内容旨在针对普通开关电源电路提出一种有效的，快速，便捷的可测试性方法与故障诊断方法。

Claims (5)

1.具有可测性功能的开关电源，它包括辅助电源、主电源和测试点电压监测部，其特征在于，从辅助电源中选择测试点TP1、TP2和TP3，从主电源中选择测试点TP3、TP4、TP5、TP6、TP7和TP8，辅助电源和主电源均包括变压器，其中测试点TP1、TP4、TP5和TP6取自变压器的初级侧，TP2、TP3、TP7和TP8取自变压器的次级侧；八个电压监测点的电压值分别为U_TP1、U_TP2、U_TP3、U_TP4、U_TP5、U_TP6、U_TP7和U_TP8；并被测试点电压监测部采集处理；

所述测试点电压监测部包括变压器初级测试点电压处理电路（1）、变压器次级测试点电压处理电路（2）、A/D转换模块（3）、处理器（4）和显示器（5）；

测试点TP1的电压监测值U_TP1、测试点TP4的电压监测值U_TP4、测试点TP5的电压监测值U_TP5和测试点TP6的电压监测值U_TP6连接变压器初级测试点电压处理电路（1）的输入端；

测试点TP2的电压监测值U_TP2、测试点TP3的电压监测值U_TP3、测试点TP7的电压监测值U_TP7和测试点TP8的电压监测值U_TP8连接变压器次级测试点电压处理电路（2）的输入端；

变压器初级测试点电压处理电路（1）的输出端和变压器次级测试点电压处理电路（2）的输出端均与A/D转换模块（3）的模拟信号输入端相连；A/D转换模块（3）的数字信号输出端与处理器（4）的输入端相连；处理器（4）的显示信号输出端与显示器（5）的显示信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述具有可测性功能的开关电源，其特征在于，从辅助电源中选择测试点TP1、TP2和TP3的过程为：

辅助电源包括开关管Q2，Vcc电源输出端通过输出滤波电容C1接地，+5V电源输出端通过输出滤波电容C6接地；

测试点TP1取自开关管Q2的集电极；

测试点TP2取自Vcc电源输出端；

测试点TP3取自+5V电源输出端；

从主电源中选择测试点TP4、TP5、TP6、TP7和TP8的过程为：

主电源包括整流滤波电路、主回路和输出回路，

整流滤波电路包括保险丝F1、共模扼流圈T2、单相全桥整流电路和高压滤波电容C11和C14；电源火线连接保险丝F1，再经共模扼流圈T2后连接单相全桥整流电路的输入端，单相全桥整流电路的输出端通过串联设置的高压滤波电容C11和C14接地；单相全桥整流电路由整流二极管D2、D3、D6和D7构成；

测试点TP4取自整流滤波电路中的保险丝F1的电流流出端；

测试点TP5取自整流滤波电路中的高压滤波电容C11的阳极；

主回路包括开关管Q3和开关管Q6，

测试点TP6取自控制开关管Q3，Q6相继导通的控制点；

输出回路包括变压器T4、快恢复整流二极管D18、D20、D24和D26；输出滤波电容C19、C23、C26和C27，输出回路的+12V电源输出端通过输出滤波电容C19接地；输出回路的-12V电源输出端通过输出滤波电容C23接地；输出回路的+5V电源输出端通过输出滤波电容C26接地；输出回路的-5V电源输出端通过输出滤波电容C27接地；

变压器T4具有一套原边线圈和两套副边线圈；

变压器T4第一套副边线圈的同名端通过快恢复整流二极管D18连接输出回路的+12V电源输出端；

变压器T4第一套副边线圈的同名端通过快恢复整流二极管D20连接输出回路的-12V电源输出端；

变压器T4第二套副边线圈的同名端通过快恢复整流二极管D26连接输出回路的+5V电源输出端；

变压器T4第二套副边线圈的同名端通过快恢复整流二极管D27连接输出回路的-5V电源输出端；

测试点TP7取自输出回路的+12V电源输出端；

测试点TP8取自输出回路的+5V电源输出端。

3.根据权利要求1所述具有可测性功能的开关电源，其特征在于，变压器初级测试点电压处理电路（1）包括霍尔传感器、比较器A、比较器B、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R22、滑动变阻器Rp1和滑动变阻器Rp2；

霍尔传感器的输入脚接入测试点TP1、TP4、TP5或TP6的电压信号U_TP1、U_TP4、U_TP5或U_TP6；

霍尔传感器的输出脚通过电阻R22接地；

霍尔传感器的输出脚还通过电阻R12连接比较器A的反相输入端；比较器A的同相输入端通过电阻R14接地；比较器A的反相输入端和输出端之间串联滑动变阻器Rp1；比较器A的输出端通过电阻R13连接比较器B的反相输入端；

比较器B的同相输入端通过电阻R15接地；比较器B的反相输入端和输出端之间串联滑动变阻器Rp2，比较器B的输出端输出U_TP1、U_TP4、U_TP5或U_TP6处理后的电压信号。

4.根据权利要求1所述具有可测性功能的开关电源，其特征在于，变压器次级测试点电压处理电路（2）包括比较器C、比较器D、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、滑动变阻器Rp3和滑动变阻器Rp4；

TP2、TP3、TP7或TP8的电压信号U_TP2、U_TP3、U_TP7或U_TP8通过电阻R18连接比较器D的反相输入端；比较器D的同相输入端通过电阻R20接地，比较器D的输出端与反相输入端之间串联滑动变阻器Rp3；比较器D的输出端通过电阻R19连接比较器C的反相输入端；

比较器C的正相输入端通过电阻R21接地，比较器C的反相输入端和输出端之间串联滑动变阻器Rp4，比较器C的输出端输出U_TP2、U_TP3、U_TP7或U_TP8处理后的电压信号。

5.权利要求2所述具有可测性功能的开关电源的测试方法，其特征在于，该方法包括以下过程：

步骤一、测试点电压监测部采集八个电压监测点的电压值U_TP1、U_TP2、U_TP3、U_TP4、U_TP5、U_TP6、U_TP7和U_TP8；

步骤二、U_TP1、U_TP4、U_TP5和U_TP6由变压器初级测试点电压处理电路（1）处理，并经A/D转换模块（3）转成数字信号；

U_TP2、U_TP3、U_TP7和U_TP8由变压器次级测试点电压处理电路（2）处理，并经A/D转换模块（3）转成数字信号；

步骤三、判断步骤二获取的U_TP4电压情况，

若U_TP4=0，则判断保险丝F1烧断；然后跳转至步骤七，若U_TP4≠0，则执行步骤四；

步骤四、判断步骤二获取的U_TP5电压情况，

若U_TP5由280V降到150V±2V，则判断整流二极管D2、D3、D6和D7中的一个元件出现断路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP5由280V降到200V±2V，则判断高压滤波电容C11或C14出现断路故障；然后跳转至步骤七；

否则，执行步骤五；

步骤五、判断步骤二获取的U_TP1、U_TP2和U_TP3电压情况，

若U_TP1=0～0.2V，则判断辅助电源的开关管Q2发生短路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP2=0，则判断辅助电源的Vcc电源输出端的输出滤波电容C1发生短路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP2为波动电压，则判断辅助电源的Vcc电源输出端的输出滤波电容C1发生断路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP3=0，则判断+5V电源输出端的输出端滤波电容C6短路；然后跳转至步骤七；

若U_TP3为波动电压，则判断+5V输出端处的输出滤波电容C6断路；然后跳转至步骤七；

否则，表示U_TP1、U_TP2和U_TP3电压情况都正常，则执行步骤六；

步骤六、判断步骤二获取的U_TP6、U_TP7和U_TP8电压情况，

若U_TP6=300V±5V，则判断主回路的开关管Q3击穿短路；然后跳转至步骤七；

若U_TP6=0～0.2V，则判断主回路的开关管Q6击穿短路；然后跳转至步骤七；

若U_TP7降到10V±1V，则判断输出回路的快恢复二极管D18或D20出现故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP7=0，则判断输出回路的输出滤波电容C19发生短路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP7是波动的电压，则则判断输出回路的输出滤波电容C19发生断路故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP8降到4V±2V，则判断输出回路的快恢复二极管D24或D26出现故障；然后跳转至步骤七；

若U_TP8=0，则判断输出回路的输出滤波电容C26发生短路故障，然后跳转至步骤七；

若U_TP8是波动的电压，则判断输出回路的输出滤波电容C26发生断路故障，然后跳转至步骤七；

否则，表明U_TP6、U_TP7和U_TP8电压均正常，则判断当前的所有元器件正常工作，返回执行步骤一，继续下一轮检测；

步骤七、当前有元器件发生故障，退出检测模式，对出现故障的元器件进行人工维修。

Images