电源是任何电子设备必不可缺的一个部分。有些设备具有自备电源，有些设备，如温度压力传感器等，则需另外配用适宜的电源——DC24V电源。随着各类传感器在工业控制领域的大量应用，相应的电源产品的供给也形成了一定的规模，高效率、模块化的仪用DC24V电源产品逐渐独立出来，成为了“专用电源设备”;一些生产线自动控制设备，对供电电源有一定的要求，需要交流稳压供电，各类交流稳压电源设备，能提供较为稳压的电源供给;一些设备，如工业电脑，为满足数据记忆，应急事件处理等要求，除要求稳压供电外，还需要在电网停电时，能实现不间歇供电，UPS一类电源设备产品也应运而生。
· 其实，从广义上讲，变频调速控制器、直流电动机调速器、电焊机、电镀机等设备，均可列入电源设备，但上述设备已有专著介绍，本文仅就自动化控制中常用到的，但其电路资料相匮乏甚至为空白的DC24V仪用电源做出电路原理分析和故障检修指导。
· 仪用DC24V开关电源
· 仪用DC24V开关电源，是一个独立的电源产品，经常作为压力、温度传感器、旋转编码器等检测仪器的专用稳定直流电源。有众多厂商生产和经销该类产品，整机电路组装于一个易于安装和电磁屏蔽良好的金属壳体中，输入/输出端子便于进行线路的连接，故障率低，耐受较为恶劣的工业生环境。
· CL-A-35-24仪用DC24V开关电源，是额定功率为35W，输出额定(可调整)电压为DC24V的开关电源产品，稳压精度较高，对过载、短路故障有较好的保护功能。
· 开关电源电路，为直—交—直型的逆变电路，是一种电压和功率的变换器，将直流电压和功率转换为脉冲电压，再整流成为另一种直流电压。输入、输出电压由开关变压器相隔离，开关变压器起到功率传递、电压/电流变换的作用。本机电路中的开关变压器为降压变压器。整机电路由市电整流滤波电路、PWM脉冲生成电路、逆变功率开关电路和开关变压器二次整流电路、稳压控制和过载保护电路组成。具体电路构成见下图1。
电路构成和工作原理分析
· 电路以UC3842振荡芯片为核心，构成逆变、整流电路。UC3842一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片，相关引脚功能及内部电路原理已有介绍，此处从略。AC220V电源经共模滤波器L1引入，能较好抑制从电网进入的和从电源本身向辐射的高频干扰，交流电压经桥式整流电路、电容C4滤波成为约280V的不稳定直流电压，作为由振荡芯片U1、开关管Q1、开关变压器T1及其它元件组成的逆变电路。逆变电路，可以分为四个电路部分讲解其电路工作原理。
·
· 图1 CL-A-35-24仪用DC24V开关电源
· 1)振荡回路：开关变压器的主绕组N1、Q1的漏--源极、R2(工作电流检测电阻)为电源工作电流的通路;本机启动电路与其它开关电源(启动电路由降压限流电阻组成)有所不同，启动电路由C5、D3、D4组成，提供一个“瞬态”的启动电流，二极管D2吸收反向电压，D3具有整流作用，保障加到U1的7脚的启动电流为正电流;电路起振后，由N2自供电绕组、D2、C5整流滤波电路，提供U1芯片的供电电压。这三个环节的正常运行，是电源能够振荡起来的先决条件。
· 当然，U1的4脚外接定时元件R48、C8和U1芯片本身，也构成了振荡回路的一部分。
· 电容式启动电路，当过载或短路故障发生时，电路能处于稳定的停振保护状态，不像电阻启动电路，会再现“打嗝”式间歇振荡现象。工作电流检测从电阻R2上取得，当故障状态引起工作过流异常增大时，U1的6脚输出PWM脉冲占空比减小，N1自供电绕组的感应电路也随之降低，当U1的7脚供电电压低于10V时，电路停振，负载电压为0，这是过流(过载或短路)引发U1内部欠电压保护电路动作导致的输出中止;工作电流异常增大时，R2上的电压降大于1V时，内部锁存器动作，电路停振，这是由过流引发U1内部过流保护动作导致输出中止。
· 2、稳压回路：开关变压器的N3绕组、D6、C13、C14等元件组成的24V电源，基准电压源TL1、光耦合器U2等元件构成了稳压控制回路。U1芯片和1、2脚外围元件R7、C12，也是稳压回路的一部分。实际上，TL1、U1组成了(相对于U1内部电压误差放大器)外部误差放大器，将输出24V的电压变化反馈回U1的反馈电压信号输入端。当24V输出电压上升时，U1的2脚电压上升，1脚电压下降，输出PWM脉冲占空比下降，输出电路回落。当输出电压异常上升时，U1的1脚下降为1V时，内部保护电路动作，电路停振。
· 3、保护回路：U1芯片本身和3脚外围电路构成过流保护回路;N1绕组上并联的D1、R1、C9元件构成了开关管的反向电压吸收保护电路，以提供Q1截止时的反向电流通路，保障Q1的工作安全;实质上稳压回路的电压反馈信号，也可看作是一路电压保护信号——当反馈电压幅度达一定值时，电路实施停振保护动作;24V的输出端并联有由R18、ZD2、单向晶闸管SCR组成的过压保护电路，当稳压电路失常，引起输出电压异常上升时，稳压二极管ZD2的击穿为SCR提供触发电流，SCR的导通形成一个“短路电流”信号，强制U1内部保护电路产生过流保护动作，电路处于停振状态。
· 4、负载回路：N3次级绕组及后续整流滤波电路，即是电源输出电路，也可视为负载回路，如D6或C13、C14任一元件击穿或漏电故障发生，即形成同负载电路过载、短路一样的结果，引发电路处于停振状态。负载回路的异常，会牵涉到保护回路和稳压回路，使两个回路做出相应的保护和调整动作。但保护电路的内容并不仅是局限于保护电路本身，保护电路的起控往往是由于负载电路的异常所引起。
· 振荡芯片本身参与和构成了前三个回路，芯片损坏，三个回路都会一齐罢工。对三个或四个回路的检修，是在芯片本身正常的前提下进行的。另外，要像下象棋一样，用全局观念和系统思路来进行故障判断，透过现象看本质。如停振故障，也许并非由振荡回路元件损坏所引起，有可能是稳压回路故障或负载回路异常，导致了芯片内部保护电路起控，而停止了PWM脉冲的输出。并不能将各个回路完全孤立起来进行检修，某一故障元件的出现很可能表现出“牵一发而全身动”的效果。
上一篇：软开关技术在开关电源中的应用
