TH-242型硬盘录像机电源适配器原理分析与故障检修

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TH-242型硬盘录像机电源适配器的输入电压为交流100～240V，频率范围为47Hz~53Hz，输出12V直流电压，最大输出电流为2A。其采用电源控制芯片PR9853、开关变压器T1为核心构成的并联型开关电源，如附图所示。

一、工作原理

1．PR9853的简介

该芯片采用电流反馈式PWM（脉宽调制）&PFM（脉冲频率调制）工作模式，工作频率由外接电阻设定。芯片内置振荡器、软启动电路、工作模式选择电路、脉宽调制逻辑电路、LEB前沿消隐电路、同步斜坡补偿等电路。具有OCP（过流保护）、OVP（过压保护）、OLP（过载保护）、SCP（短路保护）等多种保护功能。在轻负载或零负载情况下，自动进入PWM&PFM或CRM（周期复位模式）工作模式，使得电源更加环保节能。PR9853的引脚功能如下：

①脚（Gate）为驱动信号输出端，输出幅度最高为18V的脉冲信号，用于驱动外接开关管（MOSFET型场效应管）。②脚（VDD）为电源端，允许最高的供电电压为34V。④脚（Sen）为电流检测输入端，输入该脚的电压用于控制Gate脚输出脉冲信号的占空比（最大为78%），实现电源电路的电流反馈工作模式。⑤脚（RI）与地间外接的R16用于设置芯片的工作频率，在PWM模式时的工作频率为30~150kHz。⑦脚（FB）为电压反馈端，除了和Sen脚一起控制PWM的占空比外，还可控制芯片进入PWM&PFM以及CRM工作模式，实现过载（OLP）和短路（SCP）保护功能。⑧脚（Gnd）为热地端。③、⑥脚为NC。

【提示】IC1的振荡频率fosc=6500/R16，因R16的阻值为100kΩ，所以振荡频率为65kHz。

2．市电滤波与300V供电电路

220V市电经2A保险管（熔丝管）FS1输入后，利用XC1和L1组成的输入滤波电路滤波，通过D1~D4桥式整流，再由C1滤波，产生300V左右的直流电压V0。

输入滤波电路用于防止外部电磁脉冲信号对适配器的干扰，同时也可防止电源自身产生的高频电磁信号向外辐射，R1、R2用于断电时泄放XC1上的电荷。

3．启动与功率变换

供电电压V0不仅经开关变压器T1的初级绕组（4-3绕组）加到开关管Q1（4N60A）的漏极为其供电，而且经启动电阻R10、R11对C2进行充电。当C2两端的充电电压超过14V时，电源控制芯片IC1（PR9853）②脚内的启动电路、振荡器等电路相继工作，于是内部振荡器产生的65kHz时钟振荡信号控制PWM电路产生PWM激励信号。该信号经放大后从IC1的①脚输出，通过R14、R13驱动Q1工作在开关状态。Q1导通时，T1的4-3绕组流过高频脉冲电流，使T1的初级绕组产生电动势。Q1截止时，T1在互感的作用下，它的1-2绕组两端产生感应电压经D5整流、R15限流，C2滤波后，得到满足IC1持续工作所需的供电电压；5-6绕组产生的感应电压经D7整流，C9、C8、L2和C7组成的滤波网络滤波，不仅对外输出12V直流电压，给硬盘录像机供电，而且通过R2将LED点亮，表明适配器处于工作状态。

4．稳压电路

稳压控制电路由三端误差放大器IC3（431）、R17~R21、C6、光耦合器IC2（817B）以及C4、R12、R7~R9等元件组成。

开关管Q1工作后，其S极电流在取样电阻R7~R9两端产生锯齿波电压，该电压经R12限流、C4滤波后加到IC1的④脚（Sen）上，设为Vsen，该电压与IC1芯片内部的溢出补偿电路共同作用产生一个随Vsen增大而增大的电压Vsense；12V输出电压经R19与R20分压后，加到IC3的①脚，控制IC3的③脚的电位，使光耦IC2内的发光二极管一定程度地发光，使IC2内的光敏三极管处于一定导通状态，将IC1的⑦脚（FB）置于一定电位，设为VFB。当Gate脚的输出高电压驱动Q1导通时，IC1内的比较器将随Sen脚电压Vsen变化而变化的锯齿波电压Vsense与FB脚的电位VFB进行比较，当锯齿波电压Vsense上升到大于VFB时，IC1控制Gate脚的输出信号为低，从而实现对Gate脚输出脉冲宽度的控制。

当市电电压降低或负载变重导致输出电压低于12V时，经R19、R20取样后使IC3①脚输入的取样电位降低，经内部比较放大器比较放大后使①脚电位升高，导致流过IC2内部发光二极管的电流减小，发光减弱，IC2内部的光敏三极管的内阻增大，使得IC1的⑦脚输入的VFB升高，经IC1内部的控制逻辑电路控制，使得①脚输出的脉冲宽度增大，开关管Q1的导通时间增大，T1存储的能量增大，12V供电自动升高到正常值。当适配器的的输出电压高于12V时，稳压控制过程相反。

【提示】在PWM模式下，①脚输出的驱动脉冲的最大占空比为78%，对应的VFB为3.3V，Vsen为1.05V。

5．保护功能

尖峰脉冲吸收回路：该保护电路由R3、R6、C3及D6组成。该电路可以吸收Q1进入截止状态瞬间，开关变压器T1初级绕组产生的尖峰脉冲，以免Q1被过高的尖峰脉冲损坏。

过流保护：功率管Q1导通时，R7~R9的两端会产生锯齿波电压。该电压经R12加到IC1的Sen脚，当该电压超过1.05V时，IC1内保护电路动作，切断①脚输出的驱动信号，Q1截止，以免Q1因电流过大而击穿。R7//R8//R9=0.7Ω，因此，允许流过Q1的最大电流约为1.5A。

电流限制电路还包括一个前沿消隐电路。该电路用来延时电流采样，因为在开关导通瞬间会有脉冲峰值电流，如果此时采样电流值并进行控制，会因脉冲前沿的尖峰产生误触发动作，影响电路启动，前沿消隐电路对检测脉冲进行延迟，就可以避免这种误触发隐患。

VDD过压/欠压保护：芯片PR9853内设一个VDD检测电路。当VDD大于34V或小于8.8V时，芯片自动关断Gate脚输出，使Q1保持截止状态。

误差取样放大电路异常保护：当适配器负载短路或过载时，12V输出会大幅降低，经IC3的控制使得IC2内部的光敏三极管截止或导通程度大幅下降，导致IC1的FB的电位VFB上升，当该电位大于3.7V时，经35ms延时，IC1内部的检测逻辑电路关闭①脚输出的脉冲信号，使Q1截止，使得芯片失去供电VDD，IC1停止工作，以免Q1过压损坏，实现误差取样放大电路异常保护。

绿色节能工作：开关电源的功率损耗，主要由控制电路、变压器损耗和功率开关管的损耗产生，通过降低工作频率可以有效减少损耗。PR9853采用了PWM（脉宽调制）、PFM（脉冲频率调制）和CRM（周期复位模式）综合调制的方式实现电源的绿色节能。在中等负载和重负载的情况下，芯片工作在PWM方式，工作频率为65kHz（RI=100kΩ时），当负载变轻时，电源的12V输出会升高，在稳压控制电路的作用下，使⑦脚电位VFB下降，从该脚流出的反馈电流IFB增大，当⑦脚电位低于1.8V（IFB电流大于0.5mA）时，芯片IC1进入PWM&PFM工作模式，①脚输出脉冲频率随IFB的增大而线性降低；当负载更轻或空载，使得⑦脚电位VFB低于1.4V（IFB大于0.55mA）时，芯片IC1再次进入PWM工作模式，但输出脉冲频率变为固定的22kHz；当负载进一步变小或空载时，使得VFB低于1.08V（IFB大于0.59mA）时，IC1工作在CRM模式，IC1内部寄存器始终被复位，①脚无输出脉冲，Q1停止工作；直到输出电压低于12V时，IC1内部寄存器再次被置位，①脚输出的脉冲频率将进一步下降或变为猝发脉冲形式，其频率大小与指示灯电路、R23 的阻值以及输出滤波网络C7~C9、L2的参数有关。

二、检修实例故障现象：运行过程中硬盘录像机机内蜂鸣器突然不停地鸣叫，断电再开机，故障依旧。打开硬盘录像机测量电源电压，发现电源电压由12V变为4.5V。分析与检修：从上述故障现象看，引起电源适配器输出电压变低的原因无外乎两种情况，一是电源适配器自身故障，因带负载能力下降，使带硬盘录像机工作时输出电压降低；二是硬盘录像机故障，负载电流过大将适配器输出电压拉低。先将外接电源适配器与硬盘录像机断开，空载时加电测其输出电压为12V，用一只10Ω大功率电阻做负载，接到适配器输出端，测输出端电压从12V变为5.7V，确定故障属于第一种情况，即适配器出现了带负载能力下降的故障。打开适配器塑料封盖，观测电路板，发现12V输出滤波电解电容C8（470μF/16V）顶部鼓包。考虑到该适配器已经连续工作了4年多，为了保险起见，将12V供电的2个输出滤波电容C8、C9用470μF /25V的电解电容更换，再用10Ω大功率电阻做负载，加电后测适配器输出电压为12V。恢复适配器封装并将该适配器接入硬盘录像机，蜂鸣器不再鸣叫，并且供电电压保持为12V，硬盘录像机连续工作20天未见异常，故障修复。

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