開關(guān)電源模塊6A161H在美的三代直流變頻空調(diào)中的應(yīng)用分析與故障維修

本文主要以采用以6A161H為電源管理模塊的美的直流變頻空調(diào)外機(jī)板作為載體，對(duì)其在開關(guān)電源中的應(yīng)用與常見故障檢修的一些案例進(jìn)行分享。重點(diǎn)介紹了開關(guān)電源各引腳功能、原理、應(yīng)用分析，解決了以6A161H為方案的開關(guān)電源檢修思路，提高檢修效率與質(zhì)量。

近段時(shí)間又遇到多臺(tái)美的直流變頻空調(diào)關(guān)于外機(jī)變頻板開關(guān)電源的問題，檢修過程走了不少?gòu)澛?，現(xiàn)撰寫成文與大家分享，以幫助同行提高檢修效率。

1、開關(guān)電源管理模塊

本文采用的是由6A161H為電源管理模塊方案的開關(guān)電源，雖然其外圍電路比較簡(jiǎn)單，但檢修中還是要認(rèn)真細(xì)心，避免走彎路。6A161H電源管理模塊外形如圖1所示。

6A161H電源管理模塊引腳圖如圖2所示。

6A161H電源管理模塊內(nèi)部控制框圖如圖3所示。

6A161H電源管理模塊弓腳功能如表1所示。

開關(guān)電源原理圖如圖4所示。

2、開關(guān)電源工作原理
2.1電源濾波電路
交流電源經(jīng)EMI，通過全波整流，E1、E2、C8濾波后得到+310V的直流電源，此處E1、E2為主濾波電容，一般選用電解電容，除了濾除紋波外還起到儲(chǔ)存電荷、穩(wěn)定電壓作用，為壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)提供充沛電力保障;C8由于容量較小，主要濾除頻率較高的干擾信號(hào)，這樣能確保+310V電源的質(zhì)量。
2.2尖峰吸收電路
電源管理模塊6A161H內(nèi)部有MOS開關(guān)管，當(dāng)MOS管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，在+310V基礎(chǔ)上疊加了開關(guān)變壓器主繞組的漏感電壓，直接加到MOS管漏極(D極)，反峰電壓很高容易擊穿MOS管，為了延長(zhǎng)MOS開關(guān)管的使用壽命，設(shè)置了由D401、C401、R401組成的尖峰吸收電路，把開關(guān)變壓器自感應(yīng)的尖峰脈沖吸收，有效保護(hù)了MOS開關(guān)管，提高其可靠性。
2.3電源管理模塊的供電原理
變頻板上電后，電源管理芯片的7.8腳將接入+310V，剛開始由芯片內(nèi)部的啟動(dòng)( Statup )電路(:如圖3所示)，為5腳外接的電容( E401、C402 )充電(如圖4所示)，當(dāng)電容充電電壓達(dá)到+15V時(shí)(實(shí)際測(cè)量達(dá)到+10.5V也能開啟控制電路工作)，芯片開始工作產(chǎn)生PWM脈沖用于控制MOS開關(guān)管導(dǎo)通/截止，開關(guān)變壓器輔助繞組也感應(yīng)出電壓，經(jīng)電阻R402限流、二極管D402整流以及E401、C402濾波后為6A161H模塊的5腳提供長(zhǎng)久穩(wěn)定的持續(xù)供電，也就是啟動(dòng)之后由這輔助繞組為電源管理模塊供電。如果因電容E401.C402漏電、老化等造成6A161H模塊的4腳電壓過低(如低于+8.5V)時(shí)，低于閾值電壓則啟動(dòng)UVLO欠壓保護(hù)，使芯片停止工作;若電壓高達(dá)+27V就會(huì)切斷MOs管工作，實(shí)施過壓(OVP )保護(hù)。
2.4開關(guān)電源輸出電路
本外機(jī)板開關(guān)電源電路一共有三路輸出，靠前路是輔助繞組的輸出作為6A161H模塊的供電;第二路是副(次級(jí))繞組經(jīng)二極管D404整流，E402、C405濾波后輸出的+15V供壓縮機(jī)IPM模塊、直流風(fēng)機(jī)模塊的控制電路供電;第三路也是副(次級(jí))繞組經(jīng)二極管D403整流， E403.C407濾波后輸出+12V供繼電器、反相器等使用，再經(jīng)過AS7805降壓、穩(wěn)壓后得到+5V為cPU、傳感器供電。其中在整流二極管D403兩端并接了由電阻R411、電容c406組成的RC吸收電路，以解決該副(次級(jí))繞組在負(fù)半波時(shí)過大的反峰電壓加到D403容易導(dǎo)致?lián)舸p壞，通過RC吸收能提高其耐用度和穩(wěn)定性。
2.5采樣、調(diào)壓、穩(wěn)壓控制原理
參考圖4，電壓采樣電路是+12V經(jīng)電阻R408、R409并聯(lián)后與R407分壓得到，+12V電壓的高低直接影響分壓點(diǎn)的電壓，在電阻正常情況下如果分壓點(diǎn)電壓變高，說明開關(guān)電源輸出的電壓自然也變高了，如果分壓點(diǎn)電壓大于2.5V，加到三端可控穩(wěn)壓源N431的R極，由于N431內(nèi)部基本可以看作一個(gè)比較器(如圖5所示)，也就是R接到比較器的同向端，而反向端接的是2.5V基準(zhǔn)電壓源，由于同向端>反向端電壓。此時(shí)，比較器輸出高電平，致使內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)三極管工作，這樣使N431的K.A極導(dǎo)通， +12V經(jīng)電阻R404限流、光耦EL816初級(jí)、N431的K、A極接地，光耦EL816的次級(jí)接收到初級(jí)發(fā)射的光量，從而集電極與發(fā)射極也導(dǎo)通，這樣電源管理模塊6A161H的4腳流經(jīng)光耦次級(jí)的電流變大。這時(shí)， 6A161H內(nèi)部產(chǎn)生的PWM脈沖占空比變小，驅(qū)動(dòng)MOS功率管的開關(guān)頻率變低，這樣開關(guān)變壓器線圈初級(jí)儲(chǔ)能和次級(jí)自感應(yīng)電壓都變低，自然輸出電壓也變低，達(dá)到不間斷采樣輸出電壓，實(shí)時(shí)調(diào)整目的，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定開關(guān)電源輸出電壓的作用。

如果開關(guān)電源輸出電壓變低，采樣電路通過電阻R408.R409并聯(lián)后與R407分壓得到的電壓變低，加到N431的參考極(R)，如果參考極(同向端)電壓低于2.5V基準(zhǔn)電壓源(反向端)，則比較器輸出低電平，內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)三極管不工作，此時(shí)，N431的K.A極不導(dǎo)通，這時(shí)采樣電壓經(jīng)電阻R404限流、光耦EL816初級(jí).N431的K、A極直接接地這條路徑不通，光耦EL816基本不工作，電源管理模塊6A161H的4腳流經(jīng)光耦次級(jí)的電流變小，6A161H內(nèi)部產(chǎn)生PWM脈沖占空比變大，驅(qū)動(dòng)MOS功率管的開關(guān)頻率變高，這樣開關(guān)變壓器線圈初級(jí)儲(chǔ)能和次級(jí)自感應(yīng)電壓變高，自然輸出電壓也變高，實(shí)時(shí)調(diào)整以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定開關(guān)電源輸出電壓的目的。
2.6電源管理模塊的過流保護(hù)原理
6A161H具有過流保護(hù)功能，在模塊的1腳一般通過外接一只1.2Ω的電阻來對(duì)流過模塊內(nèi)MOS管的電流進(jìn)行采樣，如果模塊內(nèi)MOS管過流或短路，一旦1腳電壓達(dá)到0.88V以上模塊就會(huì)保護(hù)，停止工作，以確保安全。為了防止開機(jī)浪涌電壓的影響，在開啟MOS功率管時(shí)，前沿消隱，tBW=33Ons是內(nèi)置的。在tBW期間，oCP閾值電壓最高變?yōu)関oCP (LEB)=1.69V 高于正常OCP閾值電壓，也就是開機(jī)瞬間最高為1.69V，正常運(yùn)行時(shí)超過0.88V保護(hù)。實(shí)際檢修中也遇到過采樣電阻阻值變大，開關(guān)電源保護(hù)，導(dǎo)致空調(diào)不定時(shí)停機(jī)的現(xiàn)象。
3、開關(guān)電源檢修案例分析
例1:一臺(tái)美的KFR- 35W/BP3N1全直流變頻空調(diào)，外機(jī)板沒有任何反應(yīng)。分析檢修:外機(jī)板接檢測(cè)儀后上電，整個(gè)外機(jī)板無反應(yīng)。見圖4，測(cè)量濾波電容E1兩端有+318V正常，模塊6A161H的7.8腳也為+318V，但是測(cè)量開關(guān)電源次級(jí)輸出+12V、+15V電壓基本為0V ，測(cè)量6A161H模塊的5腳為7.9V ，通過之前的原理分析，由于+310V通過內(nèi)部電路給外圍的電容E401.C402充電，要求至少達(dá)到8.5V ，否則低于閾值電壓，啟動(dòng)uvLO欠壓保護(hù)，使芯片停止工作。是什么原因?qū)е?A161H模塊的5腳電壓變低，通常原因有兩點(diǎn):(1 )6A161H模塊損壞;(2)E401.C402漏電無容量。
檢修過程更換了6A161H模塊故障依舊，當(dāng)更換E401 (47uF/50V )、C402(0.01uF/50V)后故障排除，測(cè)量6A161H模塊的5腳有+15.2V，開關(guān)電源次級(jí)輸出+12V、+5V、+15V一切正常，外機(jī)板工作正常，故障修復(fù)。
例2:一臺(tái)美的KFR-35W/BP3N1全直流變頻空調(diào)，外機(jī)板的電源繼電器觸頭一直反復(fù)跳動(dòng)。分析檢修:外機(jī)板接上檢測(cè)儀后上電，整個(gè)外機(jī)板電源繼電器一直在反復(fù)跳動(dòng)。 參考圖4，使用萬用表測(cè)量開關(guān)電源次級(jí)輸出的+12V電壓在8.4V~12.2V之間并隨著繼電器觸頭動(dòng)作在反復(fù)變化，憑著以往的維修經(jīng)驗(yàn)，估計(jì)是繼電器線圈有輕微短路導(dǎo)致，如果給線圈供電時(shí)由于電流過大開關(guān)電源進(jìn)行保護(hù)，更換一個(gè)SMIH-SH-112LM繼電器后故障依舊，又以為開關(guān)電源管理模塊6A161H性能老化所致，更換后還是處于繼電器觸頭反復(fù)跳動(dòng)狀態(tài)。維修遇到瓶頸，繼電器觸頭反復(fù)跳動(dòng)，說明開關(guān)電源電壓不足以使線圈產(chǎn)生足夠的吸力才能導(dǎo)致這現(xiàn)象，線圈工作電壓是DC12V，而輸出在8.4V~12.2V跳變，說明開關(guān)電源帶載能力不強(qiáng)，最后更換了開關(guān)變壓器后故障排除。
通過本例，在檢修中也要多關(guān)注開關(guān)變壓器匝間短路問題。
技改說明:如果遇到這種案例，檢修中如果手上沒有開關(guān)變壓器，可以把電容E401去掉，僅保留C402，也能啟動(dòng)開關(guān)電源而且使用一切正常，其原理在于開關(guān)變壓器輔助繞組性能變差輸出電壓變低、電流變小，如果還接上E401(47uF/50V)電容，就會(huì)導(dǎo)致上電后給電容充電時(shí)間太長(zhǎng)還沒有達(dá)到要求電壓值，電源管理模塊就誤認(rèn)為故障，加上一帶載，電壓瞬間下降，出現(xiàn)電源繼電器觸頭反復(fù)跳動(dòng)現(xiàn)象，所以應(yīng)急情況可以這樣處理。
例3:一臺(tái)美的KFR-35W/BP3N1全直流變頻空調(diào)，上電開啟空調(diào)，外機(jī)不工作，并顯示P0故障碼。分析檢修:外機(jī)板接上檢測(cè)儀，電源指示燈點(diǎn)亮并閃爍，啟動(dòng)檢測(cè)儀，壓縮機(jī)、外風(fēng)機(jī)均不運(yùn)轉(zhuǎn)，檢測(cè)儀屏幕顯示PO故障碼。PO故障碼表示室外機(jī)IPM變頻模塊保護(hù)。這故障給人靠前感覺是模塊問題，如果草率更換IPM模塊這樣會(huì)得不償失，應(yīng)該還是先要測(cè)量電壓，參考圖4，測(cè)量壓縮機(jī)IPM模塊電壓僅有11V，到底是模塊問題導(dǎo)致電壓過低還是開關(guān)電源引起，測(cè)量開關(guān)電源12V電壓為8.15V，供模塊的15V電壓也僅有11.2V，各路輸出電壓都偏低，這樣估計(jì)開關(guān)電源故障為多。斷電、放電后測(cè)量電壓采樣電路的分壓電阻R407本來是4.7k，實(shí)際測(cè)量已經(jīng)達(dá)到了8.4k，由于該電阻變大導(dǎo)致分壓點(diǎn)電壓發(fā)生改變，光耦的次級(jí)兩端也由原來的15V壓差變?yōu)?.8V，說明電源模塊6A161H經(jīng)4腳流經(jīng)的電流變大，內(nèi)部振蕩頻率變低，開關(guān)電源輸出電壓就會(huì)變低。
由于開關(guān)電源輸出電壓中供給壓縮機(jī)IPM模塊這路僅有11V完全不能滿足13.5V~18.5V的電壓范圍，所以模塊實(shí)施保護(hù)，因此，板子報(bào)了PO的故障代碼，并不是由于模塊故障所致，而是開關(guān)電源供電電壓過低造成，以后在檢修類似的故障時(shí)要多思考，故障代碼可以作為檢修參考但不能完全依賴其報(bào)的故障碼一對(duì)應(yīng)檢修，這樣容易走彎路，使檢修效率大打折扣。更換損壞的電阻R407(4.7k)后各路電壓恢復(fù)正常，故障排除。
例4:一臺(tái)美的KFR-35W/BP3N1全直流變頻空調(diào)，外機(jī)板屢燒電源管理模塊。分析檢修:開機(jī)外機(jī)無反應(yīng)，拆下外機(jī)板發(fā)現(xiàn)電源管理模塊6A161H的7、8腳與1、2、3腳已全部擊穿、短路。據(jù)用戶介紹，這塊外機(jī)板在三個(gè)月前有維修工已經(jīng)檢修過，當(dāng)時(shí)也是這6A161H擊穿損壞，更換后就能用，現(xiàn)在才三個(gè)月僅壞了。
屢損電源模塊的原因主要有以下幾點(diǎn):
(1)本身電源模塊質(zhì)量差，或者使用拆板翻新
(2)負(fù)載有輕微短路，久而久之也會(huì)導(dǎo)致電源管理模塊因負(fù)荷重、工作溫度高燒毀。
(3)尖峰吸收電路有問題。為了更好服務(wù)用戶，徹底解決屢燒電源模塊問題，我們逐樣進(jìn)行細(xì)查，首先，上一任維修工更換的也是原廠的6A161H，與這模塊屢燒關(guān)聯(lián)不大;其次，檢測(cè)開關(guān)電源各路負(fù)載沒發(fā)現(xiàn)短路現(xiàn)象;最后，只能懷疑尖峰吸收電路有不良。細(xì)查后發(fā)現(xiàn)電阻R401(150kΩ)變成了720kΩ， 把該電阻更換，另外由于沒有電容表測(cè)量C401(22pF)的電容容量，為了安全起見也一起更換后，使用近半年回訪一切正常。
本例就是由于維修時(shí)哪里壞了直接更換，沒有查明什么原因?qū)е碌膿p壞，結(jié)果只能是屢燒同一個(gè)器件，因此，檢修過程中要本著摸透原理角度去思考，而不是頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳。
4、結(jié)論
以6A161H為電源管理模塊的外機(jī)變頻板，不僅應(yīng)用在美的空調(diào)中，在其他的空調(diào)品牌及白電中也廣泛應(yīng)用，通過本文從原理分析、實(shí)踐應(yīng)用、檢修案例等較全面進(jìn)行描述，力求解決日益劇增過保變頻空調(diào)開關(guān)電源檢修的技術(shù)問題，大大提高檢修效率。