本文主要以采用以6A161H为电源管理模块的美的直流变频空调外机板作为载体，对其在开关电源中的应用与常见故障检修的一些案例进行分享。重点介绍了开关电源各引脚功能、原理、应用分析，解决了以6A161H为方案的开关电源检修思路，提高检修效率与质量。

        近段时间又遇到多台美的直流变频空调关于外机变频板开关电源的问题，检修过程走了不少弯路，现撰写成文与大家分享，以帮助同行提高检修效率。

1、开关电源管理模块

        本文采用的是由6A161H为电源管理模块方案的开关电源，虽然其外围电路比较简单，但检修中还是要认真细心，避免走弯路。6A161H电源管理模块外形如图1所示。

        6A161H电源管理模块引脚图如图2所示。


        6A161H电源管理模块内部控制框图如图3所示。


        6A161H电源管理模块弓脚功能如表1所示。


       开关电源原理图如图4所示。


2、开关电源工作原理
2.1电源滤波电路
         交流电源经EMI，通过全波整流，E1、E2、C8滤波后得到+310V的直流电源，此处E1、E2为主滤波电容，一般选用电解电容，除了滤除纹波外还起到储存电荷、稳定电压作用，为压缩机运转提供充沛电力保障;C8由于容量较小，主要滤除频率较高的干扰信号，这样能确保+310V电源的质量。
2.2尖峰吸收电路
         电源管理模块6A161H内部有MOS开关管，当MOS管由导通变为截止时，在+310V基础上叠加了开关变压器主绕组的漏感电压，直接加到MOS管漏极(D极)，反峰电压很高容易击穿MOS管，为了延长MOS开关管的使用寿命，设置了由D401、C401、R401组成的尖峰吸收电路，把开关变压器自感应的尖峰脉冲吸收，有效保护了MOS开关管，提高其可靠性。
         2.3电源管理模块的供电原理
         变频板上电后，电源管理芯片的7.8脚将接入+310V，刚开始由芯片内部的启动( Statup )电路(:如图3所示)，为5脚外接的电容( E401、C402 )充电(如图4所示)，当电容充电电压达到+15V时(实际测量达到+10.5V也能开启控制电路工作)，芯片开始工作产生PWM脉冲用于控制MOS开关管导通/截止，开关变压器辅助绕组也感应出电压，经电阻R402限流、二极管D402整流以及E401、C402滤波后为6A161H模块的5脚提供长久稳定的持续供电，也就是启动之后由这辅助绕组为电源管理模块供电。如果因电容E401.C402漏电、老化等造成6A161H模块的4脚电压过低(如低于+8.5V)时，低于阈值电压则启动UVLO欠压保护，使芯片停止工作;若电压高达+27V就会切断MOs管工作，实施过压(OVP )保护。
         2.4开关电源输出电路
         本外机板开关电源电路一共有三路输出，第一路是辅助绕组的输出作为6A161H模块的供电;第二路是副(次级)绕组经二极管D404整流，E402、C405滤波后输出的+15V供压缩机IPM模块、直流风机模块的控制电路供电;第三路也是副(次级)绕组经二极管D403整流， E403.C407滤波后输出+12V供继电器、反相器等使用，再经过AS7805降压、稳压后得到+5V为cPU、传感器供电。其中在整流二极管D403两端并接了由电阻R411、电容c406组成的RC吸收电路，以解决该副(次级)绕组在负半波时过大的反峰电压加到D403容易导致击穿损坏，通过RC吸收能提高其耐用度和稳定性。
          2.5采样、调压、稳压控制原理
         参考图4，电压采样电路是+12V经电阻R408、R409并联后与R407分压得到，+12V电压的高低直接影响分压点的电压，在电阻正常情况下如果分压点电压变高，说明开关电源输出的电压自然也变高了，如果分压点电压大于2.5V，加到三端可控稳压源N431的R极，由于N431内部基本可以看作一个比较器(如图5所示)，也就是R接到比较器的同向端，而反向端接的是2.5V基准电压源，由于同向端>反向端电压。此时，比较器输出高电平，致使内部的驱动三极管工作，这样使N431的K.A极导通， +12V经电阻R404限流、光耦EL816初级、N431的K、A极接地，光耦EL816的次级接收到初级发射的光量，从而集电极与发射极也导通，这样电源管理模块6A161H的4脚流经光耦次级的电流变大。这时， 6A161H内部产生的PWM脉冲占空比变小，驱动MOS功率管的开关频率变低，这样开关变压器线圈初级储能和次级自感应电压都变低，自然输出电压也变低，达到不间断采样输出电压，实时调整目的，以实现稳定开关电源输出电压的作用。


          如果开关电源输出电压变低，采样电路通过电阻R408.R409并联后与R407分压得到的电压变低，加到N431的参考极(R)，如果参考极(同向端)电压低于2.5V基准电压源(反向端)，则比较器输出低电平，内部的驱动三极管不工作，此时，N431的K.A极不导通，这时采样电压经电阻R404限流、光耦EL816初级.N431的K、A极直接接地这条路径不通，光耦EL816基本不工作，电源管理模块6A161H的4脚流经光耦次级的电流变小，6A161H内部产生PWM脉冲占空比变大，驱动MOS功率管的开关频率变高，这样开关变压器线圈初级储能和次级自感应电压变高，自然输出电压也变高，实时调整以实现稳定开关电源输出电压的目的。
        2.6电源管理模块的过流保护原理
         6A161H具有过流保护功能，在模块的1脚一般通过外接一只1.2Ω的电阻来对流过模块内MOS管的电流进行采样，如果模块内MOS管过流或短路，一旦1脚电压达到0.88V以上模块就会保护，停止工作，以确保安全。为了防止开机浪涌电压的影响，在开启MOS功率管时，前沿消隐，tBW=33Ons是内置的。在tBW期间，oCP阈值电压最高变为voCP (LEB)=1.69V 高于正常OCP阈值电压，也就是开机瞬间最高为1.69V，正常运行时超过0.88V保护。实际检修中也遇到过采样电阻阻值变大，开关电源保护，导致空调不定时停机的现象。
3、开关电源检修案例分析
          例1:一台美的KFR- 35W/BP3N1全直流变频空调，外机板没有任何反应。分析检修:外机板接检测仪后上电，整个外机板无反应。见图4，测量滤波电容E1两端有+318V正常，模块6A161H的7.8脚也为+318V，但是测量开关电源次级输出+12V、+15V电压基本为0V ，测量6A161H模块的5脚为7.9V ，通过之前的原理分析，由于+310V通过内部电路给外围的电容E401.C402充电，要求至少达到8.5V ，否则低于阈值电压，启动uvLO欠压保护，使芯片停止工作。是什么原因导致6A161H模块的5脚电压变低，通常原因有两点:(1 )6A161H模块损坏;(2)E401.C402漏电无容量。
          检修过程更换了6A161H模块故障依旧，当更换E401 (47uF/50V )、C402(0.01uF/50V)后故障排除，测量6A161H模块的5脚有+15.2V，开关电源次级输出+12V、+5V、+15V一切正常，外机板工作正常，故障修复。
          例2:一台美的KFR-35W/BP3N1全直流变频空调，外机板的电源继电器触头一直反复跳动。分析检修:外机板接上检测仪后上电，整个外机板电源继电器一直在反复跳动。 参考图4，使用万用表测量开关电源次级输出的+12V电压在8.4V~12.2V之间并随着继电器触头动作在反复变化，凭着以往的维修经验，估计是继电器线圈有轻微短路导致，如果给线圈供电时由于电流过大开关电源进行保护，更换一个SMIH-SH-112LM继电器后故障依旧，又以为开关电源管理模块6A161H性能老化所致，更换后还是处于继电器触头反复跳动状态。维修遇到瓶颈，继电器触头反复跳动，说明开关电源电压不足以使线圈产生足够的吸力才能导致这现象，线圈工作电压是DC12V，而输出在8.4V~12.2V跳变，说明开关电源带载能力不强，最后更换了开关变压器后故障排除。
         通过本例，在检修中也要多关注开关变压器匝间短路问题。
         技改说明:如果遇到这种案例，检修中如果手上没有开关变压器，可以把电容E401去掉，仅保留C402，也能启动开关电源而且使用一切正常，其原理在于开关变压器辅助绕组性能变差输出电压变低、电流变小，如果还接上E401(47uF/50V)电容，就会导致上电后给电容充电时间太长还没有达到要求电压值，电源管理模块就误认为故障，加上一带载，电压瞬间下降，出现电源继电器触头反复跳动现象，所以应急情况可以这样处理。
         例3:一台美的KFR-35W/BP3N1全直流变频空调，上电开启空调，外机不工作，并显示P0故障码。分析检修:外机板接上检测仪，电源指示灯点亮并闪烁，启动检测仪，压缩机、外风机均不运转，检测仪屏幕显示PO故障码。PO故障码表示室外机IPM变频模块保护。这故障给人第一感觉是模块问题，如果草率更换IPM模块这样会得不偿失，应该还是先要测量电压，参考图4，测量压缩机IPM模块电压仅有11V，到底是模块问题导致电压过低还是开关电源引起，测量开关电源12V电压为8.15V，供模块的15V电压也仅有11.2V，各路输出电压都偏低，这样估计开关电源故障为多。断电、放电后测量电压采样电路的分压电阻R407本来是4.7k，实际测量已经达到了8.4k，由于该电阻变大导致分压点电压发生改变，光耦的次级两端也由原来的15V压差变为1.8V，说明电源模块6A161H经4脚流经的电流变大，内部振荡频率变低，开关电源输出电压就会变低。
         由于开关电源输出电压中供给压缩机IPM模块这路仅有11V完全不能满足13.5V~18.5V的电压范围，所以模块实施保护，因此，板子报了PO的故障代码，并不是由于模块故障所致，而是开关电源供电电压过低造成，以后在检修类似的故障时要多思考，故障代码可以作为检修参考但不能完全依赖其报的故障码一对应检修，这样容易走弯路，使检修效率大打折扣。更换损坏的电阻R407(4.7k)后各路电压恢复正常，故障排除。
         例4:一台美的KFR-35W/BP3N1全直流变频空调，外机板屡烧电源管理模块。分析检修:开机外机无反应，拆下外机板发现电源管理模块6A161H的7、8脚与1、2、3脚已全部击穿、短路。据用户介绍，这块外机板在三个月前有维修工已经检修过，当时也是这6A161H击穿损坏，更換后就能用，现在才三个月仅坏了。
         屡损电源模块的原因主要有以下几点:
        (1)本身电源模块质量差，或者使用拆板翻新
        (2)负载有轻微短路，久而久之也会导致电源管理模块因负荷重、工作温度高烧毁。
        (3)尖峰吸收电路有问题。为了更好服务用户，彻底解决屡烧电源模块问题，我们逐样进行细查，首先，上一任维修工更换的也是原厂的6A161H，与这模块屡烧关联不大;其次，检测开关电源各路负载没发现短路现象;最后，只能怀疑尖峰吸收电路有不良。细查后发现电阻R401(150kΩ)变成了720kΩ， 把该电阻更换，另外由于没有电容表测量C401(22pF)的电容容量，为了安全起见也一起更换后，使用近半年回访一切正常。
        本例就是由于维修时哪里坏了直接更换，没有查明什么原因导致的损坏，结果只能是屡烧同一个器件，因此，检修过程中要本着摸透原理角度去思考，而不是头痛医头脚痛医脚。
4、结论
        以6A161H为电源管理模块的外机变频板，不仅应用在美的空调中，在其他的空调品牌及白电中也广泛应用，通过本文从原理分析、实践应用、检修案例等较全面进行描述，力求解决日益剧增过保变频空调开关电源检修的技术问题，大大提高检修效率。