电脑ATX开关电源工作原理与维修技巧.doc

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资源描述

1、电脑 ATX开关电源工作原理与维修技巧一、原理分析1.待机电源待机电源又称辅助电源,电路见附图。自激振荡部分由Q03,T3,C14,D04,2R21,2R22,2R4 等元件组成;稳压部分由 IC5(电压基准源),IC1(光祸),Q4(PWM)等元件组成;保护和尖峰吸收部分由 Q4,2823、2R10,C02 及 2R5、C05A,D06 等元件组成。可见待机电源的构成与部分彩电开关电源(带光祸的)基本一致,详细工作过程也大致相同。T3 次级,一路由 DOIA 和 C09 整流滤波输出十 22V,为驱动电路 T2初级和 IC2 (TIA94CN )脚提供工作电压。一路由 DOf、C03、IA,

2、 C05 整流滤波输出+5VSB (Stand By),由一根紫色导线经 ATX 插头送到主板上“电源监控部件 ”电路,为该电路提供待机电压。别看待机电源结构简单,在微机系统中却占据着重要地位,一方面它给主控 PWM 电路和担任多种信号处理的四比较器供电,保障 ATX 开关电源自行运转;另一方面,它又像永不熄灭的“火种” ,向主机提供待机电压。2.主开关电源(1)主控 PWM 型集成电路 TL494CN 简介 TLA94CN 内部由振荡器、“死区”比较器、PWM 比较器、两个误差放大器 1 和 2、触发器、逻辑门、三极管 Q1,Q2,基准电压调节器以及由两个滞回比较(器施密特触发器)组成的欠压

3、封锁电路等部分组成。其中脚、脚外接定时电容和定时电阻;由触发器和逻辑门构成的逻辑电路由脚控制输出方式,在电脑 ATX 开关电源中(13) 脚接 5V 基准电压,使内部三极管 QI,Q2 工作在推挽输出方式;基准电压调节器将待机电源经(12)脚提供的 22V 工作电压转换为 5V 基准电压,由(14)脚输出。(2)脉宽调制与驱动电路得到主机启动指令后 IC2(TL494CN)立刻由待机状态转人工作状态,脚、脚输出相位差为 1800 的 PWM 信号,使 17 初级一侧的 Q1,Q2 轮流导通或截止,并经 T2 次级 L3 ,LA绕组的藕合,驱动 QO1,Q02 也为轮流导通或截止,共处于“ 双管

4、推挽”工作方式。电路通过 D02,D03 钳位,吸收反向尖峰电压,保护Q1,Q2 不被击穿;C08,D12,D13 用以抬高 Q1、Q2 的 e 极电平,保证Q1,Q2 的 b 极当“有效低电平脉冲”出现时可靠截止:由R10,D14,R54,R55、C36 及 R51、R56、R57、R58 等组成“ 电流取样”支路,将 QI,Q2 工作电流从 T2 初级绕组抽头引出,经以上元件限流、整流、滤波、分压,完成“电流误差,信号的取样,送到 IC2脚,即误差放大器 2 的同相输人端。IC2脚外围 4 个电阻,组成“电压取样,支路,分别经 R15,R16 对+5V,+12V 输出电压进行取样、叠加,再

5、与 R33、R69 (并联)分压,完成“电压误差 ”信号的取样,送到 IC2脚,即误差放大器 I 的同相输人端。以上两个误差信号,经 IC2 内部误差放大器 I 和 2 放大、叠加,再经 PWM 比较器进行脉宽调制,改变 Ql、Q2 和 QOI、Q02导通截止时间比,从而达到自动稳压目的。另外 IC2、脚之间 C31、R43 组成误差放大器 1 的消振、校正电路。(3)他激式双管推挽半桥功率变换器他激式双管推挽半桥功率变换器,简称“半桥变换 ”。 “半桥”是因对功率开关变压器的推动只用了 1组双管推挽电路而得名。采用“半桥变换” ,有利于转换效率的提高和电源功率的增大,有利于增加稳压宽度和提高

6、负载能力,并且可缩小体积、减轻重量。当 QO1 导通,Q02 截止时,+300V 电压和 C5 放电电流经 QO1的 c,e 极-T2 绕组 L5-Tl 初级绕组-C9-C6,构成对 C6 的充电回路,将电能存储在 C6 中;当 QO1 截止,Q02 导通时,存储在 C6 上的电能及十 300V 对 C5 的充电电流,由 C6 经-C9-T1 初级绕组-T2 绕组L5-Q02 的。 ,e 极叶“热” 地,构成对 C6 的放电回路。从以上这个振荡周期中可以看出:无论 QO1 导通或 Q02 导通,流经 T1 初级绕组工作电流大小相等、方向相反。电路中其他元件功能:1)Dl、D2功能同 D01、D

7、02a2)C7、C8 加速电容,利用充 Z 放电加速开关管导通或截止。3)D3,D4,R4,R6 和 D5、D6,R5、R7 为加速电容提供充放电回路,并为开关管 b 极建立负偏压。4)C10,R8 吸收开关管电流换向时所产生的谐振尖峰脉冲。5)C9 隔直,隔断流经 T1 初级绕组电流中的直流成分,防止 T1 产生偏磁。3.t5V,t12V,3.3V 整流滤波输出电路(1)由于流经 TI 初级绕组工作电流是大小相等、方向相反,因此在次级绕组两端所感应的脉冲电压也是大小相等、方向相反,这样就可以方便地利用“共阴极 ”二极管或“共阳极” 二极管进行全波整流,用“ 共阴极”整流得正极性直流电压,用

8、“共阳极”整流得负极性直流电压。D21、D22,D23 外形参看附图,D21 和 D23 外形像大功率三极管,内部是共阴极肖特基二极管,D22 是用两个分离的快恢复二极管,将阴极焊在一个铁片上构成的“共阴极” 。它们分别是+5V、+12V、+3.3V 的全波整流管。另用 D24,D25 和 D27,D28 在电路中按“共阳极 ”接法,分别担任一 5V 和一 12V 全波整流,也采用快恢复二极管。(2)各路输出采用 LC 滤波,在这里要注意 L2 的接法。L2 有 5个线圈(其中 2、3 并联)担任 15V、土 12V 滤波,为了利用这种正负关系,使 L2 发挥“ 共模” 扼流的效应,线圈采取共

9、用磁芯,并将两路负电压进行反接。(3)因 IC2 内部 PWM 未对 3.3V 取样,该电压另设由IC4,Q5,D30,D31 等组成的“反向电流反馈”自动稳压电路。IC4 及其外围元件对 3.3V 电压取样,经 Q5 放大并转换成电流误差输出。假设输出电压上升,将引起 IC4 的 K 极电平下降,使 Q5 电流上升,经 D30,D31 分别向 LO1、L02 注人反向电流增加,两个线圈的感抗增大,使整流输出电压下降。反之,向这两个线圈反向注人电流减小,则可使整流输出电压上升,从而达到自动稳压目的。4.过压、欠压和过流自动保护控制电路本电路主要由 IC3脚内部担任“保护” 比较器和 IC2脚内

10、部“死区”比较器组成。正常情况下, IC3 同相输人端 脚电平低于反相输入端脚,输出端脚输出低电平,不影响电源工作。一旦脚电平高于脚,则跳变为高电平加到 IC2脚,通过内部死区” 比较器,中止 ATX 开关电源工作。当+5V 过压时,Z02fQR17 取样会使脚电平升高;当一 V,-12V 欠压时,经 D32,R41、R34 取样会使脚电平升高;当负载电流加重(如输出端严重短路)时,也会使脚电压升高。以上三路取样信号,只要有一路超限,就会引起自动保护控制电路发生跳变,使 ATX 开关电源进人“死区” 保护。5.PS-ON 信号处理电路本电路由 IC3 内部“启闭 ”比较器担任。PS-ON 信号

11、是通过一根绿色细导线经 ATX 插头、插座,与主板启闭控制电路进行通讯,当启闭控制电路的电子开关处于断开状态时,IC2脚 5V 基准电压经 R36,作为高电平通过绿色导线加到主板启闭控制电路上,同时 5V 基准电压又经 R37 加到 IC3“启 z 闭 ”比较器反相输人端脚,输出端脚输出低电平,经 D34 将“保护 ,比较器同相输人端电平拉低,使其输出端脚输出高电平加到 IC2脚,通过内部“死区” 比较器使脚、脚无 PWM 信号输出,也即对主开关电源进行封锁。当主板启闭控制电路的电子开关接地时,PS-ON 信号变为低电平,经 R37 加到 “启闭”比较器反相输人端 脚, 脚输出高电平,D34

12、截止,使脚恢复正常时的高电平, 脚则输出低电平加到IC2.脚,解除“ 死区” 封锁,使 ATX 开关电源得以启动。6.P.G 信号处理电路及断电应急处理电路(1)P.G 信号处理由 IC3脚内部 P.G 比较器担任。P.G(或 PW-OK)信号是 ATX 开关电源向主机系统报告可以正常工作的信号, P.G即为 PowerGood 的缩写。只有微机系统检测到是正常的 P.G 信号,才能启动 ATX 开关电源,如果检测不到 P.G 信号或 P.G 信号延时不符合要求,系统则禁止对 ATX 开关电源的启动。IC2脚输出 5V基准电压经 R62 与 R53、R60,R61 分压加到 IC3脚,同时又经

13、R643109 充电(R-It N7 常数 320ms),再经 R63 将充电电压加到脚。因同相输人端脚充电电压上升较慢而低于反相端脚电平,使输出端脚输出低电平。当脚电平上升并高于脚时,脚跳变为高电平,输出经过延时的 5V“P.G“信号。延时要求 100-500ms,实际延时与电路选择的 RC 时间常数有关。(2)断电应急处理电路由 IC3脚内部“ 断电” 比较器担任。电脑运行过程中难免发生意外断电,如跳闸、电业拉闸、线被刮断、遭雷击等等,为此 ATX 开关电压设置了断电应急处理电路。意外断电,会使 IC2 内电流、电压误差取样放大器 1 和 2 输出突然下降,IC2脚电平突然变底,经 R48

14、 加到 IC3 断电比较器同相输人端脚,使其输出端脚输出低电平,经 R50,R63 将脚电平拉低,脚跳变为低电平,以此“P.G 信号突然消失”的方式,将断电“噩耗”传送主机,让主机停止正常运行,做好关机处理。二、ATX 开关电源的维修技巧1.ATX 开关电源电路板特点是元件高度密集,而且“立体” 分布,最低的元件只有 2mm 高,而最高的可达 50mm 高,中间可把各种元件高低分成 4-5 层,尤其是两个大散热片的遮挡,使许多元件根本看不到,不要说进行检查和测试,有些大元件虽能看到,但表笔却无法插到它的引脚上。若从背面直接测试焊点,又因为大部分元件连正面位置都无法确定,怎么与背面焊点进行对应?

15、因此,维修时最好是先将两个大散热片拆除,这样电路板上各种元件会透亮一些,维修起来也更方便和安全。2.待机电源的损坏往往都很严重,而且维修时经常出现反复,但 ATX 开关电源印刷电路一般都很窄,焊盘也很小,经不起多次焊接,容易脱落,导致故障越修越糟。解决方法是,从有可能需要多次代换元件的焊点上,引出一根短线,先将元件焊在短线上进行试验,以减少对焊点的焊接次数。3.ATX 开关电源保险管一般为 4A,5A 或 6A,在额定输出功率条件下有一定的保护作用,但在维修时,因输出功率很小,保险管就起不了保护作用,如果盲目通电,恰电路仍存在隐患,就会出现旧故障尚未排除又添新故障。为防患未然,首次通电应串联

16、1A 保险管,如果 IA 保险管烧断,说明待机电源存在短路,应先修待机电源。如果 IA 保险管未烧断,将 1A 保险管换成 2A 保险管后继续通电,如果 2A 保险管烧断,说明主开关电源存在短路,则将主开关电源修好。如果 2A 保险管未烧断,说明整机虽有故障,但不属于短路性故障,排查顺序仍按先待机电源后主开关电源,而且仍用 2A 保险管做维修过程的意外保护。4.空载能使+12V 有 0.6V 上升,而对于采用“反向电流反馈” 自动稳压的 3.3V 电压,不但不上升反而下降到 1.86V,这种情况容易产生误判,盲目维修,可能没病倒要修出病来。为避免空载使输出电压发生变化,最好用光驱做负载。接上光

17、驱后各路电压趋向正常,不但有光驱工作指示灯可做电源输出显示,而且还可利用耳机发出的乐曲进行监听。因为光驱功率适中(5V/IA,12V/1.5A) ,既满足维修需要,又不会使开关管、整流管发热,可以放心将它们的大散热片拆除,且又正好适合用 2A 保险管做意外保护,真可谓一举多得!三、故障检修例 1电脑出现无规律频繁启动。用户反复检查无结果,请求支援。打开机箱左侧盖,在 ATX 插头上检测各路直流电压,有不稳现象。再打开 ATX 开关电源,发现470LF/200V 的 C5 和 C6 顶部凸起,说明两个大电解失效,造成输出电压纹波增大,导致电脑频繁启动。注:如果只有一个大电解损坏(漏液) ,多为与

18、其并联的均压电阻开路,需要一起更换。与此相关的故障还有待机电源 T3 次级两个滤波电容 C03 和 C09,因紧靠整流二极管,使其失效率增高,出现类似故障应注意对它们的检查。例 2主板红色 LED 指示灯不亮。测 ATX 插头+5VSB 电压为 OV,检查待机电源,发现 Q03 击穿,2823 开路,Q4 炸裂,待机电源损坏严重,因而造成无+5VSB 电压输出。注意:本文中 Q03 为 SSP 型场效应管,其他机型有采用三极管的,在路检查应首先看清开关管的类型,以区别它们的极性,否则很容易产生误判。与此相关的故障还有启动电阻变质(阻值增大)或开路,反峰高压脉冲吸收元件 D06,C05A 击穿,

19、稳压部分 ICl、IC5 损坏等。以上元件的损坏或击穿原因,都是由于待机电源因不受控制而长期工作(大多数用户长年不拔电脑电源插头) ,饱受高温老化导致损坏率增高,特别是在雨季,还可能遭雷击危害。例 3电脑无法启动。观察主板红色 LED 指示灯亮,测 +5VSB 电压正常,但各路输出电压为 OV。打开 ATX 开关电源,在路检查发现 D23 击穿。显然是由此引起过流保护,因而造成 ATX 开关电源无输出。注意:在3.3V 输出端有一个 1W 的低阻值电阻 R68,即使 D23 未击穿,在路测试也呈短路状态,因此检查 D23 时,应将该电阻断开,以免产生误判。与此相关故障还有驱动开关管 Q1,Q2

20、,半桥变换开关管 QO1,Q02,整流输出电路的全波整流管 D21、D22。在它们之中,只要有 1 个元件被击穿,都会导致本故障发生。注意,所有整流二极管必须都是快速恢复管(l00kHz ) ,不能用普通整流二极管代换。例 4叼故障现象同例 30先在路检查未发现有击穿现象,决定进一步通电检查(需将PS-ON 绿色导线接地) ,测试 TO脚电压由正常 1.01V 变为2.47V,高于脚 1.26V,脚输出高电平 3.9 妙,IC2脚由低电平0.04V 变为高电平 3.61V,使 ATX 开关电源进人“死区” 保护。用一根导线将 IC2脚对地短路,迫使 ATX 开关电源退出“死区” 保护,结果各路

21、输出电压正常,不存在过压、欠压和过流,极有可能是取样支路有问题。IC3 有三路取样支路,决定先检查由 D37,R34,R41、D32 组成的一5V 和一 12V 欠压保护取样支路,结果很快发现 R34 开路。由于R34 开路,引起取样电压升高,导致 ATX 开关电源误人“ 死区”保护,因而造成各路无输出。 例 5ATX 开关电源无输出。测待机电源输出正常,但主电源不工作,查各开关管和整流管未见异常,但 IC2脚输出电压仅为 1.32V,正常应输出稳定的+5V基准电压,测、脚电压由正常值 2V 左右(待机电压)上升至22V,说明芯片内部有短路,将其换新后故障排除。TL494 和KA7500 引脚

22、功能完全一致,可直接互换。例 6 开机瞬间测 +12V 有输出,但很快降至 ov。故障时测 IC2(14)脚输出电压仅为 1.30V,但测脚、 (11)脚电压保持 2.38V(待机电压)没有改变。这种情况不能轻易确定TL494 损坏,需要通过检测各脚对地阻值和检测各脚外围元件进行排查。经过检查未见异常,又检查 IC3(C30205)脚外围元件仍未发现问题,决定取下 IC3。在 IC3 空缺情况下,测 IC2(14)脚输出电压恢复正(常为实测 4.98V) 。用一块 LM339N 代换 C30205 后故障排除。事后用 LM339N 和这块 C30205 进行对比测试(各脚对(12)脚) ,发现其他各脚都一样,只有脚有些差异,C30205 为

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