計算機開關電源的工作原理與維修

2021-03-03 23:02:25 字數 4933 閱讀 5084

計算機開關電源工作電壓較高,通過的電流較大,又工作在有自感電動勢的狀態下,因此,使用過程中故障率較高。對於電源產生的故障,不少朋友束手無策,其實,只要有一點電子電路知識,就可以輕鬆的維修電源。

對atx電源控制電路的工作原理進行了較詳細的闡述,望能對廣大維修者有所幫助。

一、atx型電源電路的組成及工作原理

atx開關電源,電路按其組成功能分為:交流輸入整流濾波電路、脈衝半橋功率變換電路、輔助電源電路、脈寬調變控制電路、ps-on和pw-ok產生電路、自動穩壓與保護控制電路、多路直流穩壓輸出電路。請參照圖1和atx電源電路原理圖。

1.輔助電源電路

只要有交流市電輸入,atx開關電源無論是否開啟,其輔助電源一直在工作,為開關電源控制電路提供工作電壓。市電經高壓整流、濾波,輸出約300v直流脈動電壓,一路經r72、r76至輔助電源開關管q15基極,另一路經t3開關變壓器的初級繞組加至q15集電極,使q15導通。t3反饋繞組的感應電勢(上正下負)通過正反饋支路c44、r74加至q15基極,使q15飽和導通。

反饋電流通過r74、r78、q15的b、e極等效電阻對電容c44充電,隨著c44充電電壓增加,流經q15基極電流逐漸減小,t3反饋繞組感應電勢反相(上負下正),與c44電壓疊加至q15基極,q15基極電位變負,開關管迅速截止。

q15截止時,zd6、d30、c41、r70組成q15基極負偏壓截止電路。反饋繞組感應電勢的正端經c41、r70、d41至感應電勢負端形成充電迴路,c41負極負電壓,q15基極電位由於d30、zd6的導通,被箝位在比c41負電壓高約6.8v(二極體壓降和穩壓值)的負電位上。

同時正反饋支路c44的充電電壓經t3反饋繞組,r78,q15的b、e極等效電阻,r74形成放電迴路。隨著c41充電電流逐漸減小,ub電位上公升,當ub電位增加到q15的b、e極的開啟電壓時,q15再次導通,又進入下乙個週期的振盪。

q15飽和期間,t3二次繞組輸出端的感應電勢為負,整流管截止,流經一次繞組的導通電流以磁能的形式儲存在t3輔助電源變壓器中。當q15由飽和轉向截止時,二次繞組兩個輸出端的感應電勢為正,t3儲存的磁能轉化為電能經bd5、bd6整流輸出。其中bd5整流輸出電壓供q16三端穩壓器7805工作,q16輸出+5vsb,若該電壓丟失,主機板就不會自動喚醒atx電源啟動。

bd6整流輸出電壓供給ic1脈寬調變tl494的12腳電源輸入端,該晶元14腳輸出穩壓5v,提供atx開關電源控制電路所有元件的工作電壓。

2.ps-on和pw-ok、脈寬調變電路

ps-on訊號控制ic1的4腳死區電壓,待機時,主機板啟閉控制電路的電子開關斷開,ps-on訊號高電平3.6v,ic10精密穩壓電路wl431的ur電位上公升,uk電位下降,q7導通,穩壓5v通過q7的e、c極,r80、d25和d40送入ic1的4腳,當4腳電壓超過3v時,封鎖8、11腳的調製脈寬輸出,使t2推動變壓器、t1主電源開關變壓器停振,停止提供+3.3v、±5v、±12v的輸出電壓。

受控啟動後,ps-on訊號由主機板啟閉控制電路的電子開關接地,ic10的ur為零電位,uk電位公升至+5v,q7截止,c極為零電位,ic1的4腳低電平,允許8、11腳輸出脈寬調變訊號。ic1的輸出方式控制端13腳接穩壓5v,脈寬調變器為併聯推挽式輸出,8、11腳輸出相位差180度的脈寬調變控制訊號,輸出頻率為ic1的5、6腳外接定時阻容元件的振盪頻率的一半,控制q3、q4的c極所接t2推動變壓器初級繞組的激勵振盪,t2次級它激振盪產生的感應電勢作用於t1主電源開關變壓器的一次繞組,二次繞組的感應電勢經整流形成+3.3v、±5v、±12v的輸出電壓。

推動管q3、q4發射極所接的d17、d18以及c17用於抬高q3、q4發射極電平,使q3、q4基極有低電平脈衝時能可靠截止。c31用於通電瞬間封鎖ic1的8、11腳輸出脈衝,atx電源帶電瞬間,由於c31兩端電壓不能突變,ic1的4腳出現高電平,8、11腳無驅動脈衝輸出。隨著c31的充電,ic1的啟動由ps-on訊號控制。

pw-ok產生電路由ic5電壓比較器lm393、q21、c60及其周邊元件構成。 待機時ic1的反饋控制端3腳為低電平,q21飽和導通,ic5的3腳正端輸入低電位,小於2腳負端輸入的固定分壓比,1腳低電位,pw-ok向主機輸出零電平的電源自檢訊號,主機停止工作處於待命休閒狀態。受控啟動後ic1的3腳電位上公升,q21由飽和導通進入放大狀態,e極電位由穩壓5v經r104對c60充電來建立,隨著c60充電的逐漸進行,ic5的3腳控制電平逐漸上公升,一旦ic5的3腳電位大於2腳的固定分壓比,經正反饋的遲滯比較器,1腳輸出高電平的 pw-ok訊號。

該訊號相當於at電源的pg訊號,在開關電源輸出電壓穩定後再延遲幾百毫秒由零電平起跳到+5v,主機檢測到pw-ok電源完好的訊號後啟動系統。在主機執行過程中若遇市電掉電或使用者關機時,atx開關電源+5v輸出端電壓必**,這種幅值變小的反饋訊號被送到ic1元件的電壓取樣放大器同相端 1腳後,將引起如下的連鎖反應:使ic1的反饋控制端3腳電位下降,經r63耦合到q21的基極,隨著q21基極電位下降,一旦q21的e、b極電位達到 0.

7v,q21飽和導通,ic5的3腳電位迅速下降,當3腳電位小於2腳的固定分壓電平時,ic5的輸出端1腳將立即從5v下跳到零電平,關機時pw- ok輸出訊號比atx開關電源+5v輸出電壓提前幾百毫秒消失,通知主機觸發系統在電源斷電前自動關閉,防止突然掉電時硬碟磁頭來不及移至著陸區而劃傷硬碟。

3.自動穩壓控制電路

ic1的1、2腳電壓取樣放大器正、負輸入端,取樣電阻r31、r32、r33構成+5v、+12v自動穩壓電路。當輸出電壓公升高時(+5v或+12v),由r31取得取樣電壓送到ic1的1腳和2腳基準電壓相比較,輸出誤差電壓與晶元內鋸齒波產生電路的振盪脈衝在pwm比較器進行比較放大,使8、11腳輸出脈衝寬度降低,輸出電壓回落至標準值的範圍內,反之穩壓控制過程相反,從而使開關電源輸出電壓穩定。ic1的電流取樣放大器負端輸入15腳接穩壓5v,正端輸入16腳接地,電流取樣放大器在脈寬調變控制電路中沒有使用。

二、關於+5vsb、ps-on、pw-ok控制訊號

atx開關電源與at電源最顯著的區別是,前者取消了傳統的市電開關,依靠+5vsb、ps-on控制訊號的組合來實現電源的開啟和關閉。

+5vsb是供主機系統在atx待機狀態時的電源,以及開閉自動管理和遠端喚醒通訊聯絡相關電路的工作電源,在待機及受控啟動狀態下,其輸出電壓均為5v高電平,使用紫色線由atx插頭9腳引出。

ps-on為主機啟閉電源或網路計算機遠端喚醒電源的控制訊號,不同型號的atx開關電源,待機時電壓值為3v、3.6v、4.6v各不相同。

當按下主機面板的power開關或實現網路喚醒遠端開機,受控啟動後ps-on由主機板的電子開關接地,使用綠色線從atx插頭14腳輸入。

pw-ok是供主機板檢測電源好壞的輸出訊號,使用灰色線由atx插頭8腳引出,待機狀態為零電平,受控啟動電壓輸出穩定後為5v高電平。電源輸出插頭如圖-3所示.

圖-3電源輸出插頭圖

三、電源的檢測離線帶電檢測atx電源,首先測量在待機狀態下的ps-on和pw-ok訊號,前者為高電平,後者為低電平,插頭9腳除輸出+5vsb外,不輸出其它電壓。其次是將atx開關電源人為喚醒,用一根導線把atx插頭14腳ps-on訊號,與任一地端(3、5、7、13、15、16、17)中的一腳短接,這一步是檢測的關鍵,將atx電源由待機狀態喚醒為啟動受控狀態,此時ps-on訊號為低電平,pw-ok、+5vsb訊號為高電平,atx插頭+3.3v、±5v、±12v有輸出,開關電源風扇旋轉。

上述操作亦可作為選購atx開關電源離線通電驗證的方法。

四、電源的維修我們已經知道計算機開關電源的工作原理。只要將交流電源(220v)接通,全橋或二極體(圖-4、 圖-5)

將交流電(220v)整流成為高電壓的脈衝直流電,再經過電容(圖6)濾波後成為300v的高壓直流電壓,而後進入控制電路。此時,控制電路控制大功率開關三極體將高壓直流電按照一定的高頻頻率分批送到高頻變壓器(圖7)的初級。。其中,控制電路是必不可少的部分。

圖-7高頻變壓器位置圖

它能有效的監控輸出端的電壓值,並向功率開關三極體發出訊號控制電壓上下調整的幅度。在計算機開關電源中,由於電源輸入部分工作在高電壓、大電流的狀態下一些電子元件,故障率最高;如限流電阻、熱敏電阻(ntc)、整流橋或整流二極體,其次輸出直流部分的整流二極體、保護二極體、大功率開關三極體較易損壞。

當計算機電源出故障時,怎樣著手檢修呢?通過對多台電源的維修,總結出了對付電源常見故障的方法。一是用萬用表測量脈寬調變器tl494的4腳電壓,它是保護電路的關鍵測試點。

二是從+5vsb、ps-on和pw-ok訊號入手來定位故障區域,是快速檢修中行之有效的方法。具體操作原則是: 1、在斷電情況下,「望、聞、問、切」

由於檢修電源要接觸到220v電壓,人體一旦接觸36v以上的電壓就有生命危險。因此,在有可能的條件下,盡量先檢查一下在斷電狀態下有無明顯的短路、元器件損壞故障。首先,開啟電源的外殼,檢查保險絲(圖-8)是否熔斷,再觀察電源的內部情況,如果發現電源的pcb板上元件破裂,則應重點檢查

圖-8保險絲位置圖

此元件,一般來講這是出現故障的主要原因;聞一下電源內部是否有糊味,檢查是否有燒焦的元器件;問一下電源損壞的經過,是否對電源進行違規的操作,這一點對於維修任何裝置都是必須的。在初步檢查以後,還要對電源進行更深入地檢測。

用萬用表測量ac電源線兩端的正反向電阻及電容器充電情況,如果電阻值過低,說明電源內部存在短路,正常時其阻值應能達到100千歐以上;電容器應能夠充放電,如果損壞,則表現為ac電源線兩端阻值低,呈短路狀態,否則可能是開關三極體q1、q2擊穿。

然後檢查直流輸出部分。脫開負載,分別測量各組輸出端的對地電阻,正常時,表針應有電容器充放電擺動,最後指示的應為該路的洩放電阻的阻值。否則多數是整流二極體反向擊穿所致。

2、加電檢測

在通過上述檢查後,就可通電測試。這時候才是關鍵所在,需要有一定的經驗、電子基礎及維修技巧。一般來講應重點檢查一下電源的輸入端、開關三極體、電源保護電路以及電源的輸出電壓、電流等。

如果電源啟動一下就停止,則該電源處於保護狀態下,可直接測量tl494的4腳電壓,正常值應為0.4v以下,若測得電壓值為+4v以上,則說明電源的處於保護狀態下,應重點檢查產生保護的原因。

另外,+5vsb是供主機系統在atx待機狀態時的電源,所以當電源一加入市電220v後,+5vbs端就應有+5v電壓輸出的特點,可先檢測這一點電壓的有無,若有+5v電壓說明輔助電源是好的,故障在主控電源電路中,應在主控電源電路中查明故障的原因。由於接觸到高電壓,建議沒有電子基礎的朋友要小心操作。

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計算機開關電源

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