惠普電腦電源特殊故障的分析與維修

整個電路可以分成兩大部分:-部分為從電源輸入到開關變壓器T1之前的電路(包括輔助電源的原邊電路)，該部分電路和交流220V電壓直接相連，稱為高壓側電路;另一部分為開關變壓器T1以后的電路，不和交流220V直接相連，稱為低壓側電路。二者通過高壓瓷片電容構成回路，以消除靜電干擾。從圖1中可以看出整機電路由交流輸入回路、整流濾波電路、***開關電路.輔助開關電源、PWM脈寬調制電路、PS-ON控制電路、保護電路、輸出電路和PW-OK信號形成電路組成。弄清各部分電路的工作原理及相互關系對維修判斷故障是很有用處的，下面簡單介紹一下各組成部分的工作原理。

一、輔助電源工作原理
1.輔助電源本身也是一個完整的開關電源。主要由高頻變壓器T501、電壓型PWM控制器TNY266PN、精密電流控制集成塊IC600( 431)、光電耦合器PC502等相關元件組成。TNY266PN將開關電源所必需的功率開關管PWM控制器、高頻振蕩器、高壓啟動偏置電路、基準電壓、誤差放大器和故障保護功能塊等全部集成在一起，是屬引腳少功能強的高頻開關電源芯片。由該芯片和外加少量元件構成電源，電路簡單、故障率低、可靠性高。只要ATX電源一上電，輔助電源便開始工作，輸出兩路電壓。其中+5VSB送到ATX主板的“電源監(jiān)控部件”，用于電源及系統(tǒng)的喚醒服務。15V是主電源控制電路、電源監(jiān)控保護電路的工作電壓。反饋穩(wěn)壓電路由IC600、PC501光耦驅動電路等相關元件構成，其穩(wěn)壓過程請讀者自析。
2.阻塞二極管D502與瞬態(tài)電壓抑制器ZD501組成吸收電路，吸收開關管在關斷過程中由于變壓器漏感產生的尖峰電壓。當TNY266PN內部功率管導通時初級變壓器的電壓極性上端為正，下端為負，使D502截止，鉗位電路不起作用。在MOSFET截止的瞬間，初級變壓器變成下端為正，上端為負，此時D500導通，T501的漏感尖峰電壓就被ZD501吸收掉，使TNY266PN集成塊得到了有效保護。
二、主電源工作原理
1.***開關電路是開關電源的主要部分，通過脈寬調制電路輸送的信號激勵驅動把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起著將輸出部分與輸入電網隔離的作用。當脈寬調制電路因保護電路動作或因本身故障不工作時，開關管因無驅動脈沖故不工作，電路處于關閉狀態(tài)，這種工作方式稱作他激工作方式。整個電路的核心是脈寬調制( PWM)控制芯片UC3842，其功能是檢測輸出直流電壓，與基準電壓比較，進行放大，控制振蕩器的脈沖寬度，從而控制開關電路以保持輸出電壓的穩(wěn)定。電源監(jiān)控電路通過控制UC3842芯片⑦腳工作電壓來控制主電源的工作狀態(tài)。從原理圖1可知電源控制電路主要由控制芯片IC400、光電耦合器PC501、三極管Q301等元件組成。PC主板“電源監(jiān)控部件"輸出的開機/關機信號"PS-ON"連接到PS224的④腳用以控制主電源工作狀態(tài)。在其觸發(fā)按鈕開關(非鎖定開關)未按下時(待機狀態(tài))， "PS-ON"為+5V，集成塊IC400的④腳和③腳均為高電壓，光電耦合器PC501呈開路狀態(tài)(其中的光電二極管處于反向工作狀態(tài))，三極管Q301截止，UC3842的⑦腳無電壓而停止工作，電源就處于待機狀態(tài);當按下主板的電源監(jiān)控觸發(fā)按鈕開關時，"PS-ON"變?yōu)榈碗娖剑?PS224遠程控制引用端④腳變?yōu)榈碗娖?，該低電平導致PS224內部相關邏輯電路工作，致使③腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑?+5VSB通過光電耦合器PC501內部發(fā)光二極管流入PS224的③腳到地使其發(fā)光，其內部三極管呈短路狀態(tài)，三極管Q301基極為低電位而導通，UC3842的⑦腳獲得15V電壓而工作，其⑥腳就有觸發(fā)脈沖提供給開關管Q302，電源進入正常工作狀態(tài)。再按一次面板上的觸發(fā)按鈕開關，使"PS-ON"變?yōu)?5V，從而關閉電源。
2. 5V與12V共用一路穩(wěn)壓檢測線路，通過電壓檢測電阻并聯后取樣，經IC300和PC301反饋至電源的PWM脈寬調制電路UC3842芯片的②腳，以調整輸出電壓的穩(wěn)定，其工作原理在許多文章中都有詳細介紹，本文不再闡述。
3. C307是軟啟動電容。其作用是:剛上電時由于C307兩端的壓降不能突變，使UC3842的①腳電壓為0.7V，UC3842不能工作。隨著5V電壓通過R301電阻對C307充電，使C307上的電壓不斷升高，UC3842的①腳電壓也同步升高，UC3842逐漸轉入正常工作狀態(tài)。輸出電壓在延遲時間內緩慢上升，最終達到穩(wěn)定的額定值。
4. 3.3V電壓二次穩(wěn)壓電路，輸出到主板上的3.3V電壓一般為CPU等配件供電，對其精度和穩(wěn)定性有較高的要求。因此，在TI的次級3.3V電壓的輸出負載網絡中增設了二次自動穩(wěn)壓控制電路，以使3.3V輸出電壓更精確穩(wěn)定。高頻磁放大穩(wěn)壓器，它以低成本、高效率、便于控制等優(yōu)點，使開關電源得到精確的控制，從而提高了其穩(wěn)壓精度和高可靠性，在微機3.3V輸出穩(wěn)壓電路中得到了廣泛應用。磁放大穩(wěn)壓器的關鍵是可控飽和電感Lsr和磁復位電流?？煽仫柡碗姼惺怯删哂芯匦未艤鼐€的非晶合金磁芯及其上的繞組組成，具有低磁性損耗.較頑磁力小，鐵芯易飽和的特性。磁芯未飽和時的可控飽和電感對輸入脈沖呈現高阻抗，相當于開路，磁芯飽和時可控飽和電感的阻抗接近于0，相當于短路;復位( RESET )是指磁通到達飽和后的去磁過程(復位時間)，使磁通或磁密回到起始的工作點，稱為磁通復位(線圈中通過的反向去磁電流稱為磁復位電流)。顯然，磁復位時間就是可控磁飽和電感開始飽和的延遲時間。在穩(wěn)壓電路中可將可控飽和電感視為高速高頻脈沖電磁延遲開關，通過控制其繞組通過的復位電流的大小就可以達到控制電磁開關的接通延遲時間，從而控制輸出脈沖占空比的大小，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。本電源的3.3V磁放大穩(wěn)壓器由可調式精密并聯穩(wěn)壓器IC511(TL431)、Q251、Lsr及取樣電阻等元件組成。假設輸出電壓由于某種原因升高，則TL431控制端R處于電壓升高，TL431陰極和陽極之間的電流增大，通過三極管Q251和Lsr可控磁飽和線圈的復位電流增大，致使電磁開關接通延遲時間增大，開關滯后接通，輸出脈沖占空比減小，輸出電壓下降，反之輸出電壓上升，保證了3.3V 電壓始終維持不變。
三、電源故障監(jiān)控保護電路

PS224采用16腳DIP封裝，集成了所有感應電路的控制三角輸出電源。它包含電壓引用、比較、電源好信號、遠距離控制引腳，以及電源電壓(3.3V、5V、12V)過流、過壓、欠壓偵測，不需要附加外圍元件便可對輸出電壓提供可靠、有效的保護。整個檢測保護電路組裝在一片小PCB 上，通過PS224控制芯片監(jiān)視各路輸出電壓、電流，當發(fā)生過壓、欠壓、過流、超溫故障時及時啟動，使PWM電路停止工作，以保證電路及主機的安全。表1是PS224各引腳功能及實測電壓值。

四、故障分析與排除
故障現象1:按下面板開關機按鈕機器能正常開機工作，但關機后電源指示燈閃爍，風扇緩慢轉動，機內發(fā)出“嗒嗒”的機械聲。故障分析;機器能正常開機工作，說明電源、主板等部件沒有問題，關機后出現上述現象，說明關機條件不滿足，故障應在開關機電路。排除方法:打開機箱，首先用萬用表測量"PS-ON"電壓，開機測得該電壓為0.2V，機器進入正常工作狀態(tài)，接著按下面板上的開關機按鈕關機，此時測得"PS -ON"電壓在1.1V~1.62V之間變化，5V輸出電壓在1V~5V之間變化，12V輸出電壓在IV~1IV之間變化(觀察數字萬用表快速顯示檔)，電源指示燈閃爍，風扇緩慢轉動，機內發(fā)出“嗒嗒”的機械聲?？梢?，"PS-ON"電壓不符合關機電壓要求，正常時該電壓關機時應在4.5V 左右并且穩(wěn)定不變，其他各路輸出電壓應為0V。用替換排除法，更換該機電源后開關機均正常，說明故障在電源部分。
打開電源盒， 取出電路板并接，上一塊廢主板作為假負載，然后接上市電進行檢修。在開關機"PS-ON"信號端開路情況下，接通市電時故障現象以及所測相關電壓基本如前所述。在關機狀態(tài)下，測PS224集成塊③腳的電壓在1V~4V之間變化，將“PS-ON"信號端短路接地， PS224集成塊③腳的電壓為0.3V，電源工作正常。從故障現象上看，在關機情況下，電源始終處在待機與開機循環(huán)工作狀態(tài)，即開關機"PS-ON"電壓始終在關機與開機兩個狀態(tài)下循環(huán)變化。斷開市電，靜態(tài)重點檢查PS224集成塊④腳及相關外圍電路，沒有發(fā)現任何問題。PC501的③、④腳短路后上市電，強制電源處于工作狀態(tài)，測量PS224集成塊④腳的電壓為1.86V， 其③腳的電壓為4.5V，并且穩(wěn)定不變，符合電源待機條件，再次斷開市電并焊下D404隔離二極管，斷開PS224集成塊12V供電電源，去除PC501的③、④腳短路線，重新上電后，測得④腳電壓為0.41V，其③腳電壓為0.6V，電源處于工作狀態(tài)，各路電壓輸出正常。正常情況下，關機時PS224集成塊③、④腳應為高電壓(④腳一般大于3V)，電源處于待機狀態(tài)，而實際測量結果與正常情況不符，懷疑集成塊PS224內部故障使④腳電壓過低，導致電源不能正常關機。斷電后，在+5VSB電源與PS224的④腳之間接入2k電阻，并重新焊好D404隔離二極管，然后接通市電，在關機狀態(tài)下，測得④腳電壓為3.6V，其③腳電壓為4.5V，電源各路電壓輸出為0。將電源裝入機箱，上電試機一切正常。
該故障可能是PS224集成塊④腳內部的上拉電阻變值引起的。正常關機狀態(tài)下④腳懸空，其⑤腳上的供電電壓通過上拉電阻使該腳電壓大于3V的高電平，電源處于待機狀態(tài)。從原理圖1上可以看出集成塊PS224在關機時由+5VSB供電，開機后由12V供電。由于上拉電阻變質，關機時+5VSB通過④腳上拉電阻使該腳電壓降至0.41V的低電壓，電源開始工作，12V電壓逐漸上升，集成塊PS224轉由12V供電，④腳電壓也隨著升高，當④腳電壓上升到關機電平時，電源停止工作，12V電壓為0V，集成塊PS224又由+5VSB供電，④腳電壓又下降為0.41V，電源又從關機狀態(tài)轉為開機狀態(tài)，依次反復循環(huán)。由于上拉電阻值變大以及集成塊PS224的特殊供電方式，使電源始終處在關機與開機循環(huán)工作狀態(tài)，導致機器不能正常關機。
故障現象2:機器在工作過程中經常隨機無故關機，關機后必須斷開市電等上十幾秒后，接上市電方能正常開機，隨著時間的推移故障也就越來越頻繁，直至無法開機，開機時風扇一動即停。故障分析:PC電源具有完善、可靠的欠壓、過壓、過流以及超溫保護功能，電源一旦進入保護工作狀態(tài)主電源停止工作并使保護電路自鎖，使其無法開機，確保電源和用電部件的安全，只有斷開市電電源并等上十幾秒后才能解鎖開機?？梢姡撾娫匆堰M入保護自鎖工作狀態(tài)，應重點檢查電源的反饋穩(wěn)壓電路、保護電路，是否有元件性能不穩(wěn)或接觸不良等。
排除方法:從機箱中取出電源盒放到維修臺上，加電并將"PS-ON"信號端短路接地，電源不工作，說明主板及其他負載是好的，故障在電源部分。打開電源盒，取出電路板并清除灰塵污垢，首先用靜態(tài)觀察法，仔細檢查元件是否有虛焊，變形等不正常情況。當檢查到電源輸出部分時，發(fā)現L502線圈一端脫焊，對脫焊點進行氧化處理并重新焊接后，加電后將"PS-ON"信號端短路接地，主電源工作正常，將電源盒裝入PC機后，加電開機一切正常。
從電路圖1中可看出，L502既是5V輸出的濾波電感，其銅阻也是該路輸出過流取樣電阻。開始時由于虛焊比較輕微，使L502線圈接觸電阻增大，L502線圈兩端的壓降增大，當某一時刻5V輸出電流較大時，使L502線圈兩端的壓降達到設定過流保護值時，過流保護電路進入保護狀態(tài)，電源停止工作，這就是經常隨機無故關機的原因;由于接觸電阻的存在，L502線圈的虛焊點溫度就會升高，升高的溫度又會使虛焊趨向惡化，接觸電阻隨著增大，虛焊點溫度進一步升高，這種惡性循環(huán)最終致使虛焊點焊錫完全熔化，導致L502線圈一端與電路板脫焊，保護電路也有原先的“過流"保護轉為“欠壓"保護，這就是隨著時間的推移故障也就越來越頻繁，直至無法開機的原因。
故障現象3:按下面板上的開關機按鈕后，電源風扇一動即停，主機無任何反應，再按面板按鈕，電源風扇、主機均無反應。故障分析:按下開關機按鈕后，電源風扇一動即停，再按開關機按鈕，風扇無任何反應，說明電源已工作在保護狀態(tài)，故障在負載電路、或電源的穩(wěn)壓控制電路、或電源的保護電路。排除方法:打開機箱取出電源盒，放到維修臺上，在.5V、12V輸出端接，上假負載并將"PS-ON"信號端短路接地，接上市電瞬間電源風扇-動即停，測量各路輸出電壓均為0，說明故障在電源部分。打開電源盒，取出電路板并清除灰塵污垢，用萬用表電阻擋分別測量各路電壓輸出端對地靜態(tài)正反向電阻和過流檢測電阻R311均正常，觀察也未發(fā)現電容冒頂漏液或電阻有燒痕。通過以上檢查基本排除電源輸出電路有短路故障。
在電源輸出端接上假負載，萬用表黑表筆接地并給電源加上市電，然后左手用鑷子短路PC501的③、④腳，強制主電源工作，右手拿著紅表筆迅速測量各路輸出電壓和PS224集成塊③腳的電壓。測量發(fā)現3.3V輸出電壓為1.8V， PS224的③腳電壓為4.5V，其他各路輸出電壓正常。從測試結果分析可知，因3.3V輸出電壓過低， PS224保護集成塊內部的3.3V欠壓保護電路動作，其③腳輸出高電.平，PC501的③、④腳開路，Q301截止，UC3842失去工作電壓而停止工作，電源進入保護自鎖工作狀態(tài)。斷電后，用萬用表仔細檢查3.3V穩(wěn)壓電路相關部件未發(fā)現有元件損壞或變質，用替換法更換IC511集成塊后故障排除。