惠普电脑电源特殊故障的分析与维修

整个电路可以分成两大部分:-部分为从电源输入到开关变压器T1之前的电路(包括辅助电源的原边电路)，该部分电路和交流220V电压直接相连，称为高压侧电路;另一部分为开关变压器T1以后的电路，不和交流220V直接相连，称为低压侧电路。二者通过高压瓷片电容构成回路，以消除静电干扰。从图1中可以看出整机电路由交流输入回路、整流滤波电路、***开关电路.辅助开关电源、PWM脉宽调制电路、PS-ON控制电路、保护电路、输出电路和PW-OK信号形成电路组成。弄清各部分电路的工作原理及相互关系对维修判断故障是很有用处的，下面简单介绍一下各组成部分的工作原理。

一、辅助电源工作原理
1.辅助电源本身也是一个完整的开关电源。主要由高频变压器T501、电压型PWM控制器TNY266PN、精密电流控制集成块IC600( 431)、光电耦合器PC502等相关元件组成。TNY266PN将开关电源所必需的功率开关管PWM控制器、高频振荡器、高压启动偏置电路、基准电压、误差放大器和故障保护功能块等全部集成在一起，是属引脚少功能强的高频开关电源芯片。由该芯片和外加少量元件构成电源，电路简单、故障率低、可靠性高。只要ATX电源一上电，辅助电源便开始工作，输出两路电压。其中+5VSB送到ATX主板的“电源监控部件”，用于电源及系统的唤醒服务。15V是主电源控制电路、电源监控保护电路的工作电压。反馈稳压电路由IC600、PC501光耦驱动电路等相关元件构成，其稳压过程请读者自析。
2.阻塞二极管D502与瞬态电压抑制器ZD501组成吸收电路，吸收开关管在关断过程中由于变压器漏感产生的尖峰电压。当TNY266PN内部功率管导通时初级变压器的电压极性上端为正，下端为负，使D502截止，钳位电路不起作用。在MOSFET截止的瞬间，初级变压器变成下端为正，上端为负，此时D500导通，T501的漏感尖峰电压就被ZD501吸收掉，使TNY266PN集成块得到了有效保护。
二、主电源工作原理
1.***开关电路是开关电源的主要部分，通过脉宽调制电路输送的信号激励驱动把直流电压变换成高频交流电压，并且起着将输出部分与输入电网隔离的作用。当脉宽调制电路因保护电路动作或因本身故障不工作时，开关管因无驱动脉冲故不工作，电路处于关闭状态，这种工作方式称作他激工作方式。整个电路的核心是脉宽调制( PWM)控制芯片UC3842，其功能是检测输出直流电压，与基准电压比较，进行放大，控制振荡器的脉冲宽度，从而控制开关电路以保持输出电压的稳定。电源监控电路通过控制UC3842芯片⑦脚工作电压来控制主电源的工作状态。从原理图1可知电源控制电路主要由控制芯片IC400、光电耦合器PC501、三极管Q301等元件组成。PC主板“电源监控部件"输出的开机/关机信号"PS-ON"连接到PS224的④脚用以控制主电源工作状态。在其触发按钮开关(非锁定开关)未按下时(待机状态)， "PS-ON"为+5V，集成块IC400的④脚和③脚均为高电压，光电耦合器PC501呈开路状态(其中的光电二极管处于反向工作状态)，三极管Q301截止，UC3842的⑦脚无电压而停止工作，电源就处于待机状态;当按下主板的电源监控触发按钮开关时，"PS-ON"变为低电平， PS224远程控制引用端④脚变为低电平，该低电平导致PS224内部相关逻辑电路工作，致使③脚由高电平变为低电平， +5VSB通过光电耦合器PC501内部发光二极管流入PS224的③脚到地使其发光，其内部三极管呈短路状态，三极管Q301基极为低电位而导通，UC3842的⑦脚获得15V电压而工作，其⑥脚就有触发脉冲提供给开关管Q302，电源进入正常工作状态。再按一次面板上的触发按钮开关，使"PS-ON"变为+5V，从而关闭电源。
2. 5V与12V共用一路稳压检测线路，通过电压检测电阻并联后取样，经IC300和PC301反馈至电源的PWM脉宽调制电路UC3842芯片的②脚，以调整输出电压的稳定，其工作原理在许多文章中都有详细介绍，本文不再阐述。
3. C307是软启动电容。其作用是:刚上电时由于C307两端的压降不能突变，使UC3842的①脚电压为0.7V，UC3842不能工作。随着5V电压通过R301电阻对C307充电，使C307上的电压不断升高，UC3842的①脚电压也同步升高，UC3842逐渐转入正常工作状态。输出电压在延迟时间内缓慢上升，最终达到稳定的额定值。
4. 3.3V电压二次稳压电路，输出到主板上的3.3V电压一般为CPU等配件供电，对其精度和稳定性有较高的要求。因此，在TI的次级3.3V电压的输出负载网络中增设了二次自动稳压控制电路，以使3.3V输出电压更精确稳定。高频磁放大稳压器，它以低成本、高效率、便于控制等优点，使开关电源得到精确的控制，从而提高了其稳压精度和高可靠性，在微机3.3V输出稳压电路中得到了广泛应用。磁放大稳压器的关键是可控饱和电感Lsr和磁复位电流。可控饱和电感是由具有矩形磁滞回线的非晶合金磁芯及其上的绕组组成，具有低磁性损耗.较顽磁力小，铁芯易饱和的特性。磁芯未饱和时的可控饱和电感对输入脉冲呈现高阻抗，相当于开路，磁芯饱和时可控饱和电感的阻抗接近于0，相当于短路;复位( RESET )是指磁通到达饱和后的去磁过程(复位时间)，使磁通或磁密回到起始的工作点，称为磁通复位(线圈中通过的反向去磁电流称为磁复位电流)。显然，磁复位时间就是可控磁饱和电感开始饱和的延迟时间。在稳压电路中可将可控饱和电感视为高速高频脉冲电磁延迟开关，通过控制其绕组通过的复位电流的大小就可以达到控制电磁开关的接通延迟时间，从而控制输出脉冲占空比的大小，达到稳定输出电压的目的。本电源的3.3V磁放大稳压器由可调式精密并联稳压器IC511(TL431)、Q251、Lsr及取样电阻等元件组成。假设输出电压由于某种原因升高，则TL431控制端R处于电压升高，TL431阴极和阳极之间的电流增大，通过三极管Q251和Lsr可控磁饱和线圈的复位电流增大，致使电磁开关接通延迟时间增大，开关滞后接通，输出脉冲占空比减小，输出电压下降，反之输出电压上升，保证了3.3V 电压始终维持不变。
三、电源故障监控保护电路

PS224采用16脚DIP封装，集成了所有感应电路的控制三角输出电源。它包含电压引用、比较、电源好信号、远距离控制引脚，以及电源电压(3.3V、5V、12V)过流、过压、欠压侦测，不需要附加外围元件便可对输出电压提供可靠、有效的保护。整个检测保护电路组装在一片小PCB 上，通过PS224控制芯片监视各路输出电压、电流，当发生过压、欠压、过流、超温故障时及时启动，使PWM电路停止工作，以保证电路及主机的安全。表1是PS224各引脚功能及实测电压值。

四、故障分析与排除
故障现象1:按下面板开关机按钮机器能正常开机工作，但关机后电源指示灯闪烁，风扇缓慢转动，机内发出“嗒嗒”的机械声。故障分析;机器能正常开机工作，说明电源、主板等部件没有问题，关机后出现上述现象，说明关机条件不满足，故障应在开关机电路。排除方法:打开机箱，首先用万用表测量"PS-ON"电压，开机测得该电压为0.2V，机器进入正常工作状态，接着按下面板上的开关机按钮关机，此时测得"PS -ON"电压在1.1V~1.62V之间变化，5V输出电压在1V~5V之间变化，12V输出电压在IV~1IV之间变化(观察数字万用表快速显示档)，电源指示灯闪烁，风扇缓慢转动，机内发出“嗒嗒”的机械声。可见，"PS-ON"电压不符合关机电压要求，正常时该电压关机时应在4.5V 左右并且稳定不变，其他各路输出电压应为0V。用替换排除法，更换该机电源后开关机均正常，说明故障在电源部分。
打开电源盒， 取出电路板并接，上一块废主板作为假负载，然后接上市电进行检修。在开关机"PS-ON"信号端开路情况下，接通市电时故障现象以及所测相关电压基本如前所述。在关机状态下，测PS224集成块③脚的电压在1V~4V之间变化，将“PS-ON"信号端短路接地， PS224集成块③脚的电压为0.3V，电源工作正常。从故障现象上看，在关机情况下，电源始终处在待机与开机循环工作状态，即开关机"PS-ON"电压始终在关机与开机两个状态下循环变化。断开市电，静态重点检查PS224集成块④脚及相关外围电路，没有发现任何问题。PC501的③、④脚短路后上市电，强制电源处于工作状态，测量PS224集成块④脚的电压为1.86V， 其③脚的电压为4.5V，并且稳定不变，符合电源待机条件，再次断开市电并焊下D404隔离二极管，断开PS224集成块12V供电电源，去除PC501的③、④脚短路线，重新上电后，测得④脚电压为0.41V，其③脚电压为0.6V，电源处于工作状态，各路电压输出正常。正常情况下，关机时PS224集成块③、④脚应为高电压(④脚一般大于3V)，电源处于待机状态，而实际测量结果与正常情况不符，怀疑集成块PS224内部故障使④脚电压过低，导致电源不能正常关机。断电后，在+5VSB电源与PS224的④脚之间接入2k电阻，并重新焊好D404隔离二极管，然后接通市电，在关机状态下，测得④脚电压为3.6V，其③脚电压为4.5V，电源各路电压输出为0。将电源装入机箱，上电试机一切正常。
该故障可能是PS224集成块④脚内部的上拉电阻变值引起的。正常关机状态下④脚悬空，其⑤脚上的供电电压通过上拉电阻使该脚电压大于3V的高电平，电源处于待机状态。从原理图1上可以看出集成块PS224在关机时由+5VSB供电，开机后由12V供电。由于上拉电阻变质，关机时+5VSB通过④脚上拉电阻使该脚电压降至0.41V的低电压，电源开始工作，12V电压逐渐上升，集成块PS224转由12V供电，④脚电压也随着升高，当④脚电压上升到关机电平时，电源停止工作，12V电压为0V，集成块PS224又由+5VSB供电，④脚电压又下降为0.41V，电源又从关机状态转为开机状态，依次反复循环。由于上拉电阻值变大以及集成块PS224的特殊供电方式，使电源始终处在关机与开机循环工作状态，导致机器不能正常关机。
故障现象2:机器在工作过程中经常随机无故关机，关机后必须断开市电等上十几秒后，接上市电方能正常开机，随着时间的推移故障也就越来越频繁，直至无法开机，开机时风扇一动即停。故障分析:PC电源具有完善、可靠的欠压、过压、过流以及超温保护功能，电源一旦进入保护工作状态主电源停止工作并使保护电路自锁，使其无法开机，确保电源和用电部件的安全，只有断开市电电源并等上十几秒后才能解锁开机。可见，该电源已进入保护自锁工作状态，应重点检查电源的反馈稳压电路、保护电路，是否有元件性能不稳或接触不良等。
排除方法:从机箱中取出电源盒放到维修台上，加电并将"PS-ON"信号端短路接地，电源不工作，说明主板及其他负载是好的，故障在电源部分。打开电源盒，取出电路板并清除灰尘污垢，首先用静态观察法，仔细检查元件是否有虚焊，变形等不正常情况。当检查到电源输出部分时，发现L502线圈一端脱焊，对脱焊点进行氧化处理并重新焊接后，加电后将"PS-ON"信号端短路接地，主电源工作正常，将电源盒装入PC机后，加电开机一切正常。
从电路图1中可看出，L502既是5V输出的滤波电感，其铜阻也是该路输出过流取样电阻。开始时由于虚焊比较轻微，使L502线圈接触电阻增大，L502线圈两端的压降增大，当某一时刻5V输出电流较大时，使L502线圈两端的压降达到设定过流保护值时，过流保护电路进入保护状态，电源停止工作，这就是经常随机无故关机的原因;由于接触电阻的存在，L502线圈的虚焊点温度就会升高，升高的温度又会使虚焊趋向恶化，接触电阻随着增大，虚焊点温度进一步升高，这种恶性循环最终致使虚焊点焊锡完全熔化，导致L502线圈一端与电路板脱焊，保护电路也有原先的“过流"保护转为“欠压"保护，这就是随着时间的推移故障也就越来越频繁，直至无法开机的原因。
故障现象3:按下面板上的开关机按钮后，电源风扇一动即停，主机无任何反应，再按面板按钮，电源风扇、主机均无反应。故障分析:按下开关机按钮后，电源风扇一动即停，再按开关机按钮，风扇无任何反应，说明电源已工作在保护状态，故障在负载电路、或电源的稳压控制电路、或电源的保护电路。排除方法:打开机箱取出电源盒，放到维修台上，在.5V、12V输出端接，上假负载并将"PS-ON"信号端短路接地，接上市电瞬间电源风扇-动即停，测量各路输出电压均为0，说明故障在电源部分。打开电源盒，取出电路板并清除灰尘污垢，用万用表电阻挡分别测量各路电压输出端对地静态正反向电阻和过流检测电阻R311均正常，观察也未发现电容冒顶漏液或电阻有烧痕。通过以上检查基本排除电源输出电路有短路故障。
在电源输出端接上假负载，万用表黑表笔接地并给电源加上市电，然后左手用镊子短路PC501的③、④脚，强制主电源工作，右手拿着红表笔迅速测量各路输出电压和PS224集成块③脚的电压。测量发现3.3V输出电压为1.8V， PS224的③脚电压为4.5V，其他各路输出电压正常。从测试结果分析可知，因3.3V输出电压过低， PS224保护集成块内部的3.3V欠压保护电路动作，其③脚输出高电.平，PC501的③、④脚开路，Q301截止，UC3842失去工作电压而停止工作，电源进入保护自锁工作状态。断电后，用万用表仔细检查3.3V稳压电路相关部件未发现有元件损坏或变质，用替换法更换IC511集成块后故障排除。