前一段时间本文已经维修多台F305P-00型电源,其故障现象均是主电源不工作,该电源被广泛应用于戴尔760系列台式电脑上,实绘电路见图1所示。其中一主电源采用PFC/PWM交错式工作芯片SG6932DZ,副电源采用62841开关电源芯片,主电源唤醒、过/欠压、过流等保护则采用SG6520A芯片,电源最大输出功率为305W。
说明:图1中括号外、内电压值为脱机空载状态下主副电源(短接绿黑线)、副电源(断开绿黑线)分别工作时,用500型万用表直流电压挡测得的。另外,贴片电容无参数标示,贴片电阻阻值未经换算。
一、工作过程
1.输入整流滤波电路
市电经X、Y电容CM -CX4、CY1、CY2、电感L1、L2等组成的EMI滤波电路后,再经整流堆BD 1(GBU606)整流、热敏电阻TH1(SCK208R0 )浪涌限流,在滤波电解电容C36 (220μFM00V)两端产生约260V的直流电压。在主电源工作时,此电压又升为约350V,同时双向可控硅TAC 1(BTB08 -600TW)因开关变压器T1②-③绕组有交变电压而触发导通,TH1被A2、A1极短接,浪涌限制解除,TH 1不产生功耗。
2.副电源工作原理
副电源主要向计算机主板提供+5VSB电源做待机和电源唤醒之用。该电源只要一通入市电,就有+5VSB电压输出,同时还提供+14V电源供主电源芯片SG6932DZ使用。
副电源由开关电源芯片IC7(62841)、开关变压器T2及光耦IC10、IC9、IC3 (EL817)等组成。IC7为贴片元件,只有米粒大小,无法找到其技术资料,根据外围电路,估计功能与安森美公司的NCP1251相同或相近,管脚功能见表1。
通电后,C36上的约DC260V电压(主电源工作后约350V)一路经开关变压器T2①-②初级绕组加至功率MOs管Q7 (PQPF3N80C)漏极,一路经启动电阻R22~R24 (6653)给电容C29 (4.7μF/50V)充电,当C29上电压达到IC7的启动电压时,IC7从其⑥脚输出PWM脉冲至Q7的栅极,Q7开始导通与截止。T2初级绕组产生交变电流,同时,次级④、③绕组产生的感应电压经D5 (PR1004)、C28 (22μF/50V)整流滤波后,一路经D6 (A2)隔离后给IC7供电,一路经三极管Q1。(PN2907A)、IC 10控制后,给IC1(SG6932DZ )12脚供电;次级⑥、⑤绕组产生的感应电压经D27(MBRF101 OCT)、C44(2200μF/50V)、L3等整流滤波后,产生+5VSTANDBY (+5VS )电压,给电源管理芯片IC8(SG6520A)及电脑主板供电。
(1)稳压控制
稳压控制由IC7②脚、IC3、精密稳压器IC6 (LM431)、取样分压电阻R108、R99(1002)等组成。当因某种原因导致十5V输出电压升高时,升高的直流电压经采样电阻分压后,将使IC6 R端电压升高、K端电压下降,IC3①、②脚内部的发光二极管发光强度加大,③、④脚内部的光敏三极管导通程度加深,内阻变小,IC7②脚电压下降,⑥脚输出的脉冲占空比减小,从而降低次级绕组输出电压,使输出的直流电压稳定在+5V,达到稳压目的。反之亦然。
(2)过流保护
当发生过载、短路等异常情况时,过流检测电阻R34(0.82Ω/1W )压降增大,反馈到IC7④脚电压升高,当此脚电压达到设定值时,保护电路动作,停止输出。
(3)过压保护
当+5V输出电压异常升高时,稳压管ZD 1(WA)击穿导通,IC9内部的发光二极管、光敏三极管随之导通,从而使带阻三极管Q11(NC)也导通,IC7②脚电压被拉底,芯片停止工作。
(4)主电源供电控制
当电源监控芯片IC8(SG6520A )③脚输出低电平时,三极管Q9 (PN2907A)导通,IC 10内部的发光二极管、光敏三极管随之导通,Q10导通,D5、C28整流滤波后的电压,经Q10的e、c极加到IC1 12脚,IC1得电工作,反之,则不工作。
3.主电源工作原理
主电源主要产生+3.3V、+5V、+12V、-12V电源给计算机主板使用,该电源采用了PFC/正激PWM控制器SG6932DZ,由boost功率因数校正转换器与双管正激式脉宽调控转换器组成,具有多种保护与补偿功能。如:SG6932DZ交错式PFC和PWM开关、低工作电流、新型开关充电乘法器一除法器、多矢量控制改进PFC输出瞬态响应、平均电流模式修整输入电流、PFC过欠压保护、PFC和PWM反馈开环保护、逐周期电流限制PFC/PWM、PWM斜坡补偿、可选择50%或65%PWM最大占空比、掉电保护、顺序控制和电源软启动。其内部功能框图见图2所示,管脚功能见表2。
(1)功率因数校正
SG6932DZ的①、3~7、11~14~16脚与外围电路及PFC储能电感L11、PFC开关管Q6 (TDA16N50)、升压二极管D3 (F08S60SN )、保护管D2 (1 N5436)、滤波电容C36(220μF/450V)等组成有源PFC校正电路,采用平均电流模式,BOOST升压拓扑结构,通过在BD1输出端和大滤波电容C36之间,插入L11、Q6、D3等电路,控制Q6的导通,修整整流后与滤波电容之间的脉冲电流,使之波形与整流后的电压波形基本一致,并保持同相,达到功率因数校正的目的,同时减小EMI干扰,使C36上的电压保持稳定。
市电整流后的全波电压Vin通过降压电阻R28~R30 (4493)、R25~R27(1604)等分压后,作为电压、电流信号送入SG6932DZ的①脚VRMS、16脚IAC端,C36正极端的直流输出Vo电压经分压电阻R31-R33(4493)、R8(1182)分压取样后,作为反馈信号输入到SG6932DZ的14脚FBPFC端,并经15脚VEA端电容C11、C12(4.7μF/50V)补偿后,和①、16脚信号一起送入SG6932DZ内部乘法器/除法器,在内部VRN1S信号被平方后作为除数,IAC信号与VEA信号相乘后作为被除数,两数相除后形成了一个波形与Vin相同且与Vo成正比的电流信号,此信号输入到⑤脚内部PFC电流放大器同相输入IMP端,电流取样电阻R97(0.1Ω/2W))的电压信号,经电阻R65 (51 1)、R5 (332)、R6 (1502)送入⑤脚IMP端及⑥脚ISENSE端,PFC电流放大器反相输入④脚IPFC端,通过外部补偿网络与③脚IEA端相连,经与内部锯齿信号比较后,决定O11脚OPFC端PWM驱动脉冲宽度,并通过Q1(2FX)等组成的灌流电路,控制开关管Q6通断,从而使L11中电流的波形与整流后的电压波形基本一致,达到提高功率因数的目的。
当Vo上升时,14脚FBPFC端内部PFC电压误差放大器输出信号将下降,经内部电路控制后,最终使11脚OPFC端输出脉冲宽度减小,Q6提前截止,Vo下降;反之亦然。最终使Vo保持稳定。
(2)PWM开关电源
SG6932DZ的②、⑦~⑨、13脚与外围电路及激励变压器T3、开关管Q4、Q5 (K4110)T1及光耦IC2(EL817)等,组成双管正激式PWM开关电源,输出各路直流电压,供计算机主板用。
Q4、Q5在T3 PWM脉冲激励下同时导通或关断,在关断时通过续流二极管D15、D16(PG156R),使得Q4、Q5关断时,T1初级⑤-⑦绕组的储能,通过D15、D16回馈到直流输入电源,同时,D15、D16还起钳位作用,将Q4、Q5承受的电压钳位至Vo。
Q5源极过流检测电阻R102(0.18Ω/ 1 W)上的采样电压,通过电阻R88 (471)送入SG6932DZ的⑧脚IPWM端,经内部斜坡补偿及比较电路后,控制⑨脚PWM输出。当采样电压超过1V阂值时,关断PWM输出。采用斜坡补偿能有效地防止谐波振荡现象发生,使电路工作稳定。
主电源各路电压的稳控主要由+5V、+12V来控制。控制了这两路电压,其他几路输出电压也基本上保证了稳定。
+5V、+12V稳压控制电路由光耦IC2 (EL817 )、精密稳压器IC5(LM431)、+5V采,样电阻R44(3301)、+12V采样电阻R90(1212)及采样分压可调电位器VRZ (1KΩ)、电阻R40(1001)等组成。当因某种原因导致++5V或++12V电压输出电压升高时,该电压经采样电阻分压后,使IC5 R端电压升高、K端电压下降,IC2①、②脚内部的发光二极管发光强度加大,③、④脚内部的光敏三极管导通程度加深,内阻变小,SG6932DZ⑦脚FBPWM端电压下降,⑨脚OPWM端输出脉冲变窄,次级绕组输出电压降低,最终使输出的直流电压稳定在+5V和+12V,达到稳压目的。反之亦然。SG6932DZ(7脚还具有开路、短路保护功能,当出现上述情况时,关闭电源输出。
+3.3V稳压控制电路采用了由中功率三极管Q13(BD140)、精密稳压器IC4 (LM431)、电感L5、整流二极管D26 (MBR2045CTG)、D17、D18 (PR1003)等组成的二次稳控电路。通过调整L5感抗大小,使+3.3V电压保持稳定。当+3.3V电压升高时,升高的直流电压经采样电阻R56 (1871)、R57 (5601)分压后,使IC4 R端电压升高,K端电压下降,Q13导通程度加大,在T1次级⑧-⑨-⑩-11绕组电压通过L5的正半周期间,D17截止,D18导通;在负半周期间,D18截止,D17导通,电感L6右端处的电压通过Q13的e、c极向L5注入反向电流,L5可变感抗增大,压降增大,导致D26整流输出电压降低。反之亦然。最终使输出直流电压稳定在+3.3V。
-12V没有独立的稳压系统,其稳压由+5V、+12V主控电路间接控制,其输出由T1 14-⑩-⑧绕组电压经整流管D 19 (UF203)整流、电感L4、电容C51(470μF/25V)滤波后得到。
T1次级绕组整流滤波电路均接有肖特基共阴极二极管或由分立二极管组成的共阳极电路(-12V) ,其作用是当T1次级各绕组感应电压消失,整流二极管截止后,此时由于各滤波电感中的电流不能突变,电压在滤波电感中产生反激电压,此反激电压使接地端的二极管导通,保持了开关电源在Q4、Q5关断期间负载电流的连续,提高了输出电压的稳定性。
4.SG6520A芯片功能
该电源管理监控芯片ICS(SG6520A)采用16脚DIP封装,具有+3.3V、+5V、双+12V(VS12/VS 12B)三种电压过流(OCP)、过(OVP)/欠(UVP)压保护;PGO/FPO开漏输出;电源正常延时300ms ; +3.3V、+5V、双+12V开通延时,300ms;PSON控制FPO关断延时,2.8ms;PSON控制延时48ms、交流电源快速通、断时没有闭锁;宽电源电压范围(4.2V~15V);可编程过温保护(OTP)等功能。
其内部功能框图见图3所示,管脚功能见表3。
从功能上看,该芯片除产生P.G信号并接受PS-ON信号控制外,还具有过、欠压/过流保护等功能。因此,采用该芯片既可减少电路元件,又可提高保护电路的可靠性。
当副电源工作正常后,输出的+5VS电源通过二极管D10(A2)给SG6520A 15脚供电,之后,SG6520A根据主电源当前所处状态,控制主电源的工作以及PG信号及各路电压的输出。D10的作用是将SG6520A 15脚供电限定在4.3V左右,这样,一旦副电源工作不正常,+5VS输出下降,当SG6520A 15脚供电同步下降低于4.2V时,主电源停止工作。
主电源唤醒控制由电脑主板送来的PS-ON信号进行控制。只要控制“PS-ON”信号电平的变化,就能控制电源的开启和关闭。
当按下电脑机箱面板上的POWER键或实现网络唤醒远程开机时,主板上的PS-ON信号为低电平,这一信号经ATX 24针脚插座中的16脚(绿线)、电阻R45(101)到达SG6520A的④脚PSON端,SG6520A③脚FPO端电平变低,IC10①、②脚内部发光二极管发光,④、③脚内部光敏三极管导通,Q10导通,+14V电压通过Q10的e、c极加到SG6932DZ的12脚VDD端,其⑨脚输出PWM脉冲,主电源开始工作。
当关闭电脑时,电脑主板PS-ON信号为高电平,SG6520A④脚电平变高,IC10③脚FPO端内部场效应管不导通,+5VS电压通过三极管Q9(PN2907A)的e、b极,到达IC10②脚,②脚电压变高,其内部发光二极管截止,光敏三极管不导通,Q10不导通,IC1无供电电压,主电源无输出。
PG信号为微机开机自检启动信号,为高时启动。由SG6520A的①、16脚及外围元件等组成。通电后,T1次级⑧-⑨-⑩-11绕组电压经二极管D12(A2)、电阻11、67(102)、电容C16等整流分压滤波后,送入SG6520A的①脚PGI端。PGI <0.6V时,SG6520A具有OVP功能;PGI >0.6V时,SG6520A具有UVP/OVP/OCP/Pext功能,并经75ms后启动OCP/UVP;当PGI >1.25V时,若各路电压均正常,在经过大约300ms的延时后,从其16脚PGO端输出+4.7V信号(POK),微机主板CPU收到“电源正常”信号后,产生复位并执行BIOS自检,电脑正常启动。以后,若各路电压异常,则FPO为高电平,PGO为低电平,主电源、电脑均停止工作。
+3.3V过/欠压保护电路的检测输入点为SG6520A的13脚VS33端,其OVP/UVP点最小、典型、最大值分别为3.83、3.965、4.1/ 2.65、2.8、2.95V. +5V过/欠压保护电路的检测输入点为SG6520A的14脚VS5端,其OVP/UVP点最小、典型、最大值分别为5.8、6.15、6.5/ 3.7、4.1、4.5V. +12V过/欠压保护电路有两个检测输入点,分别为SG6520A的⑧脚VS12B端、12脚VS12端,其OVP/UVP点最小、典型、最大值分别为13.7、14.05、14.4/9.2、10、10.8V。-12V欠压保护由+5V、+3.3V及三极管Q12 (1PX)、电阻R35(4.7kΩ)、R79(10kΩ)等共同完成,当-12V欠压(绝对值减小)时,Q12导通,SG6520A 13脚VS33端电平被拉低,从而实现+3.3V欠压保护。因SG6520A供电电压约为4.3V,因此,+3.3V、+5V、+12V过/欠压闽值分别为:3.83/2.65V、5.8/3.7V、13.7/9.2V。
+3.3V、+5V、+12VB、+12V过流保护是通过外部检测元件实现的。+3.3V过流检测电路通过R棒扼流圈L7、电阻R68(119Ω)、R66(1 kΩ)等并接入SG6520A的⑩脚IS33端、14脚VS33端;+5V过流检测电路通过R棒扼流圈L9、电阻R95(11952)、R55(4752)等并接入SG6520A的⑩脚IS5端、14脚VS5端;+12VB过流检测电路通过过流检测电阻RJ1、电阻R70(300Ω)、R53(47Ω)等并接入SG6520A的⑦脚IS 12B端、⑧脚VS 12B端。+12V过流检测电路通过过流检测电阻RJ2、电阻R69(402Ω)、R54(47Ω)等并接入SG6520A的⑤脚IS12端、12脚VS12端。RJ1、RJ2为锰铜丝电阻,约为25毫欧,用500型万用表无法精确测出。使用电阻(精度1%)进行过流检测比扼流圈(精度20%)好,其杂波小,电容C57~C60为OCP保护点精确控制补偿电容,可以提高抗干扰能力。
根据R68、R95、R70、R69阻值及SG6520A⑥脚RI端外接基准电流设置电阻R109(3902),算得+3.3V、+5V、+12VB、+12V过流191值分别为:0.031V、0.051V、0.077V、0.103V。
当上述各路出现过、欠压超过各自IA值或过流超过各自阈值±3mV时,SG6520A③脚FPO端内部场效应管截止,IC10②脚电压被抬高,最终导致Q10不导通,IC1无供电,主电源不工作,同时,SG6520A16脚PGO端输出低电平,POK信号为0V,电脑停止工作。
二极管D21(1N5819)的负极接+5V,其作用除了将+3.3V最高电压钳位在约+4.4V外,还有一个作用就是当+5V电压下降很多甚至短路时,如果+5V保护电路失效,同样会引起+3.3V电压下降,最终实现+3.3V欠压保护。SG6520A⑨脚OTP端直接接地,因此,SG6520A不具有过温检测功能。
5. 12V风扇转速控制
此电路由三极管Q8(BD136-16)、稳压管ZD2(WDWO)、负温度系数热敏电阻RT(TTC 103)等组成。通过热敏电阻实时监测机箱内电源环境温度,及时调整直流风扇M(DC12V、0.25A)供电电压,改变M风扇转速以达到散热效果。RT被固定在.T1次级各整流管公用散热片上,常温下其阻值约为10kΩ。散热片温度越高,其阻值越低。常温下RT阻值大,Q8导通程度弱,e、c极间压降大,当电压过大时被ZD2钳位于约8AV、12V电源经Q8调整后为风扇供电,约3.2V,风扇转速慢。当机箱内温度升高时,RT阻值降低,Q8的b极偏压降低,导通程度加深,风扇供电电压升高,风扇速度加快。反之亦然。改变ZD2稳压值,可改变风扇初态转速。
6.主副电源状态检测
此电路由4针脚接插件CN1右边的小板组成。状态指示灯LED 1及轻触按键S1位于电源机壳上,当电脑启动后,PSON、POK信号分别为0V、+4.7V,三极管SQ3(1PX)导通,LED 1长亮,指示主副电源工作正常。反之说明电源有问题。
电阻SR1、SR2、SR15(101)、三极管SQ1(1PX)、SQ4(1PX)、SQ2(2FX)、电解电容SC6(33μF/35V)等组成+5VS假负载通、断控制电路。在通电初期,POK信号为OV、SQ2通过SC6导通,SQ4、SQ1也导通,SR1、SR2、SR15并接于+5VS作假负载,预调+5VS输出电压,当SC6充满电以及POK信号为高电平后,SQ2截止,SQ1、SQ4也截止,SR1、SR2、SR15断开连接,停止耗电。
当电源脱机通电时,按住S1、PSON通过S1接地,相当于绿线接地,此时若风扇转,说明主副电源正常,反之则说明主或副电源有问题。
二、故障检修
故障现象:主电源不工作。
检修过程:取下电源盒,空载通电测ATX 24脚插座中的⑨脚(紫线)、16脚(绿线)对黑线电压分别为+4.9V、+4.8V,此时按住盒上S1轻触按键(相当于绿、黑线短接),风扇不转,主电源各路无输出电压。怀疑电源有空载保护,试挂接一硬盘并通电,之后再按S1键,风扇仍不转动,确认电源有问题。打开电源盒,发现-12V输出线路板周围已发黄变黑,±12V假负载电阻R73(80Ω/2W)、R75(68Ω/2W)因发热量大色环已变色,阻值无法辨认,实测电阻约为80Ω、66Ω,通过比对,确认电阻未坏,滤波电解电容C51(470μF/25V)微鼓包,实测容量约为32μF,已坏,将其换新,再测风扇控制电路,又发现贴片稳压管ZD2(WDWO)开路,ZD2稳压值不详,通过测试好机器得知其稳压值约8.4V,现用2CW6B代替。考虑到±12V部分输出线及温度检测电阻RT(TTC 103)引线根部因假负载电阻过热已发黑变硬,现将R73、R75改为5W以上电阻,同时将变硬的部分输出线用热缩管套上,之后通电测主电源各路均有正常输出,电阻发热量明显减小。复原后电脑运行稳定,故障排除。
此故障为假负载电阻R73、R75发热量大,引起-12V滤波电容C51性能变差,最终导致电源实施欠压保护。后检查数只此型号电源,发现均是-12V输出端线路板发黄变黑,C51鼓包,将其换新并将R73、R75改为大功率电阻后,电源恢复正常。
芯片62841、SG6932DZ 1.SG6520A各脚电阻值分别见表4、表5、表6。
注:在脱机检修时,因副电源无假负载,450V电解电容C36上的高压泄放得很慢,要格外小心,如要将高压快速泄放掉,可以按住S1约10秒或接一假负载。
另外,同属于F305P-00电源还有两款,一款是不含功率因数校正电路,电路无可比性,一款是将有源功率因数校正电路与主副电源集中在一块线路板上,电路原理大同小异。
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