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ATX电源维修

2010-07-31 26页 pdf 452KB 31阅读

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ATX电源维修 ATX电源维修 一.认识 ATX电源 随着电脑报宣传的深入和对电脑硬件进一步的了解,很长的一段时间里,对电源不屑一顾的 DIYer们也对微机电源开始重视起来。然而,主机究竟需要多大的功率?微机电源作为计算 机的心脏,负责微机内各配件能量的供给,但在市场上出售的电源,其功率究竟能达到多少 瓦?DIYer们恐怕就不太清楚了,选购电源时,对电源的参数要求实在不象采购其它配件那 样斤斤计较,最多来一句功率越大越好呗!以至于有些商家为了迎合用户的心理,干脆向用 户许诺自己所卖 ATX电源的功率能达到 250W甚至 3...
ATX电源维修
ATX电源维修 一.认识 ATX电源 随着电脑报宣传的深入和对电脑硬件进一步的了解,很长的一段时间里,对电源不屑一顾的 DIYer们也对微机电源开始重视起来。然而,主机究竟需要多大的功率?微机电源作为计算 机的心脏,负责微机内各配件能量的供给,但在市场上出售的电源,其功率究竟能达到多少 瓦?DIYer们恐怕就不太清楚了,选购电源时,对电源的参数要求实在不象采购其它配件那 样斤斤计较,最多来一句功率越大越好呗!以至于有些商家为了迎合用户的心理,干脆向用 户许诺自己所卖 ATX电源的功率能达到 250W甚至 300W,真的这个样子吗? ATX电源简介 PC机电源在 286到早期的 586是由 AT电源一统江湖的。AT电源功率一般为 150~250W,共 有四路输出(+5V、-5V、+12V、-12V),另外还向主板提供一个 P.G信号。AT电源采用切断 交流电源的方式关机,所以不能实现软件关机。随着 ATX电源的普及,AT电源如今已渐渐 淡出市场。 Intel在 1997年推出了流行的 ATX2.01电源。和 AT电源相比,ATX电源的外形尺寸没 有变化,主要是增加了 3.3V和+5V Stand by(+5V SB)两路输出电压和一个 PS—ON信号。 同 AT电源的 6芯插座相比,其输出线改成一个 20芯线给主板供电。提供的 3.3V电源输出, 给使用低内核电压的 CPU供电,降低了主板降压电路的损耗。+5V Stand by 电压又称为辅 助+5V电压,只要插上 220V交流电就有电压输出。PS—ON信号是主板向电源提供的电平信 号,用来控制电源其它各路电压的输出。利用+5V SB和 PS—ON信号,就可以实现软件开关 机、键盘开机、网络远程唤醒等功能。辅助+5V电源始终提供能量供给,主板向电源送出 PS—ON低电平信号时电源启动,送出 PS—ON高电平时电源关闭。 1、ATX电源工作原理 ATX电源是标准的开关稳压电源(Switch Voltage Regulator),同传统的线性稳压电路 (Linear Voltage Regulator)相比,它具有体积小、重量轻,功耗小、转换效率高等优点, 但也有其缺点,那就是电路比较复杂,电源输出的纹波系数也较大,对周围电路的干扰也比 较强。 ATX开关电源的基本原理示意图如图 1,主要包括输入电网滤波电路、输入整流滤波电路、 主变换电路、整流滤波输出电路、控制电路、保护电路、辅助电源等。 输入电网滤波电路是电源中的抗干扰电路,它具有两层意思:一是指微机电源对通过电网进 入的干扰信号的抑制能力:二是指开关电源的振荡高次谐波进入电网对其它设备及显示器的 干扰和对微机本身的干扰。通常要求微机对通过电网进入的干扰信号抑制能力要强,通过电 网对其它微机等设备的干扰要小。 输入整流滤波电路将交流电源进行整流滤波,为主变换电路提供纹波较小的直流电压。 主变换电路是开关电源的主要部分,它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。 输出整流滤波电路将变换器输出的高频交流电压进行整流滤波,得到需要的直流电压,同时 防止高频噪声对负载的干扰。 控制电路检测输出直流电压,与基准电压比较,进行放大,控制振荡器的脉冲宽度,从而控 制变换器以保持输出电压的稳定。 当开关电源发生过电压、过电流后,保护电路启动,使开关电源停止工作以保护负载和电源 本身。 辅助电源本身也是一个完整的开关电源,输出+5V SB电源,为主板待机电路供电。同时也 为保护电路、控制电路等电路供电。 2、开关电源的主要技术指标 部分 DIYer 们认为电源有输出或在装机使用时没有什么毛病就行了,其实这是对电源误解。 有输出及能使用,只是对电源最基本的要求;还有的用户认为电源的功率越大越好,购电源 时专挑标称功率大的买,这也是一种误解。正确评价一个电源的好坏,应该依据它的各项技 术参数及指标。 1. 安全规格 安全标准主要是以保障产品的安全性能为出发点,在元件、材料的绝缘、阻 燃等方面作出的严格的规定,以防止电击、着火、机械危险、化学危险、热 危险等造成的人身伤害和财产损失。通常来说,符合安全标准并不代表该产 品电器性能的好坏,但因安全规格的申请时间较长,又有严格的限制和要求, 所需费用颇多,因而那些实力较弱的厂家不能通过安全认证。如我国的 CCEE 认证,不仅要求送检产品本身符合 CCEE的标准,同时要求工厂有相对完善 (接近 ISO9002)的品质体系,以保证大批量生产时,每一个产品都符合 CCEE 的要求,同时还要接受 CCEE机构定期或不定期的监督和检查。基于这些原 因,在申请安全认证时,厂家都会考虑产品本身的完善性和实用性,因为安 全认证申请之后,不得随意作任何变更、替代或修改。故相对来说,符合安 全规格的产品的起点较非安全规格的产品高出很多。图 2为电源上常见的各 种安全标志。 2. 电源的功率 电源的功率必须要满足整机的需要,并且要有一定的功率余量。常听人说电 源的功率越大越好,至少要求 250W。其实经过实测,一台带 MODEN卡、网 卡、声卡、光驱、硬盘的 PⅡ多媒体主机实际功率不足 100W,而 Intel新推 出的 Micro-ATX标准则只有 145W。国内几乎所有的品牌机都是用的正儿八 经的 200W电源,而 Micro-ATX机型用的是 145W甚至 90W的电源。那么为什 么市场上买来的电源会出现功率不足的现象呢?那是一些小厂为了迎合用 户口味,将电源标称功率使劲地往大里标,同时又在元件选用方面偷工减料, 导致电源的实际功率相当有限。所以说不能盲目地追求功率,关键在于性能 和质量。对于普通用户,200W的电源绰绰有余了。 3. 电磁传导干扰(EMI) 不仅仅是电源,任何一个合格的电器产品,都要对电磁传导干扰作一定的处 理。它包含两个方面的,一是防止外部电磁干扰的侵入,以免影响自身 的正常工作;二是保证产品本身产生的电磁干扰不外泄电网及周围环境,影 响其它电子产品的正常工作。我们在日常使用中,象显示器产生雪花、滚动、 显示不稳定;或在电脑开机后,附近其它的电器,如电视机、音响等不能正 常使用,则很可能是因为电磁干扰而产生的影响。此外,电磁干扰对人体健 康也会带来不利的影响。国家将电磁传导干扰分为 A级、B级。A级是工业 标准,相对要求宽松一些;B级为为用标准,也是目前的最高标准。 4. 关机时间(PF) PF(POWER FAIL)是指电脑关机后(即关断外部交流供电后),电源其本身 储存的电能延续供电的时间。电脑关机后,要求立即给 CPU一个 PF信号并 延续供电一定的时间,CPU接到 PF信号,马上将相关的数据记录下来,以 保证下次开机时能正常启动。这是我们感觉不到的瞬间动作。如果 PF时间 不够,就会使 CPU不能完整的记录相关的数据,而导致下次开机时电脑出现 故障或出现数据丢失等现象。 5. 电源正常时间(P.G ) P.G 即电源上的 Power Good或 P.OK信号,是电脑开机后,电源工作正常后 向 CPU发出的一个信号,CPU只有在接到 P.G 信号后,才开始启动整个电脑 系统的工作。为了保证相互间的衔接,CPU厂商在推出 CPU时就作出了规定, 当电源接通之后,如果输入交流电压在额定工作范围之内,且各路直流输出 电压也已达到它们的最低检测电平(如+5V输出在 4.75V以上),那么经过 100ms~500ms的延时,P.G电路发出“电源正常”的信号(Power Good或 P.OK 为高电平);当电源输入交流电压降至安全工作范围以下或+5V下降至 4.75V 时,电源送出“电源故障”信号(Power Fall,低电平)。Power Fall应 在+5V下降至 4.75V之前至少 1ms降为小于 0.3V的低电平,且下降沿的波 形应陡峭,无自激振荡现象发生,时间对应关系请参见表 1和图 3。 表 1 P.G 信号要求 P.G信号延时 100mS1mS +5V上升时间 2mS
,各路直流输出的最大电流是不可能同时得到的,所以标出 的功率也是无法达到的。 解剖一下 ATX电源的电路,我们会发现,ATX电源的主电路是在 AT电源的主电 路的基础上发展而来的,部分电路见图 4,从图中可以发现,+3.3V电压是将+ 5V绕组的交流电压经 L降压后整流滤波输出的,也就是说,+3.3V和+5V电压 共用一个绕组。在标准的 AT电源中,+5V电压输出的最大工作电流为 23A,比 较一下二者的开关变压器的磁芯截面积和线圈的线径,二者并无什么不同,从而 证明了+5V和+3.3V电压的工作电流不可能同时达到最大。所以,上面的标称 的功率是无法达到的。很明显,能同时输出的实际最大功率才是有意义的。简单 地独立地将各路输出相乘再相加是不科学的。 要检测电源各路输出的最大电流,比较麻烦,但我们可以简单地做一个实验。衡 量一台电源合格与否的一个重要参数是各路输出电压的误差范围,从 ATX网站上 我们得知,对+5V、+3.3V和+12V电压的误差率为 5%,对-5V和-12V电压 的误差率为 10%,这是一个至关重要的指标,电压太低计算机无法工作,电压 太高会烧了你的宝贝。其电压范围应该如表 6所示。 表 6 输出电压的稳定性 输出电 压 最小 标准 最大 单位 +5V +4.75 +5.00 +5.25 V +12V +11.20 +12.00 +12.80 V -12V -11.00 -12.00 -13.00 V -5V -4.75 -5.00 -5.25 V +5VSB +4.75 +5.00 +5.25 V +3.3V +3.15 +3.30 +3.45 V 另外,我们对输出电压的纹波还有较高的要求,电源输出的各路直流电压,其交 流成分越小越好,纹波太大会对各种芯片有不良影响。比较合适的纹波大小如表 7所示。 表 7 输出电压的纹波电压的标准 输出电 压 +5V +12V -5V -12V +5VSB +3.3V 纹波 (mv) 100 150 100 150 100 80 实验是通过检测电源的各路主电压的负载压降和纹波系数来得出各路输出电压 的最大电流。 1、测各路输出电压的最大输出电流:要注意的是,由于电路中都是以+5V电压 为基准来调整各路电压的,如果+5V电压空载,其它各路电压的输出会大幅降 低,因此测其它各路电压的最大电流时,+5V电压输出端的负载电阻不能去掉。 测量的方法是在各路电压输出端接上不同阻值的电阻,然后将该负载电阻值逐渐 减少,当所测的输出电压值低于该路电压的稳定范围时,记录下此时的电流值作 为最大电流。测量的数据见表 8。 表 8 电源各路输出的最大电流 电压输出端 +3.3V +5V +12V 负载电阻(Ω) 0.5 0.8 5 负载电流(A) 6.6 6.3 2.4 电压值(V) +3.1 +4.5 +11 很抱歉,从表中的数据可以看出,电源能工作的最大电流和电源盒上的标称值是 有很大的差距的。如果按电压乘电流的方法计算功率的话,以上三路输出的功率 只有 3.3*6.6+5*6.3+12*2.4近似等于 80W,再加上其它各路输出,该电源的实 际输出功率也就 100W左右。另外,由于各路输出最大电流不可能同时达到,因 此,测得能同时达到的最大输出电流才有意义。 2、测量电源各路电压同时输出时各自的最大电流值: 在各路电压输出端同时接上最小负载,此时电源以满负荷运行,因此测量的速度 要快。接通电源开关,此时电源内发出过载的“吱吱“声,让人胆颤心惊,怕继 续操作下去把电源烧毁,该实验没有继续做下去,但说明了电源的各路输出同时 能达到的最大输出电流比表 8中的值还要小得多。最终的输出功率还不到 100W! 实验的结果实在让人很沮丧,为什么会出现这样的结果呢?实际解剖一下买来的 ATX电源,你就会发现:厂家为节省成本,在元件选择上偷工减料,偷工减料是 市售 ATX电源功率不足的罪魁祸首。 首先看一下电源中采用的功率开关管,市售电源中,大部分兼容电源中采用的功 率开关管型号都为 MJE13007(有的只采用 MJE13005),见图 5中的晶体管。查一 下晶体管手册,得知该管的参数为 75W/400V/8A,双管功率只有 150W,再算上 开关电源最大约 70%的转换效率,能输出的功率只有 100W左右,这和上面实验 得出的数值是相符的,从而证实我们买到的电源,标称 230W也好、200W也好, 功率只有这么 150W。顺便说一句,这种型号的晶体管更多地被用于电子日光灯 中,因其耐压较高,被厂家移花接木于开关电源中。 其次看一下整流输出电路中采用的快速整流对管,市售廉价电源中,不论是+ 3.3V还是+5V或+12V,其整流对管一律采用 MUR1640(16A/40V),要知道厂 家标称的+5V电压的输出电流可是 21A啊?可能是厂家有自知之明,反正电源 能输出的最大电流也不会超过此值(开关功率管根本就提供不了),整流管的额 定电流取得再大也没有用处,省得再增加成本了。 最后看一下电源开关电路中采用的开关变压器,如今的变压器的大小比起 286 时的可要小得多了,那时的电源的标称一般比较实在,是多少瓦就标多少瓦,对 比现在的电源,变压器磁芯截面积小了,所用的漆包线的线径细了,变压器的功 率又怎能上得去呢? 很明显,现在市场上销售的电源质量、元件用料、产品的合格程度已和以前有了 较大的不同,不看别的,只从电源的重量对比上就可以猜测出现在标称 250W的 电源中蕴藏着多少水分,因为重量的减轻意味着电源盒内部元件数量和质量上的 偷工减料、散热片重量的减轻、开关变压器和功率开关管的功率下降,以及电源 盒外壳铁皮厚度的锐减等。 由此,我们从市场上购买的电源会出现功率不足的现象就很正常了,那是一些小 厂为了迎合用户口味,把电源的功率使劲地往大里标,其实际功率又实在有限, 再加上销售上的误导,形成了购买电源要功率越大越好的误区。目前市场上,部 分比较负责任的品牌的电源除了标出各路电压、电流的输出值外,还专门指出电 源总功率不超过 145W,或总电流不超过 35A,只有这样能保证同时输出的实际最 大功率才有意义。所以说不能盲目地追求功率,关键在于电源的性能和质量。 计算电源的功率时,如果电源限定了某几路输出的最大功率,就按功率的限定值 计算,如果限定了某几路输出的最大电流,就按其中的最大电压输出乘以最大的 电流计算,简单地独立地将各路输出相乘再相加是不科学的。由于计算方法不同, 各厂商的电源功率就不完全可比,虽然多数厂商没有提供合理的计算数据,但大 都会提供电压和电流的独立参数,根据这些虽然不能准确地计算出电源的功率, 但同类参数之间还是有可比性的。 四. 走出 ATX电源功率的误区 随着 ATX电源市场竟争的日益激烈,价格成了商家的唯一的杀手锏,昔日两百多 元的电源下降到一百多元,甚至有的几十元就可以买到。在价格占主导地位的市 场上,商家不时抛出点误导性的言论就不奇怪了,由此形成了选购的误区。 功率越大越好吗? 有些商家向用户吹嘘自己出售的电源的功率能达到 250W甚至 300W。其实,如前 所述,一台多媒体主机的实际功率不足 100W,超过 200W的功率都很可能是浪费。 而 Intel最近推出的 Micro-ATX电源功率也只有 145W,国内的品牌机绝大多数 使用的都是 200W的电源,所以在选购电源时,没有必要刻意追求电源的功率大 小,关键是质量及电磁兼容性合格,只要是质量合格的市售电源都可以满足多数 用户的要求。 辅助 stand-by +5V电源的输出电流越大越好 有些商家向用户吹嘘自己的电源辅助 5V能达到 1A甚至 1.5A,其实,在 Intel 在 ATX规范中定的是 0.72A,而实际上到底需要多少是和主板有关的,有的主板 甚至只需要 0.01A就够了,但有一点是明确的,辅助 5V能提供 0.72A科保征没 事了,辅助 5V相对来说比较容易出故障,它的寿命才是更重要的。 电源的版本是最新的 有的商家宣传自己的电源符合 Intel ATX203标准,似乎要比别人的要优越许多, 其实从 ATX2.0到 ATX2.03,只做了无关痛痒的修改,有些仅仅是换了个名词。 比如从 ATX2.02 到 ATX2.03仅仅把“Micro ATX”改为“Mini-ATX”,以区别 Intel 提出的另一个标准 Micro-ATX。其实,在 ATX的发展过程中,最重要的修 改是从 ATX1.1到 ATX2.01 ,一是把风扇从外置改为内置,二是辅助 5V电源的 输出电流从 0.01A改为 0.72A,就目前而言,只要是满足 ATX2.01标准的电源使 用起来都不会有问题。 认证电源和非认证电源质量是相同的。 有的老板以内行的身份神密地宣称,同牌的认证电源和非认证电源是从同一条生 产线上下来的,并以此认为二者的质量相同,甚至“中肯”地指出认证电源之所 以比较贵,是因为认证要花钱,使消费者产生一种误解,即买认证电源要多花冤 枉钱。实际上,合格的电源必须要通过安全和电磁方面的认证,而质量的外在表 现就是它应该有相应的认证标志。市场上认证电源和非认证电源并存,这种可悲 的现象是市场需求而造成的。比方银河的 YH-2503C通过了 CCEE认证,而其 YH-2503B则被列为不合格产品,但是,银河在销售认证电源的同时,也销售非 认证的电源,原因很简单,在“锱铢必较”的市场竞争下,销售商和消费者都需 要非认证的、价格便宜的电源,至于质量,有机会,你解剖一下买来的电源就完 全明白了。 电源只要功率达标就行了,其它指标无所谓 实际上,除了开关电源的功率外,电源的输出电压的稳定性、输出电压的纹波系 数、输入技术指标及电磁兼容性、通过的安全认证指标等,都对设备安全和人身 健康至关重要。比如 DIYer们常易忽略的电磁兼容性指标,如果电源的该项指标 不合格,则外界干扰很容易对微机的正常工作造成影响,使微机经常莫名其妙地 死机,同时,微机自身的干扰也容易对周围的电器产生影响。 市售开关电源的选购 在选购电源时,如果对电源不是很了解,可以购买通过严格认证的名牌电源,这 样,电源的许多指标都会达标。另外,虽然不鼓励大家盲目追求电源的功率,但 掌握正确评估电源功率的方法还是很重要的。 1. 外观检查 A. 质量好的电源较重。质量好的电源,由于内部使用了较大的电容、功率管 和散热片,使用的开关变压器也功率十足,在其它配件的使用上也没有偷 工减料,故电源相对要重些。 B. 电源输出线较粗。别小看这几根输出线,因为电源输出的电流一般较大, 很小的一点电阻值将会产生较大的压降损耗。如:+5V电源的输出电流要 达到 10A以上,此时,如果电源线上有 0.01欧姆的电阻,则将产生 10*0.01=0.1伏的压降。质量好的电源用的必定是粗输出线。 C. 接插件精致,一般用起来较紧,插到配件上后,配合较好,没有松懈的感 觉,同时印字也较正规。 D. 不要迷信盒子上的参数。劣质产品一般标得较大,相反质量好的品牌电源 则标得较保守。当然同样质量的电源,选标称大的好。 E. 电源的外壳上有许多孔隙,机箱内的热空气即从这些孔隙被吸入到电源 内,一般电源的出风口的栅条较宽,对空气的流动带来了较大的阻碍;质 量好的电源使用稀疏的钢网,在保证安全的前提下,可以进一步减少对气 流的阻碍。从图 6中可以明显地看到这种差别。有的电源在电源盒的底部 也增开了栅孔,且面积很大,见图 7。通过栅孔可以直接吸入机箱内的热 空气,对机箱内的热空气的排散能力较强,适合超频者使用。 1. 从外壳细缝往里看,质量好的电源采用铝质或铜质散热片,而且较大较厚。 反观廉价电源有的也用铝质或铜质散热片,但较小较薄,有的劣质产品甚 至用铁片做散热片,见图 5中的散热片。另外,在优质电源中,散热片上 的开关功率管个头较大,采用的开关变压器体积也较大,预示着该电源功 率十足。 2. 条件许可的话,可以做试验测量一下负载压降,选压降小的电源。对于 ATX电源,在其+5V输出端接一电阻负载,其余输出端悬空,让 PS?/FONT>ON 与 GND短接启动电源。先测一下输出电流约为 100mA时的电压(负载电阻 约为 50欧姆)。再用 1KW电炉丝剪成 5CM长若干根作为负载,同样接于 +5V输出端,逐一并上电炉丝测一下当输出电流约为 10A时的电压,此电 压必较电流约为 100mA时的小,算一下其压降。电源功率较大则压降较小。 一般功率小的电源出厂时调在小负荷时输出电压高,当带正常负荷时电压 刚好。上述试验千万不能在+12V、?/FONT>12V上做,以免烧坏电源。另 外要讲的是,当+5V端接小负荷时测得的+12端输出电压的高低是和+5V 端负荷有关的。 3. 如果电源地线未接,质量好的电源通电启动后其外壳上有约 110V交流电 压,并略有麻手感。如果测不出电压则说明内部偷工减料没装滤波网络。 另外空载运行时风扇声均匀并较小,接上负载后风声会略有增大都属正 常。 4. 打开电源盒,可以发现质量好的电源用料考究。如多处用方形 CBB电容, 见图 8。输入滤波电容值大于 470微法,输出滤波电容值也较大。同时内 部电感、电容滤波网络电路特多,并有完善的过压、限流保护元器件。其 它还有线路板印字清楚,布线整齐等等,由于内容太多在此不一一介绍。 风扇的安排对散热能力起决定作用。传统 PS/2电源和 ATX2.01版及以后的 ATX 电源的风扇是向外抽风式的,可以保证电源内的热空气及时排出,避免热量在电 源及机箱内积聚,也可以避免工作时,外部灰尘由电源进入机箱。 风扇在单位时间内能带动的空气流量对散热效果有直接关系,没有专门仪器,这 点很难准确考量,所以一般都把问题简单为风扇的转速,进而变为功率并换算为 电流。一般说,额定电流成为选购的重要指标,在相同的电压下,电流越大风扇 功率越高,风力越强,这也是消费者唯一能把握的。电源中使用的 8厘米 12V 直流风扇,额定电流一般在 0.12-0.18A间.。如银河的非 CCEE认证的 2502C电 源内的风扇只有 0.12A,而认证的 2502C电源的风扇稍好,为 0.15A。有的电源 内的风扇是温控的,随电源内的温度变化改变风扇转速。还有些电源的风扇转速 由负载功率决定。这些带风扇转速智能控制的电源是出于节省能源和减小噪音考 虑的,但恐怕不能带来发烧友期望的强大的散热能力。 五. ATX电源的工作原理 自从 IBM推出第一台 PC至今,微机电源已从 AT电源发展到 ATX电源。时至今日,微机电源 仍是根据 IBM公司的个人电脑标准制造的。市场上的 ATX电源,不管是品牌电源还是杂牌电 源,从上来看,一般都是在 AT电源的基础上,做了适当的改动发展而来的,因此, 我们买到的 ATX电源,在电路原理上一般都大同小异。在微机国产化的进程上,微机电源技 术也由国内生产厂家逐渐消化吸收,生产出了众多国有品牌的电源。微机电源并非高科技产 品,以国内生产厂家的技术和生产实力,应该可以生产出物美价廉的电源产品。然而,纵观 整个微机电源市场情况却不尽人意,许多电源产品存在着各种选料和质量问题,故障率较高。 一、电源的组成及工作原理 ATX电源电路结构较复杂,各部分电路不但在功能上相互配合、相互渗透,且各电路参数设 置非常严格,稍有不当则电路不能正常工作。其主电路原理图见图1,从图中可以看出,整 个电路可以分成两大部分:一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,触及会受到电击,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 C03、C04、C05高压瓷片电容构成回路,以消除静电干扰。其原理方框图见图 2,从图中 可以看出整机电路由交流输入回路、整流滤波电路、推挽开关电路、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我们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。 1、交流输入回路 交流输入回路包括输入保护电路和抗干扰电路等。输入保护电路指交流输入回路中的过流、 过压保护及限流电路;抗干扰电路有两方面的作用:一是指微机电源对通过电网进入的干扰 信号的抑制能力:二是指开关电源的振荡高次谐波进入电网对其它设备及显示器的干扰和对 微机本身的干扰。通常要求微机对通过电网进入的干扰信号抑制能力要强,通过电网对其它 微机等设备的干扰要小。 2、整流电路: 包括整流和滤波两部分电路,将交流电源进行整流滤波,为开关推挽电路提供纹波较小的直 流电压。 3、辅助电源:辅助电源本身也是一个完整的开关电源。只要 ATX电源一上电,辅助电源便 开始工作,输出的两路电压,一路为+5VSB电源,该输出连接到 ATX主板的“电源监控部件”, 作为它的工作电压,使操作系统可以直接对电源进行管理。通过此功能,实现远程开机,完 成电脑唤醒功能;另一路输出电压为保护电路、控制电路等电路供电。 4、推挽开关电路: 推挽开关电路是 ATX开关电源的主要部分,它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。推挽开关管是该部分电路的核心元件,受脉宽调制电路输 送的信号作激励驱动信号,当脉宽调制电路因保护电路动作或因本身故障不工作时,推挽开 关管因基级无驱动脉冲故不工作,电路处于关闭状态,这种工作方式称作它激工作方式。 5、PWM脉宽调制电路: PWM(Pules Width Modulation)即脉宽调制电路,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,从而控制推挽开关电路以保持输出电压的稳定, 主要由 IC TL494及周围元件组成。 6、PS-ON控制电路: ATX电源最主要的特点就是,它不采用传统的市电开关来控制电源是否工作,而是采用“+ 5VSB、PS-ON”的组合来实现电源的开启和关闭,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。电源中的 S-ON控制电路接受 PS-ON 信号的控制,当“PS-ON” 小于 1V伏时开启电源,大于 4.5伏时关闭电源。主机箱面上的触发按钮开关(非锁定开关) 控制主板的“电源监控部件”的输出状态,同时也可用程序来控制“电源监控件”的输出, 如在 WIN9X平台下,发出关机指令,使“PS-ON”变为+5V,ATX电源就自动关闭。 7、保护电路 为了保证安全工作,ATX电源中设置了各种各样的保护电路,当开关电源发生过电压、过电 流故障时,保护电路启动,开关电源停止工作以保护负载和电源本身。 8、输出电路: 输入整流滤波电路将交流电源进行整流滤波,为主变换电路提供纹波较小的直流电压。接插 到主板上的排线包含了电源输出的各路电压及控制信号,ATX电源输出排线各脚定义见表 1, 各路输出的额定电流见表 2。 表 1 电源输出排线功能一览表 Pin 导线颜色 功能 Pin 导线颜色 功能 1 橘黄 3.3V 提供 +3.3V 电源 11 橘黄 3.3V 提供 +3.3V 电源 2 橘黄 3.3V 提供 +3.3V 电源 12 兰色 -12V 提供 -12V 电源 3 黑色 地线 13 黑色 地线 4 红色 5V 提供 +5V 电源 14 绿色 PS-ON 电源启动信号, 低电平-电源开启,高电 平-电源关闭 5 黑色 地线 15 黑色 地线 6 红色 5V 提供 +5V 电源 16 黑色 地线 7 黑色 地线 17 黑色 地线 8 灰色 Power OK电源正常工作 18 白色 -5V 提供 -5V 电源 9 紫色 +5VSB 提供 +5V Stand by电源,供电源启动电 路用 19 红色 5V 提供 +5V 电源 10 黄色 12V 提供 +12V 电源 20 红色 5V 提供 +5V 电源 表 2 ATX电源各路电压的额定输出电流:(单位:A) 电源各输出端 +5V +12V +3.3V -5V -12V +5VSB 额定输出电流 21A 6A 14A 0.3A 0.8A 0.8A 9、PW-OK信号的形成: PW-OK信号(在 AT电源中及部分电源板上称 P.G信号)为微机开机自检启动信号,为了防 止开机时各路输出电路时序不定,CPU或各部件未进入初始化状态造成工作错误及突然停电 时,硬盘磁头来不及移至着陆区造成盘片划伤,微机电源中均设置了 PW-OK 信号。 10、+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,因此,ATX电源在总体自动控制稳压的 基础上,在 T1的次级+3.3V电压的输出负载网络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。 纵上所述,接通电源后,220V交流电压经整流滤波电路,输出+300V 直流高压。此电压同 时加到推挽开关电路和辅助电源上,因推挽开关电路的开关功率管没有激励脉冲而处于待机 状态。辅助电源一经得到工作电压便开始工作,送出脉宽调制电路、PS-ON控制电路、保护 电路的工作电压以及主板的+5VSB待机电压,但因此时没有得到 PS-ON主机的控制信号, PS-ON控制电路输出高电平锁住 PWM脉宽调制电路使其不起振,此时电源处于待机状态。按 下面板的开机触发开关,PS-ON控制电路得到控制信号,解除对脉宽调制电路的锁定,PWM 电路开始工作,输出受控的脉宽可变的交流脉冲推动推挽开关电路中的推挽功率管,并时刻 根据输出电压的脉动来调整脉冲宽度,以保证输出电压的稳定。推挽开关电路中,推挽功率 管依次开关,产生的脉动交变电压被开关变压器感应到副级,经输出电路整流滤波,形成主 机所需各路电压。保护电路则监视各路输出电压,当发生过压、欠压故障时及时启动,使 PWM电路停止工作,以保证电路及主机的安全。 六. ATX电源输入电路的维修 ATX电源的输入电路主要由保险丝、交流抗干扰电路、限流电阻、过压保护电路等组成。长 城电源号称具备双重过压保护,其输入电路比较有特色,电路图见图 3。 220V交流市电经过电源插座进入电源板上,先经延迟性保险丝(防止开机冲击电流烧坏 保险丝)FD1,进入抗干扰滤波电路。抗干扰滤波电路是由 C01、C02和 LF1及 LF2、C03组 成的两级共模滤波器,由于 LF采用高导磁率(高μ值)磁芯和分段绕制,电感量较大、分 布电容小。同时两个绕组绕向一致,流过两个绕组中的电流方向(相位)始终相反,因此, 对从市电进入的双线对称干扰形成的磁场方向相反而抵消。而对于非对称性干扰信号来说, 共模滤波器亦有很好的抑制作用。因为对于非对称性干扰信号来说,每个共模滤波器是两个 π形低通滤波器,它由线路滤波器 LF1、LF2的两个绕组分别和 C01、C02、C03组成,由于 每个滤波器的电感量较大(0.8—1mH)、分布电容又很小,因此对很宽频率范围内的非对称 性干扰有很好的滤波抑制作用。另外,机内的高频干扰脉冲除了沿电源线向外传导辐射以外, 还会通过机内各元件向空间辐射,电路中的CY3、CY4的等效电容和电源盒铁壳(机内地 线)相连,这样就可有效地隔离从空间向外辐射的高次谐波,同样对外界的高频干扰也能有 效隔离而不会使其进入机内。电路中的 CY是压敏电阻,作过压保护元件。长城电源在电路 中共设了两级过压保护电路,其作用是吸收从外界串入的高幅值的脉冲,当交流输入电压升 高,超过了压敏电阻的额定电压值时,压敏电阻导通,产生的大幅值的电流将保险丝 FD1 烧毁,切断电源与外界交流电网的联系,以保证电源的安全。 判断 ATX电源输入电路的好坏,最简单的方法是在断电的情况下,用万用表测试电源的输入 端,正常情况下,由于整流滤波电路的影响,万用表呈现充电的状态,阻值由一个比较小的 数值慢慢变化到接近∞。注意有些电源的输入端之间接了一个 100K的电阻,此时,测得的 最大阻值为该电阻的阻值。输入电路最主要的故障是由于通过的电流较大,而将相关的保护 元件烧毁,此时,电源呈现断路状态,用万用表测电源输入端的阻值为零。 1. 保险丝 保险丝是电子电路中最基本的保护元件,在 ATX电源中,保险丝接在输入电路的前 端(见图 3中的 FD1),一般安装在电路板上的插座内,以方便替换。它的作用就 是在输入电流出现异常,超过了保险丝的额定电流时,保险丝及时融断,切断电源 与外界交流电源的联系,以防止故障范围进一步扩大,以至于影响到主机内配件的 安全。 电路中出现过电流的原因不同,导致保险丝损坏的状况也不一样。当保险丝出现玻 壳爆裂、发黑、发亮等现象时,说明电源中有元件严重短路,产生的大电流导致保 险丝在瞬间烧毁,由于在短时间内产生了大量的热,使保险丝在瞬间高温气化,气 化的铅在玻壳上形成了一层发黑、发亮的镀层,严重时会使玻壳爆裂;若保险丝只 是在一端熔断,说明保险丝遭受了瞬间大电流脉冲冲击,电路中不一定有元件损坏, 也可能是外界电压突然升高,导致输入电流增大所致;若保险丝在中间部位出现断 裂现象,说明电路中有过持续一个阶段的大电流,一般是电路中有元件损坏导致输 入电流变大所致。 为了承受开机时较大的冲击电流,ATX电源中的保险丝的熔断电流多选在 5~10A左 右,而实际上,除了开机时冲击电流较大外,电源实际工作时的最大电流不超过 2A。 因此最好采用延迟式保险丝,象用一般彩电上常用的 2~3A延迟性保险丝代换,效果 比采用的 5A左右的普通保险丝效果要得好,参考国外原装机电路,其采用的也是 这种保险丝。延迟性保险丝其玻管内的保险丝大多是螺旋形的,和普通保险丝不同。 2. 限流电阻 在电源的输入电路中,整流电路后的高压滤波电容(图 1中的 C5、C6)的容量较大 (330UF/200U,有的电源中采用 470UF/250U),由于开机时要对滤波电容进行充 电,会形成很大的冲击电流,常对保险丝和整流部件造成损坏,为避免这种故障的 发生,在电源输入电路中一般接有限流电阻 THR1。THR1为负温度系数热敏电阻,在 冷态时其阻值较大(6欧),限制开机接通电源瞬间产生的强大冲击电流 ,当开机 大电流流过其上时,电阻变热,其阻值迅速减小,保证电源在正常工作时,消耗在 其本身上的功率最小,从而降低了电源的损耗,提高了效率。 当限流电阻的引脚接触不良或因电流过大烧毁时,ATX电源将处于断路状态,通电 后机器将没有任何反应,有人以为电源已烧毁,其实用万用表测试一下即知是 THR1 断路,更换 THR1即可。 应注意的是,在许多 ATX电源中,省略了该电阻,在电路板上有此元件的位置, 但被用短路线短路掉了。有条件的话,应加上这个电阻,以保证电源的安全。当该 热敏电阻损坏时,要选用冷态电阻为 6Ω/3W左右的负温度系数的热敏电阻,若实 在找不到,可用 6Ω/3W的普通水泥电阻代用,只是功耗大了些,但千万不可直接 将其短路,以免开机时对相关元件造成大电流冲击; 3. 过压保护电路 ATX电源同普通的 AT电源不同,AT电源有电源开关,当断开电源开关后,也同时断开了主 机同外界电网的联系。而 ATX电源因为具有远程控制、网络唤醒功能,没有单纯的电源开关, 只有主机面板上的电源触发开关,关机后,只是电源的推挽开关电路停止工作,电源的整流 滤波电路、辅助开关电源、PS-ON控制电路等仍处于工作状态。作为家用电脑来说,目前很 少有家庭使用网络唤醒功能,由于使用上的习惯,电脑爱好者们在关机后也很少有人想到要 拨下电源插头,造成的后果是 ATX电源由于电源没有全关断,其内部仍有部分电路在工作, 浪费了能源不说,由于电压的不稳,部分地区的电压在夜间用电非高峰期高达 260V以上, 有时会对电源造成致命的伤害;另外,由于雷击或其它设备的影响还会导致电路中出现过压 脉冲,也会对电源造成损害,因此有必要在电路中加上可靠的过电压保护电路。 图 4、图 5是长城电源中的过电压保护电路小板,为了充分达到良好的滤波效果,它采用了 两级过电压保护。过电压保护电路中的关键元件是压敏电阻器(图 3中的 CY1~CY4),CY1、 CY2和 CY3、CY4分别组成了两级过电压保护电路,压敏电阻的中点接地。当电路中出现过 电压脉冲时,过压脉冲会被两级保护电路吸收,产生的电流被引入大地,从而保护其它电路 不受损伤。压敏电阻器简称压敏电阻,它是在某一特定的电压范围内其电导随电压的增加而 急剧增大的一种敏感元件,一般跨接在输入电路的两端。当有雷电脉冲从电源线窜入或由机 内自感电势的反窜等引入的过电压,作用到压敏电阻的两端时,压敏电阻立即导通而以电流 的形式迅速将过电压泄放掉,从而保护了电源中相关部件不被过电压击毁。如果属外界电源 电压过高,导致过电压持续的时间过长,流过的电流超过了压敏电阻的承受范围时,会使压 敏电阻烧毁,严重时会将压敏电阻烧成一团黑炭,并影响到电路板的绝缘,电路中产生的大 电流一般会使保险丝熔断。因此,维修因过电压损坏的电源时,除了替换烧毁的保险丝外, 还要仔细清理掉已烧毁的压敏电阻,并用同型号的压敏电阻替换。 要注意的是,许多电源中没有加装过电压保护电路,一旦有过电压冲击,电源将会严重烧毁, 因此,有必要自行加装相关的过电压保护电路。参考长城电源的电路,可以很容易地在电源 输入回路中加装该保护电路。 七. ATX电源故障诊断
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