开关电源技术应用与维修

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第6章 办公设备中的,开关电源及维修,办公设备中的开关电源及维修,由于开关电源具有稳压范围宽、效率高、体积小、重量轻等优点，所以目前许多办公设备中，如计算机、显示器、打印机、 机等的供电电源都是采用开关电源。,本章主要介绍计算机、显示器、打印机中各类开关电源的技术特点、结构组成、一般检修方法、主要机型开关电源的维修以及开关电源的故障维修实例等内容。希望通过这些内容的学习，初步掌握办公设备中开关电源的检修方法。,6.1 计算机主机开关电源及维修,6.1.1 计算机主机开关电源的特点及检修方法,1 . 计算机主机开关电源的技术特点,计算机主机开关电源种类较多，由于生产厂家不同，其电路结构形式也有较大差异。在国内外计算机主机开关电源中，大多数是采用固定振荡频率而通过改变脉冲宽度来稳定输出电压的，控制电路采用开关电源集成控制器。从目前市场上流行的计算机开关电源来看，大部分都是半桥它激式脉宽调制型，开关稳压电源的工作频率较高、输出功率较大，电路结构较复杂，因此故障机率也较大。,现行计算机开关电源通常由主电源和辅助电源组成，辅助电源一般为自激式开关电源，一插上插头就开始工作，输出+5V (SB) 电压，作为待机电源；主电源通常输出有5V、12V和几种工作电压：, +5V作为系统主板、系统选件、适配卡及键盘的工作电源。, -5V作为磁盘适配卡中锁相式数据分离电路的工作电源。, +12V作为软磁盘驱动器和硬磁盘驱动器的工作电源。, - 12V作为异步通信适配器EIA接口电路的工作电源。, 作为系统CPU和主板芯片的工作电源。,除内部结构和输出功率有所差异外，计算机主机电源盒的外部尺寸和电源输出线颜色及接插件均已标准化，都是通过两个4芯连接器和一个20芯连接器分别与主机中各单元部件相连接。其中两个4芯连接器是相同的，都是提供+12V(、脚)和+5V(、脚)直流电压；20芯连接器是为系统主板供电，其引脚排列、导线颜色和电压值如下：,橙,橙,黑,红,黑,红,黑,灰,紫,黄,3.3V,3.3V,GND,+5V,GND,+5V,GND,P.G,5VSB,+12V,3.3V,-12V,GND,PSON,GND,GND,GND,-5V,+5V,+5V,橙,蓝,黑,绿,黑,黑,黑,白,红,红,2,计算机主机开关电源的结构组成,图6-1 计算机主机开关电源电路结构框图,3.,计算机主机开关电源的检修方法,图6-2 计算机主机开关电源故障检修步骤,6.1.2,计算机,PC/XT,主机开关电源的检修,1. PC/XT,主机开关电源的结构组成,图6-3 PC/XT主机开关电源电路框图,图6-4 计算机 PC/XT主机开关电源电路图,2. PC/XT主机开关电源的工作原理,(1) 输入电路,该电源的输入电路是由两级低通滤波器、整流滤波电路和降压变压器等部分组成的。,220V 50Hz,交流市电经,C,32,、,L,6,、,C,31,、,L,5,、,L,8,、,L,9,以及,C,30,、,C,33,组成的共模抗干扰和差模抗干扰低通滤波器后被直接送到桥式整流器,FI,204,，整流输出经电容,C,1,、,C,2,滤波后获得,300V,直流电压供给主变换电路。另外降压变压器,T,1,与,D,a,、,D,b,、,C,13,组成低压全波整流滤波电路，该电路产生,+15V,电压作为,SG3524,的工作电源。,(2) 主变换电路,主变换电路是由,Q,1,、,Q,2,、,T,5,初级线圈及其附属电路元件构成。整流滤波输出,300V,直流电压经,C,1,、,C,2,分压各得,150V,。当,T,3,得到正向驱动脉冲(由,SG3524的4,脚输出)时，随着功率开关管,Q,1,、,Q,2,开关状态的连续切换，直流电压便转换成一定频率的脉冲电压输出。该脉冲经过高颜整流滤波后即可得到,5V,、,12V,的直流电压。在脉冲电压周期恒定的前提下，改变脉冲宽度，就可以改变输出的直流电压值。因此，对输出电压的变化进行采样放大，并将变化量反馈，就能调节脉冲的宽度，从而达到稳压的目的。,(3) 脉宽控制电路,脉宽控制是由集成控制电路,SG3524,和功率开关管,Q,3,、,Q,4,驱动变压器,T,3,、,T,4,及相关元件组成的。,图6-5 SG3524脉宽调制芯片内部电路框图,(4),保护电路。,过压保护,该电源,+5V,输出端过压保护电路是由,ZD,1,、,R,34,、,Q,7,、,Q,5,、,D,7,和,IC,2,(NE555),置位触发器等元件组成的。当,+5,伏输出端的实际电压值由于某种原因而升高且超过电路设定的最大值时，,ZD,l,从截止进入击穿导通状态，使,Q,7,因正向偏置而进入饱和导通状态，迫使,IC,2,触发端,2,脚电平箝位于零电位，,IC,2,的3,脚输出电平上跳到,+5,伏的高电平，使,Q,5,饱和导通，经,D,7,把,IC,1,(SG3524,）的第,9,脚箝位至零伏，从而使,IC1,的11和14 脚无驱动脉冲输出，主变换器中,Q,1,和,Q,2,处于截止状态，,T,5,次级无脉冲电压输出、电源的四路输出电压为零，从而达到过压保护目的。,过流保护,该电源的过流保护电路是由电流互感器,JK,、过流控制信号整流滤波,D,11,D,14,和,C,27,、分压电路,R,31,和,VR,1,、控制触发电路,IC,2,(NE555),和,Q,6,、,Q,5,、,D,7,等组成。当该电源的四路直流输出电路中任何一路有过流或短路情况发生时，流过开关变压器,T5,初级绕组中的电流必然增大，从而导致电流互感器,JK,的次级绕组,A,1,、A,2,中感应出较大的控制信号，这一过流控制信号经过,D,11,D,14,、,C,27,整流滤波后变成直流控制信号，由,VR,1,分压馈送到,Q,6,基极，使,Q,6,饱和导通，,IC,2,的2,脚变成低电平(约,0.3V),，则,3,脚输出高电平，使,Q,5,进入饱和导通状态，其结果使,D,7,正向导通，把,SG3524,脚电平箝位到零伏，从而使,IC,1,的11和14脚无触发脉冲输出，,Q,1,Q,4,截止，直流稳压电源的输出端无输出，从而达到过流保护的目的。,(5) 输出电路,由图6-4可知，该电源的输出电路是由T,5,的次级绕组和高频整流滤波元件SD,1,、SD,2,、SD,3,、D,18,、D,19,、C,19,、C,24,、C,25,、C,26,、C,28,等组成的。随着主变换电路中Q,1,、Q,2,开关状态的连续切换，将输入直流电压变换为一定频率的脉冲电压，经T,5,耦合和高频整流滤波后得到5V和12V的直流电压输出。在脉冲周期不变的情况下，只要改变脉冲宽度，即可改变输出电路的四组直流输出电压值。,(6) 主机启动（RESET）电路,该部分电路是由,C,20,、,C,21,、,D,9,、,R,23,、,D,10,、,C,22,、,Q,8,和由,IC,3,(NE555),组成的置位触发器构成的。其工作原理是：当计算机接通市电后，,+5V,电压很快形成，并直接馈送到,IC,3,的电源端,(Vcc)8,脚和,C,20,、,C,21,组成的电容分压网络。由于电容两端电压不能跳变，所以，在开机瞬间，,IC,3,的触发输入端,2,脚电位因,D,10,处于正向导通而被箝位于低于,V,cc,/3,的状态，此时,IC,3,的输出端,3,脚输出高电平使,Q,8,饱和导通，因此,“P.G”,端送出零电平，主机不启动。,随着,C,21,充电过程建立，,C,21,上两端电压将慢慢上升，当,V,C21,大于,V,cc,/3,时，,D,10,处于反偏截止状态，此时,C,22,被逐渐充电，,IC,3,的2,脚电平亦随之逐步上升，当,2,脚电平超过,NE555,的门限电平时，其,3,脚由高电平下降至零电平，迫使,Q,8,截止，,+5V,电压经,R,40,送到输出端，主机接收到,+5V,的信号后开始自检启动。,表1 SG3524集成芯片正常工作时各引脚电压值,引脚号,1,2,3,4,5,6,7,8,电压,值(V),2.5,2.5,一组触发,脉冲,0,0,3.9,13.9V,三角波,0,引脚号,9,10,11,12,13,14,15,16,电压,值(V),2.4,幅值为11V的脉冲波,12,12,与,等幅相差180,o,的脉冲波,12,5,3. PC/XT主机开关电源的故障检修,PC/XT主机开关电源各部分电路常见故障和检修方法。,(1) 输入电路,(2) 主变换电路,(3) 脉宽控制电路,(4) 保护电路,(5) 主机启动(RESET)电路,(6) 输出电路,6.1.3,计算机,ATX,主机开关电源的检修,1. ATX主机开关电源的结构组成,计算机,ATX,主机开关电源的结构框图如图,6-7,所示。其类型也是半桥它激式开关电源，控制电路采用,TL494,集成控制器，构成,200,350 W,的,PWM,型开关电源。该开关电源主要由交流输入低通滤波电路、整流滤波电路、主变换电路、,PWM,控制电路、保护电路及输出整流滤波电路组成。,图6-7 ATX主机开关电源电路框图,图6-8 ATX主机开关电源电路图,2ATX主机开关电源的工作原理,计算机ATX主机开关电源的电路类型也很多，常见ATX主机开关电源的各部分电路工作过程如下：,(1) 输入电路,(2) 功率变换电路,(3),稳压控制电路,(4) 输出电路,(5) 保护电路,图6-9 TL494控制芯片内部电路框图,图6-10 TL494控制芯片有关引脚工作波形图,3,ATX,主机开关电源的故障检修,(1) 输入电路,(2) 主变换电路,(3,)脉宽控制电路,(4),保护电路,(5) 主机启动(RESET)电路,(6) 输出电路,引脚号,1,2,3,4,5,6,7,8,电压,值(V),2.5,25,3.9,0.25,幅值为,0.44V,的三角波,3.6,0,幅值为13V的脉冲波,引脚号,9,10,11,12,13,14,15,16,电压,值(V),0,0,与等幅相差180,o,的脉冲波,15,5,5,2.5,2.5,表2 TL494集成芯片正常工作时各引脚电压值,6.2,显示器开关电源及维修,6.2.1 显示器开关电源的特点及检修方法,1计算机显示器开关电源的技术特点,功耗小、效率高。,负载与输入电网隔离，电源轻型化、小型化。,可以得到多组极性和数值各不相同的直流输出电压，,稳压范围宽。,开关功率管的工作频率要高。,用行逆程脉冲同步开关电源振荡频率。,2计算机显示器开关电源的结构组成,图6-11 计算机机显示器开关电源电路框图,3. 计算机显示器开关电源的检修方法,图6-12 显示器开关电源故障检修的一般步骤,6.2.2,自激式显示器开关电源的检修,1,自激式显示器开关电源的电路结构,图6-13 自激式显示器开关电源电路图,2,自激式显示器开关电源的检修方法,(1),输入电路的检修,在保险丝处串入灯泡，通电后串在保险丝处的灯泡不很亮，但电源无输出，测量开关管,VT,102,的,C,极有,300V,电压，通常原因是驱动电路的偏置电阻,R,102,烧断，或开关管,VT,102,断路损坏。若图像左右大幅度地摆动，多是由于输入整流后的电压不稳定造成的，故应检查桥式整流电路后的滤波电容,C,106,。,(2) 自激振荡电路的检修,自激振荡电路由3部分组成，即振荡电路、正反馈电路、驱动电路。所以当振荡电路不起振作时，要抓住这3个主要电路来检查。因为若这3个电路完好，则振荡电路应该起振。重点检查电源正反馈回路的电阻R,106,、电容C,109,和开关振荡管VT,101,。,(3) PWM控制电路的检修,将光电耦合器IC,101,的、脚短路，以增大调整管VT,101,的B极回路电源，VT,101,的B极回路是：C,111,IC,101,的、脚D,103, VT,101,的E极地。使注入开关管VT,102,的E极电流减小，即VT,102,导通时间变小，开关脉冲宽度变窄。这时测到输出电压V,o,应为最低。如不短路IC,101,的、脚时，输出电压V,o,应该为最大，若符合上述关系，则说明故障电路完好，否则应检查VT,101,及VT,101,的C极回路和B极回路。VT,101,的集电极回路是：T,102,的P,4,P,3,端C,109,R,106,VT,101,的C极、E极地。,(4) 精密稳压管IC,102,的检测,短路R,114,，即V,K,随V,R,的降低而降低，则增大流经IC,102,的、脚电流，使测到输出电压V,o,减小，当不短路R,114,时，输出电压V,o,就增大，若符合这种情况，则说明IC,102,良好，否则换IC,102,或检查回路：C,113,的(+)端R,112,R,114,地及R,114,IC,102,的K-A地。,(6) 过流保护电路的检修,过流保护电路比较简单，它的两个回路为：R,l09,R,l08,VT,101,的B极VT,l0l,的B极地和R,l09,C,110,VT,101,的B极VT,101,的E极地。电容C,110,的作用是加快过流的反应速度，在发生过流的时，使开关管迅速截止。,(7) 输出电路的检修,输出电路是由两个回路组成的，一路是：T,102,的P,5,VD,101,C,112,T,102,的P,6,，另一路是：T,102,的P,5,VD,104,L,101,C,113,T,102,的P,6,。其中电容C,112,极为重要，当电容C,112,的容量不足时，则电容C,112,两端的脉冲成份增大，电感L,101,的感抗则增大，电容C,113,两端的输出电压,V,o,降低，为了补偿降低的输出电压，调整电路就会使开关管的开关脉冲宽度过宽，从而导致开关管过热击穿。所以在开关管已烧坏的情况下，维修时要重点检查电容C,112,。,6.2.3 它激式显示器开关电源的检修,1它激式显示器开关电源的电路结构,由UC3842构成的它激式计算机显示器电源电路可以看出此电源为变压器耦合隔离型开关电源，该电路具有多路电压输出、自动稳压及过压、过流保护功能，这些都是由一片UC3842完成的，它是开关电源的核心控制器件。,图6-14 它激式计算机机显示器开关电源电路,(1) UC3842的性能特点,图6-15 UC3842内部结构框图,表6-3 UC3842 引脚定义及功能,引脚号,引脚定义,功能,参考电压（V）,1,COMP,误差信号放大器输出，外接补偿元件,2.95,2,VFB,误差信号反相输入端，用于控制脉冲宽度,2.5,3,CS,过流保护信号输入端,0.35,4,R,T,/C,T,振荡器矩齿波脉冲形成端,0.7,5,GND,地,0,6,OUTPUT,驱动脉冲放大器输出端,2.1,7,V,CC,供电、欠压保护输入端,17,8,V,ref,+5V基准电压输出端,5,(2) 开关电源工作过程, 输入电路 开关变换电路, 反馈控制电路 自动保护电路,(3) 电压输出电路, T,102,的11脚输出的脉冲电压由VD,121,整流、经,C,126,、,L,121,、,C,135,滤波得到90V的直流电压，为行输出级工作电源。, T,102,的8脚输出的脉冲电压由VD,123,整流，经,C,130,、,L,123,、,C,136,滤波得到直流电压，为显像管灯丝提供电压。, T,102,的9脚输出的脉冲电压由VD,122,整流，经,C,120,、,L,122,、,C,138,滤波得到18V直流电压，为场输出级、行激励级的电源电压。, 18V直流电压，经三端集成稳压器稳压得到12V直流电压，为行、场振荡、预视放的工作电源。,2它激式显示器开关电源的检修方法,(1) 输入电路的检修,(2) 启动电路的检修,(3) 脉宽调制电路的检修,(4) 输出电路的检修,(5) 稳压控制电路的检修,(6) 保护电路的检修,6. 3 打印机开关电源及维修,打印机开关电源的技术特点,打印机是精密的机电或光机电一体化设备，打印机包括喷墨打印机、激光打印机和针式打印机，整机供电系统采用开关电源，主要有逻辑电源和驱动电源两类 。,打印机在启动瞬间，驱动电动机转动需要较大的瞬间启动电流，因此，要求与打印机配套的电源要有3倍以上的瞬时功率。,6.3.2 喷墨打印机开关电源的检修,1.,喷墨打印机开关电源工作原理,(1) 抗干扰及整流滤波电路,(2) 开关振荡电路工作原理,(3) 输出整流滤波电路,(4) 稳压控制电路,(5) 保护电路工作原理,图6-16 佳能EPSON喷墨打印机电源电路原理图,2,喷墨打印机开关电源的故障检修,(1) 抗干扰及整流滤波电路检修,(2) 启动电路检修,(3),反馈与振荡电路的检修,(4),稳压控制电路的检修,(5),保护电路的检修,(6),开关管被击穿损坏故障检修,6.3.4,针式打印机开关电源的维修,1.,针式打印机开关电源的结构原理,图6-17 EPSON LQ-1600K型打印机开关电源的结构框图,图6-18 EPSON LQ-1600K型针式打印机开关电源电路图,2.,针式打印机开关电源的检修方法,图6-19 EPSON LQ-1600K型打印机开关电源的检修方法,思考题,1. 简述计算机主机,开关电源的特点。,2. 简述显示器,开关电源的特点。,3. 简述打印机,开关电源的特点。,4. 计算机,开关电源,的常见故障有哪些？,5. 显示器,开关电源,的常见故障有哪些？,6. 打印机,开关电源的,常见故障有哪些？,