PC机电源工作原理及常见故障分析

章召
1995-11-17

        PC机电源的功能是向计算机系统提供直流电源。通常PC机所需的直流电压分为四类：即+5V，+12V，-5V，-12V。电源部件还产生一个电源好信号__Power Good信号，该信号表明电源状态正确，并提供给主机上产生硬件复位Reset信号，使系统硬件复位并正常启动。整个电源安装在电源箱里，上盖下面有一轴流风扇供电源散热之用。电源箱固定在系统机箱内部，电源的直流电压输出通过两个六芯插头送入系统板。若干个四芯插头送入软盘驱动器和硬盘驱动器。另外还有专供3.5英寸软盘驱动器使用的针式插头和提供面板上数码管显示用的+5V插头等。
        脉冲调宽型直流稳压电源的方框图如下所示：
        220/110伏交流电经低通滤波器后，进入桥式整流电路，经整流并电容滤波后得到高压直流电压(约300伏左右)。该300伏左右的高压直流电压经逆变器变成20KHz的脉宽可调矩形波，在变压器的次级得到宽度可调的输出脉冲方波，再经整流、滤波后获得所需的直流电压输出。提供给微机所需的各档电压。
        另外，由可控硅BG3，稳压管DW等组成的保护电路对+5V、+12V直流电压输出进行过压保护，而过流保护由其它控制电路管理。同时，它还对各档输出电压进行欠压保护，一旦发生异常情况，整个电路即可停止工作。
        他激式直流稳压电源的控制核心是SG3524、TL494、IR3MO2、UC2844N以及TDA1060等组件。在控制电路设计中，一般都是利用组件内部某些特定的控制输入端来设置微机电源的各种自动保护功能的，一旦产生过流、过压、欠压等故障时，自动保护电路将迫使从脉宽调制组件送出来的调制脉冲的宽度为零，使电源进入停止工作状态。
        PC机电源的常见故障有以下几类：
        1.直流变换器驱动电路中的功率开关管损坏。
        2.SG3524，TL494或IR3MO2脉宽调制组件输出的两路相位相差180度的调制脉冲中，有一路无输出，或两路输出有明显的不对称。
        3.当电源的+5V输出处理于负载过小或空载时，产生保护动作，使电源部件停止工作。在此种情况下，我们注意一下+12V轴流风扇，它在开启电源时，转动一会儿，就立即停下来了。这类故障只要加上适当的负载，电源部件即能正常工作，应该说电源部件并无实在的故障。
        4.±5V和±12V直流电源输出电压中有一路发生故障，使电源部件进入保护状态，这时电源直流电压全部无输出，检查此类故障要用测量工具反复观察各档电压输出的电压值(用反复开启电源的方法)，当确定某一路无电压输出时，再顺其电路进行具体维修工作。
        5.整流二极管损坏或高压滤波电容损坏，造成电源的各档电压输出负载能力降低或输出电压偏低又不稳定。此类故障可利用万用表测量整流二极管的特性，把高压滤波电容焊下来进行检查。另外，还要进一步检测其它三极管是否也有损坏情况。
        6.保险丝熔断或限流热敏电阻烧断，造成电源无输出。
        7.脉宽调制组件的各自动保护信号输入端有异常信号输入。例如：SG3524脉宽调制组件补偿端的电容损坏，造成调制脉宽过宽，从而使末极晶体管损坏。
        8.交流110伏或220伏输入电压选择开关设置位置错误。造成过压烧坏电源部件中的元器件，轻则保险丝熔断，或高压滤波电容爆裂；严重时二级管整流桥堆和大功率管烧坏；反之造成欠压，则进入保护状态，电源无输出电压。
        9.+5伏电压的整流滤波电路中整流二级管特性变坏或热稳定性差，造成在+5伏电压上叠加高频纹波信号，可致主机运行不稳定。
        前面介绍了PC机电源的基本工作原理及常见故障的产生原因，下面结合故障实例，进行具体的分析与维修。
        故障现象一：微机加电后，立即烧断保险丝。
        故障分析与维修：烧断保险丝占电源故障的比例较高。检查烧断保险丝的原因可以从以下几方面入手。
        (1)输入桥式整流二级管被击穿。这是因为PC机电源的高压滤波电容一般都是200UF左右的大容量电解电容器，瞬间工作充电电流可达20A以上，所以瞬间大容量的浪涌电流将会使整流二极管过流工作，致使质量较差的整流管击穿，造成烧毁保险丝。
        (2)高压滤波电解电容器被击穿，甚至发生爆裂现象。这是因为当输入电压波动升高时，实际工作电压将超过其额定工作电压，质量不好的电容器容易被击穿，造成烧毁保险丝。
        (3)功率开关管损坏。由于高压整流后输出的电压达300V左右，而功率开关管的负载又是感性负载，漏感所形成的电压高峰使开关管的VCED值近600V，而PC机的开关管2S3039所标VCED只有400V，因此，当输入电压偏高时，质量较差的开关管就会发生发射极-集电极击穿现象，从而烧毁保险丝，本例故障就属这种情况。更换功率开关管后，故障排除。
        故障现象二：开机后，系统不启动，屏幕无显示，喇叭无响声。
        故障分析与维修：打开电源箱检查，测得输入部分有直流300伏，而脉宽调制控制器TL494的4脚电压为1.15V，故该控制器处于关断电源的状态。TL494是由一个线性放大电路和数字脉冲电路组成在一起的混合电路。其工作原理如下：
        定时元件接在5、6两脚使之产生一个锯齿波，这个锯齿波与放大器1、2送来的信号进行比较，得到一个有一定宽度的脉冲。该脉冲与4脚死区电压产生的脉冲相配合，分别送到控制器内部两个控制三极管的基极，以得到相互相差180°的宽度可调的驱动脉冲(8脚和11脚)，用来控制主变换电路中振荡管的导通时间，进而调节输出电压的大小。
        TL494的1脚接+5V负反馈自动稳压信号，以完成采样放大功能；微机电源的+5V输出端的过流保护信号则被送到TL494的16脚，+12V输出端的过流保护信号、+5V输出端的过压保护信号及市电欠压输入(市电输入电压小于150V)的自动保护信号均通过不同的回路最终被送到TL494的死区电平控制端4脚。正常情况下，Q5不导通，4脚接由R19和R20分压得到的 0.25V死区时间电压，一旦保护回路动作，将导致Q5导通，4脚电压上升至规定值时，TL494的8和11脚送出调制脉冲的宽度将变为零，从而使微机电源进入无电压输出的自动保护停机状态。
        根据上述分析，可判断本例故障是因为保护电路工作，致使电源无电压输出。依次检查各保护回路，发现交流欠压保护电路中的稳压二极管2D3损坏，使Q5导通。更换2D3后，故障排除，TL494脚电压恢复到0.25V。
        为方便读者在检修时能快速排除故障，下面给出微机电源TL494控制器各脚的正常工作电平，以供维修时参考。
 
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