电脑开关电源维修图解.docx

1、电脑开关电源维修图解电脑开关电源维修图解一颗强劲的CPU可以带着我们在复杂的数码世界里飞速狂奔，一块最酷的显示卡会带着我们在绚丽的3D世界里领略那五光十色的震撼，一块最棒的声卡更能带领我们进入那美妙的音乐殿堂。相对于CPU，显示卡、声卡而言，电源可能是微不足道的，我们对它的了解也不是很多，可是我们必须知道，一个稳定工作的电源，是使我们计算机能够更好工作的前提。 计算机开关电源工作电压较高，通过的电流较大，又工作在有自感电动势的状态下，因此，使用过程中故障率较高。对于电源产生的故障，不少朋友束手无策，其实，只要有一点电子电路知识，就可以轻松的维修电源。首先，我们要知道计算机开关电源的工作原理。电

2、源先将高电压交流电（220V）通过全桥二极管（图1、2）整流以后成为高电压的脉冲直流电，再经过电容滤波（图3）以后成为高压直流电。此时，控制电路控制大功率开关三极管将高压直流电按照一定的高频频率分批送到高频变压器的初级（图4）。接着，把从次级线圈输出的降压后的高频低压交流电通过整流滤波转换为能使电脑工作的低电压强电流的直流电。其中，控制电路是必不可少的部分。它能有效的监控输出端的电压值，并向功率开关三极管发出信号控制电压上下调整的幅度。在计算机开关电源中，由于电源输入部分工作在高电压、大电流的状态下，故障率最高；其次输出直流部分的整流二极管、保护二极管、大功率开关三极管较易损坏；再就是脉宽调制

3、器TL494的4脚电压是保护电路的关键测试点。通过对多台电源的维修，总结出了对付电源常见故障的方法。一、在断电情况下，“望、闻、问、切”由于检修电源要接触到220V高压电，人体一旦接触36V以上的电压就有生命危险。因此，在有可能的条件下，尽量先检查一下在断电状态下有无明显的短路、元器件损坏故障。首先，打开电源的外壳，检查保险丝（图5）是否熔断，再观察电源的内部情况，如果发现电源的PCB板上元件破裂，则应重点检查此元件，一般来讲这是出现故障的主要原因；闻一下电源内部是否有糊味，检查是否有烧焦的元器件；问一下电源损坏的经过，是否对电源进行违规的操作，这一点对于维修任何设备都是必须的。在初步检查以后

4、，还要对电源进行更深入地检测。用万用表测量AC电源线两端的正反向电阻及电容器充电情况，如果电阻值过低，说明电源内部存在短路，正常时其阻值应能达到100千欧以上；电容器应能够充放电，如果损坏，则表现为AC电源线两端阻值低，呈短路状态，否则可能是开关三极管VT1、VT2击穿。然后检查直流输出部分。脱开负载，分别测量各组输出端的对地电阻，正常时，表针应有电容器充放电摆动，最后指示的应为该路的泄放电阻的阻值。否则多数是整流二极管反向击穿所致。二、加电检测在通过上述检查后，就可通电测试。这时候才是关键所在，需要有一定的经验、电子基础及维修技巧。一般来讲应重点检查一下电源的输入端，开关三极管，电源保护电路

5、以及电源的输出电压电流等。如果电源启动一下就停止，则该电源处于保护状态下，可直接测量TL494的4脚电压，正常值应为0.4V以下，若测得电压值为+4V以上，则说明电源的处于保护状态下，应重点检查产生保护的原因。由于接触到高电压，建议没有电子基础的朋友要小心操作。三、常见故障1保险丝熔断一般情况下，保险丝熔断说明电源的内部线路有问题。由于电源工作在高电压、大电流的状态下，电网电压的波动、浪涌都会引起电源内电流瞬间增大而使保险丝熔断。重点应检查电源输入端的整流二极管，高压滤波电解电容，逆变功率开关管等，检查一下这些元器件有无击穿、开路、损坏等。如果确实是保险丝熔断，应该首先查看电路板上的各个元件，

6、看这些元件的外表有没有被烧糊，有没有电解液溢出。如果没有发现上述情况，则用万用表进行测量，如果测量出来两个大功率开关管e、 c极间的阻值小于100k，说明开关管损坏。其次测量输入端的电阻值，若小于200k，说明后端有局部短路现象。2无直流电压输出或电压输出不稳定如果保险丝是完好的，可是在有负载情况下，各级直流电压无输出。这种情况主要是以下原因造成的：电源中出现开路、短路现象，过压、过流保护电路出现故障，振荡电路没有工作，电源负载过重，高频整流滤波电路中整流二极管被击穿，滤波电容漏电等。这时，首先用万用表测量系统板+5V电源的对地电阻，若大于08，则说明电路板无短路现象；然后将电脑中不必要的硬件

7、暂时拆除，如硬盘、光盘驱动器等，只留下主板、电源、蜂鸣器，然后再测量各输出端的直流电压，如果这时输出为零，则可以肯定是电源的控制电路出了故障。3电源负载能力差电源负开能力差是一个常见的故障，一般都是出现在老式或是工作时间长的电源中，主要原因是各元器件老化，开关三极管的工作不稳定，没有及时进行散热等。应重点检查稳压二极管是否发热漏电，整流二极管损坏、高压滤波电容损坏、晶体管工作点未选择好等。4、通电无电压输出，电源内发出吱吱声。这是电源过载或无负载的典型特征。先仔细检查各个元件，重点检查整流二极管、开关管等。经过仔细检查，发现一个整流二极管1N4001的表面已烧黑，而且电路板也给烧黑了。找同型号

8、的二极管换下，用万用表一量果然是击穿的。接上电源，可风扇不转，吱吱声依然。用万用表量12V输出只有0.2V，5V只有0.1V。这说明元件被击穿时电源启动自保护。测量初级和次级开关管，发现初级开关管中有一个已损坏，用相同型号的开关管换上，故障排除，一切正常。5、没有吱吱声,上一个保险丝就烧一个保险丝。由于保险丝不断地熔断，搜索范围就缩小了。可能性只有3个：1、整流桥击穿；2、大电解电容击穿；3、初级开关管击穿。电源的整流桥一般是分立的四个整流二极管，或是将四个二极管固化在一起。将整流桥拆下一量是正常的。大电解电容拆下测试后也正常，注意焊回时要注意正负极。最后的可能就只剩开关管了。这个电源的初级只

9、有一个大功率的开关管。拆下一量果然击穿，找同型号开关管换上，问题解决。其实，维修电源并不难，一般电源损坏都可以归结为保险丝熔断、整流二极管损坏、滤波电容开路或击穿、开关三极管击穿以及电源自保护等，因开关电源的电路较简单，故障类型少，很容易判断出故障位置。只要有足够的电子基础知识，多看看相关报刊，多动动手，平时注意经验的积累，电源故障是可以轻松检修的。从设计到维修，全方位学习开关电源2012年11月23日 14:50来源：本站整理作者：春波绿影我要评论(17)标签：测试(361)开关电源(1027)EMI(155)电感(140)所谓开关电源，是指利用现代电子电力技术，控制开关管开通和管段的时间比

10、率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制控制IC和MOSFER构成，随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断创新。接下来给大家介绍一下开关电源设计过程中的一些注意事项，同时还介绍到当开关电源出现问题的时候，如何快速的查找出开关电源的问题所在。开关电源的布局开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。当设计高频开关电源时，布局非常重要。良好的布局可以解决这类电源的许多问题。因布局而出现的问题，通常在大电流时显现出来，并且在输入和输出电压之间的压差较大时更

11、加明显。一些主要的问题是在大的输出电流和/或大的输入/输出电压差时调节能力的下降，在输出和开头波形上的额外噪声，以及不稳定性。应用下面的几个简单原则就可以把这类问题最小化。电感器开关电源尽量使用低EMI（Electro Magnetic Interference）的带铁氧体闭合磁芯的电感器。比如圆形的或封闭的E型磁芯。如果开口磁芯（open cores）具有较低的EMI特性，并且离低功率导线和元件较远，也可以使用。如果使用开口磁芯，使磁芯的两极与PCB板垂直也是一个好主意。棒状磁芯（stick cores）通常用来消除大部分不需要的噪声。反馈尽量使反馈回路远离电感器和噪声源。还要尽可能使反馈线

12、为直线，并且要粗一点。有时需要在这两种方案之间折衷一下，但使反馈线远离电感器的EMI和其它噪声源是两者当中更关键的一条。在PCB上使反馈线位于与电感器相对的一侧，并且中间用接地层分开。滤波电容器当使用小容量瓷质输入滤波电容器时，它应该尽可能靠近IC的VIN引脚。这将消除尽可能多的线路电感影响，给内部IC线路一个更干净的电压源。开关电源一些设计需要使用前馈电容器从输出端连接到反馈引脚，通常是为了稳定性的原因。在这种情况下，它的位置也应该尽量靠近IC。使用表贴电容还会减少引线长度，从而减少噪声耦合进因通孔元件而造成的有效天线（effective antenna）。补偿如果为了稳定性，需要加入外部补

13、偿元件，它们也应该尽量靠近IC。这里也建议使用表贴元件，原因同对滤波电容的讨论。这些元件也不应该离电感器太近。走线和接地层使所有的电源（大电流）走线尽可能短、直、粗。在一块标准PCB板上，最好使走线的每安绝对最小宽度为15mil（0.381mm）。电感器、输出电容器和输出二极管应该尽可能靠在一起。这样可以帮助减少在大开关电流流过它们时，由开关电源走线引起的EMI。这也会减少引线电感和电阻，从而减少噪声尖峰、鸣震（ringing）和阻性损耗，这些都会产生电压误差。IC的接地、输入电容器、输出电容器和输出二极管（如果有的话）应该一起直接连接到一个接地面。最好在PCB的两面都设置接地面。这样会减少接

14、地环路误差和吸收更多的由电感器产生的EMI，从而减少了噪声。对于多于两层的多层板，可以用接地面分开电源面（电源走线和元件所在的区域）和信号面（反馈和补偿元件所在的区域）以提高性能。在多层板上，需要使用通孔把走线和不同的面连接起来。如果走线需要从一个面传输一个较大的电流到另一个面，每200mA电流使用一个标准通孔，是一个良好的习惯。排列元件，使得开头电流环同方向旋转。根据开头调节器的运行方式，有两种功率状态。一个状态是当开头闭合时，另一个状态是当开头断开时。在每种状态期间，将由当前导通的功率器件产生一个电流环。排列功率器件，以使每种状态期间电流环的导通方向相同。这会防止两个半环之间的走线产生磁场

15、反转，并可减少EMI的放射。散热当使用表贴功率IC或外部功率开关时，PCB通常可以用作散热器。这就是用PCB上的敷铜面来帮助器件散热。参照特定器件手册中有关使用PCB散热的信息。这通常可以省去开关电源外加的散热装置。如何选择开关电源拓扑结构电源是电子产品中必不可少的一部分，现在逐渐流行开关电源，其拓扑结构有很多种。下面就个人了解，罗列一些（不一定全）供大家参考。首先要明确您的产品中电源部分是否要与输入电源隔离。对于不隔离式开关电源，大体上有降压（buck）、升压（boost）、极性反转（负输出，降升压buck-boost）、斩波（cuck）3种类型。对于隔离式开关电源，分正激、反激、半桥、全桥

16、、推挽5种类型。先说不隔离式：降压（buck）型原理如下图所示，前半周期Q1导通向C供电同时L1储能，后半周期D1导通L1放能向C供电。升压（boost）型原理如下图所示，前半周期Q1导通L1储能，后半周期D1导通L1放能与V1串连向C1供电。极性反转型原理如下图所示，前半周期Q1导通L1储能，后半周期D1导通L1放能向C1供电。若输入电压大于工作电压，则选用降压型，反之选择升压型。若单电源输入，需要+、-电源时选用极性反转型。再说隔离式：若输出功率较小（100W以下）常用反激式；若功率稍大，可选用正激式；再大就要采用半桥或全桥式了。反激式是磁性元件在前半周储能，后半周期传递能量。并关管要承受

17、电源电压与反激电压之和，一般220V整流后要用700V左右的功率管。正激式是在前半周期直接传递能量，后半周期泄放磁场。若磁场泄放不掉，则后面的周期中会因磁饱和而烧毁功率器。全桥式是有4个功率器件，能够让变压器原边电流来回流动，在每半个周期都传递能量，所以能做到较大功率。半桥式是全桥式的简化，它将一个桥臂上的功率器件换成电容，节约了一半数量的功率器件，且功率器件上承受的电压也减半，故降低了成本。升压变换中多采用推挽式，因原边电压较低，绕组匝数少，绕成双原边也不增加多少成本，双绕组又能增加功率，故是广泛采用的方式。如何为开关电源选择合适的电感电感是开关电源中常用的元件，由于它的电流、电压相位不同，

18、所以理论上损耗为零。电感常为储能元件，也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上， 用来平滑电流。电感也被称为扼流圈，特点是流过其上的电流有“很大的惯性”。换句话说，由于磁通连续特性，电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的 电压尖峰。电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题。有的应用允许电感饱和，有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和， 也有的应用不允许电感出现饱和，这要求在具体线路中进行区分。大多数情况下，电感工作在“线性区”，此时电感值为一常数，不随着端电压与电流而变化。但 是，开关电源存在一个不可忽视的问题，即电感的绕线将导致两个分布参数（或寄生参数），一个是不可避免的绕线电阻，另一个

19、是与绕制工艺、材料有关的分布式 杂散电容。杂散电容在低频时影响不大，但随频率的提高而渐显出来，当频率高到某个值以上时，电感也许变成电容特性了。如果将杂散电容“集中”为一个电容， 则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性。当分析电感在线路中的工作状况或者绘制电压电流波形图时，不妨考虑下面几个特点：1. 当电感L中有电流I流过时，电感储存的能量为：E0.5LI2 （1）2. 在一个开关周期中，电感电流的变化（纹波电流峰峰值）与电感两端电压的关系为：V（Ldi）/dt （2）由此可看出，纹波电流的大小跟电感值有关。3. 就像电容有充、放电电流一样，电感器也有充、放电电压过程。电容上的电

20、压与电流的积分（安秒）成正比，电感上的电流与电压的积分（伏秒）成正比。只要电感电压变化，电流变化率di/dt也将变化；正向电压使电流线性上升，反向电压使电流线性下降。计算出正确的电感值对选用合适的电感和输出电容以获得最小的输出电压纹波而言非常重要。从图1可以看出，流过开关电源电感器的电流由交流和直流两种分量组成，因为交流分量具有较高的频率，所以它会通过输出电容流入地，产生相应的输出纹波电压dv=diRESR。这个纹波电压应尽可能低，以免影响电源系统的正常操作，一般要求峰峰值为10mV500mV纹波电流的大小同样会影响电感器和输出电容的尺寸，纹波电流一般设定为最大输出电流的10%30%，因此对降

21、压型电源来说，流过电感的电流峰值比电源输出电流大5%15%。降压型开关电源的电感选择为降压型开关电源选择电感器时，需要确定最大输入电压、输出电压、电源开关频率、最大纹波电流、占空比。下面以图2为例说明降压型开关电源电感值的计算，首先假设开关频率为300kHz、输入电压范围12V10%、输出电流为1A、最大纹波电流300mA。最大输入电压值为13.2V，对应的占空比为：DVo/Vi5/13.20.379 （3）其中，Vo为输出电压、Vi为输出电压。当开关管导通时，电感器上的电压为：VViVo8.2V （4）当开关管关断时，电感器上的电压为：V-VoVd-5.3V （5）dtD/F （6）把公式2

22、/3/6代入公式2得出：升压型开关电源的电感选择对于升压型开关电源的电感值计算，除了占空比与电感电压的关系式有所改变外，其它过程跟降压型开关电源的计算方式一样。以图3为例进行计算，假设开关频率为 300kHz、输入电压范围5V10%、输出电流为500mA、效率为80%，则最大纹波电流为450mA，对应的占空比为：D1Vi/Vo15.5/120.542 （7）当开关管导通时，电感器上的电压为：VVi5.5V （8）当开关管关断时，电感器上的电压为：VVoVdVi6.8V （9）把公式6/7/8代入公式2得出：请注意，升压电源与降压电源不同，前者的负载电流并不是一直由电感电流提供。当开关管导通时，

23、电感电流经过开关管流入地，而负载电流由输出电容提供，因此输 出电容必须有足够大的储能容量来提供这一期间负载所需的电流。但在开关管关断期间，流经电感的电流除了提供给负载，还给输出电容充电。一般而言，电感值变大，输出纹波会变小，但电源的动态响应也会相应变差，所以电感值的选取可以根据电路的具体应用要求来调整以达到最理想效果。开关频率的提 高可以让电感值变小，从而让电感的物理尺寸变小，节省电路板空间，因此目前的开关电源有往高频发展的趋势，以适应电子产品的体积越来越小的要求。如何抑制开关电源纹波的产生 我们最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度，达到这个目的最根本的解决方法就是要尽量避免纹波的产生

24、，首先要清楚开关电源纹波的种类和产生原因。随着SWITCH的开关，电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波，一般所说的纹波就是指这个。它与输出电容的容量和ESR有关系。这个纹波的频率与开关电源相同，为几十到几百KHz。另外，SWITCH一般选用双极性晶体管或者MOSFET，不管是哪种，在其导通和截止的时候，都会有一个上升时间和下降时间。这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十MHz。同样二极管D在反向恢复瞬间，其等效电路为电阻电容和电感的串联，会引起谐振，产生的噪声频率也为几十MHz。

25、这两种噪声一般叫做高频噪声，幅值通常要比纹波大得多。如果是ACDC变换器，除了上述两种纹波（噪声）以外，还有AC噪声，频率是输入AC电源的频率，为5060Hz左右。还有一种共模噪声，是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器，产生的等效电容导致的。因为本人是做汽车电子研发的，对于后两种噪声接触较少，所以暂不考虑。开关电源的EMI设计经验分享开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。1.开关电源的EMI源开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来

26、自电网的抖动、雷击、外界辐射等。（1）功率开关管功率开关管工作在On-Off快速循环转换的状态，dv/dt和di/dt都在急剧变换，因此，功率开关管既是电场耦合的主要干扰源，也是磁场耦合的主要干扰源。（2）高频变压器高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换，因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源。（3）整流二极管整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上，反向恢复电流的断续点会在电感（引线电感、杂散电感等）产生高 dv/dt，从而导致强电磁干扰。（4）PCB准确的说，PCB是上述干扰源的耦合通道，PCB的优劣，直接对应着对上 述EMI源抑制的好坏。2.开关电源EMI传

27、输通道分类（一）。 传导干扰的传输通道（1）容性耦合（2）感性耦合（3）电阻耦合a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合b.公共地线阻抗产生的 电阻传导耦合c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合（二）。 辐射干扰的传输通道（1）在开关 电源中，能构成辐射干扰源的元器件和导线均可以被假设为天线，从而利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析；二极管、电容、功率开关管可以假设为电偶极子，电 感线圈可以假设为磁偶极子；（2）没有屏蔽体时，电偶极子、磁偶极子，产生的电磁波传输通道为空气（可以假设为自由空间）；（3）有屏蔽体时，考虑屏蔽体的缝隙和孔洞，按照泄漏场的数学模型进行分析处理。3.开关电源EMI抑制的9大措施在开

28、关电源中，电压和电流的突变，即高dv/dt和di/dt，是其EMI产生的主要原因。实现开关电源的EMC设计技术措施主要基于以下两点：（1）尽量减小电源本身所产生的干扰源，利用抑制干扰的方法或产生干扰较小的元器件和电路，并进行合理布局；（2）通过接地、滤波、屏蔽 等技术抑制电源的EMI以及提高电源的EMS。分开来讲，9大措施分别是：（1）减小dv/dt和di/dt（降 低其峰值、减缓其斜率）（2）压敏电阻的合理应用，以降低浪涌电压（3）阻尼网络抑制过冲（4）采用软恢复特 性的二极管，以降低高频段EMI（5）有源功率因数校正，以及其他谐波校正技术（6）采用合理设计的电源线滤波器（7）合理的接地处理

29、（8）有效的屏蔽措施（9）合理的PCB设计4.高频变压器漏感的控制高频变压器的漏感是功率开关管关断尖峰电压产生的重要原因之一，因此，控制漏感成为解决高频变压器带来的EMI首要面对的问题。减小高频变压器漏感两个切入点：电气设计、工艺设计！（1）选择合适磁芯，降低漏感。漏感与原边匝数平方成正比，减小匝数会显著降低漏感。（2）减小绕组间的绝缘层。现在有一种称之为“黄金薄膜”的绝缘层，厚度20100um，脉冲击穿电压可达几千伏。（3）增加绕组间耦合度，减小漏感。5.高频变压器的屏蔽为防止高频变压器的漏磁对周围电路产生干扰，可采用屏 蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场。屏蔽带一般由铜箔制作，绕在变压器外部一周

30、，并进行接地，屏蔽带相对于漏磁场来说是一个短路环，从而抑制漏磁场更大范围的 泄漏。高频变压器，磁心之间和绕组之间会发生相对位移，从而导致高频变压器在工作中产生噪声（啸叫、振动）。为防止该噪声，需要对变 压器采取加固措施：（1）用环氧树脂将磁心（例如EE、EI磁心）的三个接触面进行粘接，抑制相对位移的产生；（2）用“玻璃珠”（Glass beads）胶合剂粘结磁心，效果更好。开关电源纹波的测量基本要求：使用示波器AC耦合 ，20MHz带宽限制 ，拔掉探头的地线1，AC耦合是去掉叠加的直流电压，得到准确的波形。2，打开20MHz带宽限制是防止高频噪声的干扰，防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大

31、，测量的时候应除去。3，拔掉示波器探头的接地夹，使用接地环测量，是为了减少干扰。很多部门没有接地环，如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。还有一点是要使用50终端。横河示波器的资料上介绍说，50模块是除去DC成分，精确测量AC成分。但是很少有示波器配这种专门的探头，大多数情况是使用标配100K到10M的探头测量，影响暂时不清楚。上面是测量开关纹波时基本的注意事项。如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50同轴电缆方式测量。在测量高频噪声时，使用示波器的全通带，一般为几百兆到GHz级别。其他与上述相同。可能不同的公司有不同的测试方法。归根到底第一要清楚自己的测试结果。第二