電腦電源工作原理

ATX開(kāi)關(guān)電源的原理框圖：

上圖工作原理簡(jiǎn)述：

220V交流電經(jīng)過(guò)第一、二級(jí)EMI濾波后變成較純凈的50Hz交流電，經(jīng)全橋整流和濾波后輸出300V的直流電壓。300V直流電壓同時(shí)加到主開(kāi)關(guān)管、主開(kāi)關(guān)變壓器、待機(jī)電源開(kāi)關(guān)管、待機(jī)電源開(kāi)關(guān)變壓器。

由于此時(shí)主開(kāi)關(guān)管沒(méi)有開(kāi)關(guān)信號(hào)，處于截止?fàn)顟B(tài)，因此主電源開(kāi)關(guān)變壓器上沒(méi)有電壓輸出，上圖中的-12V至+3.3V，5組電壓均沒(méi)電壓輸出。

但我們同時(shí)注意到，300V直流電加到待機(jī)電源開(kāi)關(guān)管和待機(jī)電源開(kāi)關(guān)變壓器后，由于待機(jī)電源開(kāi)關(guān)管被設(shè)計(jì)成自激式振蕩方式，待機(jī)電源開(kāi)關(guān)管立即開(kāi)始工作，在待機(jī)電源開(kāi)關(guān)變壓器的次級(jí)上輸出二組交流電壓，經(jīng)整流濾波后，輸出+5VSB和+22V電壓，+22V電壓是專門(mén)為主控IC供電的。+5VSB加到主板上作為待機(jī)電壓。當(dāng)用戶按動(dòng)機(jī)箱的Power

啟動(dòng)按鍵后，（綠）色線處于低電平，主控IC內(nèi)部的振蕩電路立即啟動(dòng)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)推動(dòng)管放大后，脈沖信號(hào)經(jīng)推動(dòng)變壓器加到主開(kāi)關(guān)管的基極，使主開(kāi)關(guān)管工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)。主開(kāi)關(guān)變壓器輸出各組電壓，經(jīng)整流和濾波后得到各組直流電壓，輸出到主板。但此時(shí)主板上的CPU仍未啟動(dòng)，必須等+5V的電壓從零上升到95%后，IC檢測(cè)到+5V上升到4.75V時(shí)，IC發(fā)出P.G信號(hào)，使CPU啟動(dòng)，電腦正常工作。當(dāng)用戶關(guān)機(jī)時(shí)，綠色線處于高電平，IC內(nèi)部立即停止振蕩，主開(kāi)關(guān)管因沒(méi)有脈沖信號(hào)而停止工作。-12至+3.3的各組電壓降至為零。電源處于待機(jī)狀態(tài)。

輸出電壓的穩(wěn)定則是依賴對(duì)脈沖寬度的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就叫做脈寬調(diào)制PWM。由高壓直流到低壓多路直流的這一過(guò)程也可稱DC-DC變換，是開(kāi)關(guān)電源的核心技術(shù)。采用開(kāi)關(guān)變換的顯著優(yōu)點(diǎn)是大大提高了電能的轉(zhuǎn)換效率，典型的PC電源效率為70—75%，而相應(yīng)的線性穩(wěn)壓電源的效率僅有50%左右。

保護(hù)電路的工作原理：

在正常使用過(guò)程中，當(dāng)IC檢測(cè)到負(fù)載處于：短路、過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、過(guò)載等狀態(tài)時(shí)，IC內(nèi)部發(fā)出信號(hào)，使內(nèi)部的振蕩停止，主開(kāi)關(guān)管因沒(méi)有脈沖信而停止工作。從而達(dá)到保護(hù)電源的目的。

由上述原理可知，即使我們關(guān)了電腦后，如果不切斷交流輸入端，待機(jī)電源是一直工作的，電源仍有5到10瓦的功耗。

內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

電源的內(nèi)部電路分為抗干擾電路、整流濾波電路、開(kāi)關(guān)電路、保護(hù)電路、輸出電路等。

抗干擾電路電源的抗干擾電路位于電源輸入插座后，由線圈和電容組成一個(gè)濾波電路（如圖1），它可以濾除電源線上的高頻雜波和同相干擾信號(hào)，構(gòu)成了電源抗電磁干擾的第一道防線。由于這部分電路不影響電源的正常工作，很多便宜的電源會(huì)把它省略。隨著3C認(rèn)證制度的實(shí)施，在這部分開(kāi)始增加PFC（功率因數(shù)校正）電路，凡是3C認(rèn)證的電腦電源，必須增加PFC電路。PFC電路可以減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染和干擾。PFC電路有兩種：有源PFC和無(wú)源PFC。無(wú)源PFC一般采用電感補(bǔ)償方法使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來(lái)提高功率因數(shù)，有源PFC由電感電容及電子元器件組成，能夠獲得更高的功率因數(shù)，但成本也相對(duì)較高。有源PFC電路具有低損耗和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，可獲得高度穩(wěn)定的輸出電壓，因此，有源PFC的電源不需要采用很大容量的濾波電容。PFC電路是面已經(jīng)提到PFC，PFC電路稱為功率因素校正電路，功率因素越高，電能利用率就越大，目前PFC電路有兩種方式：無(wú)源PFC（對(duì)稱作被動(dòng)式PFC）和有源PFC（主動(dòng)式PFC）。

無(wú)源PFC

無(wú)源PFC：通過(guò)一個(gè)笨重的工頻電感來(lái)補(bǔ)嘗交流輸入的基波電流與電壓的相位差，強(qiáng)逼電流與電壓相位一致。無(wú)源PFC效率較低，一般只有65%—70%，且所用工頻電感又大又笨重，但由于其成本低，許多ATX電源都采用這種方式（參見(jiàn)上圖）。

有源PFC

有源PFC：有源PFC由電子元器件組成，體積小重量輕，通過(guò)專通的IC去調(diào)整電流波形的相位，效率大大提高，達(dá)95%以上。采用有源PFC的電源通常輸入端只有一只高壓濾波電容，同時(shí)由于有源PFC本身可作輔助電源，因而可省去待機(jī)電源，而且采用有源PFC的電源輸出電壓紋波極小。但由于有源PFC成本較高，所以通常只有在高級(jí)應(yīng)用場(chǎng)合才能見(jiàn)到。如下圖所示：

實(shí)物圖如下圖所示：

電腦開(kāi)關(guān)電源維修圖解

首先，我們要知道計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)電源的工作原理。電源先將高電壓交流電（220V）通過(guò)全橋二極管（圖1、2）整流以后成為高電壓的脈沖直流電，再經(jīng)過(guò)電容濾波（圖3）以后成為高壓直流電。

此時(shí)，控制電路控制大功率開(kāi)關(guān)三極管將高壓直流電按照一定的高頻頻率分批送到高頻變壓器的初級(jí)（圖4）。接著，把從次級(jí)線圈輸出的降壓后的高頻低壓交流電通過(guò)整流濾波轉(zhuǎn)換為能使電腦工作的低電壓強(qiáng)電流的直流電。其中，控制電路是必不可少的部分。它能有效的監(jiān)控輸出端的電壓值，并向功率開(kāi)關(guān)三極管發(fā)出信號(hào)控制電壓上下調(diào)整的幅度。在計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)電源中，由于電源輸入部分工作在高電壓、大電流的狀態(tài)下，故障率最高；其次輸出直流部分的整流二極管、保護(hù)二極管、大功率開(kāi)關(guān)三極管較易損壞；再就是脈寬調(diào)制器TL494的4腳電壓是保護(hù)電路的關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)。通過(guò)對(duì)多臺(tái)電源的維修，總結(jié)出了對(duì)付電源常見(jiàn)故障的方法。

一、在斷電情況下，“望、聞、問(wèn)、切”

由于檢修電源要接觸到220V高壓電，人體一旦接觸36V以上的電壓就有生命危險(xiǎn)。因此，在有可能的條件下，盡量先檢查一下在斷電狀態(tài)下有無(wú)明顯的短路、元器件損壞故障。首先，打開(kāi)電源的外殼，檢查保險(xiǎn)絲（圖5）是否熔斷，再觀察電源的內(nèi)部情況，如果發(fā)現(xiàn)電源的PCB板上元件破裂，則應(yīng)重點(diǎn)檢查此元件，一般來(lái)講這是出現(xiàn)故障的主要原因；聞一下電源內(nèi)部是否有糊味，檢查是否有燒焦的元器件；問(wèn)一下電源損壞的經(jīng)過(guò)，是否對(duì)電源進(jìn)行違規(guī)的操作，這一點(diǎn)對(duì)于維修任何設(shè)備都是必須的。在初步檢查以后，還要對(duì)電源進(jìn)行更深入地檢測(cè)。

用萬(wàn)用表測(cè)量AC電源線兩端的正反向電阻及電容器充電情況，如果電阻值過(guò)低，說(shuō)明電源內(nèi)部存在短路，正常時(shí)其阻值應(yīng)能達(dá)到100千歐以上；電容器應(yīng)能夠充放電，如果損壞，則表現(xiàn)為AC電源線兩端阻值低，呈短路狀態(tài)，否則可能是開(kāi)關(guān)三極管VT1、VT2擊穿。

然后檢查直流輸出部分。脫開(kāi)負(fù)載，分別測(cè)量各組輸出端的對(duì)地電阻，正常時(shí)，表針應(yīng)有電容器充放電擺動(dòng)，最后指示的應(yīng)為該路的泄放電阻的阻值。否則多數(shù)是整流二極管反向擊穿所致。

二、加電檢測(cè)

檢修ATX開(kāi)關(guān)電源，應(yīng)從PS-ON和PW-OK、+5V SB信號(hào)人手。脫機(jī)帶電檢測(cè)ATX電源待機(jī)狀態(tài)時(shí)，+5V SB、PS-ON信號(hào)高電平，PW-OK低電平，其他電壓無(wú)輸出。ATX電源由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)為啟動(dòng)受控狀態(tài)的方法是：用一根導(dǎo)線把ATX插頭14腳PS-ON信號(hào)，與任一地端3、5、7、13、15、16、17中的一腳短接，此時(shí)PS-ON信號(hào)為零電平，PW-OK、+5V SB信號(hào)為高電平，開(kāi)關(guān)電源風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，ATX插頭+3.3V、+5V、+12V有輸出。

在通過(guò)上述檢查后，就可通電測(cè)試。這時(shí)候才是關(guān)鍵所在，需要有一定的經(jīng)驗(yàn)、電子基礎(chǔ)及維修技巧。一般來(lái)講應(yīng)重點(diǎn)檢查一下電源的輸入端，開(kāi)關(guān)三極管，電源保護(hù)電路以及電源的輸出電壓電流等。如果電源啟動(dòng)一下就停止，則該電源處于保護(hù)狀態(tài)下，可直接測(cè)量TL494的4腳電壓，正常值應(yīng)為0.4V以下，若測(cè)得電壓值為+4V以上，則說(shuō)明電源的處于保護(hù)狀態(tài)下，應(yīng)重點(diǎn)檢查產(chǎn)生保護(hù)的原因。由于接觸到高電壓，建議沒(méi)有電子基礎(chǔ)的朋友要小心操作。

三、常見(jiàn)故障

1．保險(xiǎn)絲熔斷

一般情況下，保險(xiǎn)絲熔斷說(shuō)明電源的內(nèi)部線路有問(wèn)題。由于電源工作在高電壓、大電流的狀態(tài)下，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、浪涌都會(huì)引起電源內(nèi)電流瞬間增大而使保險(xiǎn)絲熔斷。重點(diǎn)應(yīng)檢查電源輸入端的整流二極管，高壓濾波電解電容，逆變功率開(kāi)關(guān)管等，檢查一下這些元器件有無(wú)擊穿、開(kāi)路、損壞等。如果確實(shí)是保險(xiǎn)絲熔斷，應(yīng)該首先查看電路板上的各個(gè)元件，看這些元件的外表有沒(méi)有被燒糊，有沒(méi)有電解液溢出。如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)上述情況，則用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量，如果測(cè)量出來(lái)兩個(gè)大功率開(kāi)關(guān)管e、 c極間的阻值小于100kΩ，說(shuō)明開(kāi)關(guān)管損壞。其次測(cè)量輸入端的電阻值，若小于200kΩ，說(shuō)明后端有局部短路現(xiàn)象。

2．無(wú)直流電壓輸出或電壓輸出不穩(wěn)定

如果保險(xiǎn)絲是完好的，可是在有負(fù)載情況下，各級(jí)直流電壓無(wú)輸出。這種情況主要是以下原因造成的：電源中出現(xiàn)開(kāi)路、短路現(xiàn)象，過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路出現(xiàn)故障，振蕩電路沒(méi)有工作，電源負(fù)載過(guò)重，高頻整流濾波電路中整流二極管被擊穿，濾波電容漏電等。這時(shí)，首先用萬(wàn)用表測(cè)量系統(tǒng)板+5V電源的對(duì)地電阻，若大于0．8Ω，則說(shuō)明電路板無(wú)短路現(xiàn)象；然后將電腦中不必要的硬件暫時(shí)拆除，如硬盤(pán)、光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等，只留下主板、電源、蜂鳴器，然后再測(cè)量各輸出端的直流電壓，如果這時(shí)輸出為零，則可以肯定是電源的控制電路出了故障。

3．電源負(fù)載能力差

電源負(fù)開(kāi)能力差是一個(gè)常見(jiàn)的故障，一般都是出現(xiàn)在老式或是工作時(shí)間長(zhǎng)的電源中，主要原因是各元器件老化，開(kāi)關(guān)三極管的工作不穩(wěn)定，沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行散熱等。應(yīng)重點(diǎn)檢查穩(wěn)壓二極管是否發(fā)熱漏電，整流二極管損壞、高壓濾波電容損壞、晶體管工作點(diǎn)未選擇好等。

4、通電無(wú)電壓輸出，電源內(nèi)發(fā)出吱吱聲。

這是電源過(guò)載或無(wú)負(fù)載的典型特征。先仔細(xì)檢查各個(gè)元件，重點(diǎn)檢查整流二極管、開(kāi)關(guān)管等。經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)一個(gè)整流二極管1N4001的表面已燒黑，而且電路板也給燒黑了。找同型號(hào)的二極管換下，用萬(wàn)用表一量果然是擊穿的。接上電源，可風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，吱吱聲依然。用萬(wàn)用表量＋12V輸出只有＋0.2V，＋5V只有0.1V。這說(shuō)明元件被擊穿時(shí)電源啟動(dòng)自保護(hù)。測(cè)量初級(jí)和次級(jí)開(kāi)關(guān)管，發(fā)現(xiàn)初級(jí)開(kāi)關(guān)管中有一個(gè)已損壞，用相同型號(hào)的開(kāi)關(guān)管換上，故障排除，一切正常。

5、沒(méi)有吱吱聲，上一個(gè)保險(xiǎn)絲就燒一個(gè)保險(xiǎn)絲。

由于保險(xiǎn)絲不斷地熔斷，搜索范圍就縮小了。可能性只有3個(gè)：1、整流橋擊穿；2、大電解電容擊穿；3、初級(jí)開(kāi)關(guān)管擊穿。電源的整流橋一般是分立的四個(gè)整流二極管，或是將四個(gè)二極管固化在一起。將整流橋拆下一量是正常的。大電解電容拆下測(cè)試后也正常，注意焊回時(shí)要注意正負(fù)極。最后的可能就只剩開(kāi)關(guān)管了。這個(gè)電源的初級(jí)只有一個(gè)大功率的開(kāi)關(guān)管。拆下一量果然擊穿，找同型號(hào)開(kāi)關(guān)管換上，問(wèn)題解決。

其實(shí)，維修電源并不難，一般電源損壞都可以歸結(jié)為保險(xiǎn)絲熔斷、整流二極管損壞、濾波電容開(kāi)路或擊穿、開(kāi)關(guān)三極管擊穿以及電源自保護(hù)等，因開(kāi)關(guān)電源的電路較簡(jiǎn)單，故障類型少，很容易判斷出故障位置。只要有足夠的電子基礎(chǔ)知識(shí)，多看看相關(guān)報(bào)刊，多動(dòng)動(dòng)手，平時(shí)注意經(jīng)驗(yàn)的積累，電源故障是可以輕松檢修的。

電腦電源的接口