修牛記-電源供應器研究系列(五)-重溫

本帖最後由 jwong852 於 2015-10-3 09:56 編輯

DIY                                        text.photo/庖丁
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現在中價位以上之電源供應器多帶有主動式功率系數較正電路(Active Power Factor Correction),能工作於90-264VAC,用戶不須要自行選擇AC輸入電壓。但其他型號仍需要手動選擇110VAC或220VAC輸入,在本港錯誤選擇110VAC輸入而燒毀電源供應器,時有發生,這期將介紹此類故障之維修。

電源供應器研究系列(五)
錯誤選擇110VAC輸入
之故障及維修

安全警告電源供應器內有高壓電,維修人員須曾受有關之工業安全訓練,及於AC220V輸入端使用隔離變壓器減低觸電危險。切斷電源後,電容仍儲存高壓一段時間,須使用電阻放電,並量度淨餘電壓,必須少於1V,才可以開始工作。

DELL HP-P2507F3
此次維修的是DELL原廠電腦之ATX 250W電源供應器,型號為HP-P2507F3,從UL註冊號碼可以查出是由台灣HIPRO ELECTRONICS CO LTD代工生產。用戶將電腦從外地運回香港,但忘記將輸入電壓選擇制從110VAC調至220VAC,一接電源隨即燒毀。在此種故障下,保險絲定必已經開路,不須要馬上供電測試。

<Photo01>DELL原廠電腦之ATX 250W電源供應器

<Photo01A>選擇110VAC/220VAC之開關

<Photo02>型號為HP-P2507F3


內部拆解
開蓋研究,內部只有一線路板,由於功率只是250W,高壓部份之散熱器體積較小。AC輸入EMI瀘波有2級,高壓部份採用2個台系TEAPO 680uF 200V 85゚C電容。主電源之PWM控制器為ON-Semi的 UC3843,推動1枚Fairchild SSH10N90高壓MOSFET,組成單端正澈式開關電源結構 (Single End Forward Switching Topology),常見於100-300W之電源供應器上。+5V standby電源採用分立式原件組成自振式電路。輸出均採用台系TEAPO電容。輸出保護IC是HP1001,此IC提供輸出過高、過低電壓,及輸出電流過高保護。

<Photo03>內部結構

<Photo04>內部結構

<Photo05>內部結構

<Photo06>TEAPO高壓電容及PWM控制器UC3843

<Photo07>Fairchild SSH10N90高壓MOSFET

<Photo08>輸出均採用台系TEAPO電容

<Photo09>HP1001輸出保護IC


維修過程
查看高壓輸入部份,保險絲已燒毀,高壓整流子後之壓敏電阻(Varistor)亦燒至爆裂,附近零件及線路板亦被燻黑。拆下壓敏電阻,量度得內部已被擊穿至短路,達到保護其他線路之功能。量度高壓正負端之阻抗,再沒有短路,表現正常。以DC30V供電,由於+5V standby使用分立式原件,一般都能起動,+5V standby有大約5V輸出。裝回一枚新的保險絲,及更換390V壓敏電阻,將供電升至AC220V,好讓主PWM及其電路有足夠電壓工作,將 ATX 主電源插頭綠色電線跟黑色電線短路,+12V、+5V、+3.3V、-12V 及 Power Good Signal (ATX主插頭灰色電線) 均輸出正常,接電腦主板亦能正常起動,維修工作至此完結。



技術淺談:110VAC或220VAC輸入選擇
適合全球電壓輸入之設計有多種,較常用的是:
1.        低功率之設計
將輸入電容、PWM、MOSFET、RF變壓器及有關零件設計成高低電壓均能工作,即耐壓值能符合220VAC輸入,而電流量能符合110VAC輸入(比220VAC高一倍)。多用於功率<100W之電源供應器,如各類消費電子產品之充電器及外置電源供應器。
2.        使用開關選擇
於較大功率(>100W)之電源供應器,如使用第1種設計,各零件之成本將急劇上升,如此案例,250W輸出便須使用500W輸出之零件,非常昂貴。使用開關選擇,是最經濟之方案。
3.        使用主動式功率系數較正(APFC)
中價位以上及80PLUS之電源供應器多使用主動式功率系數較正電路,雖然成本比第2種設計稍高,但可帶來更高之用電效率,亦能避免錯誤選擇輸入電壓而燒毀電源供應器。

<Photo10>燒至爆裂之壓敏電阻

<Photo11>燒毀之壓敏電阻(圖左及中),新的390V壓敏電阻


使用開關選擇110VAC/220VAC之原理:
1.        於220VAC輸入時,開關(X1)是開路,輸入電壓經D1-D4組成的橋式整流電路產生約310V之直流電壓供RF變壓器及高壓MOSFET工作。2個耐壓200V之電容(C1及C2)工作於串聯狀態,達到耐壓400V,但2個電容並非絕對對稱,需要R1及R2作電壓平衡。
2.        於110VAC輸入時,用戶須要將開關(X1)接通,接通後,整流子D3及D4均長期處於反向偏壓,不起作用,剩下D1及D2組成半波倍壓整流電路,同樣產生約310V之直流電壓,唯漣波較橋式整流高約一倍。

<Photo12>開關選擇110VAC/220VAC之原理


於此案例,開關選擇了110VAC輸入,但用戶卻輸入220VAC,半波倍壓整流後之電壓將高達620V,遠高於各零件之耐壓值,幸好有壓敏電阻及保險絲之保護,幸免於難。
壓敏電阻,故名思義是對電壓敏感的電阻,正常情況下,工作電壓低於觸發電壓時,其內阻非常高,呈開路狀態。當高於觸發電壓時,其內阻馬上變低,呈短路狀態,大量電流引致保險絲燒毀,從而保護其他電路。此次燒毀之壓敏電阻為線路上U3的位置。高質素之電源供應器會使用較多壓敏電阻,達到更佳之保護。質素差或不合格之產品會省去此等保護零件,一但有過壓,便會燒毀其他零件,甚至引起火災。

More about 隔離變壓器之作用筆者時常提到維修時須於高壓輸入端使用隔離變壓器(Isolated transformer),其實隔離變壓器如何能減低觸電危險? <Photo13>從圖中可看到使用隔離變壓器後,高壓AC之電流迴路被切斷,人體任可一點接觸到工作中之電路,不會有觸電危險。但使用隔離變壓器並非百份百安全,如果身體有2點接觸到工作中之電路,只要有足夠之電位差,仍有觸電之危險,因此在帶電測試時,身體任可一部份都不應接觸到工作中之電路。使用隔離變壓器能大大減低觸電之危險,因此成為有機會接觸到高壓AC的工場、實驗室之基本安全設備。<Photo14><Photo15>

<Photo13>隔離變壓器之作用

<Photo14>筆者使用磁漏較少之環形隔離變壓器

<Photo15>隔離變壓器安裝在機箱後的樣貌


DIY COMMENT當保險絲被燒毀,代表有其他零件損毀,用戶不應只是更換保險絲,以免製造更嚴重之破壞,應交由合格之工程人員詳細檢查,作出全面維修,確保電路上之保護設備仍然有效。
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原來自動電壓係咁原理!

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感謝牛皇的維修文章教學!!

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我又嚟學習一下啦……

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繼續支持和學習,謝謝!

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支持jwong852繼續放修牛教學

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原來自動電壓係咁原理! x 2, 同埋個隔離牛真係好有用,尤其係DIYer保護自己最重要,感謝分享

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隔離牛好似仲可以濾埋波

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