修牛記-電源供應器研究系列(七)-重溫

本帖最後由 jwong852 於 2015-10-18 20:53 編輯

DIY                                        text.photo/庖丁
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1000W以上之電源供應器通常都是體積龐大,並需要特別設計及使用特高功率零件,價錢比2台500W之電源還高很多。以下個案是使用2台電源供應器組成1200W輸出,只須使用比較通用之零件,適合大量生產,降低成本。

電源供應器研究系列(七)
雙電源供應器之故障及維修

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。

Antec Neo Link 650W + 550W
此次維修的是Antec Neo Link 650W + 550W 雙電源供應器,650W為主要電源,提供主板20/24針ATX插頭及多個harddisk接頭,550W為副電源,提供多個PCI-E 6/8針插頭,並有一額外2針接頭連至主電源作為同步開機之用。主副電源均有電纜管理,用戶可自行增加接頭,平均分配各電源之輸出功率。

<Photo01>Antec Neo Link 650W + 550W 雙電源供應器

<Photo02>650W主電源,提供主板插頭及多個harddisk接頭

<Photo03>550W副電源,提供多個PCI-E 6/8針插頭


用戶開不了電腦,發現650W主電源內部保險絲已燒毀,遂自行更換保險絲,從新開機更發現主電源噴出火花,幸沒有釀成火災。

收到此個案後,供電AC220V以作案件重演,果然看到有火花從650W主電源噴出,馬上關電源,開始維修。

內部拆解
開蓋研究,內部有一主線路板,另有2垂直小板分別安裝APFC+PWM控制器及輸出保護IC。AC輸入EMI瀘波有2級,APFC (Active Power Factor Correction) 及主電源PWM使用一顆台灣CHAMPION CM6800G二合一芯片,APFC部份推動2枚並聯Infineon 20N60高壓MOSFET,PWM部份推動2枚Fairchild 18N50高壓MOSFET組成雙開關正激式結構 (2-Switch Forward Switching Topology),常見於400-800W之電源供應器上。高壓電容為日系Nippon Chemi-con 390uF 400V 85゚C,輸出均採用台系TEAPO電容。+5V standby電源則採用Infineon DIP-8 封裝之ICE2A265,不須要使用散熱器,亦能提供+5V 3A輸出。

550W之副電源並無損壞,內部結構大致一樣,只是留空+5V, +3.3V及-12V輸出部份。

<Photo04>內部結構


<Photo07>2垂直小板分別安裝APFC+PWM控制器及輸出保護IC

<Photo08>採用台系TEAPO輸出電容


維修過程
查看高壓輸入部份,保險絲沒有燒毀,熱敏電阻(Thermistor)被燒至爆裂,相信火花是由此噴出,附近零件及線路板亦被燻黑。先將高壓電容放電,量度AC輸入之阻抗,電阻值非常低,熱敏電阻後之電路為完全短路,包括一枚1.5A之高壓整流子。


將4枚高壓MOSFET連散熱器拆下,電路阻抗回復正常,逐一MOSFET檢查,各MOSFET均正常,但發現其中一枚Fairchild 18N50跟散熱器短路。拆下MOSFET看到其白色絕緣子有燒焦現象,應為短路原因。

<Photo05>高壓電容、燒毀之熱敏電阻(綠色)、APFC電感器(最右)


<Photo06> 1)引起短路之絕緣子 2)推動高電位開關管之隔離變壓器 3)+5Vstandby之PWM IC+內置MOSFET


更換熱敏電阻及絕緣子,1.5A之高壓整流子以2枚1N4007並聯取代。先以DC30V供電,+5V standby之IC因電壓太低未能起動,但証明短路問題已解決。將供電升至AC110V,高壓電容兩端電壓升至380V,+5V standby亦有大約5V輸出。再將供電升至AC220V,保險絲再次燒毀,量得新更換之絕緣子再次被擊穿短路,將金屬螺絲更換為塑料螺絲以增加跳火距離,才能將絕緣問題徹底解決。最後將主副電源連接從新啟動,各組輸出均輸出正常,接電腦主板亦能正常起動,維修工作至此完結。

<Photo09>修復後之熱敏電阻(黑色)及2枚並聯1N4007


<Photo10>上行左至右:原本之螺絲、絕緣子、亦被擊穿之新絕緣子、塑料螺絲
         下行為新舊零件合照


噴出火花之原因相信是由於第一次短路時,熱敏電阻部份被燒毀,內阻增加。於第二次短路時,通過熱敏電阻之電流仍未高於保險絲之額定值,但產生高溫燃燒熱敏電阻。

技術淺談:
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雙開關正激式開關電源結構
正激式結構適合大功率輸出之用,一般200W以上之供電器均採用作主電源輸出,而正激式結構再可細分為多種方式,以適合不同輸出功率。一般200-400W輸出多採用單一枚開關管作基本正激式結構,詳情可查閱第545期本系列(四)之介紹。400-800W輸出則多採用正如本案例之雙開關式電路。

<Photo11>單開關式電路及雙開關式電路


跟單開關電路不同之處,雙開關式電路是在高電位串聯多一枚開關管,此開關管之開關時間是跟原本之開關管同步,故可使用單開關電路同樣之PWM IC。增加此開關管有多個好處 :
1.        可使用耐壓500V之開關管。高頻變壓器之反擊電壓可通過D1及D2排放至輸入高壓電容,從而限制反擊電壓於400V以下。而單開關電路有較高之反擊電壓,需要較高耐壓(>650V)之開關管。須知同樣電流量或內阻之開關管,晶片面積是跟耐壓之平方成正比,耐壓增加30%,則晶片面積須增加69%。另外愈高壓之開關管,生產良率亦愈低,最後之成本往往是原來之2倍以上。
2.        反擊電壓排放至輸入高壓電容,此能量是被貯存起來,不會浪費,亦增加用電效率。而單開關電路之反擊電壓是須要以抑制電路消耗丟。
3. 由於反擊電壓較低,由此而產生之電磁干擾(EMI)亦較低。

雙開關式電路之相對缺點是:
1.        需要多些空間安裝多一枚開關管。
2.        需要使用一隔離變壓器推動處於高電位之開關管。

綜合各方面之優劣,雙開關式電路是400-800W電源供應器最佳性價比之電路結構。


More about
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如何同步開關多台電源供應器ATX電源供應器之開關是由PS_ON線控制,此線是位於20/24針ATX插頭上之綠色線,關機時此線之電位是由一電阻上拉至5V,將此電位下拉至<1V,便能啟動主電源。當使用多台電源供應器時,將各PS_ON線連接至主板之20/24針ATX插頭,便能同步開關各電源。用戶可在電腦配件市場找到此種同步開關接線。此同步開關接線亦能自行製造,只須使用2條20/24針ATX廷長線,將其中之綠色線互相連接,再將各電源任何一黑色線互相連接。唯用戶須具備基本電路常識,如因此而引起之意外或損失,本刊蓋不負責。[Photo12]

<Photo12>20/24針ATX插頭各接線之功能


DIY COMMENT電源供應器失靈時有可能產生火花,有機會燃燒附近聚積之灰塵,續而引起火災。用戶須定時清理電腦內之塵埃,尤其是電源供應器附近,最少每年檢查及清潔一次。
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