聯(lián)想萬全T（R）350服務(wù)器電源電路工作原理

聯(lián)想萬全T（R）350服務(wù)器的電源為三塊億泰興（ETASIS）EFRP-300型開關(guān)電源，平時兩塊電源模塊即可保證服務(wù)器正常工作，男一塊作為熱備份。電源輸出電壓分別為：+5VSB、+5v,+12V、+3.3V、-5v和-12V.該型電源具有工作范圍寬（交流100V~240V）、工作效率高、完善的保護(hù)功能等特點(diǎn)。多臺服務(wù)器自2005年安裝使用以來，逐漸有電源模塊出現(xiàn)故障。主要現(xiàn)象為：告警指示燈亮（紅色）或微亮甚至完全不亮、負(fù)載能力降低或完全無輸出電壓。經(jīng)檢修20多塊眉，發(fā)現(xiàn)其大部分故障具有共性。

該型電源電路主要由抗干擾（EMI）電路、橋式整流濾波電路、功率因數(shù)校正（PFC）電路、輔助電源電路、DC/DC變換電路以及過流、電壓檢測電路、開關(guān)機(jī)控制等電路組成。其中功率因數(shù)校正（PFC）控制電路在插板1（CBl）上，過流檢測、電壓檢測、開關(guān)機(jī)控制電路以及DC/DC變換的控制電路在插板2（CB2）和插板3（CB3）上。

圖1到圖3分別為根據(jù)實(shí)物繪制的抗干擾（EMI）整流濾波及功率因數(shù)校正（PFC）電路、輔助電源電路、DC/DC變換電路的原理圖。

一、抗干擾（EMI）、整流濾波及功率因數(shù)校正（PFC）電路電路

電路見圖1.AC220V交流市電經(jīng)保險絲Fl和由CX1、RIA、RIB、LF1、CX2、THR1組成的共模濾波電路。送到整流橋堆DBD1.該部分電路不僅可抑制從電網(wǎng)輸入的各種電磁干擾信號，還可防止電源工作時產(chǎn)生的高頻脈沖竄入電網(wǎng)。整流濾波電路由DBD1、D2、C2、C13、D3、C3組成，當(dāng)輸入電壓分別為220V和110V的交流電時。1A點(diǎn)（C3兩端）的電壓值分別為285V和148V。

圖1中的其他部分構(gòu)成功率因數(shù)校正（PFC）電路，其核心控制器件是Ul（UCC3817AN）。Ll為儲能電感，Q1為功率開關(guān)管，正常情況下，它工作在開關(guān)狀態(tài)。

UCC3818AN芯片具有較低的啟動電流（典型值150μA）、較低的功率損耗、過，欠電壓保護(hù)、高精度乘法器、精密功率限制、寬電壓輸入范圍工作的特性。電路采用固定頻率工作方式、平均電流模式PWM型升壓變換。在本電路中。Ul的工作頻率設(shè)計(jì)在lOOkHz左右，輸出電壓的取樣從（11）腳輸入到U1.Ul內(nèi)部的邏輯比較控制電路根據(jù)這些參數(shù)的變化進(jìn)行比較與運(yùn)算，確定輸出工作脈沖信號的占空比，以維持輸出電壓（電容C2兩端）的穩(wěn)定。由于其內(nèi)部的電壓誤差放大器的同相端為7.5V,因此，當(dāng)IF點(diǎn)的電位小于7.5V時，它控制輸出端脈沖的占空比增大。反之亦然。該電源設(shè)計(jì)為保持輸出電壓（電容C2兩端）365V.在輸出功率不變的的情況下，輸入電壓降低，（16）腳的輸出脈沖的占空比變大；在輸入電壓不變的情況下，輸出功率變小，（16）腳的輸出脈沖的占空比變小。反之亦然。當(dāng)電容C2兩端電壓的電壓小于108V,1G點(diǎn)的電位小于1.9V時，該電位被送到Ul（10）腳，通過內(nèi)部邏輯電路的控制，關(guān)斷輸出驅(qū)動脈沖信號，Ql截止，實(shí)現(xiàn)欠電壓保護(hù)；當(dāng)電容C2兩端電壓的電壓高于420V.1G點(diǎn)的電位大于8V時，經(jīng)內(nèi)部邏輯電路的控制，同樣關(guān)斷輸出驅(qū)動脈沖信號，01截止，實(shí)現(xiàn)過電壓保護(hù)。在輸入交流電的每個半周期里，UI（16）腳的輸出脈沖的占空比是變化的，在lVACI的最高點(diǎn)，輸出脈沖的占空比最小。由于01與D1交替導(dǎo)通，使得橋式整流管的輸出電流經(jīng)電感Ll連續(xù)流動，橋式整流管在交流電源電壓的每個半周期內(nèi)導(dǎo)通角接近I800.交流電源的電流與電壓保持同相同位（波形為正弦波）。因此系統(tǒng)的功率因數(shù)接近于1.UCC3817AN各引腳的功能和在線實(shí)測參數(shù)見表1（交流220V輸入，空載。對地電阻欄左邊項(xiàng)為黑表筆接地測量，右邊項(xiàng)為紅表筆接地測量，萬用表為VICTORVC9805A型）。

二、輔助電源電路

電路見圖2.它以單片開關(guān)電源集成電路TOP223Y為核心，由線性光電耦合器PC817、精密三端穩(wěn)壓器431、開關(guān)變壓器等主要器件構(gòu)成。該電源電路除了為服務(wù)器提供+5VSB外，還通過CB2-J1.5為DC/DC變換電路提供17V工作電源，通過CB2-J2.6和CB2-J2.7為DC/DC變換電路的電壓檢測、過流保護(hù)等電路提供+5v電源，通過CB3.3為插板3提供19V工作電源。TOP223Y單片開關(guān)電源集成電路為美國PI公司研制的第二代產(chǎn)品，它內(nèi)含脈寬調(diào)制控制電路（PWM）、功率開關(guān)場效應(yīng)管（MOSFET）、自動偏置電路、保護(hù)電路、高壓啟動電路和環(huán)路補(bǔ)償?shù)入娐贰＿m應(yīng)較寬的交流電壓和頻率范圍，在寬電壓范圍輸入時，可適應(yīng)，85V一265V的交流電，輸入頻率范圍為47Hz440Hz.該集成電路只有三個引腳（源極S、漏極D和控制端C）。其控制端C和漏極D均為多功能引出端。

其中，控制端有4個作用：利用控制電流IC的大小來調(diào)節(jié)功率開關(guān)管工作占空比：

為芯片提供正常工作的偏置電流；通過外接旁路電容來決定自動重啟的頻率：對控制回路進(jìn)行補(bǔ)償，.漏極與片內(nèi)的功率開關(guān)管的漏極相連，通過與漏極相連的高壓電流源，為芯片提供工作所需要的啟動電流：通過與漏極相連的過電流比較電路，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)功能。源極與散熱器相連，接地。

該電路為單端反激式開關(guān)電源，工作頻率為IOOkHz.其工作過程是：由抗干擾（EMI）、整流濾波及功率因數(shù)校正（PFC）電路產(chǎn)生的輸出電壓VO（365V）。經(jīng)高頻變壓器T2的初級加到單片開關(guān)電源集成電路TOP223Y的漏極D,經(jīng)該集成電路內(nèi)部電路的控制，使其功率開關(guān)管以一定占空比導(dǎo)通工作，高頻變壓器的次級經(jīng)D23、D9、D8整流，C31、C7、c5濾波以及相關(guān)穩(wěn)壓控制電路的控制分別輸出19V、+5VSB、17V電壓。當(dāng)因某種原因?qū)е螺敵鲭妷荷仙龝r。+5VSB經(jīng)R42、R34、R51、C36組成的分壓網(wǎng)絡(luò)的作用，使得可調(diào)型精密穩(wěn)壓器431（ICl）的控制端（D點(diǎn)）的電位升高，引起431（ICl）的輸出端（C點(diǎn)）的電位降低。使得光電耦合器中發(fā)光二極管的亮度增加，光電耦合器中三極管導(dǎo)通增強(qiáng)，流人單片開關(guān)電源集成電路TOP223Y控制端C的電流增大，使TOP223Y內(nèi)功率開關(guān)管的導(dǎo)通占空比下降，使各輸出電壓降低。反過來，當(dāng)因某種原因?qū)е螺敵鲭妷合陆禃r，其控制過程與上述相反。

在圖2所示的電路中。C6（47μF旁路電容）起到了濾除加到控制端上的尖峰脈沖電流的作用，除此之外，它還具有如下功能：一是為門驅(qū)動極提供電流。剛啟動電路時，由高壓電流源為TOP223Y控制端提供工作電流IC并對電容C6充電，當(dāng)控制端的電壓達(dá)到5.7V時，高壓電流源被關(guān)斷，脈寬調(diào)制器和功率開關(guān)管開始工作，此后。lC由反饋電路提供：二是決定自動重啟的頻率，當(dāng)C6為47μF時，自動重啟的頻率為1.2Hz;三是該電容與R17、R18、R40等元件一起對控制環(huán)路進(jìn)行補(bǔ)償。

D7（T2D4D）為一快恢復(fù)二極管和鉗位二極管串聯(lián)而成的復(fù)合管，其作用是吸收因功率開關(guān)管關(guān)斷瞬間高頻變壓器上產(chǎn)生的反向尖峰電壓，保護(hù)功率開關(guān)管不被擊穿損壞，維修時可用UF4005與P6KE200串聯(lián)代替。06、R53、R56組成欠電壓保護(hù)電路，當(dāng)輸入的交流電壓過低，在上圖所示電路中TC點(diǎn)的電位降低到4.2V以下時，06導(dǎo)通。TOP223Y的控制端電壓低于4.7V.單片開關(guān)電源集成電路TOP223Y停止工作。04、R52、D23構(gòu)成19V穩(wěn)壓電路。R19、R19A、RIOB、R46以及R49為+5VSB和19V輸出端的假負(fù)載。正常情況下測得電路中各測試點(diǎn)（見中圖）的電壓值，如表2所示。

三、DC/DC變換電路

電路的主要線路如圖3所示。該電路主要是通過控制功率開關(guān)管02的丁作脈沖占空比?？刂崎_關(guān)變壓器T的導(dǎo)通和截止時間，使輸出的各組電壓保持正確穩(wěn)定。其核心控制器件為脈寬調(diào)制（PWM）集成電路UC3844,它內(nèi)部集成了可微調(diào)的振蕩器（用于精確控制占空比）。欠壓閉鎖電路，精確的參考電壓，閉鎖工作邏輯，脈寬調(diào)制PWM比較器等電路，具有過流、欠壓等保護(hù)控制功能。最高工作頻率可達(dá)500MHz.其功能與UC3842、3843等電路類同，只是其欠壓閉鎖（UVLO）閾值為16V（on）和10V（off）。輸出脈沖占空比范圍可從O到50%（UC3842和UC3843的運(yùn)行占空比可接近100qo）。其①腳是內(nèi)部誤差放大器的輸出端，通常與（2）腳之間有反饋網(wǎng)絡(luò)，確定誤差放大器的增益。（2）腳是反饋電壓輸入端，作為內(nèi)部誤差放大器的反桐輸入端，與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓（+2.5V）進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差控制電壓，控制輸出脈沖的寬度。（3）腳為過流檢測輸入端，當(dāng)接入的電壓高于1V時，禁止（6）腳驅(qū)動脈沖的輸出。（4）腳為RT/RC定時電阻和電容的公共接人端，用于產(chǎn)生鋸齒振蕩波，并決定振蕩頻率。（5）腳為接地端。（6）腳為脈寬可調(diào)脈沖輸出端。（7）腳為工作電壓輸入端（16V>Vi≤34V）。（8）腳為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓（Vref=5v）輸出端。

1.工作原理：由輔助電源產(chǎn)生的17V電壓經(jīng)電阻R1（15Ω）及電容Cl、C2濾波后，加到脈寬調(diào)制（PWM）集成電路UC3844的（7）腳，作為其工作電壓。功率因數(shù)校正（PFC）電路輸出的電壓VO（365V）經(jīng)開關(guān)變壓器T的1-2繞組加到功率開關(guān)管Q2的漏極。

UC3844啟動工作后，其（6）腳輸出PWM工作脈沖，通過由阻容元件R2、C3、三極管Ql、Q2等器件組成的驅(qū)動電路，經(jīng)R14和二極管Dl0驅(qū)動功率開關(guān)管Q2工作，這時功率開關(guān)管交替工作于飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)。其工作頻率主要由電阻R13以及電容C9決定（在本電路中振蕩頻率約為lOOkHz）。在工作期間，開關(guān)變壓器T的1-2繞組有高頻脈沖電流流過，由于交流互感的作用，變壓器其他繞組也產(chǎn)生不同電壓的交流電，其中，3-4繞組經(jīng)D12整流，CL1以及C16~C18濾波后再經(jīng)過D16輸出+5v電壓。5-6繞組經(jīng)Dll整流，CL1以及Cll濾波再經(jīng)03以及C12和nl5輸出+12V電壓，03的導(dǎo)通與否，受過流檢測、電壓檢測、開關(guān)機(jī)控制電路（CB2-3）的控制。7-8繞組經(jīng)D13整流。L3、SR1以及C20、C21濾波后再經(jīng)過D17輸出+3.3V電壓。-12V與-5v是由3-4繞組經(jīng)D14整流，CL1以及C22濾波后再經(jīng)三端穩(wěn)壓器U2（7912）和U3（7905）等電路獲得的。上圖中。Wl、W2、W3為康銅電阻，它們兩端都連接到CB2-3電路，作為過流保護(hù)的檢測點(diǎn)。3-4繞組的輸出經(jīng)D19、R31及C26整流濾波后，其輸出電壓（3M點(diǎn)）接到CB2-3電路，通過比較處理后控制光電耦合器PC201內(nèi)發(fā)光二極管的光亮，控制內(nèi)部三極管的導(dǎo)通程度，來調(diào)整UC3844（2）腳的電平，使UC3844（6）腳輸出的脈沖信號的占空比發(fā)生變化，使功率開關(guān)管Q2的導(dǎo)通截止時間發(fā)生變化，進(jìn)而達(dá)到使各個輸出電壓穩(wěn)定。電路中C19與R26、C30與R21、C14與R23、C25與R47分別為各組電源的尖峰脈沖抑制電路。

2.功率管的保護(hù)：該保護(hù)電路由R16、C4及D5組成，它們接在開關(guān)變壓器T的1-2繞組間。由于功率開關(guān)管02交替工作在飽和導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)間，當(dāng)功率開關(guān)管由飽和導(dǎo)通變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)時，在1-2繞組間會產(chǎn)生瞬間反向尖峰電壓，如果沒有泄放電路，功率管的漏（D）源（S）極很可能會被擊穿。通過該保護(hù)電路可將反向尖峰電壓釋放掉，從而起到保護(hù)功率管的作用。

3、過流、過載保護(hù)：該保護(hù)電路有三部分。

第一部分電路由R15與電阻R4組成。當(dāng)功率開關(guān)管Q2的電流突然增大時，電阻R15非對地端的電壓升高，該電壓經(jīng)1.5kΩ電阻r4加到UC3844的（3）腳，當(dāng)該腳電壓高于IV時，內(nèi)部控制電路控制（6）腳停止輸出驅(qū)動脈沖，Q2截止。第二部分電路由電壓比較器UC及R10、R12、C8、R15、D6、R14、Cl0等外圍電路組成，當(dāng)負(fù)載過重使得輸出電壓下降時，通過過流檢測、電壓檢測、開關(guān)機(jī)控制（CB2-3）電路的反饋控制必然引起UC3844芯片（1）腳的電壓升高。當(dāng)該腳電壓高到使UC（11）腳的電壓大干2.5V時，其（13）腳輸出高電平，使加到UC3844（3）腳的電平高于lv.UC3844內(nèi)部控制電路控制（6）腳停止輸出驅(qū)動脈沖。Q2截止。

第三部分是由光電耦合器PC201以及過流檢測電路組成（這部分電路未畫）的，當(dāng)負(fù)載過重導(dǎo)致Wl、W2、W3任意一個兩端的電壓超過特定值時，過流檢測電路使光電耦合器PC201內(nèi)部的發(fā)光二極管亮度增加，使其內(nèi)部的三極管導(dǎo)通增強(qiáng)，進(jìn)而抬高UC3844（2）腳的電壓，使得（6）腳輸出的驅(qū)動信號的脈沖占空比降低。

4.欠電壓保護(hù)：當(dāng)PFC輸出的電壓vo低于210V時，在圖1電路中，經(jīng)R7、R8與R39分壓后，TB點(diǎn)（IF點(diǎn)）的電位將低于4.33V.該點(diǎn)電位經(jīng)lkΩ電阻R18接到本電路UA的（7）腳。由于該比較器的反向輸入端（6）腳的電位由Vref（+5V）電壓經(jīng)R19（1.5kΩ）與R20（lOkΩ）分壓得到，其電位值為4.33V.這時，比較器UA的（1）腳將輸出低電平，經(jīng)二極管后將UC3844（1）腳的電位拉低到1V以下，經(jīng)內(nèi)部邏輯控制電路的控制。UC3844的（6）腳停止輸出脈沖驅(qū)動信號，功率開關(guān)管02截止。

當(dāng)輸入的交流電壓過低（lA點(diǎn)的電位低于108V）時，使得TD（IC）點(diǎn)的電位低于2.5V時，該電位經(jīng)電阻R22（4.7kΩ）加到電壓比較器UB的正向輸入端。由于其反向輸入端（4）腳電位是2.5V.因此其輸出端（2）腳的電位變低，使電壓比較器UD的輸出端（14）腳輸出低電平，將UC3844（1）腳的電位強(qiáng)制拉低到1V以下，UC3844（6）腳停止輸出脈沖驅(qū)動信號，功率開關(guān)管Q2截止。

5.開/關(guān)機(jī)控制：開，關(guān)機(jī)控制電路位于插板2上，其電路原理圖如圖4所示。開關(guān)機(jī)控制信號由服務(wù)器經(jīng)金手指插頭送到插板2到達(dá)該控制電路。從電路看，只有當(dāng)兩個控制信號KZ1和K22均為低電平時，電壓比較器UI和U2的輸出才能都為高電平，光電耦合器PC202內(nèi)的三極管才能截止。UC3844的（1）腳不被強(qiáng)制拉低，UC3844才能夠正常工作。在維修電源檢測工作點(diǎn)時，需將這兩個控制信號接地，否則，主電源（DC/DC變換電路）無法工作。

這兩個控制信號的輸入點(diǎn)分別位于金手指正面的最右邊和背面左起第7指。