电脑电源又称为ATX电源,学习电源维修其实还是相对比较简单的,先掌握原理,然后实践也比较容易掌握常见电脑电源故障的维修了,笔者今天整理了下大学时期电源维修实习的一些学习思路,供学习电源知识的朋友学习.
1．学习任务
要求认识计算机电源的结构、掌握工作原理故障检查方法等。
2．教学设计
以小组为单位，每个小组一只计算机电源。用行为导向法要求学生先观察计算机电源的内部结构，并写下组成该计算机电源的部件名称。展示并进行说明。教师进行点评。电脑百科网-WwW.PC841.Com领先的中国电脑IT技术网!
教师讲解计算机电源的结构，介绍各部件的基本情况。讲解计算机电源的工作原理和故障维修。然后学生进行相关的技能训练。实习中也可在电脑公司进行与教师节电源有关的技能训练。
3．项目内容
任务1 了解计算机开关电源基本结构及原理
一、计算机开关电源的基本结构
1．ATX电源与AT电源的区别
目前计算机开关电源有AT和ATX两种类型。ATX电源与AT电源的区别为：
1）待机状态不同
ATX电源增加了辅助电源电路，只要220V市电输入，无论是否开机，始终输出一组+5V SB待机电压，供PC机主板电源监控单元、网络通信接口、系统时钟芯片等使用，为ATX电源启动作准备。
2）电源启动方式不同
AT电源采用交流电源开关直接控制电源的通断，ATX电源则采用点动式电源启闭按钮，实质是用PS-ON直流控制信号启动/关闭电源。具有键盘开/关机、定时开/关机、Modem唤醒远程开／关机、软件关机等控制功能。
3）输出电压不同
AT电源共有四路输出(±5V、±12V)，另向主板提供一个PG电源准备就绪的信号。ATX电源PW-0K信号与PG信号功能相同，还增加了+3.3V、+5V SB供电输出和PS-ON电源启闭控制信号，其中+3.3V向CPU、PCI总线供电。
各档电压的输出电流值大约如下：
+5V +12V -5V -12V +3.3V +5V SB
21A 6A 0.3A 0.8A 14A 0.8A
4）主板综合供电插头接口不同
AT电源的6芯P8和P9电源插头，在ATX结构中被20芯双列直排插头所替代，具有可靠的防插反装置。对于Pentium 4机型的ATX电源，除大4芯(D形)和小4芯电源接口插头外，还增加4芯12V CPU专用电源插头及6芯+3.3V、+5V电源增强型插头。
2．计算机开关电源的基本结构
目前，计算机电源大多采用他激双管半桥定频调宽式开关电源。电源中还输出一个特殊的“POWER GOOD”信号。电源开启后PG信号为低电平，送给系统时钟电路，由该信号产生一个复位信号(RESET)用于系统复位。经100～500ms的延时后，PG信号由低电平变成高电平，系统复位结束，主机启动并开始正常运行。PG信号作用就是当电源输出的直流电压均稳定后，才使系统初始化复位，以保证计算机系统状态的稳定与可靠。由此可见，当电源正常时，PG信号也正常，系统能够正常启动，否则系统无法进入启动状态。
他激式脉宽调制ATX开关电源电路主要由交流输入整流滤波电路、辅助电源电路、TL494脉宽调制电路、半桥式功率变换电路、PS-ON和PW-OK产生电路、自动稳压与保护控制电路、多路直流稳压输出电路等组成。他激式开关稳压电源原理结构框图如图12-1所示。
二、他激式开关电源的基本原理
220V交流电经交流滤波电路滤除外来的杂波信号，再经桥式整流和滤波电路后得到约300V的直流电，送给半桥式功率变换电路进行功率转换。功率变换电路中的开关功率管在脉冲宽度调制控制组件(TL494)输出的脉冲控制和驱动下，工作在开关状态，从而将300V直流电切换成宽度可变的高频脉冲电压。高频脉冲电压经高频变压器向外输出脉冲交流电给高频整流滤波电路，经高频整流滤波后便可得到计算机所需的各种直流电压。输出电压下降或上升时，由取样电路将取样信号送入控制电路，经过其内部调制，由控制电路的输出端将变宽的或变窄的驱动脉冲送至两个开关功率管(如图12-2所示)，使变换电路产生的高频脉冲方波也随之变宽或变窄，由此改变输出电压平均值的大小，从而使直流电压基本稳定在所需的电压值上。
另外，ATX电源一般都具有保护电路，进行过压、过流保护和欠压保护，以保证计算机的安全。
任务2 掌握他激半桥式开关电源电路原理分析
一、ATX开关电源电路组成
1．各功能电路组成
ATX开关电源由交流输入整流滤波电路，辅助电源电路，脉宽调制控制电路，半桥功率变换电路，PS-ON和PW-OK产生电路，自动稳压与保护控制电路，多路直流稳压输出电路等组成。
2．直流电源额定输出
ATX开关电源其20芯电源插头各引脚定义如图12-3所示。
3．脉宽调制芯片TL494
电压驱动型脉宽调制芯片TL494采用7～41V的工作电压，内部基准电压为5V，最高工作频率300kHz，可推挽/单端输出，最大输出电流为250mA。内部框图如图12-4所示，引脚功能见表12-1。
二、ATX开关电源工作原理
1．ATX开关电源待机状态
1）交流输入整流滤波电路
220V交流电经热敏电阻THR、交流保险FU；C3、C4交流滤波电路，进入由VR1至VR4二极管组成的桥式整流电路。在C5、C6串联滤波电容和R2、R3均压电阻上得到300V的直流电压，作为半桥功率变换电路及辅助电源电路的工作电压。
热敏电阻用作开机瞬间的限流，以防烧断保险。交流滤波电路用来滤除外来的交流干扰。
2）辅助电源电路及+5V SB输出
300V直流电压经R72限流，向由振荡管VT15、变压器T3、定时电路C44、R74等组成的辅助电源电路供电，产生脉冲振荡。
图中C42、R77组成VT15集电极尖峰抑制电路，当VT15集电极电流被关断时，利用C42的充电特性，抑制集电极尖峰电压的上升速率，保护VT15振荡管不被瞬时击穿。
VT15饱和期间，T3二次绕组输出端的感应电势为负，整流管VR5、VR6截止，流经一次绕组的导通电流以磁能的形式储存在T3中。当VT15由饱和转向截止时，二次绕组的感应电势为正，VR5整流输出电压供IC16三端稳压器7805，IC16输出+5V SB。若该电压丢失，主板就不能使ATX电源启动。VR6整流输出电压供待机时IC1脉宽调制芯片TL494的12脚，此时14脚输出5V基准电压，提供ATX开关电源控制电路的工作电压。
3）PS-ON高电平
待机状态，ATX主板启闭控制电路的电子开关断开，IC1的14脚5V基准电压，经 R61、R62、IC10精密稳压调节器WL431控制端R、阳极A至直流地，组成PS-ON控制信号的直流分压电路，PS-ON信号为高电平(3.6V)。
4）PW-OK零电平
PW-OK产生电路由IC5电压比较器LM393(双运放)的1、2、3脚，VT21、C60及其周边元件构成。IC1反相输入2脚，接由基准电压5V经R38、R37分压后的比较电压，待机时IC1同相输入1脚电位为0V，脉宽调制控制3脚为低电平。VT21导通，将IC5同相输入端3脚电位拉至低电平，小于反相输入端2脚由基准电压5V经R105和R106分压后的比较电位，输出端1脚低电位，PW-OK向主机输出零电平的电源自检信号，通知主机停止工作处于休眠待命状态。电脑百科网-WwW.PC841.Com领先的中国电脑IT技术网!
5）停止提供+3.3V、±5V、±12V直流电源
PS-ON信号控制IC1的4脚死区电位，ICl0控制端R与阴极K之间的控制信号呈反相调节特性，待机时PS-ON为高电平，UR高电位，UK电位下降，VT7导通。5V基准电压由VT7的 e、c极，经R100、R101加至VT20的b极。VT20导通，c极接地，经VD51钳位，将IC5的3脚输入电位拉至低电平，使PW-OK变为零电平。另一路经R80、VD25、C50、C40送人IC1的4脚，当4脚电位超过3V时，封锁8、11脚的调制脉宽输出。T2推动变压器原边绕组VT3、VT4推动管，由于导通，T2付方无感应电压。VT1、VT2开关管截止，T1开关变压器无输出，停止提供+3.3V、±5V、±12V直流电源输出。
2．ATX开关电源受控启动状态
1）PS-ON零电平
当按主机面板的电源启闭按钮，或在BIOS电源自动管理程序中设置键盘开机、定时开机、网络开机等控制方式启动ATX电源后，PS-ON控制端被计算机主板启闭控制电路的电子开关接地，PS-ON信号零电平。
2）脉宽调制及推动电路
PS-ON零电位导致IC10的 UR为零电位，UK电位升至5V，VT7截止，c极零电位。IC1的4脚电位由5V基准电压经R90、R40所组成的分压电路被建立在一个约0.2V的正常低电平，允许8、11脚输出相位差180°的脉宽调制控制信号，频率为IC1的5、6脚外接定时阻容元件振荡频率的一半。脉宽调制控制信号控制VT3、VT4交替工作，继而推动VT1、VT2交替工作，C5、C6通过VT1、VT2以不同方向交替作用于T1的一次绕组，二次绕组的感应电势经整流滤波形成+3.3V、±5V、±12V的输出电压。
VD17、VD18以及C27用于抬高VT3、VT4发射极电位，用以提高VT3、VT4的截止电平。
由于某种原因，PS-ON出现短时间的低电平，因C31两端电压不能突变，IC1的4脚出现高电平，8、11脚无驱动脉冲输出，消除ATX电源输出误动作的可能性。随着5V基准电压对C31的充电，IC1的4脚电位由PS-ON信号控制。
3）半桥功率变换电路
T2副边绕组、开关管VT1、VT2及其周边元件，T1原边绕组，防偏磁电容C8构成半桥功率变换电路，C8和T1原边绕组构成半桥功率变换电路的输出。当IC1的8脚输出脉宽调制信号的低电平时，VT3截止，VT4导通，此时储存在T2原边N2绕组中的能量经VD16、N2、N1、VT4进行泄放的反向电流I2，和N1绕组中的电流I1(经VD14、R54、N1、VT4形成回路)，在T2副边产生的感应电压使N3绕组上负下正，N4绕组上正下负，VT1因基极反偏截止，VT2因基极正偏导通。在此期间，储存在C6电容上的150V直流电压由C6正极→C8→T1原边绕组→T2的N5绕组→VT2c、e极→C6负极形成放电回路，该回路还包括300V直流电压对C5形成的充电电流。
流经T2的N5绕组的电流在N3、N4绕组产生的感应电压加速VT2饱和，VT1截止当IC1的11脚输出脉冲低电平的控制信号时，VT4截止，VT3导通。储存在T2原边N1绕组中的能量，经VD15、N1、N2、VT3进行泄放的反向电流I1，与N2绕组中的电流I2(经VD14、R54、N2、VT3形成回路)，在T2副边绕组中产生的感应电压共同作用使N3绕组上正下负，N4绕组上负下正，VT1导通，VT2截止，300V直流电压和C5放电电流经VT1的c、e极→T2的N5绕组→T1原边绕组→C8→C6正极→C6负极，形成对C6的充电回路。流经T2的N5绕组的反向电流在N3、N4绕组产生的感应电压加速VT1饱和，VT2截止。
当IC1的8、11脚均输出高电平的控制信号时，VT3、VT4因基极正偏导通，流经T2原边N1、N2绕组的电流，在T2副边N3、N4绕组产生的感应电压大小相等、极性相同均为上负下正，VT1、VT2基极反偏截止，此段时间称为死区控制时间。
C4、C10、VD3、VD4、R5至R10组成两组具有负偏压特性的基极触发电路，在正极性的脉冲电压作用期间，通过对加速电容C4或C10充电，充电电压值由VD3、R9或VD4、R10正向导通电压确定，瞬间提供很大的正向偏置基极电流，加速开关管的导通。在负极性的脉冲电压作用期间，由C4或C10的放电产生的反向电流加快开关管的关断速度。若C4经N3、R7、VT1的be极等效电阻、R5，以及C10经N4、R8、VT2的be极等效电阻、R6所形成的负极性电压放电回路的时间常数，远大于IC1输出的脉宽调制周期的话，则经过若干个重复周期，会在VT1和VT2的基极最终形成负向偏压，减小开关时间，加速电路转换。
并接在VT1、VT2开关管及VT3、VT4推动管c、e极的换向二极管VD1、VD2、VD15、VD16，在晶体管截止瞬间，既能将可能出现在集电极上的负极性反向尖峰电压旁路，保护晶体管不被反向击穿，又能将电感线圈中储存的能量进行泄放。跨接在T1原边由R4、C7组成的缓冲回路，有效地抑制出现在高频开关变压器原边绕组上的尖峰干扰脉冲。
4）+3.3V、±5V、±12V直流稳压输出电路
T1副边降压绕组N2感应的矩形电压脉冲，一路经肖特基二极管VD12全波整流，电感L7、L5平滑滤波，在直流负载电阻R31、R30上得到+3.3V直流电压。
T1副边N3绕组感应的交变电压，经快恢复二极管VD6全波整流，一路经共模扼电感L1-1、电感L4、C16和R82滤波回路，输出+12V电压，ATX开关电源冷却风扇接在12V电压输出端上。另一路经快恢复二极管VD20，输出约25V直流电压，其值大于辅助电源变压器T3副边N3绕组整流输出的最大电压，ATX电源启动后，由它向IC1和T2原边绕组提供工作电压。
N3绕组感应的交变电压，另一路由快恢复二极管VD7、VD8的负向全波整流，经共模扼流电感L1-2、电感L3，一路经三端稳压器7905输出-5V电压。另一路经C20、R14、VD9整流滤波回路，输出-12V电压。并联在N3绕组上的C13、R13尖峰吸收回路，能有效抑制当整流管截止时出现在N3绕组上的尖峰干扰脉冲。
5）PW-OK高电平
受控启动后IC1误差放大器的输出导致3脚控制电位上升，VT21由导通进入截止状态，e极电压由基准电压5V经R104对C60充电来建立，随着C60充电的逐渐进行，IC5同相端3脚控制电平逐渐上升，一旦大于反相端2脚的固定分压比，经正反馈迟滞比较器，在开关电源输出电压稳定后再延迟几百毫秒，1脚输出由零电平起跳到+5V高电平的PW-OK信号。
主机检测到PW-OK电源完好的信号后，进入系统初始化操作和自举启动的运行。
若主机运行过程中遇市电掉电或用户关机时，IC1的12脚的25V输入跌落至零的时间大于ATX电源+5V输出端的电压消失时间，则IC1同相端1脚误差采样电位提前下降到小于反相端2脚的基准电位，使IC1的3脚脉宽调制控制电位下降，经R63使VT21基极电位下降，一旦VT21的e、b极电压达到0.7V时，VT21饱和导通，IC5的3脚电位迅速下降，当3脚电位小于2脚的基准电位时，IC5的1脚将立即从5V下跳至零电平。关机时PW-OK信号比ATX开关电源输出电压提前100～200ms先行消失，若硬盘正在执行读写操作，通知主机硬盘控制系统立即将磁头回退到安全着陆区，防止突然掉电时硬盘盘片被划伤损坏。
3．自动稳压控制电路
1）+3.3V自动稳压输出电路
ATX电源在T1副边+3.3V输出端设置了二次自动稳压控制电路，通过改变L6可变感抗，控制+3.3V输出电压精确稳定。若输出电压上升，经R31、R30取样的IC4的UR电位上升，UK电位下降，VT11饱和导通。在T1副边N2绕组L6侧交变矩形脉冲的正半周期间，VD11截止，VD13导通，VT11的c极电位0.7V；在负半周期间，VD13截止，VD11导通，由VT11的e、c极饱和导通向L6注入的反向电流使L6可变感抗增大，导致VD12整流输出电压降低。3.3V电压下降又使VT11导通程度减弱，注入L6的反向电流使L6可变感抗减小，VD12整流输出电压上升，最后使3.3V电压稳定。R29、C25组成IC4(WL431)的负反馈控制回路。
2）+5V、+12V自动稳压控制电路IC1的1、2脚误差放大器，取样电阻R33、R34、R35构成+5V、+12V自动稳压控制电路。R39、C32组成误差放大器负反馈回路。当+5V或+12V输出电压升高时，IC1同相端1脚电位大于反相端2脚基准电压，使8、11脚输出相位差180°的低电平脉宽变窄，VT3、VT4截止时间变短，即VT1、VT2导通时间变短，T1原边绕组的矩形脉宽变窄，经副边降压绕组整流输出的各组直流电压下降。反之稳压控制过程相反。
4．自动保护控制电路
1）+3.3V、+5V过压，-5V、-12V欠压保护电路
R32、VZ4组成+3.3V过压取样电路，+5V过压取样信号一路加至VZ5，另一路至R48，作为欠压取样电路的偏置电压；由R46、R47、R48、VD21组成欠压取样电路，-12V欠压取样信号接至R47，-5V欠压取样信号接至VD21。ATX电源输出电压正常时，保护电路不影响IC1 4脚死区控制电平。当出现+3.3V输出过压时，稳压管VZ4击穿导通；+5V输出过压，稳压管VZ5击穿导通；-5V、-12V输出欠压，负电位的绝对值越小，在分压器R48、R46、R47、VD21的公共接点VD22正极处所形成的监控信号电位越高，导致VD22导通。过压、欠压保护信号最终汇集在VT5基极，只要取样信号有一路过压或欠压，VT5导通，c极零电位，VT6导通，基准电压5V经VT6的ec极，一路经VD23、R44加至VT5的b极，加强VT5导通，另一路经VD24加至IC1的4脚，封锁8、11脚脉宽调制输出，使VT2、VT1截止，停止各路电压输出。
为防止ATX电源受控启动瞬间，电源输出电压尚未达到标称值时，出现-5V、-12V欠压保护误动作，从而使VT5、VT6导通，造成错误地向IC1的4脚送出约4.2V高电平，导致ATX电源不能被受控启动，引入了启动电容C34。开机瞬间电容C34两端电压不能突变，VT5、VT6截止，不影响此IC1的4脚死区控制电平。
2）过流保护控制电路
过流保护控制是根据输出负载越重，流过T1原边线圈N1的电流越大，同时流过T2副边线圈N5的电流也越大，T2原边线圈N1、N2的VT3、VT4集电极截止电压越高的规律，从T2原边绕组电源输人经VD14、R54进行取样，经VD19、R53、在C28建立累积电压，经R49至R52分压，一旦过流保护的采样电压平均值超过稳压管VZ3的稳压值，VT5、VT6导通，使IC1的4脚电压为高电平，封锁8、11脚脉宽调制输出，使VT2、VT1截止，停止各路电压输出。
任务3 掌握计算机稳压电源常见故障处理
检修ATX开关电源，应从PS-ON和PW-OK、+5V SB信号人手。脱机带电检测ATX电源待机状态时，+5V SB、PS-ON信号高电平，PW-OK低电平，其他电压无输出。ATX电源由待机状态转为启动受控状态的方法是：用一根导线把ATX插头14脚PS-ON信号，与任一地端3、5、7、13、15、16、17中的一脚短接，此时PS-ON信号为零电平，PW-OK、+5V SB信号为高电平，开关电源风扇旋转，ATX插头+3.3V、+5V、+12V有输出。
一、常见故障分析与处理
1．电源无输出
当电源在有负载情况下，测量不出各输出端的直流电压时即认为电源无输出。这时应先打开电源检查保险丝，通过保险丝熔断情况来分析故障范围。
1）保险丝熔断并发黑
说明有严重短路现象，应重点检查整流滤波和功率逆变电路。
(1)交流滤波电容C3、C4因交流浪涌电压击穿而短路，有些ATX电源交流滤波电路比较复杂，应检查是否有短路的元件。
(2)交流主回路桥式整流电路中某个二极管击穿。损坏原因：由于直流滤波电容C5、C6一般为330μF或470μF的大容量电解电容，瞬间充电电流可达20A以上。所以瞬间大容量的浪涌电流易造成整流桥中某个性能略差的整流管烧坏。另外交流浪涌电压也会击穿整流二极管而短路。
(3)整流滤波电路中的直流滤波电容C5、C6击穿，甚至发生爆裂现象。损坏原因：由于大容量的电解电容耐压一般为200V左右，而实际工作电压达到150V左右，接近额定值。因此，当输入电压产生波动或某些电解电容质量较差时，就容易发生击穿电容现象。另外当电解电容发生漏电时，就会严重发热而爆裂。
(4)直流变换电路中的功率开关晶体管VT1、VT2和换向二极管VD1、VD2击穿损坏。损坏原因：由于整流滤波后的输出电压一般高达300V左右，逆变功率开关管的负载又是感性负载，漏感所形成的电压峰值可能接近于600V，而VT1、VT2的耐压Vceo只有450V左右。因此当输入电压偏高时，某些耐压偏低的开关管将被击穿。所以可选择耐压更高的功率开关管。
2）保险丝熔断但不发黑
说明不是短路引起保险丝熔断。
(1)通电瞬间烧断保险，多为瞬间的大电流将保险冲断，如开机时直流滤波电容的充电电流。
(2)使用过程中烧断保险，多为负载过大所致。
3）保险丝未熔断
如电源无输出。而保险丝完好，则应检查电源控制线路中是否有开路、短路现象，以及过压、过流保护电路是否动作，辅助电源是否完好等。
(1)交流输入回路的限流电阻THR开路，此时测不到300V直流电压。开关电源采用220V直接整流滤波电路，当接通交流电压时会有较大的浪涌电流(电容充电电流)，浪涌电流易造成限流电阻或保险丝熔断。
(2)辅助电源无+5V电压输出。应重点检查辅助电源电路中的相关元件，如辅助电源电路VT15振荡管损坏，VZ16稳压管、VD30、VD41二极管击穿短路，限流电阻R72或启动电阻R76断路等。
(3)脉宽调制芯片TL494损坏，电压比较器LM393损坏。另外如IC10、VT7短路，会使IC1的4脚的电压为高电平，而处于待机状态。
(4)直流输出端有短路，此时短路保护会起作用。其现象是开机瞬间电源指示亮，然后马上又熄灭。应仔细检查±5V、±12V线路是否有破损或电路板上有击穿的器件。一般最为常见+5V直流回路的肖特基二级管被击穿。
(5)直流输出过压，此时过压保护会起作用。此时应检查+5V、+12V自动稳压控制电路是否损坏，使自动稳压控制失效。
2．受控启动后直流电源无输出
(1)T2原边VT3、VT4推动管损坏，R54电阻阻值变大；
(2)半桥功率变换电路开关管VT1、VT2至少有一个开路；
(3)防偏磁电容C8容量变小或开路。
3．电源有输出，但开机不自检
这主要是因为电源的PW-OK信号延迟时间不够或无输出造成的。开机后，用电压表测量PW-OK的输出端(电源插头的8脚)有无+5V。此时应检查比较器LM393是否损坏。如因延时不够，则应检查延时电路中的电阻R104和电容C60。
4．电源负载能力差
电源负载能力差主要表现为：电源在轻负载情况下，如只向系统板、软驱供电时，能正常工作，而在配上大硬盘、扩充其他设备时，往往电源工作就不正常。这种情况一般是功率变换电路的开关管VT1、VT2性能不好，滤波电容器C5、C6容量不足。更换滤波电容时应注意2个电容的容量和耐压值必须一致。
5．电源输出电压不准
如果只有一档电压偏离额定值，而其他各档电压均正常，则是该档电压的集成稳压电路或整流二极管损坏。如全部偏离额定值，则是由IC1的1、2脚误差放大器，R39、C32误差放大器负反馈回路，取样电阻R33、R34、R35、构成+5V、+12V自动稳压控制电路有故障。
在更换电源电路中的二级管时要注意，因为逆变器工作频率较高，一般大于20kHz，另外负载电流也较大，故电源中+5V档采用肖特基高频整流二极管SBD，其余各档也采用恢复特性的高频整流二极管FRD。所以在更换时要尽可能找到相同类型的整流二极管，以免再次损坏。
6．风扇不转或发生响声
计算机电源的风扇通常采用接在+12V直流输出端的直流风扇。如果电源输入输出一切正常，而风扇不转，多为风扇电机损坏。如果发出响声，其原因之一是由于机器长期的运转或运输过程中的激烈振动引起风扇的4个固定螺钉松动；其二是风扇内部灰尘太多或含油轴承缺油，只要及时清理或加入适量的高级润滑油，故障就可排除。
三、计算机电源使用与维护
(1)对供电质量不太好、电压波动比较严重的地方应考虑选择交流稳压电源或选择UPS作为前置电源，以免由于电压的波动影响电源工作。
(2)半桥他激式电源具有空载保护特性，空载时，电源有时会自动切断输出。因此，空载时可能测量不到电源输出电压，这时可接一个3～5Ω功率25W左右的电阻，然后再进行测量。
(3)计算机电源稳压和过压采样保护均以+5V电压为基准，所以只有调试好+5V电压后，才能调试其他三档输出电压值。
(4)ATX电源由于没有电源开关，因此当采用软件关机后，应拔去电源插头或断开插座的电源，以保证安全。
任务4 了解UPS电源结构及原理
不间断电源UPS能够在市电断电后实现不间断地向计算机供电，因为断电后计算机靠储存在滤波电容中的能量来维持电流，一般仅能持续半个周期(10ms)左右。UPS能够在10ms之内将蓄电池内的直流电能转变为交流电能重新向计算机供电，这样就实现了对计算机不间断供电，可避免存储器中的数据丢失。
一、UPS的基本结构与原理
图12-6为UPS电源系统的基本结构框图。它是由一套交流+直流充电+交直流逆变装置构成。UPS中的蓄电池在市电正常供电时处于充电状态。一旦市电中断，蓄电池立即将储存的直流电输出给逆变器逆变成交流电供给计算机设备，保持对计算机设备供电的连续性。一般情况下，中小功率后备式UPS靠蓄电池维持供电的时间在10～30min左右。
1．交流滤波调压回路
交流滤波回路主要是对输入的交流电进行滤波净化，去掉电网中的干扰成分。并在一定范围内进行调压。
2．整流充电回路
整流充电回路是将交流整流成直流，经充电电路给蓄电池充电，并向内部提供所需的直流电。
3．蓄电池组电路
在中小型UPS中广泛应用的是M型密封电池，这是一种密封免维护电池。一般每节电池的额定电压可为2V、4V、6V或12V，它们经串并联组成电池组在UPS中使用。
蓄电池的规格容量用安时(Ah)表示，如12V，6Ah／20hR。它表明该电池的输出电压为12V，其标称容量为6Ah。这一指标是指把该电池以20h速率的条件下进行放电（放电电流为6/20=0.3A），一直放电到电池输出的终了电压为10.5V时，所测量到的总安培小时数。
蓄电池是UPS的重要组成部分，蓄电池性能和质量的好坏直接影响到UPS电源整机的质量，它的成本占整机成本的1／3以上。
4．脉宽调制型(PWM)逆变器及控制电路
在UPS中普遍地采用脉冲宽度调制技术(PWM)来实现直流转变成交流，实现直流转变成交流的电路称为逆变器。逆变器及其控制电路是UPS的核心电路。
对于后备式UPS来说，当市电电压低于170V时，此时其内部的交流稳压电路无法维持正常的220V输出，逆变器启动工作，将蓄电池中储存的直流电转变成交流电。输出波形一般为方波，也有一些UPS输出波形为正弦波。而当市电回升到180V以上时，逆变器停止工作，回到市电供电状态(稳压输出为220V)。
对于在线式UPS来说，逆变器始终处于逆变工作状态。市电供电时，不断地将交流电整流成直流后再逆变成交流输出(输出波形为正弦波)。当市电下降到170V以下时，逆变器将蓄电池储存的直流电逆变成交流电输出。市电上升到180V时，又恢复到市电供电状态。
5．检测报警保护电路
为了确保UPS安全可靠的工作，UPS必须设有完善的检测报警保护电路。一般UPS均设有过流、过压、空载保护，电池电压过低、电池极性和交流极性检测电路，指示灯和喇叭报警电路。
6．智能监控及通讯电路
新型的智能UPS具有与计算机通讯和自动监控功能，UPS监控软件通过接口通讯线路随时监控UPS及供电线路的运行情况，记载并提示掉电情况，自动处理掉电时的数据保存与系统保护。
二、UPS分类及特点
1．后备式UPS的特点
1）后备方波输出型
后备方波输出型UPS结构如图12-7所示。当市电正常时，市电220V经高频滤波、抗浪涌无源滤波电路和交流稳压电路输送给负载，同时经充电器给蓄电池充电，这时逆变器不工作。当市电断电后，逆变器启动，将电池的直流能量转变为交流(即DC／AC转换)输送给负载，这期间的转换时间主要由继电器的机械跳动时间和逆变器的启动时间决定，一般要求在4～9ms之内完成。后备式UPS允许市电的变化范围一般在180～250V之间，UPS输出的交流电压稳定度在220V±5％以内。
由于后备式UPS的市电供电和逆变供电均采用同一个变压器，所以它的交流输出火线和零线的位置是固定的，用户在接线时必须遵守它们的接线关系。即UPS的交流输入线零线接零线，火线接火线。另外，后备式UPS电源不能进行频繁的启动和关闭操作。一般要求关闭与启动之间的时间间隔10s左右；否则UPS会处于不正常的状态。
由于后备式UPS电源线路简单，易于实现，噪音低，价格便宜，所以在中小型UPS中得到了广泛应用。
2．在线式UPS的特点电脑百科网-WwW.PC841.Com领先的中国电脑IT技术网!
在线式UPS结构如图12-8所示，市电正常时，输入的交流电经滤波器将电网中的干扰成分滤掉，然后经整流滤波，给蓄电池组充电，并同时给逆变器提供工作电压。逆变器在调制信号的控制下，又将直流电逆变成稳压稳频的交流电(正弦波)给负载供电。市电不正常或断电时，蓄电池直流能量经逆变器转变成交流电，实现不间断供电。
在线式UPS的特点是无论有无市电，都是由逆变器向负载提供交流电，逆变器始终处于工作状态。因此，它从根本上消除了来自市电的电压波动和干扰，真正实现了对负载无干扰、稳压稳频的供电。一般允许市电输入电压的变化范围为180～250V，输出电压稳定范围在220V±3％以内，频率稳定度在50Hz±1％以内，输出正弦波波形失真系数小于3％。另外，由于它的逆变器始终处于逆变工作状态，所以当市电中断时，由市电切换到蓄电池供电的切换时间为零。
由于在线式UPS的线路复杂，保护功能和扩展功能强，能适应较宽的市电范围和频率范围，供电质量优良，并可以满足带发电机用户要求，所以其价格也相对较贵些。
UPS按电池向负载供电的时间可分为短延时和长延时UPS。短延时UPS一般在市电断电后只能继续供电10～30min，而长延时UPS则可连续供电1h以上，甚至可达8h。
任务5 了解后备式UPS故障分析与处理
一、故障原因分析
1．UPS电源切换启动频繁
其主要原因如下：
(1)交流220V市电电网干扰过强或者电压波动范围过大；
(2)自动稳压控制和市电供电与逆变器供电的转换工作点调整不当。
2．UPS电源只能工作在逆变器供电状态，不能转换到市电供电状态
由于UPS可以工作在逆变器供电状态，说明逆变器有关工作电路正常，故障出在与市电供电有关的控制线路，其主要原因如下：
(1)交流市电220V输入保险丝熔断，这可能是输出回路短路或过载；市电输入端火线与零线接线错误；交流市电出现过大的浪涌电流等原因造成；
(2)控制供电转换电压工作点微调电位器调整不当，导致转换电压偏高；
(3)主变压器次级反馈绕组开路，造成无交流反馈电压信号输入；
(4)交流稳压控制线路出现故障，造成在特定电压范围内UPS无输出。
3．UPS电源只能工作在市电供电状态下，不能转换到逆变器供电状态
市电供电工作正常，说明市电输压和抗干扰控制线路正常，故障出在与逆变器供电有关的线路，其原因有以下几种：
(1)若逆变器工作指示灯停止闪烁，处于长亮状态，并且UPS电源没有输出，则可能是每节12V蓄电池端电压低于终了电压10.5V，从而引起自动保护。此外，可能是逆变器末级推挽驱动晶体管损坏或是脉宽调制组件无驱动振荡脉冲输出。
(2)若逆变器工作指示灯熄灭，电源没有输出，可能是蓄电池组30A保险丝熔断，或是逆变器末级推挽驱动晶体管被烧毁而导致蓄电池组短路。此时，一般蓄电池电压都很低，有时甚至为零。具体原因是：内部辅助电源回路故障；推挽式末级驱动电路中两臂输出出现严重不平衡；过流保护线路失效；脉宽调制组件损坏；末级驱动晶体管基级线路中的保护二极管被损坏等五种情况造成。
4．逆变器工作指示灯正常，电源没有输出
可能原因是脉宽调制器件工作点失调或损坏；主电源变压器短路或层间击穿(可能性极小)；末级推挽驱动晶体管电路两臂严重不平衡；转换控制电路损坏等。
5．UPS不间断电源处于逆变器供电时，后备工作时间达不到额定满负荷供电时间
其原因有以下几种：
(1)蓄电池过度放电，使端电压接近于规定的终了电压。一般情况下，每节12V蓄电池端电压低于10.5V时，就有可能造成启动失败；
(2)蓄电池在放电以后，没有足够时间充电或者市电电网电压长期在低压状态下运行，致使充电回路未能及时对蓄电池组进行有效充电，严重时根本充不上电；
(3)蓄电池长期处于“浮充状态”，导致蓄电池内阻增大，从而造成蓄电池实际可供使用的容量远远低于蓄电池组的额定容量；
(4)蓄电池充电回路损坏或者充电电压调整不当。在正常市电供电状态下，电源内部能够自动利用充电回路对蓄电池“浮充充电”，恢复蓄电池组的原有性能。若蓄电池组端电压过低，一般均需将蓄电池脱机进行均衡充电，才有可能重新恢复蓄电池组的性能。
6．“逆变器工作指示灯”停止闪烁，电蝉常鸣
其主要原因有以下几种：
(1)频繁开关UPS不间断电源，造成启动失败。即UPS不工作在市电供电状态，也不工作在逆变器供电状态。一般要求在关断UPS电源开关后，至少要等5～6s以后，才允许重新启动；
(2)UPS电源由于负载过重或者蓄电池端电压过低引起自动保护线路动作；
(3)在有些UPS中，可能是控制工作状态指示灯和蜂鸣器的定时器组件损坏；
(4)在UPS电源负载回路中或在市电供电网络中有大负载或电感性负载接入。
7．变压器有异常声响
其故障主要原因有以下几种：
(1)整流回路和稳压电路故障，整流桥或集成稳压块烧毁；
(2)主变压器初级或次级绕组打火；
(3)脉宽调制线路和末级推挽驱动晶体管之间的连接线缆断裂或插头座接触不良；
(4)末级推挽驱动晶体管电路两臂输出严重失调不匹配。
8．UPS不间断电源每次开机工作一段时间后，蜂鸣器长鸣，无输出
UPS能够工作一段时间，说明其基本回路正常，可能是某种保护起了作用。其主要原因有以下两种：
(1)市电／逆变器供电转换控制电路故障，导致电压比较放大器工作不稳定；
(2)过电流保护电路工作点漂移，造成误动作。
二、UPS故障处理
(1)首先分析故障现象。根据蜂鸣器发声、工作状态指示灯明暗闪烁、电源有无输出以及用户使用和维护情况等信息，参照以上8种故障现象的故障分析，判断是逆变器部分故障还是市电供电部分故障。同时依照故障UPS电源的特点和电路原理进行分析，实现故障定位。
(2)拆机进行直观检查。查看电缆连接插头是否松动，各种元器件表面是否有异常情况，如有无特殊气味，保险丝是否熔断，以及有无断线、开焊或接触不良等现象。
(3)若是市电供电电路故障，可以从输入级向后逐级检查，也可从后向前检查。检查路线按输入交流市电电压→自动稳压控制电路→抗干扰控制电路→继电器开关矩阵→转换控制电路→输出电路。
(4)若是逆变供电电路故障，检查路线按蓄电池端电压→末级推挽驱动晶体管→蓄电池组30A保险丝自动保护电路→脉宽调制组件→断电器开关矩阵→输出电路。其中，以蓄电他端电压过低，导致故障的故障率较高。如一台SENDON UPS-1000不间断电源，开机无输出，也无任何提示报警信息，不能工作在逆变器供电和市电供电状态下。根据其工作原理，按照上述步骤检测实际线路，最后发现蓄电池电压过低。每节蓄电池端电压已由12V降至6V左右，以致引起自动保护电路动作，需要对这种小型密封铅电池进行均衡充电。
由于手头没有专用高效安全UPS电源恒流充电器，因此利用晶体管直流稳压电源与滑线变阻器，对蓄电池组进行均衡充电，具体方法是：WVJ-3A带自保护功能晶体管直流稳压电源，将其正极性输出分成四股，分别与四节规格为12V，24Ah/20hR的蓄电池的正极端相接。直流稳压电源负极输出，经过200Ω/300W滑线变组器，再分成四股接至四节蓄电池的负极，蓄电池接为并联方式。开始充电时发现蓄电池内阻较大，将电压调至21V，充电5h后，将电压调到18V，逐渐调低电压，同时移动滑线变阻器，以调节充电电流，充电12h后，蓄电池电压恢复正常，装机后电源恢复正常供电。另外，UPS的末级推挽驱动晶体管较易损坏，并且大多为基极与发射极之间开路，导致逆变器无输出或变压器有异常声音等情况发生。
三、UPS的选型
1．UPS的选型应考虑的问题
(1)要确定UPS使用在什么系统下，带什么性质的负载。对计算机来说．允许有10ms以下的供电间断(有的要求较高)，质量好的后备式UPS就可满足需要。对重要计算机网络系统，为增加供电可靠系数，要选用输出精度高、无间断的在线式UPS，而且要求有静态开关和旁路开关，以便在不间断供电情况下维修。
(2)要考虑用电设备的性能和运行环境。如用电设备是具有冲击启动电流的负载，还是应急照明系统；如果UPS用于计算机房中，则应重点考虑UPS噪音以及UPS运行中产生的电磁波对计算机系统的干扰，特别是对通讯系统的干扰，应选用那些档次较高的产品。
(3)要考虑产品推出的时间年代、UPS输入电压范围、动态反应速度、UPS整机效率、抗于扰能力、噪音指标等，以及使用维护是否方便，是否有IS09001认证和售后体系是否健全等因素。
2．UPS的容量选择
首先要清楚用电设备的标称容量、动态容量及将来是否增容等情况，然后根据需要选配UPS。一般情况下将负载容量定在UPS额定容量的50％～80％左右较为适宜，同时兼顾UPS的效率和利用率，并使UPS留有一定余量，以便在需要时，可以增加少量负载。
3．UPS后备电源的选择
为了延长UPS的供电时间，一是选择大容量的电池，二是是选择发电机组。凡1kVA以下的UPS，大多选择大容量电池作为后备电源。对大、中型UPS来说，大多采用配备发电机组的方法来延长供电时间。
4．UPS后备电池供电时间的选择
UPS后备能量是由后备电池提供的，普通UPS标准配置电池一般都不超过30min。目前各种品牌的UPS，在出厂时都配备了不同时间的电池组供用户选择。在确定后备时间时一定要考虑在停电后多长时间内能完成数据保存、完全关机或其他备用电源的启动等因素。UPS的蓄电池组在使用了二三年后，其容量大约要下降20％～40％左右。所以选配后备时间应留有充分余地，建议应按所需实际时间延长1倍。
四、UPS的使用与维护
使用和维护好UPS，提高UPS的使用寿命，就必须注意以下几方面的问题：
(1)环境温度在0～40℃之间，温度过高过低会使电路参数发生变化，对电池的影响也很大。电池在38℃条件下放置6个月，其能量损失90％。长期在高温条件下运行电池会过早损害，器件也容易老化。所以最好的使用条件是：温度25±2℃，湿度40％～50％。
(2)从许多UPS的使用情况来看，因灰尘造成UPS故障的现象较多，特别是那些采用场效应管工作频率高、运行环境不好的UPS，如不经常进行维护，就很容易出现故障。
(3)UPS对输入电压和频率有一定的适应范围，电压一般在±15％以内，频率在±2％以内，超过这一范围UPS可能出现报警或整流器停机的情况。所以有条件可在UPS前加一级调压器。
(4)应注意电磁干扰对UPS的影响。UPS应远离大型变压器等设备，UPS与计算机相连的信号电缆应采用屏蔽电缆。
(5)应尽可能的避免短路、过载、超压等容易引起危害性的事件发生。
(6)长期处于浮充状态下的电池应定期作一次完全充放电，一般每隔2～3个月进行一次，以避免电池由于长期处在浮充状态而内阻增大。同时还要注意蓄电池不要过度放电，以免损害蓄电池。
(7)应严格按照使用说明或操作规程守则进行安装接线和使用，不要随意打开机箱，有了故障不要轻易调整电路中的可调器件，应请专业技术人员或厂家的专业维修人员来维修，以避免故障的扩大或复杂化。
(8)UPS适合接阻性或容性负载，应避免接感性负载，如打印机、绘图仪等负载。因为感性负载的启动电流是正常额定电流的4～7倍，会给UPS造成瞬间超载。因此建议用户在停电时尽量不要使用打印机等外部设备。
(9)更换蓄电池组时应尽可能按原型号配备，如不能配相同型号的电池，可用其他品牌
的代替。但要注意如下几个问题：
确认该电池与原电池的电压是否相等，外形尺寸是否满足安装要求。
电池容量应严格按照电池生产厂家提供的电池放电特性曲线或电池放电功率表格而选取。若按电池放电特性曲线选择，一定要参照大电流放电曲线，以确保电池适应短时间大电流放电特殊要求。
当UPS的电池组不需要独立电池房间时，一定要选用全密封免维护的电池。
在投入使用前应核实极性，并做一次完全充放电，以活化极板。
(10)UPS不要带负载启动。系统加电启动的顺序如下：合上电源总开关；接通UPS电源；接通外设和主机电源。
系统断电的顺序应和加电顺序相反，UPS后至少要求10ms后再启动。并注意不要过于频繁地启动和关闭UPS。
(11)当市电消失后，不允许启动计算机，否则过大的启动电流极易损坏逆变功率管。
三、UPS的选型
1．UPS的选型应考虑的问题
(1)要确定UPS使用在什么系统下，带什么性质的负载。对计算机来说．允许有10ms以下的供电间断(有的要求较高)，质量好的后备式UPS就可满足需要。对重要计算机网络系统，为增加供电可靠系数，要选用输出精度高、无间断的在线式UPS，而且要求有静态开关和旁路开关，以便在不间断供电情况下维修。
(2)要考虑用电设备的性能和运行环境。如用电设备是具有冲击启动电流的负载，还是应急照明系统；如果UPS用于计算机房中，则应重点考虑UPS噪音以及UPS运行中产生的电磁波对计算机系统的干扰，特别是对通讯系统的干扰，应选用那些档次较高的产品。
(3)要考虑产品推出的时间年代、UPS输入电压范围、动态反应速度、UPS整机效率、抗于扰能力、噪音指标等，以及使用维护是否方便，是否有IS09001认证和售后体系是否健全等因素。
2．UPS的容量选择
首先要清楚用电设备的标称容量、动态容量及将来是否增容等情况，然后根据需要选配UPS。一般情况下将负载容量定在UPS额定容量的50％～80％左右较为适宜，同时兼顾UPS的效率和利用率，并使UPS留有一定余量，以便在需要时，可以增加少量负载。
3．UPS后备电源的选择
为了延长UPS的供电时间，一是选择大容量的电池，二是是选择发电机组。凡1kVA以下的UPS，大多选择大容量电池作为后备电源。对大、中型UPS来说，大多采用配备发电机组的方法来延长供电时间。
4．UPS后备电池供电时间的选择
UPS后备能量是由后备电池提供的，普通UPS标准配置电池一般都不超过30min。目前各种品牌的UPS，在出厂时都配备了不同时间的电池组供用户选择。在确定后备时间时一定要考虑在停电后多长时间内能完成数据保存、完全关机或其他备用电源的启动等因素。UPS的蓄电池组在使用了二三年后，其容量大约要下降20％～40％左右。所以选配后备时间应留有充分余地，建议应按所需实际时间延长1倍。
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