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标题: 广达VIN产生电路小结 [打印本页]
作者: xueflyer 时间: 2012-10-20 16:15
标题: 广达VIN产生电路小结
本帖最后由 xueflyer 于 2012-10-20 16:49 编辑
广达VIN产生电路小结
前两天修一个没产生VIN电压的故障板，情况比较怪异。为了修好它而仔细分析了一下电路，其中也得到了南极宝宝版主的指点，在此表示感谢！
有兴趣的朋友可以去看这个维修案例：
“联想昭阳K27：无VIN电压维修及分析”
这块电路的核心是电池充放电管理芯片ISL88731。翻看了一下广达的一些图纸，发现这一块电路采用ISL88731和美信MAX8731的还真不少，而外围电路几乎一样。于是就想对此做个小结，帮助巩固一下知识，同时一些不太明白的地方也想和大家讨论一下，请大家帮我指出错误的地方，共同提高技术，先谢谢了！
ISL88731这个芯片的主要用途是管理电池的充放电，对于VIN的产生进行控制只是其额外的功能。论坛上讲88731充放电工作原理的帖子已经有好几个了，这里只谈谈VIN的产生过程。顺手还是以KL7的图纸做蓝本吧。
第1步，首先从Adapter电源适配器的接口开始：
图1
19V电压从接口PJ1进入，通过保险PF2，经LC滤波后得到VA（+19V）。再经过P沟道隔离管PQ26后得到另外一个19V电压VA1。
PQ26的电路如何实现隔离，论坛上早有高手讲过了。简单看来可以把它等效为一个大功率的二极管，如下图：
图2
实际上很多笔记本用的就是二极管。不用二极管的好处可能在于压降没有损耗吧。
接下来，就进入正题了。
VA（+19V）通过一个二极管PD13和一个10欧姆电阻PR111进入芯片PU5（ISL88731）的22脚（DCIN）。
图3
22脚测量没有19V电压的故障比较好修，PD13和PR111烧毁都是有可能的。但是，如果过流保护电阻PR111（10欧姆）没有完全烧毁，只是阻值变大为100欧姆左右时，22脚仍然是可以测量得到19V电压的。这个时候往往会造成充电异常的故障：
电池充一会电以后不充电了，发现适配器好像被拔掉一样不能被系统识别，变成了单独由电池供电的状态。但测量板上公共点的电压又明明是19V，而不是电池单独供电时的12V。
相信大家都遇到过这样的现象吧？当然引起同样现象的原因还有好多，这个嘛只能算是其中之一。
第2步，这个+19V电压进了88731，但芯片并不能直接使用这么高的电压来工作，它只需要+5V电压来为其供电。所以22脚进入的+19V只是通过芯片内置的一个线性稳压模块产生一个稳定的+5V，它的输出脚就是21脚（VDDP）。
图4
如果适配器的电压可以调低，使进入22脚（DCIN）的电压只有15V，大家觉得21脚（VDDP）的输出电压会是多少呢？如果再调至10V、或4V呢？
虽然88731数据手册上给出的DCIN变化范围是8V到28V，实际上将DCIN的电压逐渐调低到5V时，VDDP的输出一直保持恒定的+5V；只有DCIN电压从5V向下再调低时，VDDP电压才会伴随着同步下降。但这也印证了线性稳压模块的特性，有兴趣的朋友可以自己试一试。
芯片21脚（VDDP）输出的5V线性电压88731LDO，一方面通过4.7欧姆电阻PR106进入26脚（VCC）给芯片自身提供工作电压；另一方面通过内部线路给BST电路提供5V；最后到达的地方就是PQ3的1脚，为ACOK信号的产生做好准备。
说到这里不得不提一下电阻PR106（4.7欧姆），这个电阻阻值变大后引起的故障现象比较特殊：将导致21脚（VDDP）输出电压只能达到3.5V左右。
这个现象曾经误导我得到一个错误的猜想，后来经南极宝宝版主的指点，才改变了想法。案例请见：“联想昭阳K27：无VIN电压维修及分析”。
图5
电阻PR106阻值变大，将会导致88731芯片内部无法通过26脚（VCC）得到工作电压，这样图5中绿圈标示的驱动管控制脚状态不确定，驱动管状态也就不确定，+5V的线性电压就会通过图中红色箭头标示的线路消耗部分电流，产生一定的压降。
第3步，VA（19V）经过PR116（221K欧姆）和PR117（49.9K欧姆）串联分压后，进入芯片2脚（ACIN）：
图6
手册上提供的标准值是3.2V。（图纸用绿色字体标注的ACIN=17.5V应该是指适配器的标准值）
实际测得2脚（ACIN）电平约为3.3V左右，应该是受芯片自身的影响。但芯片对这个脚上的电压值非常敏感，只有在3.1V到3.3V的范围内才被认为有效。这个电压值将直接造成芯片13脚（ACOK）是否发出高电平。
作者: xueflyer 时间: 2012-10-20 16:26
本帖最后由 xueflyer 于 2012-10-20 16:46 编辑
第4步，芯片13脚（ACOK）发出+5V高电平。
图7
对于第2脚对13脚的控制，我做了个测试，结果如下：
当改变适配器的电压，逐步由19V调到17V时，芯片2脚（ACIN）的电平也由3.3V降到3V，这时13脚（ACOK）依旧保持输出+5V。 一旦电压低于17V后（2脚电压低于3V），13脚立即变为0V。 由此可见适配器的最低门槛电压是17V，而2脚（ACIN）的最低门槛电平是+3V。
请大家特别留意一下这点。
（使用美信MAX8731的电路中ACIN脚的标准值与这里不一样，大约在2.3V左右。）
有些广达主板（比如Z360）一种常见的故障是：
88731芯片烧毁后也会损坏串联电阻PR116，PR117，造成阻值异常。这样在更换芯片后，VIN仍旧无法产生。如果此时测量2脚（ACIN）就会发现电压低于3V，比如2.8V，2.9V左右。这种情况非常有欺骗性，往往被人忽略。
第5步，13脚发出的+5V加到MOS管PQ32控制极，PQ32导通，将晶体管PQ3的基极连接到地。
图8
PQ3为PNP三极管，1脚（发射极）上有+5V的88731LDO，当2脚（基极）接地后，三极管导通，3脚（集电极）输出+5V电平，也就是ACOK，也就是我们一直等待着的那个家伙。
至于经串联电阻PR133和PR142分压后得到的+3V信号ACIN，它是要去EC那边报到的，此后就不在我们的视线范围内了。
第6步，ACOK经过100K欧姆电阻PR154到达PQ33的2脚（G极）。
图9
PQ33导通后将1.5K欧姆电阻PR3右端接地，同时也将PR3左端电位拉低。
再来看看pnp三极管PQ2，它的 1脚（发射极）接的是VA1（19V），当2脚（基极）电位被拉低后，PQ2导通。 因为1.5K欧姆电阻PR3的存在，PQ2的2脚（基极）不会被拉到0V，它的最终电位应该由PQ2的be极间电阻和PR3分压后得到。实际测量值是+6V左右。
图10
当PQ2的2脚（基极）被拉低到+6V后，与之相连的P沟道MOS管PQ28的1脚（G极）的电压也就是6V。相对于PQ28的3脚（S极）上的19V电压来说，G极比S极电压低，因此PQ28导通，VIN（19V）产生。
回头还要再来说一说，刚才PQ2导通后3脚（集电极）的电压，19V经PQ2的3脚加到另一个P沟道MOS管PQ30的4脚（G极），PQ30的4脚（G极）就和1脚（S极）都为19V，因此PQ30截止。19V也就不会通过隔离管PQ30直接加到电池BAT上。如下图：
图11
最后呢，再来谈谈图11中一些元件损坏时的常见故障。
首先，VIN不产生。 这个就不多讲了，大家按着以上控制过程去查问题。
其次，
“系统中显示电池不充电，或者间歇性充电。用稳压电源时会发现插上电池出现大电流（3A以上）”
根本原因： PQ30异常导通，导致19V直接加到电池上造成。（还有充放电高端MOS管击穿，也会如此，但这里不讨论）
故障点1： PQ28击穿。
PQ28击穿后，一方面VIN不需要任何条件插电就有，所以可以上电开机，进系统。另一方面，19V经PQ28窜入其1脚（G极），这样导致PQ2因2脚（基极）电位与1脚（发射极）等同而截止。PQ2的3脚（集电极）处于高阻状态。 而另一边，VIN（19V）就可以通过串联电阻PR5和PR4在PQ30的4脚（G极）加上+6V左右电平，PQ30因此导通。
故障点2： PQ2烧毁断路。
PQ2烧毁断路后，PQ28的1脚（G极）电压会被拉低到0V左右，VIN（19V）会照常产生。 但断路造成PQ2的3脚（集电极）悬空，VIN（19V）通过串联电阻PR5和PR4在PQ30的4脚（G极）分压出+6V，PQ30因此导通。
故障点3： PQ30自身击穿。或者PQ28与PQ30同时击穿。
作者: xueflyer 时间: 2012-10-20 16:40
本帖最后由 xueflyer 于 2012-10-20 20:15 编辑
至于“PQ30异常导通，导致19V直接加到电池上造成大电流”这个问题，可能有朋友会有疑问：电池充电不就是用较高的电压加到电池上来进行的吗？ 本人以前也有这样的疑问。
可以这样来理解：
电池电压一般是在12V以下，我们就将其看作12V。19V电源呢，我们也可以当作一个大电池，那么一个19V的电池和一个12V的电池如下相连，导线中电流会是多少呢？
图12
经过两次等效，就相当于将一根导线两端接到7V电池的两端。
导线的电阻极小，如果我们认为它是0.1欧姆。那么在导线中流过的电流会是多少：
稳压电源的最大电流一般就是3A或6A，所以会出现大电流报警。
而正常的电池充电电压是经过芯片精密控制的，一般只比电池实际电压高出一点点，以保证电流不会过大造成电池过分发热。
到这里大家也看累了吧？
将VIN产生的过程做了个PPT小动画。
有兴趣的朋友可以下来玩玩。
动画：VIN 产生.rar
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