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标题: 无POW-OK信号的分析与维修（修复篇） [打印本页]

作者: 无锡人 时间: 2009-2-11 14:25
标题: 无POW-OK信号的分析与维修（修复篇）
本帖最后由无锡人于 2009-2-11 14:29 编辑

本人在《无POW-OK信号的分析与维修》一文中谈及，去掉二极管D34后（见图1），从表面上看电源好像恢复了正常，但因缺失了“关机时使POW-OK信号先于各电源变为低电平”这一功能，很可能会成为“硬盘杀手”，因此这个电源故障的根源没有找到。这几天刚好有时间，继续修下去。
一、分析: 顺着上次“LM339电压比较器B第1脚为什么不能输出高电平”的思路，对比较器B进行分析。
比较器B的反相端6脚是PS-ON信号的输入端，在绿、黑二线断开时，通过R36、R37接至+5V；而在绿、黑二线短接后，则通过R37接地。
比较器B的同相端7脚链接阈值电压，通过数个元件对TL494第14脚输出的基准电压+5V进行分压后取得，其电压值分别为，A：在绿、黑二线断开时，比较器B的1脚输出低电平（相当于接地），使D36导通，电压值由R44、R45及D36分压决定，约为5×R45/(R44+R45)+0.7=2.3V；B：在绿、黑二线短接后，由于比较器B的1脚输出高电平（如电路正常应接近+5V），使D36截止，电压值由R44、R45、R40及D33分压决定，约为5(R44+R45+R40)/(R45+R40)+0.7=2.9V。可见在在短接绿、黑线开机时，加在同相端7脚上的阈值电压有约0.6V的提升，它具有正反馈作用，故可知这是一个具有滞回特性的比较器。
另外比较器B还存在一路由R38组成的负反馈，分析至此茅塞顿开（以前没有先全面分析电路原理，走了很多弯路），“比较器中存在负反馈”这就是解决问题的突破口。
二、结论：由设计原理可知，在比较器电路中，不应该加入负反馈！这明显是一处原设计者留下的bug。立即拆除R38，恢复接上D34，通电再试，比较器B第1脚在输出高电平时达到了4.9V，电源工作也很稳定，问题得到彻底解决。故障原因：比较器B中存在不合理的负反馈回路。
三、讨论：比较器加人正反馈的目的是为了加快输出电平的转换速度，从而获得理想的电压传输特性，这是明智之举。而在这个电路中同时施加了正负两种反馈电路，设计目的自相矛盾，违背了比较器设计的原旨，因此必须去除掉电路中画蛇添足的负反馈回路R38。在滞回比较器中再加人负反馈实际上就变成了一个张驰振荡器，张驰振荡器属于非稳定电路（详细了解可参阅有关文献，这里不加多述），回想起以前曾经在电子报上看到过一篇关于ATX电源维修文章，作者发现过在ATX电源控制电路中存在自激现象，只要用一根表笔接触LM339比较器A的输入端（已记不起来是接触在第4脚还是第5脚上），相当于在输入端上接一条数米长的天线，就能破坏自激产生的条件而恢复正常工作（大意），回头再想，此问题可能与本文所述同出一辙。

四、更正：本人曾在《无POW-OK信号的分析与维修》一文中提出：“用D34来钳位也是不合理的，因为钳位过程会短路比较器C的输出端，较易损坏集成电路。”经过查看资料得知，LM339输出级采用集电极开路结构（见图2）而不是互补型，因此用D34来钳位比较器C的输出端，不会产生短路现象，不会损坏集成电路，特此更正。同时对于本人凭空发表错误观点深表歉意。

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作者: 大只佬 时间: 2009-2-11 15:36
不知道楼主说的是不是这个案例？
　　１．一台ＳＬＰＳ－２５０ＡＴＸＣ电源的输出电压偏低。空载下，＋５Ｖ电源的电压只有＋１．８Ｖ，其他各路电压也按比例同样下降。电源是采用ＴＬ４９４及ＬＭ３３９集成电路的典型ＡＴＸ电路。检查４９４的{4}脚电压为＋２．６Ｖ。电路似乎处于保护状态。但保护状态时各路输出的电压均应为零，而现在却是正常电压的三分之一，令人费解。试着把４９４的第{4}脚接地，电源立即输出正常。{4}脚接地就正常工作，说明４９４并未损坏，问题可能出在３３９以及有关的电路。用万用表查３３９管脚的电压，当查到第{4}脚及{7}脚时，各路电源均正常了。甚至只用一条表笔去碰{7}脚或{4}脚，也可使电源恢复正常工作。这等于在{4}脚或{7}脚上加了一条“天线”，天线接收了外来信号电源就工作正常了！我试了试天线的长度，４０厘米以下对电源不起作用，长度增加了，输出电压也随着增加，达到１米左右时，输出电压就正常了，４９４的{4}脚电压也恢复到０Ｖ。但电源要用“天线”才能工作，说明还有故障未找到。再检查３３９的{4}脚与{5}脚的电压，{5}脚电压为２．４Ｖ，{4}脚的电压为１．２Ｖ，输出端{2}脚的电压为２．９Ｖ。（这部分电路见图３）。但是３３９的{2}脚高电位，必须由{5}脚电位高于{4}脚的电位时才能产生，那{5}脚最初的高电位是怎么来的？把与{5}脚相连的各支路断开试一试。在断开ｃ支路以后，电源就正常了。沿着Ｄ２往下找，最后在＋３．３Ｖ电源处对地接一个１０００μＦ的电容时，电源就正常了。再检查＋３．３Ｖ电源原来的滤波电容，发现已经失效。更换电容后? ４９４的{4}脚电压恢复正常，用表笔去碰触３３９的{4}脚或{7}脚也不起作用，问题得到了解决。为什么＋３．３Ｖ电源的滤波电容失效会造成输出电压偏低？＋３．３Ｖ电源在没有电容滤波时，输出的直流电源中含有很强的由逆变功率管输出的脉冲成分，通过Ｄ３及Ｄ２送到ＬＭ３３９的{5}脚，使{5}脚的电平高于{4}脚的电平，电源进入了保护状态。从＋２０Ｖ电源经Ｒ３、Ｄ１、Ｒ２和三个并联电阻到接地的支路中，三个电阻并联后的电阻值是２．４３ｋΩ，再略去其他支路的影响，可以估算出{5}脚的电压大约是２．３Ｖ，因二极管Ｄ１的钳位作用，{2}脚输出电压只能在２．９Ｖ左右，经Ｒ１送到ＴＬ４９４的{4}脚，减去电阻Ｒ１的降压，４９４的{4}脚电压就是２．６Ｖ了。在此电压下，４９４会输出较窄的脉冲，于是在空载下，＋５Ｖ电源有约１．８Ｖ的电压输出。解决的办法可在ｄ支路中串联一个４７ｋΩ的电阻，并把Ｒ２由３．９ｋΩ换成１００ｋΩ就行了。经这样处理后，不论是正常工作或是保护状态，各路电源的输出电压和各管脚的电压均正常了。而Ｒ２电阻的改动，也不会影响电源的过载保护性能。至此，电源的故障才完全得到了解决（爱好者手中若有ＳＬＰＳ－２５０ＡＴＸＣ电源，可参考此例加一个４７ｋΩ电阻以提高电源的保护性能）。
　　为什么３３９的{4}脚加了天线会正常工作呢？这是{2}脚经Ｄ１反馈到{5}脚后，产生了轻微的高频寄生振荡。{4}脚或{7}脚接了天线以后，破坏了电路的振荡条件，使{4}脚的电压升高，当超过{5}脚的电压时，{2}脚送出０Ｖ的低电平信号到４９４的{4}脚，电源就工作正常了。同样，在Ｄ１支路中串联了４７ｋΩ电阻后，增加了阻尼因数，破坏了电路的振荡条件，电源也就正常了。此时若取下＋３．３Ｖ电源处新加的电解电容，通电后，电源会立即进入保护状态，各路电源都没有输出。

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作者: 无锡人 时间: 2009-2-11 18:33
谢谢提供！就是它。

作者: 动动手 时间: 2009-2-11 19:57
本帖最后由动动手于 2009-2-11 20:02 编辑

正好手上有个航家３５０电源跟上面讲的一样情况，正头昏呢，太好了．哈哈．
好好学习天天向上嘿嘿
ＰＳ：我那个电源３３９的５脚是２．８Ｖ，但好象找不到来源；２脚输出为３．１Ｖ．
　　７５００的４脚却有３．５Ｖ　　　所以输出都没有．应该跟楼上的案例相似吧

作者: 午夜梦回 时间: 2009-2-12 09:14
好像楼主还未说明，为何原来工作正常而现在却不正常的原因。

作者: 无锡人 时间: 2009-2-12 11:30

好像楼主还未说明，为何原来工作正常而现在却不正常的原因。
午夜梦回发表于 2009-2-12 09:14

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本人在上一篇已有说明，请看：“初步判断这种故障不是更换一二个损坏或变值的元器件能解决的，可能是因为设计不够完美，使某些设计参数处于临界点附近，电源经过一段时间的使用后，大部分元器件因老化略有变值，促使原来的设计参数超出了临界点而引发的。”

作者: 午夜梦回 时间: 2009-2-12 12:25
本帖最后由午夜梦回于 2009-2-12 12:27 编辑

谢谢。阁下两篇文章在下都拜读过了。
只是根据计算结果，看不出比较器B存在所谓的临界状态。
下图是在下计算的结果，不对之处敬请拍砖。图中（1：）后面的数据为待机时，（2：）后面的数据是开机时。即是PS-ON为H（1：），L（2：）。

作者: 午夜梦回 时间: 2009-2-12 13:31
计算过程：
1）PS-ON=H，待机。电源接通，比较器B状态未建立，输出端1为高电平。
[1]比较器B　正输入端电压由R44，R45，R40，D33分压得到。由于二极管的存在，由R44，R45，R40构成的串联电路其两端电压为5-0.7=4.3V。由此可得出V7={4.3/(R444+R45+R40)}*(R45+R40)+0.7=2.55V。而比较器B负输入端的电压由R36+R37与R46+R38并联提供，忽略IC的输入电流，可将其负输入端的电压定为约等于5V，因此比较器B的负输入比正输入电压要高，比较器输出低电平。此时，比较器正输入端电路由于D36导通，其电压由R44，R45，D36分压得出，V7={4.3/(R44+R45)}*R45+0.7=2.04V。而比较器B负输入的电压则通过R36，R37，R38分压得出，V6={5/(R36+R37+R38)}*R38=3.05V，依然比正输入端高，比较器维持低电平输出，待机状态建立。
2）PS-ON=L，开机。PS-ON由主板控制变为低电平，可将其视为接地，0V。此时比较器未翻转，V1=0,V6则通过R37接到PS-ON，0V。正输入V7=2.04V，正输入高于负输入，比较器翻转。V1跳变为高电平H，其电压由R46，R38，R37分压得到，V1={5/(R46+R38+R37)}*(R38+R37)=4.31V。同时V6的电压为V6={5/(R46+R38+R37)}*R37=1.042V。比较器正输入电压V7因为V1跳变为高电平，D36截止，V7={4.3/(R444+R45+R40)}*(R45+R40)+0.7=2.55V。正输入高于负输入，比较器状态维持输出高电平不变。
从计算结果来看，两个状态下比较器的正负输入都有比较明显的电压差，并不存在临界状态。
个人认为，比较器B输出端电压不足是因为电路中有故障引起，而并非R38惹的祸。

作者: 无锡人 时间: 2009-2-13 15:15
8# 午夜梦回

谢谢你读完此文。
正如你所说，一上来也怀疑是LM339集成电路或是其周边某一元器件损坏造成的，随即更换掉LM339及脱一个脚后测量周边元器件，检查结果是虽然大部分都已经变值，但却全都在正常允许范围之内。到最后把控制电路的全部元器件都检查完，也更换过TL494，还是没有发现一个明显损坏或数值发生较大变化的元件，没有找出原因。
在绿、黑二线短接后，此时LM339电压比较器B反相输入端6脚电位被拉下，低于同相输入端7脚上的阈值电压值，在此条件下，比较器B输出端1脚应该是高电平（由比较器工作原理决定：当同相输入端电压高于反相输入端时，输出为高电平；当同相输入端电压低于反相输入端时，输出为低电平，比较器作为一个开关时没有第三种状态），但在本例中用DT890A数字表测量却只有+1.9V，显然这一结果说明了：比较器B处于既没有导通、也没有截止的“线性（假设）"工作状态。那么是什么原因使比较器从开关工作状态变成了“线性（假设）"工作状态呢？查比较器B周围元件，只有R38构成了负反馈回路，而且是较深的负反馈（R38为47K）。这就产生了疑问：1.LM339是一枚集成了4个比较器的专用非线性比较器集成电路，不是常用的对模拟信号运算放大的线性集成电路（如LM324等)，它只可作为比较器使用，从而在电路中不可加负反馈（电路设计原则）；2.比较器B在此ATX开关电源控制电路中作为一只开关使用，它只起到反相传递PS-ON信号的作用，而不需要它放大模拟信号，属于典型的开关电路，所以也不可加负反馈。从LM339自身的性质和电路的设计要求二方面分析，都说明了在比较器B中加入负反馈是错误之举。
在翻阅相关资料后明白，事实上，如本人在文中所述：在滞回比较器中再加人负反馈实际上就变成了一个张驰振荡器（见图），在本例中，绿、黑二线短接后就可满足构成张驰振荡器的特定条件，DT890A数字表测量到的+1.9V可能就是输出端振荡信号的有效值。可惜因为没有示波器，无法进行证实。但在拆除R38、复原D34后，比较器B第1脚在输出高电平时上升到+4.9V，从而圆满解决了这个ATX开关电源无POW-OK信号输出的问题，这一事实说明上述分析较为正确。
另外单从静态角度来分析没有正确针对电路对象，因为比较器B已经变成了一个可控的张驰振荡器（在绿、黑二线断开时停振；在绿、黑二线短接时起振），故会给人以错觉。

作者: 午夜梦回 时间: 2009-2-14 01:50

感谢楼主释疑。以前从未注意过LM339的应用，了解得太少了。
从电路形式上来看，图中比较器B的确是个张驰振荡器的变形，只要适当的选取元件数值，振荡器是可以正常工作的。但是在下仍旧有疑问，如何才是正确的元件数值呢？
来看图中振荡器电路，R1为比较器提供正反馈，用楼主的话来说就是起加速比较器输出电压翻转的作用。从电路上看，R1，R2还构成分压电路，在振荡器输出高电平时设定了比较器翻转的条件。当比较器输出高电平时，输出电压通过R3给C1充电。从比较器的工作原理来分析，C1上所充的电压比比较器正输入端R1，R2分压值高时，比较器才有翻转的可能。从电路图上来看，比较器是完全具有条件翻转的，需要的只是时间而已。到了一定的时刻，C1上所充的电压超过了R1，R2分压得到的电压值，比较器输出翻转为低电平，C1通过R3，比较器输出端放电。同理，只有C1上的电压低于比较器正输入端的电压，比较器输出才能翻转为高电平，振荡才能得以持续。以上是在下对由比较器构成的张驰振荡器的理解，初次认识张驰振荡器，认识还很浅薄。见笑了。
图中比较器B在绿黑二线相接之时，和张驰振荡器原型相比，多了个R37。此时R36因为PS-ON接地而失去作用，不列入考虑范围。我的疑问就来了。当比较器输出高电平之时，R38与R37的存在的前提下C33有无可能充得足够的电压以令到比较器B翻转为低电平？从在下前面的贴子里对比较器B二个输入端的电压进行过计算，在比较器输出高电平之时，比较器B正输入端的电压经计算得出2.55V，而C33两端的电压只能充到R37在电路中所分得的电压值（此时PS-ON与地线相连），那么C33不管充电到什么时候，其两端的电压只能达到1.042V。那么，本电路是如何令比较器B进行高电平到低电平的翻转，进而维持振荡？

作者: 无锡人 时间: 2009-2-14 11:05
10# 午夜梦回
[午夜梦回]你好！你提出的问题也是我一直找不到很圆满答案的悬疑，但有一点你可注意一下，主板上对应ATX电源的PS-ON的插头与地之间存在7K以上的阻值，有的甚至于达到20K左右，也就是说，“启动开关（不是指面板上的按钮）”存在内阻，而不等同于PS-ON与黑线的短路；另外线路板上电阻值与图中所标也有不同；再有D36的正向压降在此小电流的工作条件下不会达到饱和，一般为0.1～0.3V左右，故在分析时要把它们考虑进去。这些都是我测量过的，有条件的话你也可做一下实验。最后我还是提议，在此电路中R38是多余的，去掉它利多弊少。

作者: 午夜梦回 时间: 2009-2-14 19:57
本帖最后由午夜梦回于 2009-2-14 20:02 编辑

楼上一语惊醒梦中人，仔细想想自己还真没考虑到主板PS-ON在开机状态下空究竟有多少V，也从来没有测量过，太疏忽了。
今天收工得早，正好家中有三台破电脑。干脆测量一下看看，以下是用DT930FD数字表测量得的结果。
1，捷波810+PII333。电源是杂牌，新外壳旧电路板那种。兄弟们应该见得多了。开机PS-ON测得0.224V。
2，VIA　KT266+Athlon XP 1200+。电源是DELL带主动PFC。开机PS-ON测得0.043V
3，ASUS　845D+P4　1.6，2002年花6800元自己组装的机器。电源是长城300P4。开机PS-ON测得0.036V。
怪事。三台机的PS-ON电压看上去都影响不了比较器B的工作状态。
另外9#　“在绿、黑二线短接后，此时LM339电压比较器B反相输入端6脚电位被拉下，低于同相输入端7脚上的阈值电压值，在此条件下，比较器B输出端1脚应该是高电平（由比较器工作原理决定：当同相输入端电压高于反相输入端时，输出为高电平；当同相输入端电压低于反相输入端时，输出为低电平，比较器作为一个开关时没有第三种状态），但在本例中用DT890A数字表测量却只有+1.9V，”是否能说明此例与主板PS-ON的阻值无关？
另外，从生产成本上考虑，若比较器B只是用来给PS-ON倒相，那么利用几个电阻一个三极管就可以非常完美的达到目的，可这里却用上了比较器而且外围又是电阻又是二极管，还那么多。有时间我真该好好学习学习这个ATX控制电路。
看来这众多的疑团只能是先空想一下了。目前尚未遇到过这种故障，以后要是遇上，非把它搞清楚了不可。
另外我上学的时候书本上说普通二极管的导通电压在0.5V左右，0.1~0.3是否太低了点？还是这里用上了肖特基二极管？

作者: 无锡人 时间: 2009-2-16 19:43
12# 午夜梦回
谢谢午夜梦回的实验结果，以下是对你问题的三点解释：
一、主板上对应ATX电源PS-ON信号的插头与地线之间存在电阻后（哈哈，你测的是电压，其实是一回事，电压源也存在内阻），在静态分析时应该按照图1进行。

二、比较器B在电路中只起到二个作用，没有第三个作用：
第一个作用：反相传递PS-ON信号
a.开机时，PS-ON呈低电平，相当于绿黑二线接通，反相端6脚经R37使其为低电平，1脚输出高电平。
b.关机时，PS-ON呈高电平，相当于绿黑二线断开，反相端6脚经R36、R37接至+5V，使其为高电平，1脚输出低电平。
第二个作用：在开关机时通过D34的钳位作用，确保向主机发出正确的POW-OK信号，保护硬件安全
a.开机时，PS-ON呈低电平，比较器B的1脚输出高电平，D35、D36反偏截止，正常工作时，比较器A的5脚电平低于4脚，比较器A的2脚输出低电平，经R41使TL494的4脚的电平变为低电平，TL494开始工作，向主机输出±5Ｖ、±12Ｖ、＋3.3Ｖ电源，但此时主机还不会工作，何时工作取决于主机是否已检测到+5Ｖ的POW-OK信号。
TL494开始输出±5Ｖ、±12Ｖ、＋3.3Ｖ电源后，其内部误差比较器同相端1脚经取样电阻Ｒ１５、Ｒ１６从+5V、+12V得到电压，此电压值略高于TL494内部误差比较器反相端2脚的阀值基准电压（由原设计决定），使TL494的3脚输出高电平，使LM339比较器C的9脚经R48得到高电平，此电平高于比较器C的8脚阀值电平，因而比较器C的14脚输出高电平，此电平经R50与基准+5V电源经R64共同对C39充电，经数百毫秒后，比较器D的11脚电平升到高于10脚阀值电平时，比较器D的13脚输出高电平，此电平经R49正反馈至11脚，维持11脚处于高电平状态，故比较器D的13脚稳定地输出+5Ｖ的POW-OK信号，主机检测到此信号后方可开始工作。
b.关机时，POW-OK呈高电平，比较器B的1脚输出低电平，因二极管D34的钳位作用，使比较器C的14脚呈低电平，C39通过R50放电，很快使比较器D的11脚降为低电平，其13脚立即输出低电平，即POW-OK信号呈低电平，主机检测到此信号后发出停止工作的指令。在关机过程中，因C35的放电时间常数大于C39数倍，使POW-OK信号先于各电源变成低电平，满足了主机关机的需要。此外，关机时因各路电源输出端的大容量电解电容放电需要时间，也起到POW-OK信号先于各电源回到低电平的作用。
POW-OK信号的作用是为了防止开机时，因各个输出电路时序不定，CPU和各部件未进入初始化状态而造成工作错误，以及在突然停电时，因硬盘磁头来不及移至着陆区而划伤盘片。
三、D33采用的是普通硅二极管1N4148，不是用上了肖特基二极管才使得其导通电压低，1N4148的伏安特性如图2所示，由于工作电流很小，因此它工作在特性曲线的斜线起始部分，因此正向压降没有达到0.7V饱和值（正向压降的理论计算值：硅管为0.7V、锗管为0.2V）。在该电路设计中采用D33目的，我猜测是：1 可产生一个较稳定的正偏压，2 可改善电路的温度稳定系数。事实上在此作用不大，相应增大R40后即可去掉它。

作者: 午夜梦回 时间: 2009-2-16 22:05
本帖最后由午夜梦回于 2009-2-16 22:10 编辑

我还是想不通。
下图是1N4148PDF资料上的特性图，好像和你说的不一样。

楼主你说主板PS-ON对地的阻值在7K以上，假设主板PS-ON对地的阻值有7K。那么我实测的数据中有二台机的电压在0.04V左右，请问此时流过PS-ON的电流有多大？0.04/7000=0.0000057A=0.0057mA？
而实际上这是不可能的。首先5V通过15K电阻到PS-ON的电流就已经达到0.33mA。可能吗？

1N4148.pdf

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