2.2 保护隔离电路
本节学习的重点 :掌握笔记本电脑保护隔离电路的组成、工作原理和检修思路。
本节学习的目标 :能具体分析电路中常见的故障。
2.2.1 保护隔离电路简述
保护隔离电路相当于我国的边关或海关,任何外来人员或进出产品为了保证安全,必须要经过检测,确认安全的情况下才能通过。保护隔离电路是电源适配器为笔记本电脑各个单元电路供电的必经之路,为了保证在外界电压、电流变化的情况下不会对笔记本电脑主板上的各个单元电路和芯片组造成冲击、损坏,在笔记本电脑主板上设计保护隔离电路。
2.2.2 保护隔离电路的作用
简单地说,保护隔离电路就是起到保护和隔离的作用。保护作用就是笔记本电脑主板上各个单元电路在受到外界电压或电流的冲击时保护隔离电路会自动切断输出,从而保护后继电路。隔离作用就是将电源适配器输入的电与笔记本电脑电池的电隔离开,当接上电源时由电源适配器为主板供电,当拔下电源适配器时由电池供电。
2.2.3 保护隔离电路常见机型电路图
1.IBM T40的保护隔离电路
IBM T40的保护隔离电路图,如图2-6所示,具体说明如下:电流经电源口进来,经过保险F2,经一个P沟道的MOS管Q34,Q34的导通是通过470kΩ电阻R143和100kΩ电阻R145,串联分压得到一个2.7V左右的电压,不需控制就会导通。
图2-6 IBMT40保护隔离电路图(工厂图)
经过三个检测电阻R210、R211、R213,再经N沟通MOS管Q36。Q36导通,16V电压经过Q34和检测电阻之后还是16V左右,16V经过R222 1MΩ的电阻之后同样是16V,由于R222电阻串联一个100kΩ的电阻R224,Q33 PNP的三极管控制极经过电阻接地,Q33一直处于导通模式;这样,只要Q33的1脚接地,R222电阻和R224电阻就会串联分压,Q36的G极就是低电平;反之,Q33的1脚有高于16V的电压过来,Q36的G极就会是高电平,可以导通。Q33的1脚与TB62501的42脚直接相连。这样Q36的G极就会受控于TB62501,TB62501检测到电源时就会在42脚输出16V以上的高电平,使Q36导通,让16V的电源可以输入。当TB62501没有检测到电源时,就会输出低电平,使Q36不能导通,避免电池的电压回流。
2.戴尔D600的保护隔离电路
戴尔D600的保护隔离电路,如图2-7所示。具体说明如下:19V的电源从电源口输入,经过FL1保险电感(四个脚),到P沟道的MOS管Q49的S极,Q49的导通使19V的电压经过,R29电阻(240kΩ)和R30电阻(47kΩ)串联分压,从而Q49的G极分得一个2.5V左右的电压,因此Q49导通。经过Q49之后,19V左右的电压经过P沟道的MOS管Q92,Q92并联D57二极管。Q92是否导通与充放电管理电路有关。当没有接电源只用电池时,Q92的G极会一直处于高电平,当接上电源时,Q92的G极会一直处于低电平。
图2-7 戴尔D600的保护隔离电路(工厂图)
从上面两种机型的电路分析可以看出,保护隔离电路的第一个MOS管都不受其他电路控制,接上电源就会直接导通,第二个MOS管会与充放电管理电路的电源、电池检测电路有关。
2.2.4 保护隔离电路的检修
如2.2.3节所述,在维修时,为了节约时间,可通过测试关键测试点来判断故障,从而省去了跑电路的时间。保护隔离电路的测试点就是公共点,只要公共点有电压且电压正常,就说明保护隔离电路工作正常。只有在公共点没有电压或电压不正常时,才需要检修保护隔离电路。保护隔离电路只是一个电流的输送通道,因此公共点电压与电源适配器电压正常情况下不会超过1V。
1.先静态下用万用表跑电路
跑电路的思路:不论拿到一块什么样的笔记本电脑主板,即使从未见过,也能在很短时间内迅速地跑通笔记本电脑主板上的关键电路。
(1)从已知点找未知点。已知点有两个,第一个是电源接口,在主电源的电源接口边上有保险,这个是比较好找的;第二个是公共点,就是指保护隔离电路的末端。
(2)看印刷线,在跑电路时注意印刷线,粗线一般为供电。
(3)保护隔离电路的作用是保护和隔离,所以核心元件就是保险和MOS管或二极管。在保护隔离电路中主要以单MOS管为主。
(4)在跑电路的过程中通过交换红黑表笔,显示两点之间的阻值来判断中间的元件,如果电源接口到公共点(电源输入端为正)正向测试两点之间的阻值在600Ω左右,则刚好是一个N沟道的MOS管或二极管的阻值,反向测试两点之间的阻值在600Ω左右,刚好是一个P沟通的MOS管。如果交换测试都是无穷大的,则说明有两个以上的元件。
(5)在跑电路的过程中,测试某两点之间的阻值对确认是否有断线,并判断相关的电子元件是否损坏有很大帮助。排除此电路中短路的地方,然后画出简单的电路图。
2.接上电源测试
最快的方法是在确定电源接口有电压输入之后,从公共点往回测。在测试过程中注意几种情况:二极管有输入、无输出,二极管损坏。MOS管有输入、无输出,不能判定为损坏,需要通过测试D、S之间的阻值,判定是N沟道(高电平导通)还是P沟道(低电平导通),以确定它的G极的导通电压;只有在满足MOS管G极工作条件的情况下,有输入、无输出方可确定为MOS管损坏。如果MOS管G极的工作条件不满足,就检修G极的相关电路。
在维修中有时电子元件烧毁了,无法判断电子元件的极性时,除了用相同的主板更换元件之外,还可以用以下的方法来判断。
(1)二极管烧坏以后,去掉损坏的元件后,通过测量两端是否有接地来判断是稳压二极管还是隔离二极管,稳压二极管正极接地,隔离二极管接电有输入端为正极。
(2)MOS管烧毁以后,去掉损坏元件后,接上电源,如果G极为高电平,说明是N沟通的MOS管,G极为低电平说明是P沟通的MOS管。
2.2.5 保护隔离电路的常见故障
(1)保护隔离电路断路,电源有电压输入,保护隔离电路没有电压输出。从而引起不加电、掉电或不充电的故障。
引起此故障的原因如下。
① 电源接口损坏(断裂、松动、接口脱焊)的主要原因是由于用户在使用过程中经常插拔或弯折所致(其中相对来说,方正、联想、清华同方电源接口损坏的要多些,东芝、惠普的在维修中也碰到过)。解决办法是更换电源接口。
② MOS管损坏的G极控制电路出现故障,从而让MOS管不能满足导通条件,使电压无法输过去。解决办法是检修G极控制电路。注意保护隔离电路的第一个MOS管是可以跳过的,就是说如果条件不满足,我们可以更改电路让它满足。第二个MOS管是不可以跳过的,它的条件不满足多因为后面的单元电路出现了故障,一定要找到故障,不能强行加电,以免扩大故障。
(2)保护隔离电路短路,引起烧电源或者是有电压输入、无电压输出,从而导致不加电。
引起此故障的原因如下。
① 滤波电容击穿,由于电源适配器输出的电压不稳,从而导致滤波电容损坏。解决办法是找到并更换损坏的电容。
② 稳压二极管击穿,由于电源适配器输出的电压不稳,从而导致稳压二极管损坏。解决办法是更换良好的稳压二极管。
2.2.6 保护隔离电路相关维修实战案例
1.ThinkPad X201i笔记本电脑不加电故障
外地客户发来的ThinkPad X201i笔记本电脑的主板出现不加电的故障,据同行讲,客户第一次送修的时候无法待机,更换了主板的TB62514FG芯片后,笔记本可以正常加电。客户将笔记本拿回去用了一个星期,不小心让笔记本进了水,导致笔记本又出现不加电的故障。同行将主板放到微波炉烘干以后,笔记本仍然不能加电。同行对电路不是很熟悉,所以找我帮忙。
静态下观察笔记本电脑主板,主板上有轻微的进水痕迹,TB62514FG芯片有焊过的痕迹,用万用表二极管挡测笔记本电脑主板上关键的测试点对地阻值都正常,没有发现主板上有短路的地方。
将可调电源调到20V,限流2A,接上可调电源,电流表指针轻微上扬回到0处,用数字可调电源可以看到待机电流由0.003A变为0.000A。从电流表指针的情况来看应该是笔记本主板电路保护引起的故障。究竟是什么原因引起的,还需要继续测试判断。
在通电瞬间测公共点的电压为19.8V,最后逐渐下降为0V,Q48的G极和S极的电压相等,都为20V,通过电路图找到原因,是因为TB62514FG的46脚-PWRSHUTDOWN 没有发出3.3V高电平,引起了电路保护。现在需要断电,然后检查TB62514FG的46脚的上拉电阻是否正常,没有断线。ThinkPad X201i 保护隔离电路图(工厂图),如图2-8所示。
究竟是不是因为TB62514FG的工作条件或本身的原因引起的电路保护,通过很简单的方法就可以判断,将TB62514FG的46脚挑起,再次接上可调电源,待机电流0.003A,用万用表测公共点电压为20V正常值,再测电感电压为3.3V、5V正常值,虽然此时待机正常,但不能正常加电,因为此时TB62514FG不会出MPWG信号给南桥。通过挑起TB62514FG的46脚确定TB62514FG芯片本身或工作条件引起的故障。TB62514FG电路图(工厂图),如图2-9所示。
接下来由于此时为3V、5V的电感电压都正常了,所以就不用考虑TB62514FG输出VCC3SW以前的信号了,测58脚的温度为0V正常值,测16脚SHDN_IN#为3.3V正常值,再测36脚的VCPIN28电压为20V,没有升压,看来问题就在这里,正常的36脚的VCPIN28电压应该在24V左右,用示波仪测33脚和34脚并没有波形输出。如果用示波仪测33脚和34脚有波形输出,而没有升压的话,就有可能是升压电容引起的问题。因此可以判断是TB62514FG芯片损坏引起的不升压。
订购了3个TB62514FG芯片,多订两个留做备用。更换完TB62514FG芯片后,接上可调电源,这时待机电流为0.003A,待机正常了。用万用表测公共点电感电压为3V,5V,电感电压也正常,再测46脚电压为3.3V,用示波仪测33脚和34脚都输出26 kHz的波形,36脚的电压为24.5V,说明此时待机正常。不过还需要确定触发电路是否故障,如果触发电路正常的话,在通电的情况下会自动上电。
万用表二极管挡,红表接地,黑笔接从第1脚向上数的第10脚,电流表指针没有任何反应,这是什么原因呢?下面我们通过测试来寻找故障原因,测32.768kHz的晶振X2,晶振没有起振,RTCVCC电压正常。当RTCVCC正常,晶振不起振,有两种可能,一个是南桥坏了,另一个是谐振电容坏了。先测谐振电容,从料板上南桥晶振的旁边拆下两个谐振电容,并更换上新的,换好以后,接上可调电源准备短接测试,电流表指针上扬到0.6A,说明可以正常上电了。断电后装上散热片、内存,再次打开可调电源,电流指针上扬到0.6A以后,连续3次跳变,外接VGA显示器,ThinkPad的LOGO界面就会出现,故障解决了。 故障总结 :ThinkPad X201i笔记本的第一个故障是由于主板进水,引起TB62514FG芯片损坏而不升压,导致芯片保护,引起公共点无电压;第二个故障是南桥晶振的谐振电容损坏,引起南桥的32.768kHz晶振不起振而引起不上电故障。
图2-8 ThinkPadX201i保护隔离电路图(工厂图)
图2-9 TB62514FG电路图(工厂图)
2.惠普5330M笔记本电脑裸板故障
据同行说接上可调电源,电流显示为4A,主板上有很多处短路,没有找到主板的电路图,用电击法也没有找到主板短路的地方,同行没有其他的办法,所以找我帮忙。
其实从同行的描述就可以判断是主板上有公共点短路了,在本书中详细说明了关于这种公共点短路情况的解决办法,在教学中也重点讲了维修思路。首先让学员检测一下,用万用二极管挡测公共点阻值,对地阻值为零欧姆。然后让学员查各路电感,对地阻值正常。因此可以确定是滤波电容被击穿了。
具体是哪一个电容被击穿了呢?用烙铁将每一路输入端的保险电感都挑起,再测公共点阻值,如果公共点对地阻值仍然为零,余下的就是两个电子元件了,一个是公共点的稳压二极管,另一个是无极性滤波电容。将电容挑起,再测公共点对地阻值,阻值为480Ω。
扔掉短路的电容,再让学员将之前挑起的保险电感全部焊回,再将可调电源调到19V,接上可调电源测试,发现待机电流从0.02A到0.009A之间来回地跳,电源接口的指示灯也在不断地闪,难道主板上待机还有问题吗?一般像这种主供电对地短路的,只要把主供电的短路修好,主板上就不会再有其他问题了。
仔细一想,电源指示灯不断地闪,这个指示灯代表待机正常,也就是电源检测部分。惠普的机器在设计电路的时候比较复杂,可以利用电流进行检测。仔细检查刚才挑起的保阻电感,发现有两个没有焊回,重新焊回再接上可调电源,待机电流为0.02A,短接开关板,电流不停地跳变,从电流跳变和示波仪的波形判断,这个问题已经解决了。
故障总结 :公共点短路,同行用烧机法并没有找到损坏的滤波电容,我们用电路的组成原理,凭借对笔记本主板电路的熟悉,很快就找到损坏的滤波电容。对于看过笔者的维修实战视频的朋友,这样的故障都可以轻松解决。
维修难点 :焊回的时候漏了两个保险电感,导致待机电流反复地跳变,如果此时用不当的方法进行维修,就可能造成更多或更严重的故障。
3.联想G470 i5处理器的笔记本电脑故障
同行送修的联想G470 i5处理器的笔记本电脑故障现象为:单用电池可以正常加电,单用电源不能加电,用电池启动笔记本电脑进入系统以后,用电源也不能给笔记本电池充电。由于此笔记本电脑使用的是i5处理器,且单用电池开机正常。同行由于对电路不太熟悉,担心将故障扩大,所以找我帮忙。
在不拆机的情况下对笔记本电脑进行检查,把电池和硬盘暂时卸下,接上可调电源,从电流表的指针可以看出待机不正常,按开关机键,笔记本电脑没有任何反应。从故障现象初步分析,引起用电源不加电的原因有两种可能:第一个是电源检测电路故障;第二个是电源口输入的地方到公共点这段电路出现故障。
拆开机笔记本电脑,仔细观察笔记本电脑,主板上没有进水的痕迹,也没有腐蚀的现象,用万用表测笔记本电脑主板上关键测试点对地阻值都正常。静态没有短路。将可调电源调到19V,限流3A。接上电源,用万用表测公共点的电压为0V,3V、5V电感就肯定没有电压。用电池可以正常加电,用电源连公共点都没有电压,那么3V、5V电感肯定没有输出电压。因为电池开机正常,所以3V、5V电路本身应该没有问题,后面的电路也没有问题,只能说明电源检测的相关电路出了故障。现在很多新机器为了达到只用电池的时候节约电池的电量,在3V、5V电路的单元控制电路设计了控制电路,只有当接入电源检测正常的时候,3V、5V单元控制信号才会高电平,3V、5V电感才会输出3.3V和5V电压。
查看此款笔记本主板的板号为LA6751P,在维修论坛下载相对应的电路图。打开电路图,此款笔记本电脑是由仁宝工厂代工的,从电路图上看此款笔记本电脑的点火回路和我们以前讲的联想 C461 的点火回路有一定的区别。首先查主板的上的电源检测信号,此款笔记本电脑的电源检测信号PACIN是由ISL6251_VDD5V经过两个电阻,PR338和PR342串联分压得到3.3V左右的电压,由于ISL6251VDD的另一端接10kΩ电阻,连ISL6251的23脚ACPRN信号,所以PACIN信号的产生与ISL6251的供电芯片有关系。想要PACIN电压输出正常,第一个ISL6251_VDD输出正常,必须要24脚的DCIN输入正常,第二个2脚的ACSET电压正常后,才会在23脚ACPRN输出低电平。ISL6251电路图(工厂图),如图2-10所示。
接上可调电源测24脚DCIN引脚的电压为15V,很明显不对,10V的电压经过二极管过来,再经过10欧姆的电阻后应该在18V左右。断电测PR311的电阻阻值为无穷大,说明10欧姆的电阻损坏了。从料板上的主供电位置上找一个10Ω的电阻,更换后接上可调电源,电流表指针有轻微的跳动,用万用表二极管挡测量,3V、5V 电感输出正常,短接开关板接口,电流表指针上扬到0.8A后,连续3次跳变。接下来装机测试,用电源开机一切正常,电源和电池一起使用也正常,且可以正常充电。
故障总结 :联想G470 i3处理器笔记本电脑用电池开机正常,用电源不加电的故障是由于给ISL6251供电的PR311的10Ω电阻损坏所致。此款笔记本电脑是笔者第一次维修,没有任何经验而言。通过此过案例可以看出,在维修笔记本电脑的时候,掌握笔记本电脑主板上的电路工作原理是多么重要,会分析工厂的PDF电路图也相当重要。因为各种工厂代工的笔记本电脑主板,随着电脑档次的升级,他们在设计电路的时候也会做一些变动。此款机器如果以为还是仁宝代工,还是用仁宝点火回路的维修方法维修这个笔记本,就会有些摸不着头脑。但是,如果你明白了仁宝的点火回路的深层次原理,再加上可以看懂工厂的PDF分析,就会分析出此款笔记本电脑原来的点火回路电路做了一些修改,电源检测电路与充电管理芯片ISL6251有关。因此,各大代工厂的笔记本电脑主板的电路在不断升级、改进,我们维修工程师的技术也要不断地提升,这样才能轻松地解决电路故障。
图2-10 ISL6251电路图(工厂图)