2.3 数字供电单元电路
前面的章节已经讲过笔记本电脑主板的电源方框图,笔记本电脑主板上的CPU、南北桥内存显卡,以及其他的芯片组都需要供电,而且电压都不相同,这些电压都是由电源适配器输入的16V或19V电压经过相应的供电电路转换而成的。这个电压的转换电路就是数字供电单元电路,也称为DC-DC电路,也就是直流转直流的意思。经过数字供电单元电路转换出满足芯片组需要的电压,同时根据笔记本电脑工作的状态调整所需的电流。
数字供电单元电路采用数字电源PWM(脉宽调制),开关稳压电源的开关管工作于开关状态,输出的电压和电流大小决定开关管的占空比和频率。在笔记本电脑电路中的3V/5V单元电路、南北桥内存显卡供电单元电路、CPU供电单元电路、充放电管理电路,都是将由电源适配器输入的电压经过转换输出合适的电压给对应的芯片组和设备供电,这些电路的工作原理与采用PWM(脉宽调制)的工作原理都是一样的。
2.3.1 数字供电单元电路的工作原理
数字供电单元电路的工作原理,如图2-11所示。
![](https://bookbk.img.zhangyue01.com/group61/M00/26/D1/CmRaIV-WNqiEY3paAAAAAMILMtk194240575.jpg?v=HqtDIocr&t=CmRaIV-WNqg.)
图2-11 数字供电单元电路的工作原理
在图2-11中相关的电路元件及标识的工作原理和作用如下。
(1)V+为供电芯片的主供电,主要是为供电芯片内部提供工作电压,这个电压来自保护隔离电路,与公共点相连。为了保护供电芯片不会被电流波动而烧损,一般在前面会装上一个10Ω电阻,在高档的机器上会并联两个20Ω的电阻。
(2)C2、C3电容主要起滤波用,作为供电单元电路输入对电压的一个“简单处理”,它也是我们在维修中的一个关键测试点,这个电容也称为公共点。笔记本电脑主板上供电单元电路中的这两个电容都相连。
(3)ON/OFF(有的电路中也有SHUT-DOWN)为供电芯片的控制信号,作用是为芯片工作提供控制信号,2.5V以上高电平有效,高电平开启,低电平关闭,这只是一个信号电压。这是我们在检修供电单元电路时的一个重要信号之一,不同的单元电路,不同的品牌笔记本电脑不一样,详细情况会在后面的章节介绍。
(4)Q1在电路中称为高端MOS管,是数字供电单元电路电压转换过程的核心元件(相当于加工中心的模具),主要起降压作用;它的降压是由电源芯片输出PWM方波控制MOS管的G极实现的,芯片内部会根据电路的需求自动调整方波的占空比,改变MOS管的导通时间。输出的方波高度决定输出的电压,方波的长度决定输出的电流。在主板测试时与电路中是一样的,Q1的D极连主供电,S极连低端MOS管Q2的D极。
(5)Q2在电路中称为低端MOS管,是数字供电单元电路中的第二核心元件,主要起保护作用,一来释放电感产生的反电动势,以防止损坏芯片和高端MOS管;二来在数字供电单元电路本身有故障或后继电路有短路的情况下,防止故障扩大烧毁芯片和后继电路的电子元件。Q2 MOS管的G极也是受芯片控制的,芯片内部会根据电路的工作状态,自动输出方波,控制MOS管导通,达到保护作用。在实际维修中如果芯片到低端MOS管的G极断线,单元电路工作时反电动势不能消除,将会使低端MOS管击穿。
(6)L1电感,在电路中主要起到滤波和储能作用。通过Q1降压产生的电压含有一种高频成分,电感就会阻止这种高频成分不让通过,从而保证后继电子元件正常工作。不同电路的电感大小会有差别,CPU工作对电流稳定的需求比较高,CPU供电单元电路的电感与其他单元电路的电感差别比较大。
(7)C1电容,在电路中起到滤波和储能作用,把含有低频成分的直流电过滤成平滑的直流电;另外因为电容具有充放电的特性,此电容还能保证后继电路连续供电。
(8)D1稳压二极管,在电路中起稳压作用。当电路中输出的电压偏高到一定值后,它会反向击穿,以保证电压不会超过电路限制的电压。
(9)R1在电路中称为精密取样电阻,相当于工厂的QC,主要负责对电路中的高压和电流检测取样,反馈给供电芯片,有部分电路中省略了这个电阻。
(10)LX为外接电感反馈节制输入,它的作用主要是通过电感直接检测与电感相连的电路是否有短路。如果有短路,不经过芯片内部的比较电路,直接反馈给芯片内部,芯片内部会直接输出控制电压,让Q1截止、Q2导通,以保护电路本身和负载。
(11)BST为供电芯片的激放电路供电,主要负责给供电芯片内的激放电路提供工作电压,在3V、5V供电单元电路中是由供电芯片本身产生的,在CPU供电单元电路和南北桥内存显卡供电电路中的BST都是3V、5V供电单元电路的5V提供的。
(12)POWER-GOOD在电路中称为电源好信号,就像在战争中通常用信号弹提示准备工作就序一样,在电路中当供电芯片工作正常之后,就会输出此信号,通知其他的芯片组。比如CPU供电单元电路工作正常后,输出此信号给南桥。
(13)REF为供电芯片的基准电压2.5V。在供电芯片内部待机工作正常后会输出此电压,用于判断芯片的待机是否正常。
如图2-11所示的数字供电单元电路工作原理如下:接通电源后,经过保护隔离电路送来的16V电压,一路到达高端MOS管的D级,另一路经过10Ω的电阻为供电芯片提供主供电。在BST激放电路供电、芯片待机正常后,就会输出REF 2.5V基准电压,当其他的电路提供的 ON/OFF 控制信号到达后,芯片的激放电路开始工作,输出方波控制高端门MOS 管工作,产生电压,经电感滤波后,经过精密取样电阻,检测取样反馈给芯片内部进行比较,由芯片内部调整输出的方波的高度和宽度来控制 Q1 的 G 极,以调整 Q1的输出,从而保证供电单元电路稳定输出。当芯片或后继电路发生故障时,供电芯片会输出方波,使Q2一直处于导通状态,从而保护电路本身和后继电路。
2.3.2 数字供电单元电路的工作条件
1.供电
主供电。由电源适配器输入经保护隔离电路传过来,比电源适配器电压低1V左右。BST激放电路供电5V。
2.控制信号
供电芯片的控制信号为ON/OFF,如果供电芯片产生两个电压的供电元电路,就会有一个主控制信号和单元电路控制信号。一般主控制信号用SHUT-DOWN标识,单元电路控制信号用ON1、ON2或ON3、ON5标识。
3.外围电路
除了外界的条件之外,芯片的外围电路也很重要,高低端MOS管、电感、稳压二极管、电容,都是缺一不可的。
2.3.3 数字供电单元电路的易损元件
(1)低端MOS管Q2,由于它起保护作用,在保护时就有可能已经“牺牲”了,因此它的损坏现象多为击穿或软击穿造成阻值偏小,从而引起笔记本电脑不加电。更换时最好找同样的电路。
(2)高端MOS管Q1,由于它起降压作用,长期处于开关的状态,因此它的损坏现象多为击穿或软击穿造成阻值偏小,引起主供电工作不正常而导致笔记本电脑不加电。更换时用同样的电路更换。
(3)10Ω的保险电阻,由于主供电的电压杂波或瞬间的电流导致保险电阻损坏、阻值增加,从而阻碍了电流的通过,影响了供电芯片的供电,导致供电芯片不能工作。
(4)C2、C3滤波电容,这两个电容是笔记本电脑的主供电,由于主供电的电压杂波或电流的冲击,会将电容击穿,一般情况下南北桥内存显卡供电单元电路的电容比较易坏。损坏以后引起公共点短路,从而导致不加电。
(5)供电芯片虚焊或芯片焊接不良也会导致供电单元电路不能正常工作。
(6)电感一般容易虚焊,而且在虚焊的情况下会听到吱吱的声响。