戴爾筆記本電腦電源適配器電路及原理

 戴爾筆記本電腦電源適配器電路及原理

   近日修了幾台戴爾筆記本電腦 PA-12 系列 HA65NS2-00 型電源適配器，版本號 REV A01。其標稱 輸入電壓為 100~240V(50-60Hz).輸出電壓為直流 19.5V，輸出電流為 3.34A，額定輸出功率 65W。戴爾 Latitude、lnsipron 系列筆記本電腦均可使用該電源適配器，社會保有量較大。 HA65NS02-00 型電源適配器大量使用了表面安裝器件，如圖 1 所示。 由於元器件密度高、 工作電壓高、 電流大， 發生故障的幾率較大。 若沒有電路原理圖維修相當困難。
淺析其工作原理，給出兩個維修實例。器件編號與實物一致， 貼片電容未標註容量， 電阻 R12 和 R18 阻值為實測值(預設標註數值的電阻單位為歐姆， 預設標註數值的電容單位為微法)。
一、電路組成與主要元器件作用

1.電磁干擾抑制電路與整流濾波電路

 L1、R1A、R1B、CXl、L2 組成差模和共模低通濾波器，通常 稱作電磁干擾抑制電路(EMI)，用來抑制開關電源產生的電磁干擾；BDl 和 C1 組成橋式全波整流濾波 電路，為直流／直流變換電路提供平滑的直流電源(主電源)。

2．直流／直流變換電路

集成電路 IC1 及外圍元器件、 功率場效應開關管 Ql、 開關變壓器 T1 等構成直流/直流變換電路。 ICl 是 HA65NS02-00 電源適配器的核心器件，採用 SOP-8 封裝，頂部有兩行標記，一行為“1D07N25"， 一行為"5528"。在查閱了大量資料後排除了 NCPl207、LD7575 等 晶元，最終確認該晶元為富士電機(Fuji Electric)生產的 FA5528。FA5528 是採用 CMOS 製程的電流 模式脈寬調製控制晶元，典型工作電流僅 1.4mA。該晶元額定工作頻率 60kHz，輕載時自動降低工作頻 率，圖 3 是 FA5528 的內部電路框圖。 電阻 R5A、R5D、c5 和 D1 構成消尖峰電路。用來削除開關管導通與夾斷時 T1 初級繞組產生的高 壓尖峰脈衝(用來保護開關管 Q1)。遇 Q1 擊穿故障時，應檢查消尖峰電路。D2 和 R1 構成 IC1 的啟動電 路。 啟動電流大約 7mA。 啟動后， IC1 晶元啟動電路關閉， 改由輔助電源供電， 啟動電路電流降至 251uA 左右。開關變壓器 T1-1、T1-2 繞組、R7、D3、R8、C3、C10 和 R4 組成 18V 輔助電源為 ICI 提供電能。 開關管 Q1 源極與高壓地之間的電阻 R18 和 R14 為開關電源過載保護取樣電阻。當流經過載保護電阻 的峰值電流大於 IC1 內部設定的保護閥值電平時， 內部過載保護比較器翻轉關閉脈寬調製器輸出． IC1 功 率場效應開關管 Q1 夾斷，達到保護目的。

3.輸出整流濾波電路 開關變壓器 T1A、 繞組產生的低壓脈衝電壓， T1B 經共陰極雙肖特基二極體 D31A 整流、 C21A~C21C 濾波后，產生平滑的+19．5V 電源供電腦使用。電阻 R21 和電容 C21 組成的網路用來吸收開關變壓器 產生的尖峰脈衝，保護整流器件。高亮度發光二極體 LED 和電阻 R13 相串用來指示電源適配器工作狀 態。

4.輸出電壓穩壓控制電路

線性光電耦合器 PH1 和精密並聯型可調整穩壓器 IC32 及其外圍元器件與 IC1 內部誤差放大器、 脈 寬控制電路共同構成輸出電壓穩壓控制電路。
由於 IC32 的存在，PHI②腳的電位是恆定的，當+19．5V 電壓變化時。PH1 內部發光二極體的發 光強度發生變化，PH1 內部光電三極體集電極和發射極間的電壓 UCE 隨之發生變化，UCE 的變化經 ICI 內部誤差放大器放大后，調節 ICl 內部脈寬控制電路輸出的脈衝寬度控制開關管 Q1 的導通時間達到穩 定輸出電壓的。電阻 R24、R25 和 R26 用來設定電源適配器的輸出電壓： VOUT=VREF(1+ R 24 69.8 )=2.5V×(1+ )＝19.8V R 25 // R 26 10.2 // 909 固定 R24 和 R25，調整 R26，可調節輸出電壓：增大 R26，輸出電壓降低。
減小 R26，輸出電壓增 高。光電耦合器 PHl 內部的發光二極體和光電三極體間沒有電氣連接，低壓側的電壓變化通過光信號 傳遞到高壓側，還有保護低壓側設備和人身安全的作用。

5.輸出保護電路

 HA65NS2-00 電源適配器具有完善的輸出保護功能：Q3、NTC、R29 組成輸出整流器件過熱檢測電 路；IC2A、內部 2.5V 參考電壓及外圍元器件組成輸出過壓檢測電路；IC2B 及外圍元器件和電流取樣 電阻 R40 組成輸出過流壓檢測電路；IC2A、IC2B 的輸出通過共陽極雙開關二極體 D42 和 Q3 的輸出匯 集到一起，組成線或電路。當某一路輸出變低時，光電耦合器 PH2 內的發光二極體導通發光，PH2 內 的光電三極體導通，ICl 的①腳變低，關閉脈寬調製控制器輸出。FA5528 晶元保護電路具有閂鎖功能， 故障解除后不能自動恢復工作。故障解除后，斷開交流市電重新連接市電可以快速恢復適配器工作。
(1)輸出整流器件過熱保護 輸出整流器件溫度過熱時，安放在輸出整流器件散熱片近旁的負溫度係數電阻 NTC 阻值減小，Q3 飽和導通，通過光電耦台器控制 IC1 關閉脈寬調製控制器輸出。

(2)輸出過壓保護 IC2A、內部 2.5V 參考電壓及外圍電路構成一個單限比較器(比較器的門檻電平為 2.5V)。當輸出電 壓升高，R41A 和 R41B 組成的分壓器中點電壓 UA>2.5V 時，比較器翻轉輸出低電平，即： R14 B ×VOUT>2.5V R14 A + R14 B 將圖 2 中有關電阻數據代人不等式得： VOUT>21．7V。

(3)輸出過流保護 IC2B 及外圍電路與電流取樣電阻 R40(阻值約 30mΩ)構成一個單限比較器，門檻電平 104mV．由 R32 和 R33 對 IC2 內部 2.5V 參考電壓分壓取得。當電流取樣電阻 R40 兩端的壓降大於 104mV 時．比 較器翻轉輸出低電平。

6. ID 信息存儲電路

 戴爾筆記本電腦電源適配器輸出介面比較特殊：其外壁是負極．內壁是正極，中間還有一根小針與 電源適配器內的 ID 信息存儲晶元相連。戴爾筆記本電腦通過這顆晶元識別接人的適配器的型號。 ID 信息存儲晶元 IC3(型號為 DS2501)採用 T092 封裝，有 3 只引腳，其中 3 腳為空腳。該晶元由 MAXIM-DALLAS 公司生產的 512 位元組單線只添加 EPROM 晶元，內部存有戴爾電源適配器 ID、功率 等信息。這些信息可以通過最少的介面訪問，例如微控制器的一個埠引腳。DS2501 由一個工廠刻度 的註冊碼．其中包括：48 位唯一序列碼、8 位 CRC 校驗碼和 8 位家族碼(09h)以及 512 位的用戶可編程 E-PROM 組成。DS2501 進行編程和讀取操作的電源全部來自於 1-Wire 通信線。採用 l-Wire 協議，即僅 通過一條信號線和一條地線， 實現數據的串列傳輸。 讀取數據時電壓不得超過 6V， 編程時要求電壓 12V。 早期電源適配器 ID 信息存儲晶元直接與中間針相連．長達 2m 的輸出線未使用屏蔽線，在電氣上 相當一根天線，外界雜散電磁信號常常導致 DS2501 奠名奇妙損壞。
HA65NS2-00 REV A01 電源適配器 針對這一問題作了改進：一是新增了 ZD3 和 R31 兩個保護器件：二是輸出線改用三芯同軸線。 另外，部分適配器輸出介面導線焊接位置不當．使用過程中易造成+19.5V 導線碰觸中心針導線， 致使 DS2501 損壞。 如果 DS2501 晶元損壞， 筆記本電腦屏幕將顯示"The AC power adapter type cannot be determined"等信息，按 F3 可以進入系統，但是 CPU 降頻使用，電池不能充電。