電源供應器-搶救電源大作戰-維修DIY

今天有一台電腦突然罷工，無論電源開關怎麼扳，整台就是完全靜悄悄，於是我拿出電源測試器插上看看，如下圖。扳上電源開關之後，電源測試器都沒有反應，這表示 電源供應器 真的掛了。

本來這種低價的電源供應器並不值得修，但阿信助教本著一股好奇心，我就來看看它裡面到底是怎麼回事，大家就一起來看熱鬧吧。

電源供應器-內部電路

拆開之後裡面的電路如下圖，左邊有兩個超大的電容，用來形成高壓直流，中間有三顆變壓器，右邊則是很多功率二極體作為輸出之用。

咦! 為何有三顆變壓器? 以前課本都畫一顆變壓器，然後就可以開始用了，Why? 因為現在電腦都是交換式電源(Switching Mode Power Supply)，它利用電晶體不斷的ON/OFF製造高頻電流，讓變壓器工作在幾十KHz甚至幾百KHz的高頻率，所以電流頻率不再是原始電源的60Hz。

上方最大的變壓器是主變壓器T1，它需要中間的變壓器T2來推動電晶體，而下方的變壓器則是只供應5VSB，也就是Standby待機電源，電源控制IC吃的電源就是5VSB，這樣才能控制其它的12V/5V/3.3V，所以這樣就是三顆變壓器。

使用交換式電源的好處，就是變壓器體積可以做很小，你來看看音響的60Hz變壓器如下圖，這是我以前修理的擴大機內部，白色的方塊就是變壓器，大約手張開這麼大，你就知道體積差很多了。

檢查 保險絲/電容

既然主機板上電後靜悄悄，當然就先檢查保險絲是否燒斷，用電表一量發現電阻無窮大，表示保險絲果然燒斷，於是就給它換上相同規格的保險絲，但這樣並不算修好，因為電源供應器是高溫高壓環境，我們必須要謹慎應對，其它元件也要巡一下才好。

根據我修理主機板的經驗，年代久遠的電路板，爆電容是很常見的，而且電源供應器又是高溫環境，所以同時目檢了每個電容，果然就讓我找到好幾顆頭頂鼓起的電容，下圖這三顆藍色的柱狀電解電容最具代表性。

還好平常有燒香，馬上跟同學調了幾顆電容來頂著用，他只有固態電容這種高級貨，換上去之後如下圖。

電源供應器 電路圖

其餘的問題要檢查的話，就一定要有電路圖，如果沒有電路圖，就得自己做反向工程，那實在太累了。還好真的讓我在網路找到資料，而且電路竟然還有95%和我手上這個相似，它是一個捷克的網站，裡面收錄了各種電源供應器的電路 AT and ATX PC computer supplies schematics ，有電路圖之後才方便找問題。所以我後面的說明，包括元件編號，都會以下方這張電路圖做基準。

首先我發現位於大顆主電晶體附近的電路板都有焦黃的痕跡，因此推測主電晶體Q1、Q2應該燒壞了，這兩顆是用來ON/OFF主變壓器T1一次側的電流用的，而Q3是給待機電源的變壓器T3一次測使用。我把這三顆電晶體拔起來之後，電路板所呈現的樣貌如下圖，你看這顏色，我想這三顆應該是凶多吉少。

但如果Q1、Q2要換，我基本上會連Q3也一起換，因為這三顆都排在一起，而且還鎖在散熱片上如下圖，我覺得它們一起掛點的機會頗高，所以我不做各別檢查了，直接一次換完比較省事。

雖然功率電晶體的標式很清楚，分別是D13007和DFF2N60，但看得到Marking是一回事，買不買得到又是另外一回事，這種古董機種基本上很難買到零件。所以這時候就得發揮電子專長，尋找坊間是否有規格相符的代用零件，我花了點時間比對規格，於是找到2SC4055來代替主電晶體，IRF840來代替待機電晶體。至於原本換下來的舊電晶體，我好奇用電表測試了一下，果然三顆全部掛點。

恐怖的高頻聲

換上新的電晶體後，理論上電源供應器應該要正常運作才對，於是就上電測試看看，但電源一開就馬上聽到從電路板傳來類似汽車剎車的高頻聲，但電源測試器一樣沒反應，表示無電壓輸出，我當下有些害怕，趕快把電源關掉。

回頭來找原因，整個電源供應器上電之後第一個要出現的電源是5VSB，SB是Standby的意思，這路電源是由T3變壓器提供給電源控制IC，電源IC才能去啟動T2變壓器，T2才能觸發T1變壓器讓其餘的電壓出現。

T3變壓器的切換頻率，是靠C8這顆電容與周圍的元件形成振盪器，用來提供T3的ON/OFF工作頻率，所以既然有高頻聲，我當然是第一個懷疑C8電容，雖然他看起來很小很靠譜如下圖，但電容不可貌相，只有它嫌疑最大。換上新電容之後，高頻聲立馬消失，而且5VSB也很穩定，但其餘的電源仍然是罷工的狀態，所以真的是電容的問題。

其實交換式電源的工作頻率比人耳能聽到的20KHz還要高，所以我們聽到的故障高頻聲，其實對電源供應器來說算是低頻，而這個聲音來自變壓器的線圈震盪，因為變壓器的線圈在交流電經過的時候，會產生磁力，會南北極切換，所以會有物理震動產生聲波，若頻率落在20KHz以下，我們就會覺得很刺耳。

另外你可能有發現C8箭頭旁邊的電源火線與中性線被我換成黑色電線，那是因為在維修過程中，我需要把電路板翻來翻去，加上它年紀大了，它就給折斷了，於是我給他換了新電線。

T1變壓器-電源供應器 要角

現在5VSB電壓穩定沒問題，表示T3正常，但是最終的12V與5V還沒出現，表示主變壓器T1仍沒動作，這就表示剛才新換上的電晶體Q1、Q2尚未驅動到T1，所以我們要繼續往前級追。由於主電晶體 Q1、Q2本身也需要驅動電流，這是由變壓器T2所驅動，所以現在就要來看看T2到底有沒有正常動作。

T2變壓器本身是由兩顆小型的電晶體 Q5、Q6 所驅動，因為電源控制IC無法直接驅動主電晶體Q1、Q2 ，只能透過多一層電晶體一路驅動上去。這跟大型馬達不能直接接無熔絲斷電器NFB一樣，它們必須透過接觸器Contactor才能安全啟動，雖然應用不同但原理相同。

為了確定Q5、Q6電晶體的運作正常，先來測量一下這兩顆電晶體的基極B腳輸入端是否有波形? 測量之後發現，電源控制IC有正確發送切換訊號如下圖，頻率大約是30KHz，所以電晶體有輸入卻沒輸出，這樣的話就表示Q5、Q6這兩顆小電晶體應該是故障了。

T2變壓器驅動線路

T2變壓器的驅動電晶體C945是很常見的零件，但我手邊沒有，只好想辦法弄個類似的。我手邊有的電晶體是C2901，看了一下規格還滿能符合目前的狀況，所以就選它了，唯一的問題是它的腳位和C945不同，請看下圖就知道了，兩者的B與C腳位剛好對調，不能直接插上電路板。

山不轉路轉，這時就要發揮匠人本色，讓這電晶體的兩個接腳對調一下位置，然後再取代Q5、Q6電晶體，我想這樣應該就可以了吧。

上電之後電源供應器果然運轉了，這真是太棒了，連我自己都佩服自己了，但這只是表象而已，我們繼續看下去。

PG訊號 電源供應器 狀態

電源供應器有條特別的電線，它是訊號線，叫做PG(Power good)，它會在AC電源插上之後，等待所有電壓穩定後，會由Low變成High，而且必須在上電100ms之後才能變High，它用來通知主機板電源已經穩定了。雖然Power supply有電壓輸出，但是電源測試器顯示的PG time一直是零，這樣仍然不算修好。

於是我還真的拿示波器來測量PG訊號，果然真的都靜悄悄，這該怎麼辦好? 我們來看一下線路如下圖，PG訊號直接從電源IC出來，由於IC pin9 是開汲極，需要Pull High電阻也就是R46，經過量測阻值是正常的，難道IC故障嗎? 這不就要買IC了? 先不想這一步，先看看有沒有其他可能吧。

由於PG訊號的成立條件是所有電壓都穩定之後才會變High，根據因果關係來論的話，應該要先看看每個輸入電壓是否都有進到IC腳位上。因此我開始測量IC腳位上每個Voltage sensor的輸入電壓：pin3測得3.3V、pin4測得5V，所以這兩者都正常，唯獨pin6接近0V沒有12V，而它是唯一一個透過串接電阻接到12V的Sensor腳位。

現在12V sensor腳位嫌疑很大，而電阻的另一端電壓經過測量確實是12V，所以串接電阻應該是壞了，我打算把這個電阻換掉。雖然電路的串接電阻是1K ohm，但板子上實際看到的電阻是65K ohm，為了平衡忠於原著與現實考量，我用了33K ohm電阻，這是我手邊能找到的最接近的電阻，先焊在背後試看看。

串接電阻換掉馬上開電，果然電源測試器上的PG time就出現了300ms，非常完美。那剛換下來的65K ohm電阻有故障嗎? 我量了一下阻值是61K ohm，看起來也還好，但不知為何之前就是不能用，我也沒在焊回去試看看。

電源風扇-吃電怪獸

現在打開電源之後，看著電源測試器出現各種穩定的數字，自己很是得意，心想等一下該是把所有東西都裝回去的時候了，於是把風扇拿來裝，才發現風扇不轉了。

於是我拿了殺肉來的電腦風扇來頂替，只不過對方是三線的接頭，它多了黃色這條線，這是用來讓主機板偵測轉速，但現在用不到了，電路板只接受12V/GND，所以我把腳位排列改成電路板需要的樣子，黃色就讓它空接，如下圖中央的接頭。

電源打開之後，風扇是轉起來了，但接下來的景象讓我有點傻了，所有的電源電壓全部往下掉，只有5VSB維持正常，我這殺肉風扇頂多吃個800mA，不至於讓電源容量不夠吧，這下讓我頭很大。

T1變壓器的二次側基本上不會有容量的問題，如果是全部的電壓都往下掉，應該是T1一次側的輸入電流不夠大造成的，而掌控這個電流的元件，主要就是C3、Q1、Q2，因為它們都是輸入電流路徑上的元件。

於是我先把C3拆下來測量容值，容值為1uF所以完全沒問題，但Q1、Q2又是新的，那到底會是哪裡有問題呢? 我突然想到Q1、Q2是NPN電晶體，這種電晶體的輸出電流\(I_{c}\)與輸入電流 \(I_{b}\) 是呈現比例關係的，所以 \(I_{b}\)小的話，應該會造成輸出電流也跟著小，或許來檢查一下與B極相接的元件，就能知道答案。

於是我打算測量了R13與D4，正要準備測量R13的時候，才發現原來R13已經燒黑了，之前竟然漏掉沒發現，根本是炭烤電阻，如下圖。實際測量後發現R13阻值是無窮大呈開路狀態，所以確定陣亡。二極體D4的部分，也是呈現開路是沒有電壓的狀態，表示二極體D4也確定陣亡。

既然驅動路徑元件燒毀，為何之前還能讓電源供應器運作呢? 因為還有另一個電流路徑，也就是電容C6，交流電能通過電容耦合到另一端到達T1，但電流量不高，在空載的狀況下，還能勉強支應電源供應器運作，若有負載接上來，輸出電流就無法支應，因而造成電壓下降了。

所以我拿了新的電阻與二極體來替換，但我只有SMD 0805尺寸的電阻，所以要用兩個並聯湊出需要的瓦數，畢竟這是電源供應器，瓦數一定要注意。只是這些零件都在散熱片正下方，我只好焊在電路板背面，效果都一樣。既然要換就Q1、Q2的驅動元件都一起換，所以我換了兩組。

目前為止換的零件幾乎都是重要元件，表示這台電源供應器早就死透了，這次算是我硬要修好它，它才有復活的機會，既然頭都洗下去了，上電後好歹也要動起來吧! 還好它很賞臉，電源開關打開之後，電壓正常，PG訊號時間也有了，那真是太好了，到這裡才真的稱為維修成功。

注意事項-高壓測量不要用示波器

電源供應器的電路板上同時有110V/220V交流高壓與12V/5V等直流低壓，測量交流高壓時，請使用電錶測量，不要使用示波器，因為示波器的輸入端必定有一個地線，而AC電路接入的火線或中性線，可能從牆壁插座就已經接反了，所以高壓電路標示的中性線實際上可能是火線，若接上示波器的地線，就會發生短路爆炸。細節請參考這篇探棒接地 示波器GND竟然冒火花-你以為的地不是地。

只有在測量直流低壓時，才可使用示波器測量，因為電源供應器的外殼接地是與這些低壓直流共地，並沒有與高壓電路的中性線共地。這是因為住宅牆壁插座的火線與中性線經常有人會配反，如果火線中性線配反，加上電源內部的中性線與外殼共地相接，這樣就會造成機殼是110V的危險狀況，我們一定要避免這個情況，請務必留意。

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