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SUN服务器电源保护

SUN服务器电源保护

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  Sun440系列服务器,采用台达DSP-680CBA型电源。该型电源具有工作范围宽(交流100V~240V)、输出功率大(最大680W)、可靠性高、工作效率高(具有PFC电路,效率达90%以上)、完善的过流过压保护功能等特点。由于发生故障后很难购买到该型电源,严重影响服务器系统的正常工作。通过分析该型电源近年发生的l5例故障,发现其中由于电风扇轴承磨损严重,导致转速下降或停转而引起电源的保护性故障占12例,其它故障只有3例。因此,分析该型电源的电风扇故障引起电源保护的原理及处置方法,对快速维修该型电源,保障服务器正常运行具有很大的帮助作用。
  
  散热电风扇故障引起电源保护的原理
  
  该型电源的散热风扇,采用3610K-04W-69型12V直流无刷电力风扇。其工作电流为0.56A.该电风扇启动速度快,转速高(正常情况转速约为3000转,分)。红黑两引出线为12V和地线,黄引出线为电风扇转速计数脉冲输出信号线(电风扇每转一圈输出两个方波)。下图为依据实物绘制的电风扇故障电源保护的电路原理图(图电元件标号为自定)。
  
  图中U3为台达专用电源输出电压检测芯片( DNA1002E),其工作电压+5.1V是由+15V(电源模块辅助电源产生)经450Ω电阻及5.1V稳压管产生。
  
  ⑦脚(DUV)为过欠电压检测延迟控制端(当该脚电压低于2.5V时,芯片不做过欠电压检测),①脚(OUT)输出低电平;‘⑦脚外接1μF电容(C11)决定延迟的时间f由于⑩脚(Rcrt)接24.3kΩ电阻,芯片内部的恒流充电电流为10μA,⑦脚(DUV)电压从0V到达2.5V所需时间为0.25秒,工作平稳后实测⑦脚电压值为3.66V]。芯片通过⑨一13脚对电源各路输出电压进行检测,其中+5V、+12V及+3.3V对应引脚的正常范围为:⑦脚(V5):4.25V ~6V;30脚(V12):10V—14.44V;12脚(V3.3):1.17V~1.42V。当各检测端电压均在正常范围内时,芯片①脚(OUT)输出低电平,Q1饱和导通.+15V加到移相脉宽调制控制器(UCC3895DW)的供电端(UI的⑤脚),电源正常r作;当检测端(⑨~13脚)有一路电压超出正常范围时(过或欠电压),则芯片①脚(OUT)输出高电平,由于ZD1的稳压值为11V,Q1不能导通,故电源控制芯片UI(UCC3895DW)失去供电,电源停止工作。同时,由于此时已失去除+5Vsb和+15V以外的所有电源输出,所以芯片①脚(OUT)始终保持高电平输出(电源保护保持)。电风扇故障引起电源保护的信号由@脚(V3.3)接人,具体实现过程如下:
  
  图中U2(4538)为双单稳态多谐振荡器,由辅助电源的+5Vsb为其供电。本电路采用单稳态电路接法,其⑤、11脚(负触发1B-和2B-)以及③、13脚(复位1R-和2R-)接电源端,因此,负触发和复位信号不起作用。④、12脚(正触发1A和2A)经R4接到电风扇转速计数脉冲输出端(黄线),由于该信号为集电极开路输出,需接上拉电阻R1。主电源工作后,产生+5V、+12V等电压输出,在开始的0.25秒内,U3不做过欠电压检测,电风扇开始加速转动,同时由于C1、R2、R3、Q3的作用,U2的④、12脚(1A和2A)先被强制拉低,之后由电风扇转速计数脉冲数出端控制。当电风扇输出的转速计数脉冲上跳沿到来时,芯片的⑥、⑩脚(1Q、2Q)分别输出高电平脉冲,⑦、⑨脚(1Q-、2Q-)分别输出低电平脉冲,脉冲信号的宽度分别由U2的1RxCx(②脚)和2RxCx(14脚)接入的定时阻容元件Rx1、Cx1以及Rx、Cx决定。公式为:T =RCCn;其中12Vg =(12~0.6)V,Vref1为下门限电压(5/3)V,Vref2为上门限电压(2x5/3)V。按图所示元件参数计算,第一个单稳态输出的脉冲宽度Tl约为6.76ms.对应电风扇转速为4437转/分,其输出(1Q-)经处理后接到服务器接口,在此不做讨论。第二个单稳态输出的脉冲宽度T2约为41.3ms,对应电风扇转速为726转/分,其输出(2Q-)经R5、D1、R6、R7接三极管Q2的基极。当电风扇转速大于726转1分时,电风扇转速计数脉冲的两个上跳沿之间的时间间隔小于T2(41.3ma),在单稳态输出结束之前,电风扇计数脉冲通过(2A)端再次对单稳电路进行触发,使U2(4538)的⑨脚(2Q-)始终保持低电平(如右图a-d所示),三极管Q2保持截止,U3的12脚(V3.3)的电位由参考电压(12脚)25V经R11、+3.3V经R13与R10构成的分压网络产生,经计算得1.258V(处于1.17V~1,42V的正常范围之内),U3的①脚(OUT)保持低电平,电源正常工作。当电风扇故障(转速小于726转/分)时,电风扇输出的转速计数脉冲两个上跳沿之间的时间间隔大于T2(41.3ms),如右图d—f所示。在U2的(2Q_)单稳态结束之时,下一个上跳沿触发信号不能到达U2的(2A)脚,此时U2(4538)的⑨脚(2Q一)将产生高电平信号,该高电平信号经R5、Dl、R6、R7使三极管Q2对地导通,U3的12脚(V3.3)的电位降低,并超出1.17V~1.42V的正常范围,U3的①脚(OUT)输出高电平,经稳压管ZD1、R8的作用,Q1截止,U1(UCC3895DW)失去+15V供电,电源停止工作.+5v、+12V等各路电压无输出,电风扇也失电停转(电源保持在保护状态)。
  
  该型电源最常见的故障是:由于长期工作,散热电风扇轴承磨损严重,导致转速降低或停转,使电源进入保护状态而停止工作。5698
  
  处置方法方法.
  
  1:用同型号电风扇替换。该型电源模块使用的电风扇型号有两种,第一种为MINEBEA公司生产的3610KL -04W-B69型12V直流无刷电风扇,其工作电流0.56A。另一种为Nidec公司生产的TA350DC型12V直流无刷电风扇,其工作电流0.50A。由于在市场上很难购到这两种电风扇,可委托专业厂家生产。该法的优点是直接替换电风扇即可。缺点是需批量定制,成本高,供货周期长。
  
  方法2:更换电风扇轴承。对于批量小的用户,厂家无法专门定制,因此,更换电风扇轴承是一种无奈的选择。具体方法是:购买型号相同轴承,打开电风扇防尘密封纸,用注射器针头和小镊子配合,小心取出轴承卡簧或塑料卡片,从另一面取出电风扇叶片,用镊子取出已磨损坏的轴承,换上新购同型号轴承,重新装好叶片和卡簧,并对轴承涂抹黄油,做好密封即可。这种方法的优点是:维修成本低、速度快。但由于电风扇叶片转轴已被磨损,加上自主更换轴承的工艺不过关,使用中风扇噪音较大,使用寿命较短,一般只能使用1—2年。
  
  方法3:用普通电风扇替换。即采用从市场可以购得到的台式电脑机箱散热电风扇替换。这些电风扇大多转速低(2000转,分以下),启动速度慢,且需改动电源的控制电路。具体方法是:根据所购买的电风扇型号,适当加大图中U2(4538)芯片14脚(2RxCx)所接电容Cx或U3 (DNA1002E)⑦脚所接电容C11的容最,使U2的⑨脚输出单稳态的时间延长或使U3不做过欠电压保护检测的时间延长,前者的目的是使电路在电风扇的转速更低时,电源不保护;后者是使电路不做过欠电压检测的时间(0.25秒)延长,使电风扇有足够的时间将转速提升到726转,分以上。笔者试用台湾AVC厂家生产的C9025S121,B型(12V/0.12A)普通电风扇代换,同时在图所示电容Cx两端并联一个0.22μF'的独石电容,实现了普通电风扇替换(代换时,务必将电风扇插头的引线顺序调整为和原电风扇一致。由于替换的电风扇转速较低,对电源模块的散热效果有一定影响)。

电源保护电路




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