POS機的電源分析和檢修

中山市技師學院　梁海珍　冼照明

POS機的電源分析和檢修

中山市技師學院梁海珍冼照明

POS機是一款高度集成的電子設(shè)備。它通過讀卡器讀取銀行卡上的持卡人磁條信息，由收銀員輸入交易金額、持卡人輸入密碼，然后把這些信息通過銀聯(lián)中心，上送發(fā)卡銀行系統(tǒng)，完成聯(lián)機交易，給出成功與否的信息，并打印相應(yīng)的票據(jù)。

一、保護電路原理分析

1.過流與反接保護電路

（1）電路構(gòu)成

如圖1所示，電源適配器的 DC12V通過P1插座輸入，經(jīng)C96，C3電容濾波到整流二極D1（MBRD620，肖特基開關(guān)二極管）。D8是一個TVS管（瞬變電壓抑制二極管），可吸收因外部電源不穩(wěn)的浪涌脈沖；L11是一個共模電感，可抑制產(chǎn)品自身的共模電磁干擾；F2是一個自恢復(fù)保險絲；C95，C34，C4，C5等電容同樣用于濾波。電路的輸出經(jīng)DC_IN 供給后級的電路。

（2）工作原理

如若后級負載出現(xiàn)過載或短路，電流會急劇增大，自恢復(fù)保險絲F2熔斷，進入過流保護狀態(tài)。如果電源極性接反（正極接入P1 的3，4腳，負極接入5腳），上電瞬間D1反向截止，電路沒有輸出，處于反接保護狀態(tài)。

2.過壓與欠壓保護電路

（1）電路構(gòu)成

POS機過壓欠壓保護電路是由U5（LM5060Q/MM，具有低靜態(tài)電流的高側(cè)保護控制器）及其外圍元器件組成。U5（LM5060）是一款具有低靜態(tài)電流的高側(cè)保護控制芯片，它的內(nèi)部有兩個電壓比較器。 3腳（OVP）為內(nèi)部過壓保護比較器輸入端，它將UOVP 與2.0V電壓進行比較。當UOVP大于2.0V時，比較器輸出高電平，通過內(nèi)部邏輯電路關(guān)斷電源，從而啟動過壓保護。4腳（UVLO）為內(nèi)部欠壓保護比較器輸入端，它將UUVLO與1.6V進行比較，當?shù)陀?.6V時比較器輸出高電平，從而啟動欠壓保護； 7腳是一個外部定時電容輸入端，可以設(shè)定延時時間，避免保護電路誤啟動。

（2）工作原理

在POS機過壓欠壓保護電路中，DC_IN經(jīng)過采樣電阻R83，R84，R85這三個電阻串聯(lián)分壓后得到的電壓分別輸入U5的UVLO腳和OVP腳，根據(jù)電阻串聯(lián)分壓公式可得：

UUVLO＝［（R84+R85）/（R83+R84+R85）］*UDC_IN； 式1

UOVP＝［R85/（R83+R84+R85）］*UDC_IN； 式2

當UDC_IN=12V時，把電路參數(shù)R83=51kΩ，R84=3.24 kΩ，R85=7.15 kΩ代入上式，計算得：

UUVLO＝［（3240+7150）/（51000+3240+7150）］*12≈2.03V > 1.6V;

UOvp＝［7150/（51000+3240+7150）］*12≈1.39V < 2.0V

此時電路正常工作。

圖1　過流與反接保護電路原理圖

圖2　DC-DC降壓電路原理圖

二、DC-DC電路原理分析

因為POS機是采用一節(jié)8.4V的鋰電池供電，而電路中的CPU、 Flash、DDR、WIFI、3G模塊、USB、LCD等功能模塊均采用5V或以下電源供電，所以POS機的整體電源架構(gòu)是以降壓為主。除此之外，POS機的LCD的背光和打印機頭分別使用18V 和20V的電源，因此有兩路DC-DC升壓電路。

直流變壓（DC-DC電路）主要是利用電感線圈的儲能特性來實現(xiàn)的。當給電感線圈通電時，電能會轉(zhuǎn)換成磁能并儲存在線圈內(nèi)；斷電后，磁能釋放出來并轉(zhuǎn)換成電能。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢計算公式為：uL（t）=L*diL（t）/dt，即電流變化越快，感應(yīng)電壓就越大。

1.DC-DC升壓電路

（1）電路構(gòu)成

龍杰POS機背光電路由U11（直流升壓芯片CAT4139TD）及其外圍元件組成。U11的1腳（SW）內(nèi)接一個NMOS管連接GND，它的通斷受內(nèi)部的脈沖振蕩和脈寬調(diào)制電路（PWM）控制。L10為儲能電感， D1為續(xù)流二極管。Q1與R154、R893、R894、C191組成邏輯控制電路。

（2）工作原理

接通電源，U11的VIN=4.1V，芯片開始工作，電源對儲能電感L10充電，電感電流在線圈未飽和之前線性增加，電感上出現(xiàn)左正右負的電壓VL；當NMOS管被關(guān)斷后，儲能釋放，電感上出現(xiàn)左負右正的電壓VL。這個電壓與輸入電壓VDD疊加，通過D1輸出，使BKLED+端的電壓等于VL+VIN，達到升壓目的。

線圈上的電壓VL的大小決定于流過它的電流的變化快慢。因此，如果改變U11內(nèi)部的NMOS管（SW腳）的開關(guān)速度，就能改變VL值，從而改變輸出電壓。

2.DC-DC降壓電路

（1）電路構(gòu)成

圖2顯示的是POS機直流12V到4.1V降壓電路的原理。核心元件是U3（LM22670TJE，具有同步或可調(diào)開關(guān)頻率的降壓型穩(wěn)壓器）與L2（儲能電感）。C23為輸出電容，D3為續(xù)流二極管，R32、R33組成輸出電壓采樣反饋電路。

LM22670的1腳（SW）內(nèi)部通過一個PMOS管接通電源，它的通斷受芯片內(nèi)部的脈沖發(fā)生電路和反饋信號（由6腳FB端接入）共同構(gòu)成的PWM電路控制。

（2）工作原理

VIN接通電源后芯片開始工作，內(nèi)部的PMOS管導(dǎo)通，輸入電壓VIN通過電感向負載供電，同時電感儲能，輸出電容也充電，電容上的電壓為上正下負，大小為VIN。當U3內(nèi)部的PMOS關(guān)斷的瞬間，L2的電流不能突變，感應(yīng)出左負右正的感應(yīng)電壓VL；而電容上的電壓不能突變，仍為上正下負。由于VL>VIN，續(xù)流二極管導(dǎo)通，線圈L2向電容、負載供電，輸出端的電壓VTP1 = VL-VIN = VDD4V1。

輸出電壓經(jīng)R33、R32組成的分壓器采樣后，反饋至U3的FB腳，與參考電壓（1.285V，芯片內(nèi)部設(shè)置）進行比較、放大，與內(nèi)部的脈沖發(fā)生電路和PWM控制電路一起，控制內(nèi)部PMOS管的通斷，改變電感上的儲能時間，從而改變VL，獲得希望的電壓。

三、維修實例

機型：龍杰（ACS）ACR890

故障現(xiàn)象：開不了機

因為ACR890可由兩部分電源供電，第一部分（也是主要部分）是鋰電池供電；第二部分是外接12V適配器電源供電，同時對鋰電池充電。所以在拆機前，先操作一遍機子，根據(jù)故障現(xiàn)象進一步確定故障點的大概位置。

檢修步驟：首先原鋰電池不要拆下，按開機鍵，發(fā)現(xiàn)不能開機；接上外部12V電源適配器，還是不能開機。拆下鋰電池測量，發(fā)現(xiàn)電壓為0V 。更換新的鋰電池后能正常開機了，因此推斷故障點在12V電源輸入的保護電路或降壓電路部分。

用萬用表再測量U5的UVLO和OVP的電壓，發(fā)現(xiàn)均不正常，所以懷疑是U5損壞或者分壓電阻R83，R84，R85損壞。斷開12V電源的輸入，使用萬用表電阻檔測量R83電阻為50K（標稱值為51KΩ，因為是在PCB板上直接測量電阻值，所以與實際值有少許誤差是正常的），測量R84電阻值為3K（標稱值為3.24KΩ），但R85的阻值遠遠大于7.15K。觀察電阻R85，發(fā)現(xiàn)有氧化跡象。更換相同阻值的R85后上電，能正常開機了，故障排除。

四、小結(jié)

這是一個由于輸入采樣電路中的電阻開路、造成過壓保護電路啟動的故障。反思檢修的過程可以發(fā)現(xiàn)：雖然現(xiàn)在的手持設(shè)備電源電路都比較復(fù)雜，但一般都包含了電池充電電路、保護電路、DCDC轉(zhuǎn)換、LED驅(qū)動、音頻驅(qū)動等功能模塊。通過對各模塊電路的工作原理分析，還是可以快速地定位和排除故障的。