POS机的电源分析和检修

中山市技师学院　梁海珍　冼照明

POS机的电源分析和检修

中山市技师学院梁海珍冼照明

POS机是一款高度集成的电子设备。它通过读卡器读取银行卡上的持卡人磁条信息，由收银员输入交易金额、持卡人输入密码，然后把这些信息通过银联中心，上送发卡银行系统，完成联机交易，给出成功与否的信息，并打印相应的票据。

一、保护电路原理分析

1.过流与反接保护电路

（1）电路构成

如图1所示，电源适配器的 DC12V通过P1插座输入，经C96，C3电容滤波到整流二极D1（MBRD620，肖特基开关二极管）。D8是一个TVS管（瞬变电压抑制二极管），可吸收因外部电源不稳的浪涌脉冲；L11是一个共模电感，可抑制产品自身的共模电磁干扰；F2是一个自恢复保险丝；C95，C34，C4，C5等电容同样用于滤波。电路的输出经DC_IN 供给后级的电路。

（2）工作原理

如若后级负载出现过载或短路，电流会急剧增大，自恢复保险丝F2熔断，进入过流保护状态。如果电源极性接反（正极接入P1 的3，4脚，负极接入5脚），上电瞬间D1反向截止，电路没有输出，处于反接保护状态。

2.过压与欠压保护电路

（1）电路构成

POS机过压欠压保护电路是由U5（LM5060Q/MM，具有低静态电流的高侧保护控制器）及其外围元器件组成。U5（LM5060）是一款具有低静态电流的高侧保护控制芯片，它的内部有两个电压比较器。 3脚（OVP）为内部过压保护比较器输入端，它将UOVP 与2.0V电压进行比较。当UOVP大于2.0V时，比较器输出高电平，通过内部逻辑电路关断电源，从而启动过压保护。4脚（UVLO）为内部欠压保护比较器输入端，它将UUVLO与1.6V进行比较，当低于1.6V时比较器输出高电平，从而启动欠压保护； 7脚是一个外部定时电容输入端，可以设定延时时间，避免保护电路误启动。

（2）工作原理

在POS机过压欠压保护电路中，DC_IN经过采样电阻R83，R84，R85这三个电阻串联分压后得到的电压分别输入U5的UVLO脚和OVP脚，根据电阻串联分压公式可得：

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

UOVP＝［R85/（R83+R84+R85）］*UDC_IN； 式2

当UDC_IN=12V时，把电路参数R83=51kΩ，R84=3.24 kΩ，R85=7.15 kΩ代入上式，计算得：

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

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

此时电路正常工作。

图1　过流与反接保护电路原理图

图2　DC-DC降压电路原理图

二、DC-DC电路原理分析

因为POS机是采用一节8.4V的锂电池供电，而电路中的CPU、 Flash、DDR、WIFI、3G模块、USB、LCD等功能模块均采用5V或以下电源供电，所以POS机的整体电源架构是以降压为主。除此之外，POS机的LCD的背光和打印机头分别使用18V 和20V的电源，因此有两路DC-DC升压电路。

直流变压（DC-DC电路）主要是利用电感线圈的储能特性来实现的。当给电感线圈通电时，电能会转换成磁能并储存在线圈内；断电后，磁能释放出来并转换成电能。根据电磁感应定律，感应电动势计算公式为：uL（t）=L*diL（t）/dt，即电流变化越快，感应电压就越大。

1.DC-DC升压电路

（1）电路构成

龙杰POS机背光电路由U11（直流升压芯片CAT4139TD）及其外围元件组成。U11的1脚（SW）内接一个NMOS管连接GND，它的通断受内部的脉冲振荡和脉宽调制电路（PWM）控制。L10为储能电感， D1为续流二极管。Q1与R154、R893、R894、C191组成逻辑控制电路。

（2）工作原理

接通电源，U11的VIN=4.1V，芯片开始工作，电源对储能电感L10充电，电感电流在线圈未饱和之前线性增加，电感上出现左正右负的电压VL；当NMOS管被关断后，储能释放，电感上出现左负右正的电压VL。这个电压与输入电压VDD叠加，通过D1输出，使BKLED+端的电压等于VL+VIN，达到升压目的。

线圈上的电压VL的大小决定于流过它的电流的变化快慢。因此，如果改变U11内部的NMOS管（SW脚）的开关速度，就能改变VL值，从而改变输出电压。

2.DC-DC降压电路

（1）电路构成

图2显示的是POS机直流12V到4.1V降压电路的原理。核心元件是U3（LM22670TJE，具有同步或可调开关频率的降压型稳压器）与L2（储能电感）。C23为输出电容，D3为续流二极管，R32、R33组成输出电压采样反馈电路。

LM22670的1脚（SW）内部通过一个PMOS管接通电源，它的通断受芯片内部的脉冲发生电路和反馈信号（由6脚FB端接入）共同构成的PWM电路控制。

（2）工作原理

VIN接通电源后芯片开始工作，内部的PMOS管导通，输入电压VIN通过电感向负载供电，同时电感储能，输出电容也充电，电容上的电压为上正下负，大小为VIN。当U3内部的PMOS关断的瞬间，L2的电流不能突变，感应出左负右正的感应电压VL；而电容上的电压不能突变，仍为上正下负。由于VL>VIN，续流二极管导通，线圈L2向电容、负载供电，输出端的电压VTP1 = VL-VIN = VDD4V1。

输出电压经R33、R32组成的分压器采样后，反馈至U3的FB脚，与参考电压（1.285V，芯片内部设置）进行比较、放大，与内部的脉冲发生电路和PWM控制电路一起，控制内部PMOS管的通断，改变电感上的储能时间，从而改变VL，获得希望的电压。

三、维修实例

机型：龙杰（ACS）ACR890

故障现象：开不了机

因为ACR890可由两部分电源供电，第一部分（也是主要部分）是锂电池供电；第二部分是外接12V适配器电源供电，同时对锂电池充电。所以在拆机前，先操作一遍机子，根据故障现象进一步确定故障点的大概位置。

检修步骤：首先原锂电池不要拆下，按开机键，发现不能开机；接上外部12V电源适配器，还是不能开机。拆下锂电池测量，发现电压为0V 。更换新的锂电池后能正常开机了，因此推断故障点在12V电源输入的保护电路或降压电路部分。

用万用表再测量U5的UVLO和OVP的电压，发现均不正常，所以怀疑是U5损坏或者分压电阻R83，R84，R85损坏。断开12V电源的输入，使用万用表电阻档测量R83电阻为50K（标称值为51KΩ，因为是在PCB板上直接测量电阻值，所以与实际值有少许误差是正常的），测量R84电阻值为3K（标称值为3.24KΩ），但R85的阻值远远大于7.15K。观察电阻R85，发现有氧化迹象。更换相同阻值的R85后上电，能正常开机了，故障排除。

四、小结

这是一个由于输入采样电路中的电阻开路、造成过压保护电路启动的故障。反思检修的过程可以发现：虽然现在的手持设备电源电路都比较复杂，但一般都包含了电池充电电路、保护电路、DCDC转换、LED驱动、音频驱动等功能模块。通过对各模块电路的工作原理分析，还是可以快速地定位和排除故障的。