ATX电源的工作原理

1ATX电源的工作原理自从IBM推出第一台PC至今，微机电源已从AT电源发展到ATX电源。时至今日，微机电源仍是根据IBM公司的个人电脑标准制造的。市场上的ATX电源，不管是品牌电源还是杂牌电源，从电路原理上来看，一般都是在AT电源的基础上，做了适当的改动发展而来的，因此，我们买到的ATX电源，在电路原理上一般都大同小异。在微机国产化的进程上，微机电源技术也由国内生产厂家逐渐消化吸收，生产出了众多国有品牌的电源。微机电源并非高科技产品，以国内生产厂家的技术和生产实力，应该可以生产出物美价廉的电源产品。然而，纵观整个微机电源市场情况却不尽人意，许多电源产品存在着各种选料和质量问题，故障率较高。ATX电源电路结构较复杂，各部分电路不但在功能上相互配合、相互渗透，且各电路参数设置非常严格，稍有不当则电路不能正常工作。其主电路原理图见图１，从图中可以看出，整个电路可以分成两大部分：一部分为从电源输入到开关变压器T1之前的电路(包括辅助电源的原边电路)，该部分电路和交流220V电压直接相连，触及会受到电击，称为高压侧电路；另一部分为开关变压器T1以后的电路，不和交流220V直接相连，称为低压侧电路。二者通过C03、C04、C05高压瓷片电容构成回路，以消除静电干扰。其原理方框图见图2，从图中可以看出整机电路由交流输入回路、整流滤波电路、推挽开关电路、辅助开关电源、PWM脉宽调制电路、PS-ON控制电路、保护电路、输出电路和PW-OK信号形成电路组成。弄清各部分电路的工作原理及相互关系对我们维修判断故障是很有用处的，下面简单介绍一下各组成部分的工作原理。1、交流输入回路交流输入回路包括输入保护电路和抗干扰电路等。输入保护电路指交流输入回路中的过流、过压保护及限流电路；抗干扰电路有两方面的作用：一是指微机电源对通过电网进入的干扰信号的抑制能力：二是指开关电源的振荡高次谐波进入电网对其它设备及显示器的干扰和对微机本身的干扰。通常要求微机对通过电网进入的干扰信号抑制能力要强，通过电网对其它微机等设备的干扰要小。２、整流电路：包括整流和滤波两部分电路，将交流电源进行整流滤波，为开关推挽电路提供纹波较小的直流电压。3、辅助电源：辅助电源本身也是一个完整的开关电源。只要ATX电源一上电，辅助电源便开始工作，输出的两路电压，一路为+5VSB电源，该输出连接到ATX主板的“电源监控部件”，作为它的工作电压，使操作系统可以直接对电源进行管理。通过此功能，实现远程开机，完成电脑唤醒功能；另一路输出电压为保护电路、控制电路等电路供电。4、推挽开关电路：推挽开关电路是ATX开关电源的主要部分，它把直流电压变换成高频交流电压，并且起着将输出部分与输入电网隔离的作用。推挽开关管是该部分电路的核心元件，受脉宽调制电路输送的信号作激励驱动信号，当脉宽调制电路因保护电路动作或因本身故障不工作时，推挽开关管因基级无驱动脉冲故不工作，电路处于关闭状态，这种工作方式称作它激工作方式。５、PWM脉宽调制电路：PWM（PulesWidthModulation）即脉宽调制电路，其功能是检测输出直流电压，与基准电压比较，进行放大，控制振荡器的脉冲宽度，从而控制推挽开关电路以保持输出电压的稳定，主要由ICTL494及周围元件组成。６、PS-ON控制电路：ATX电源最主要的特点就是，它不采用传统的市电开关来控制电源是否工作，而是采用“＋5VSB、PS－ON”的组合来实现电源的开启和关闭，只要控制“PS－ON”信号电平的变化，就能控制电源的开启和关闭。电源中的S-ON控制电路接受PS－ON信号的控制，当“PS－ON”小于1V伏时开启电源，大于4.5伏时关闭电源。主机箱面上的触发按钮开关(非锁定开关)控制主板的“电源监控部件”的输出状态，同时也可用程序来控制“电源监控件”的输出，如在WIN9X平台下，发出关机指令，使“PS－ON”变为＋5V，ATX电源就自动关闭。７、保护电路:为了保证安全工作，ATX电源中设置了各种各样的保护电路，当开关电源发生过电压、过电流故障时，保护电路启动，开关电源停止工作以保护负载和电源本身。８、输出电路：输入整流滤波电路将交流电源进行整流滤波，为主变换电路提供纹波较小的直流电压。接插到主板上的排线包含了电源输出的各路电压及控制信号，ATX电源输出排线各脚定义见表1，各路输出的额定电流见表2。表2ATX电源各路电压的额定输出电流：（单位：A）电源各输出端＋5V＋12V＋3.3V－5V－12V＋5VSB额定输出电流21A6A14A0.3A0.8A0.8A2表1电源输出排线功能一览表Pin12345678910导线颜色橘黄橘黄黑色红色黑色红色黑色灰色紫色黄色功能3.3V提供+3.3V电源3.3V提供+3.3V电源地线5V提供+5V电源地线5V提供+5V电源地线PowerOK电源正常工作＋5VSB提供+5VStandby电源，供电源启动电路用12V提供+12V电源Pin11121314151617181920导线颜色橘黄兰色黑色绿色黑色黑色黑色白色红色红色功能3.3V提供+3.3V电源-12V提供-12V电源地线PS-ON电源启动信号，低电平-电源开启，高电平-电源关闭地线地线地线-5V提供-5V电源5V提供+5V电源5V提供+5V电源9、PW-OK信号的形成：PW-OK信号（在AT电源中及部分电源板上称P.G信号）为微机开机自检启动信号，为了防止开机时各路输出电路时序不定，CPU或各部件未进入初始化状态造成工作错误及突然停电时，硬盘磁头来不及移至着陆区造成盘片划伤，微机电源中均设置了PW-OK信号。10、＋3.3V电压二次稳压电路：输出到主板上的＋3.3V电压一般为CPU等配件供电，因此，ATX电源在总体自动控制稳压的基础上，在T1的次级＋3.3V电压的输出负载网络增设了二次自动稳压控制电路，以使＋3.3V输出电压更精确稳定。纵上所述，接通电源后，220V交流电压经整流滤波电路，输出＋300V直流高压。此电压同时加到推挽开关电路和辅助电源上，因推挽开关电路的开关功率管没有激励脉冲而处于待机状态。辅助电源一经得到工作电压便开始工作，送出脉宽调制电路、PS-ON控制电路、保护电路的工作电压以及主板的+5VSB待机电压，但因此时没有得到PS-ON主机的控制信号，PS-ON控制电路输出高电平锁住PWM脉宽调制电路使其不起振，此时电源处于待机状态。按下面板的开机触发开关，PS-ON控制电路得到控制信号，解除对脉宽调制电路的锁定，PWM电路开始工作，输出受控的脉宽可变的交流脉冲推动推挽开关电路中的推挽功率管，并时刻根据输出电压的脉动来调整脉冲宽度，以保证输出电压的稳定。推挽开关电路中，推挽功率管依次开关，产生的脉动交变电压被开关变压器感应到副级，经输出电路整流滤波，形成主机所需各路电压。保护电路则监视各路输出电压，当发生过压、欠压故障时及时启动，使PWM电路停止工作，以保证电路及主机的安全。精密电压基准ICTL431精密电压基准ICTL431是T0—92封装如图1所示。其性能是输出压连续可调达36V，工作电流范围宽达0．1。100mA，动态电阻典型值为0．22欧,输出杂波低。图2是TL431的典型应用，其中③、②脚两端输出电压V=2．5(R2十R3)V／R3。如果改变R2的阻值大小，就可以改变输出基准电压大小。2.综合供电接插件接口不同。ATX电源采用了20脚长方型双排综合插件向主板供电。3.输出电压不同。ATX电源增加了3.3V+5V供电和一个PS-ON控制输入端口，其中3.3V电压主要为CPUPCI总线供电。4.电源的启动方式不同，ATX电源一般不设市电开关，而采用TL494脉宽控制芯片和LM339比较放大器作为其控制的核心。其特点是引用TL494第4脚的死区控制功能，当辅助电源工作时，一路输出+5V到主板，另一路输出+12V供给TL494电源，经过该芯片内部稳压电路，由14脚输出+5V，并和1315脚相接，再经分压电路到LM339电压比较器的反向端，其反向端电压约为4.5V.当PS-ON为+5V时，LM339输出为高电平5V,TL494的811脚无输出脉冲，主变换电路截止，电源处于休眠状态。当PS-ON为0V时，输出为0V,TL494的811脚有输出脉冲，主变换电路开始工作。因此，我们不仅可以手动按下主机上的触发按钮开关使PS-ON为低电平启动电源，还可以通过程序或键盘等其他方式使PS-ON为低电平启动电源，从而使ATX电源具有远程控制功能。3如图１是ATX电源的电路组成示意图。ATX电源是一个电压变换和能量供给装置，能量是按电源输入→高压滤波电路→推挽电路→开关变压器→整流电路→输出电路的方向输出的，其中任何一部分电路的功率不达标，都会影响整个电路的输出功率。对比名牌电源和普通兼容电源，我们发现，市场上销售的兼容电源在高压滤波电路、推挽电路、开关变压器、整流电路、输出电路等部分都和名牌电源有较大的差别，因而，二者的功率和质量存在较大的差距。其实仅仅从电源的重量对比上就可以猜测出现在标称250W的电源中蕴藏着多少水分，因为重量的减轻意味着电源盒内部元件数量和质量上的偷工减料、散热片重量的减轻、开关变压器和功率开关管的功率下降，以及电源盒外壳铁皮厚度的锐减等。下面跟我一步一步把兼容电源打摩成名牌电源。电源输入电路的打摩电源的输入电路主要包括保险丝、限流电路、抗干扰电路、过压保护电路，其具体的打摩方法，见＜电脑报＞第42期的相关文章。高压整流滤波电路的打摩整流滤波电路主要由全桥整流器、滤波电容、平衡电阻组成。经抗干扰滤波器净化后无干扰的220V市电经过全波整流，高压滤波电容滤波后，在高压滤波电容上形成约300V（空载时）的直流电压，用来给电源开关功率管供电。有的兼价电源中的全桥整流器元件只选用1N4007（1A／1000V），由于电源开机后要对大容量的高压滤波电容充电，1A的额定电流容量显然太小，导致的后果是这种电源常常在开机的瞬间将整流管击穿，选用1N5406（6A／1000V）代换比较可靠。兼价电源中的高压滤波电容，容量一般为220μF/200V、工作温度为－15棧?5℃，和品牌电源中的优质电容相比，有一定的差距。在高压滤波电路中，一般来说，滤波电容的容量越大则滤波效果越好，选用适当容量的滤波电容，可使整流管的导通时间增长而令峰值电流减小，提高可靠性，防烧整流管，同时对电网的干扰也可以减小。大容量的电容虽有较强大的储存能量能力，但其介质吸收、损耗、漏电量以及失真度会随容量加大而增加，容量过大，反而得不偿失，在品牌电源中，一般采用470μF。高压滤波电容的耐压一般宜按实际工作电压的2倍选取。交流电源在全波整流后，输出的直流电压为交流电压值的1.4倍，因此，220V的交流电压整流滤波后的直流电压为300V左右。因为国内的电压夜间常达到240V以上，入迷的爱好者们也正在此时上网，此时的滤波电压将高达340V以上，此电压是由两个滤波电容串联分担的，因此，选用耐压250V的高压滤波电容串联工作才有保障。同时为了保证良好的温度系数，选用的电容的工作温度范围要宽。纵合以上几点，该电容应选市场上常见的470μF／250V，工作温度为－15棧?5℃的高压滤波电容。对电源中的高频成分干扰，靠电解电容是难以应付的，因此可以考虑在电解电容上并联一个小容量的高压薄膜电容，可以有效抑制频率高达几兆赫的高频信号。薄膜电容的种类较多，以MKP（金属聚丙烯）、MKS（聚苯乙烯）性能最为优异，MKS的温度稳定性高，且电参数随频率变化极小，适用于开关电源电路，选用时耐压参数与滤波电容相同。MKS的缺点是耐热性较差，焊接时要注意边散热边焊接，且每次焊接时间越短越好。3、开关功率管的打摩市售兼价的ATX电源中使用的功率管大多为TO－220封装的MJE13007。该管额定功率70W，耐压400V，电流8A，由于功率和耐压余量小，在实际使用中，因此管损坏引发的故障较多。实际上，这种功率管由于耐压较高，功率适中，一般用在电子日光灯的电路中。被厂商移花接木地用在开关电源中，纯粹是属于小马拉大车。在ATX电路的