ATX电源电路图解说明

ATX电源电路图解说明

2009年05月20日 星期三 21:28

一、 滤波电路

二、 1、 电磁干扰

三、 电脑电源是把工频交流整流为直流，再通过开关变为高频交流，其后再整流为稳定直流的一种电源，这样就有工频电源的整流波形畸变产生的噪声与开关波形会产生大量的噪声，噪声在输入端泄漏出去就表现为辐射噪声和传导噪声，在输出端泄漏出去就表现为纹波。辐射噪声频率高于30MHZ，会传播到空间中；传导噪声频率在30MHZ以下，主要干扰音频设备，通过电源线传播到电网中。

四、 外部噪声会进入到电网中的其它电子设备中影响电子设备的运行，而供给负载的电源产生的噪声也会泄漏到电源外部，因此，电脑电源必须有阻止这些噪声进出的功能。

五、 在电脑电源的输入端，需要有由电容和电感构成的滤波器，用于抑制交流电产生的EMI。在电源的输出端，工频电源的整流波形畸变引起的噪声，以及开关工作波形产生的噪声呈现为纹波，因此在输出端也需要接入滤波器，用于抑制直流电产生的EMI。

六、 2、 输入端第一道EMI滤波电路

七、 第一道EMI滤波电容是由X电容（白盒子）、线圈型电感和两个Y电容构成的，用来抑制输入端的高频干扰，以及PWM自身产生的高频干扰对电网的污染。

八、

九、 3、第二道EMI滤波电路

十、 为保证输入到整流电路中的电流的纯净，还需要进行第二道滤波。此滤波电路是由X电容、Y电容和变压器型电感组成。

十一、

十二、 4、高压滤波电路

十三、 高压整流滤波电路把220V的交流市电转换为300V的高压直流电压，一路

输到开关电路，一路输到辅助电源电路。

十四、 高压滤波电容的容量对输出端的稳定性有很大影响，纹波输出的控制也是基于滤波电容的容量。纹波是与输出端呈现的输入频率及开关变换频率同步的分量，一般为输出电压的0.5%以内。

十五、

十六、 5、低压滤波电路

十七、 当高频噪声泄漏到负载侧时，可能使电脑配件产生故障，同时，高频噪声也会向空间辐射。低压端采用的直流线路EMI滤波器。

十八、

十九、 直流线路EMI滤波器比较复杂。电源的直流有5V、12V和3.3V电压，对于每路电压，都需要进行滤波。低压端通常有两个大的扼流线圈，其中稍大的对+ 5V和+12V进行滤波，稍小的对+3.3V进行滤波。另外，磐石355的低压大容量滤波电容和线圈型电感数目也较多，共有6个，5V、12V和3.3V 各使用2个滤波电容和1个线圈电感。这样设计可以取得非常好的滤波效果。如下图所示。

二十、

二十一、 二、保护电路一些电源具有四重保护电路，即过流、过压、过载和短路保护。

二十二、 1、 输入端过压保护

二十三、 电源的高压滤波电路边上，有两个蓝色的压敏电阻，其耐压值为270V，当市电电压超过270V时，压敏电阻就会被击穿，从而保护电源其它电路以及电脑配件的安全。

二十四、

二十五、 2、 输入端过流保护

二十六、 第二道EMI滤波电容旁边，会有一根保险丝，当瞬间电流非常大时，保险丝就会熔断，从而保护电源和电脑。

二十七、

二十八、 3、 输出端过流保护

二十九、 过电流会损伤电源和配件。在下图中，有两根细导线连接了控制电路部分和驱动变压器，当控制电路监测到输出端有过大的电流时，通过导线反馈到驱动变压器，驱动变压器就会相应动作，关断电源的输出。

三十、

三十一、 4、 输出端过压保护

三十二、 输出端输出过高的电压，会对电脑配件造成致命的损害，因此防止输出过压是非常重要的功能，在磐石355的输出端的控制电路中，分布着一些稳压管，当比较器检测到的输出电压与基准电压偏差较大时，稳压管就会对电压进行调整。

三十三、

三十四、 5、 输出端过载保护

三十五、 电源是能量的转换设备，而不是像电池是存储能量的设备，因此其输出不受额定功率的限制，比如额定150W的电源，可以提供200W甚至更高的功率，但此时输出电压将出现很大的波动，跌出正常的5%的范围，并且产生的热量甚至可以烧毁电源，因此不设过载保护的电源是危险的。

三十六、 过载保护的机理与过流保护一样，也是由控制电路和驱动变压器进行的。

三十七、 6、 输出端短路保护

三十八、 输出端短路时，LM339N的比较器会侦测到电流的变化，并通过驱动变压器、PWM关断开关管的输出。

三十九、

四十、 7、 温度控制

四十一、 电脑电源的转换效率通常在70~80%之间，这就意味着相当一部分能量将转化为热量，热量积聚在电源中不能及时散发，会使电源局部温度过高，从而对电源造成伤害。一些电源设计了温控电路，散热片附近的温度探头会检测电源内部温度，并智能调整风扇转速，对电源内部温度进行控制。

四十二、

四十三、 电源不仅要保证输出到电脑配件的功率，还必须保证输出的质量。

ATX电源控制电路的工作原理图

ＡＴＸ电源的控制电路见图１。控制电路采用ＴＬ４９４（有的电源采用ＫＡ７５００Ｂ，其管脚功能与ＴＬ４９４相同，可互换）及ＬＭ３３９集成电路（以下简称４９４和３３９）。４９４是双排１６脚集成电路，工作电压７～４０Ｖ。它含有由{14}脚输出的＋５Ｖ基准电源，输出电压为＋５Ｖ（±０．０５Ｖ），最大输出电流２５０ｍＡ；一个频率可调的锯齿波产生电路，振荡频率由{5}脚外接电容及{6}脚外接电阻来决定。{13}脚为高电平时，由{8}脚及{11}脚输出双路反相（即推挽工作方式）的脉宽调制信号。本例为此种工作方式，故将{13}脚与{14}脚相连接。比较器是一种运算放大器，符号用三角形表示，它有一个同相输入端“＋”；一个反相输入端“－”和一个输出端。

比较器同相端电平若高于反相端电平，则输出端输出高电平；反之输出低电平。４９

４内的比较放大器有四个，为叙述方便，在图１中用小写字母ａ、ｂ、ｃ、ｄ来表示。其中ａ是死区时间比较器。因两个作逆变工作的三极管串联后接到＋３１０Ｖ的直流电源上，若两个三极管同时导通，就会形成对直流电源的短路。两个三极管同时导通可能发生在一个管子从截止转为导通，而另一个管子由导通转为截止的时候。因为管子在转换时有时间的延迟，截止的管子已经转为导通了，但导通的管子尚未完全转为截止，于是两个管子都呈导通状态而形成对直流电源的短路。为防止这样的事情发生，４９４设置了死区时间比较器ａ。从图１可以看出，在比较器ａ的反相输入端串联了一个“电源”，正极接反相端，负极接４９４的{4}脚。Ａ比较器同相端输入的锯齿波信号，只有大于“电源”电压的部分才有输出，在三极管导通变为截止与截止转为导通期间，也就是死区时间，４９４没有脉冲输出，避免了对直流电源的短路。死区时间还可由{4}脚外接的电平来控制，{4}脚的电平上升，死区时间变宽，４９４输出的脉冲就变窄了，若{4}脚的电平超过了锯齿波的峰值电压，４９４就进入了保护状态，{8}脚和{11}脚就不输出脉冲了。４９４内部还有３个二输入端与门（用１、２、３表示）、两个二输入端与非门、反相器、Ｔ触发器等电路。与门是这样一种电路，只有所有的输入端都是高电平，输出端才能输出高电平；若有一个输入端为低电平，则输出端输出低电平。反相器的作用是把输入信号隔离放大后反相输出。与非门则相当于一个与门和一个反相器的组合。Ｔ触发器的作用是：每输入一个脉冲，输出端的电平就变化一次。如输出端Ｑ为低电平，输入一个脉冲后，Ｑ变为高电平，再输入一个脉冲，Ｑ又回到低电平。比较器、与门、反相器、Ｔ触发器以及锯齿波振荡器及{8}脚、{11}脚输出的波形见图２。３３９是四比较器集成电路。按管脚的顺序把内部四个比较器设为Ａ、Ｂ 、Ｃ 、Ｄ 比较器。４９４和３３９再配合其他电路，共同完成ＡＴＸ电源的稳压，产生ＰＷ－ＯＫ信号及各种保护功能。

一、 产生ＰＷ－ＯＫ信号

ＰＣ主机要求各路电源稳定之后才工作，以保护各元器件不致因电压不稳而损坏，故

设置了ＰＷ－ＯＫ信号（约＋５Ｖ），主机在获得此信号后才开始工作。接通电源时，要求ＰＷ－ＯＫ信号比±５Ｖ、±１２Ｖ、＋３．３Ｖ电源延迟数百毫秒才产生，关机时ＰＷ－ＯＫ信号应比直流电源先消失数百毫秒，以便主机先停止工作，硬盘的磁头回复到着陆区，以保护硬盘。

ＡＴＸ电源接通市电后，辅助电源立即工作。一方面输出 ＋５ＶＳＢ电源，同时向４９４的{12}脚提供十几伏到二十多伏的直流电源。４９４从{14}脚输出＋５Ｖ基准电源，锯齿波振荡器也开始起振工作。若主机未开机，ＰＳ－ＯＮ信号为高电平，经Ｒ３７使３３９的Ｂ比较器{6}脚亦为高电平，因电阻Ｒ３７小于Ｒ４４，{6}脚电平高于{7}脚电平，Ｂ比较器输出端{1}脚输出低电平，经Ｄ３６的钳位作用，Ａ比较器的反相端{4}脚亦为低电平，其电平低于同相端{5}脚的电平，输出端{2}脚呈高电平，经Ｒ４１使４９４的{4}脚为高电平，故４９４内部的死区时间比较器ａ输出低电平，与门１也因此输出低电平并进而使与门２和与门３输出低电平，封锁了振荡器的输出，{8}脚、{11}脚无脉冲输出，ＡＴＸ电源无±５Ｖ、±１２Ｖ、＋３．３Ｖ电源输出，主机处于待机状态。因＋５Ｖ、＋１２Ｖ电源输出为零，经电阻Ｒ１５、Ｒ１６使４９４的{1}脚电平亦为零，４９４的ｃ比较器的输出端{3}脚输出亦为零，经Ｒ４８使３３９的{9}脚亦为零电平，故３３９的Ｃ比较器的输出端{14}脚为零电平。另外，３３９的{1}脚低电平信号因Ｄ３４的钳位作用，也使{14}脚为低电平，经Ｒ５０和Ｒ６３使{11}脚亦为低电平。因此Ｄ比较器的输出端{13}脚为低电平，也就是ＰＷ－ＯＫ信号为低电平，主机不会工作。开启主机时，通过人工或遥控操作闭合了与ＰＳ－ＯＮ相关的开关，ＰＳ－ＯＮ呈低电平，经Ｒ３７使３３９的反相端{6}脚为低电平，Ｂ比较器{1}脚输出高电平，Ｄ３５、Ｄ３６反偏截止，Ａ比较器的输出电平则由{5}脚与{4}脚的电平决定。正常工作时，{5}脚电平低于{4}脚电平，{2}脚输出低电平，经Ｒ４１送到４９４的{4}脚，使{4}脚的电平变为低电平，锯齿波振荡信号可以从死区时间比较器ａ输出脉冲信号，另一方面，振荡信号送到了ＰＷＭ比较器ｂ的同相输入端，ＰＷＭ比较器输出的脉冲信号的宽度，则是由４９４的{1}脚的电平（也就是负载的大小）与{16}

脚的电平来决定。ＰＷＭ比较器输出的脉冲信号，最后经缓冲放大器放大后，从{8}、{11}脚输出脉冲信号，ＡＴＸ电源向主机输出±５Ｖ、±１２Ｖ、＋３．３Ｖ电源。此过程因Ｃ３５的充电有数百毫秒的延时，但对主机开机并无影响。４９４的{1}脚从＋５Ｖ、＋１２Ｖ经取样电阻Ｒ１５、Ｒ１６得到电压，其电平略高于{2}脚电平，{3}脚输出高电平，经Ｒ４８使３３９的{9}脚得到高电平，其电平高于{8}脚电平，因而{14}脚输出高电平，此电平经Ｒ５０与基准＋５Ｖ电源经Ｒ６４共同对Ｃ３９充电，经数百毫秒后，{11}脚电平升到高于{10}脚电平时，Ｄ比较器{13}脚输出高电平，此电平经Ｒ４９反馈至{11}脚，维持{11}脚处于高电平状态，故{13}脚输出稳定的高电平 ＰＷ－ＯＫ信号，主机检测到此信号后即开始正常工作。

机时，主机内开关使ＰＳ－ＯＮ呈高电平，此时３３９的{6}脚电平高于{7}脚，{1}脚输出低电平，因二极管Ｄ３４的钳位作用，{14}脚呈低电平，Ｃ３９对Ｃ比较器及Ｂ比较器放电，很快{11}脚呈低电平，{13}脚输出低电平，即ＰＷ－ＯＫ信号呈低电平。在３３９的{1}脚为低电平时，经Ｄ３６使{4}臆脚为低电平，{2}脚输出高电平，经Ｒ４１传送到４９４的{4}脚，但因Ｃ３５电位不能突变，经数百毫秒的放电后方使４９４的{4}脚转为高电平，从而封锁正负脉冲的输出 ，主机进入待机状态。上述的过程中，关机时Ｃ３９和Ｃ３５都要放电，但因放电时间常数不同，Ｃ３９放电较快，故ＰＷ－ＯＫ信号先于各电源变成低电平，满足了主机关机的需要。此外，关机时因各路输出电源的电解电容放电需要时间，也使ＰＷ－ＯＫ信号先于各电源回到低电平。

二、 稳压

４９４的{2}脚经Ｒ４７与基准电压＋５Ｖ相连，维持较好的稳定电压，而{1}脚则与取样电阻Ｒ１５、Ｒ１６与＋５Ｖ、＋１２Ｖ相连接，正常的情况下，{1}脚电平与{2}脚电平相等或略高。当输出电压升高时（无论＋５Ｖ或＋１２Ｖ），{1}脚电平高于{2}脚电平，ｃ

比较器输出误差电压与锯齿波振荡脉冲在ＰＷＭ比较器ｂ进行比较使输出脉冲宽度变窄，输出电压回落到标准值，反之则促使振荡脉冲宽度增加，输出电压回升。由于４９４内的放大器增益很高，故稳压精度很好。从稳压的原理，我们可以得到ＡＴＸ电源输出电压偏高或偏低的维修方法。如果输出电压偏低，可在４９４的{1}脚对地并联电阻，或是把Ｒ４７的电阻增大。要是电源的输出偏高，则可在{2}脚对地并联电阻，也可以用增大Ｒ３３或取下Ｒ６９、Ｒ３５来降低输出电压。

三、 过流保护

过流保护的原理是基于负载愈大，Ｑ３、Ｑ４集电极的脉冲电压也愈高，也即是Ｒ１３（１．５ｋΩ）上的电压也愈高，从这里采样经Ｄ１４整流和Ｃ３６滤波，再经Ｒ５４、Ｒ５５并联电阻与Ｒ５１、Ｒ５６、Ｒ５８等组成的分压电路送到４９４的{16}脚。随着负载的加重，{16}脚的电平也随之上升，当超过{15}脚的电平时，误差放大器输出的误差电压促使调制脉冲的宽度变窄从而使负载电流减小。另外，从Ｒ５６、Ｒ５８并联电阻获得的分压再经Ｒ５２送到３３９的{5}脚，当{5}脚的电平超过{4}脚时，{2}脚即输出高电平送到４９４的{4}脚，４９４停止输出脉冲信号，终止±５Ｖ、±１２Ｖ、＋３．３Ｖ电源的输出，达到过流及短路保护的目的。需要说明的是：４９４的{16}脚电平的高低只能改变输出脉冲的宽度，但不影响４９４的{4}脚电平状态，而３３９的{5}脚电平一旦超过{4}脚的电平，３３９的{2}脚就送出高电平去封锁４４９的脉冲输出，终止±５Ｖ、±１２Ｖ、＋３．３Ｖ电源的输出，同时{2}脚的高电平经Ｒ５９和二极管Ｄ３９反馈到{5}脚，维持{5}脚处于高电平状态，此时若过载或短路状态消失，４９４的{4}脚仍维持高电平，±５Ｖ与±１２Ｖ、＋３．３Ｖ电源仍不能输出，只有切断交流市电的输入，再重新接通交流电，方可再次开机.

如图所示ATX电源控制电路的工作原理图