ATX电源电路原理分析与维修教程整理

1/15ATX电源结构简介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。下面以市面上使用较多的银河、世纪之星ATX电源为例，讲述ATX电源的工作原理、使用与维修。其主电路整机原理图见图13-10，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T3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T3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C2、C3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13-1，从图中可以看出整机电路由交流输入回路与整流滤波电路、推挽开关电路、辅助开关电源、PWM脉宽调制及推动电路、PS-ON控制电路、自动稳压与保护控制电路、多路直流稳压输出电路和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。图13-1主机电源方框原理图1、交流输入、整流、滤波与开关电源电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：一是指电脑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电脑本身的干扰。通常要求电脑对通过电网进入的干扰信号抑制能力要强，通过电网对其它电脑等设备的干扰要小。推挽开关电路由Q1、Q2、C7及T3，组成推挽电路。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，这种工作方式称作他激工作方式。本章介绍的ATX电源在电路结构上属于他激式脉宽调制型开关电源，220V市电经BD1～BD4整流和C5、C6滤波后产生+300V直流电压，同时C5、C6还与Q1、Q2、C8及T1原边绕组等组成所谓“半桥式”直流变换电路。当给Q1、Q2基极分别馈送相位相差180°的脉宽调制驱动脉冲时，Q1和Q2将轮流导通，T1副边各绕组将感应出脉冲电压，分别经整流滤波后，向电脑提供＋3.3V、±5V、±12V５组直流稳压电源。THR为热敏电阻，冷阻大，热阻小，用于在电路刚启动时限制过大的冲击电流。D1、D2是Q1、Q2的反相击穿保护二极管，C9、C10为加速电容，D3、D4、R9、R10为C9、C10提供能量泄放回路，为Q1、Q2下一个周期饱和导通2/15作好准备。主变换电路输出的各组电源，在主机未开启前均无输出。其单元电路原理如下图13.2所示：图13-2交流输入、整流、滤波与开关电源单元电路图2、辅助电源电路整流滤波后产生的+300V直流电压还通过R72向以Q15、T3及相关元件组成直流辅助电源供电电路。R76和R78用来向Q15提供起振所需的初始偏流，R74和C44为正反馈通路。该辅助电源输出两路直流电源：一路经Q16稳压后送出+5VSB电源，作为电脑中主板“电源监控”部件的供电电源；另一路经BD6、C29整流滤波后向由IC1及Q3、Q4等组成的脉宽调制及推动组件供电。正常情况下，只要接通220伏市电，该辅助电源就能启动工作，产生上述两路直流电压。其单元电路原理如下图13.3所示：图13-3直流辅助电源单元电路图3、PWM脉宽调制及推动电路IC1（TL494）等组成PWM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IC1TL494及周围元件组成。其单元电路原理如下图13.4所示：3/15图13-4PWM脉宽调制及推动单元电路图TL494的简单工作原理是：当IC1的VCC端{12}脚得电后，内部基准电源即从其输出端{14}脚向外提供＋５Ｖ参考基准电压（Vref）。首先，该参考电压分两路为IC1组件的各控制端建立起它们各自的参考基准电平：一路经由R38、R37组成的分压器为内部采样放大器的反相输入端{2}脚建立+2.5V的基准电平，另一路经由电阻R90、R40组成的分压器为“死区”电平控制输入端{4}脚建立约+0.15V的低电平；其次，Vref还向PS-ON软开/关机电路及自动保护电路供电。在IC1{12}脚得电，且{4}脚为低电平的情况下，其{8}脚和{11}脚分别输出频率为50ｋＨｚ（由定时元件C30、R41确定），相位相差180°的脉宽调制信号，经Q3、Q4放大，T2耦合，驱动Q1和Q2轮流导通工作，电源输出端可得到电脑所需的各组直流稳压电源。若使{4}脚为高电平，则进入IC1的“死区”，IC1停止输出脉冲信号，Q1、Q2截止，各组输出端无电压输出。电脑正是利用此“死区控制”特性来实现软开/关机和电源自动保护的。D17、D18及C27用于抬高推动管Q3、Q4射极电平，使得当基极有脉冲低电平时Q3、Q4能可靠截止。4、自动稳压电路（1）+3.3V自动稳压控制电路ATX电源在T1副边+3.3V输出端设置了二次自动稳压控制电路，通过改变L6可变感抗，控制3.3V输出电压精确稳定。若输出电压上升，经R31、R30取样的IC4（WL431）Ur电位上升，Uk电位下降，Q11饱和导通。在T1副边N2绕组L6侧交变矩形脉冲正半周期间D11截止，D13导通，Q11的c极电位0.7V；在负半周期间，D13截止，D11导通，由Q11的e、c极饱和导通向L6注入的反向电流使L6可变感抗增大，导致D12整流输出电压降低。反之，Q11导通程度减弱，注入L6的反向电流使L6可变感抗减小D12整流输出电压上升。图中R29、c25组成IC4（WL641）的负反馈控制电路。4/15图13-5＋3.3V自动稳压单元电路原理图（2）+5V、+12V自动稳压控制电路由于IC1{2}脚（内部采样放大器反相端）已固定接入+2.5V参考电压，同相端{1}脚所需的取样电压来自对电源输出+5V和+12V经取样电阻R33、R34、R35的分压。图中R39、C32组成误差放大器负反馈电路。此后将①脚与{2}脚比较，+5V或+12V电压升高，使得{1}脚电压升高，根据TL494工作原理，{8}、{11}脚输出脉宽变窄，Q1、Q2导通时间缩短，将导致直流输出电压降低，达到稳定输出电压的目的。当输出端电压降低时，电路稳压过程与上述相反。图13-6+5V、+12V自动稳压控制单元电路原理图6、自检启动（PG）信号产生电路一般电脑对PG信号的要求是：在各组直流稳压电源输出稳定后，再延迟100～500毫秒产生+5V高电平，作为电脑控制器的“自检启动控制信号”。5/15图13-7自检启动（PG）信号产生电路PW-OK产生电路由IC5电压比较器LM393、Q21、C60及其周边元件构成。待机时IC1的反馈控制端3脚为低电平，Q21饱和导通，IC5的3脚同相端输入低电位，低于2脚反相端输入的固定分压比（由Vref在R105和R106上的分压决定，为1.85V），IC5的第1脚输出为低电位，PW-OK向主机输出零电平的电源自检信号，主机停止工作处于待命休闲状态。开机的瞬间IC1的3脚电位上升，Q21由饱和导通进入放大进而截止状态，e极电位由Vref经R104对C60进行充电，随着C60充电的逐渐进行，IC5的3脚控制电平逐渐上升，一旦IC5的3脚同相端电位高于2脚反相端参考电压，IC5的第1脚输出高电平的PW-OK信号。该信号在开关电源输出电压稳定后再延迟几百毫秒由零电平起跳到+5V，通知电脑自检启动成功，电源已准备好。。在主机运行过程中若遇市电掉电或用户关机时，ATX开关电源+5V输出端电压必下跌，这种幅值变小的反馈信号被送到IC1组件的电压取样放大器同相端1脚后，将引起如下的连锁反应：使IC1的反馈控制端3脚电位下降，经R63耦合到Q21的基极，随着Q21基极电位下降，一旦Q21的e、b极电位达到0.7V，Q21饱和导通，IC5的3脚电位迅速下降，当3脚电位小于2脚的固定分压电平时，IC5的输出端1脚将立即从5V下跳到零电平，关机时PW-OK输出信号比ATX开关电源+5V输出电压提前几百毫秒消失，通知主机触发系统在电源断电前自动关闭，防止突然掉电时硬盘磁头来不及移至着陆区而划伤硬盘。7、软开/关机（PS－ON）电路电脑通过改变PS－ON端的输入电平来启动和关闭整个电源。当PS－ON端悬空或电脑向其送高电平（待机状态）时，电源关闭无输出；送低电平时，电源启动，各输出端正常输出直流稳压电源。6/15图13-8软开/关机（PS－ON）单元电路原理图PS－ON电路由IC10、Q7、Q20等元件构成。PS-ON信号控制IC1的4脚死区电压，待机时，主板启闭控制电路的电子开关断开，PS-ON信号为高电平3.6V。IC10精密稳压电路WL431的Ur电位上升，Uk电位下降，Q7导通，稳压5V通过Q7的e、c极，R80、D25和D40送入IC1的4脚，当4脚电压超过3V时，封锁8、11脚的调制脉宽输出，使T2推动变压器、T1主电源开关变压器停振，停止提供+3.3V、±5V、±12V的输出电压。与此同时，因Q7饱和，Q20也饱和，使得Q5基极（保护电路控制输入端）被对地短路，禁止保护信号输入，保护电路不工作。当将PS－ON端对地短路或软开机（电脑向PS－ON端送低电平）时，IC10的Ur为零电位，Uk电位升至+5V，Q7截止D25、D40不起作用，IC1{4}脚电压由R90和R40的分压决定，为0.15V，IC1开始输出调宽脉冲，电源启动工作。此时Q20处于截止状态，将Q5基极释放，允许任何保护信号进入保护控制电路。8、±5V、±12V直流稳压输出电路T1副边降压绕组N2感应的矩形电压脉冲，一路经共阴极输出特性的肖特基二极管D12全波整流，得到单向方波电压，经电感L7、L5平滑滤波，在直流负载电阻R31、R30上得到+3.3V直流电压。7/15图13-9+3.3V、±5V、±12V直流稳压输出电路T1副边N3绕组感应的交变电压，经快速恢复二极管D6全波整流，一路经共模扼流电感L1-1、电感L4、C16和R82高频滤波回路，输出+12V电压。ATX开关电源冷却风扇被接在12V电压输出端上。另一路经快速恢复二极管D20，输出约25V直流电压，其值大于辅助电源变压器T3接在N3绕组整流输出的最大电压，ATX电源启动后，由它向IC1和T2原边绕组提供工作电压。N3绕组感应的交变电压，另一路由D7、D8快速恢复二极管组成半波整流，经共模扼流电感L1-2、电感L3，一路经三端稳压器7905、C17、R15降压滤波回路，输出-5V电源。另一路经C20、R14、D9整流滤波回路，输出-12V电源。并联在N3绕组上的C13、R13尖峰吸收回路，能有效抑制当整流管截至时出现在N3绕组上的尖峰干扰脉冲。9、+3.3V、+5V过压，-5V、-12V欠压保护电路如上图13-8所示中，R32、ZD4组成+3.3V过压取样电路，+5V过压取样信号一路加至ZD5，另一路加至R48，作为欠压取样电路的偏置电压；由R46、R47、R48、D21组成欠压取样电路，-12V欠压取样信号，接至R47，-5V欠压取样信号接至D21。ATX电源输出电压正常时，保护电路不影响IC1④脚死区控制电平。当出现+3.3V输出过压时，稳压管ZD4击穿导通；+5V输出过压，稳压管ZD5击穿导通；-5V、-12V输出欠压，负电位的绝对值越小，在分压器R48、R46、R47、D21的公共节点D22正极处所形成的监控信号电位越高，导致D22导通。过压、欠压保护信号最终汇集在Q5的基极，只要取样信号有一路过压或欠压，Q5导通，C极0电位，Q6导通，基准电压5