電腦ATX電源控制電路及原理

電腦ATX電源控制電路及原理

ＡＴＸ電源的控制電路見圖１?？刂齐娐凡捎茫裕蹋矗梗矗ㄓ械碾娫床捎茫耍粒罚担埃埃?，其管腳功能與ＴＬ４９４相同，可互換）及ＬＭ３３９集成電路（以下簡稱４９４和３３９）。４９４是雙排１６腳集成電路，工作電壓７～４０Ｖ。它含有由{14}腳輸出的＋５Ｖ基準電源，輸出電壓為＋５Ｖ（±０．０５Ｖ），最大輸出電流２５０ｍＡ；一個頻率可調(diào)的鋸齒波產(chǎn)生電路，振蕩頻率由{5}腳外接電容及{6}腳外接電阻來決定。{13}腳為高電平時，由{8}腳及{11}腳輸出雙路反相（即推挽工作方式）的脈寬調(diào)制信號。本例為此種工作方式，故將{13}腳與{14}腳相連接。比較器是一種運算放大器，符號用三角形表示，它有一個同相輸入端“＋”；一個反相輸入端“－”和一個輸出端。
????????? 比較器同相端電平若高于反相端電平，則輸出端輸出高電平；反之輸出低電平。４９４內(nèi)的比較放大器有四個，為敘述方便，在圖１中用小寫字母ａ、ｂ、ｃ、ｄ來表示。其中ａ是死區(qū)時間比較器。因兩個作逆變工作的三極管串聯(lián)后接到＋３１０Ｖ的直流電源上，若兩個三極管同時導(dǎo)通，就會形成對直流電源的短路。兩個三極管同時導(dǎo)通可能發(fā)生在一個管子從截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，而另一個管子由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止的時候。因為管子在轉(zhuǎn)換時有時間的延遲，截止的管子已經(jīng)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通了，但導(dǎo)通的管子尚未完全轉(zhuǎn)為截止，于是兩個管子都呈導(dǎo)通狀態(tài)而形成對直流電源的短路。為防止這樣的事情發(fā)生，４９４設(shè)置了死區(qū)時間比較器ａ。從圖１可以看出，在比較器ａ的反相輸入端串聯(lián)了一個“電源”，正極接反相端，負極接４９４的{4}腳。Ａ比較器同相端輸入的鋸齒波信號，只有大于“電源”電壓的部分才有輸出，在三極管導(dǎo)通變?yōu)榻刂古c截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通期間，也就是死區(qū)時間，４９４沒有脈沖輸出，避免了對直流電源的短路。死區(qū)時間還可由{4}腳外接的電平來控制，{4}腳的電平上升，死區(qū)時間變寬，４９４輸出的脈沖就變窄了，若{4}腳的電平超過了鋸齒波的峰值電壓，４９４就進入了保護狀態(tài)，{8}腳和{11}腳就不輸出脈沖了。４９４內(nèi)部還有３個二輸入端與門（用１、２、３表示）、兩個二輸入端與非門、反相器、Ｔ觸發(fā)器等電路。與門是這樣一種電路，只有所有的輸入端都是高電平，輸出端才能輸出高電平；若有一個輸入端為低電平，則輸出端輸出低電平。反相器的作用是把輸入信號隔離放大后反相輸出。與非門則相當(dāng)于一個與門和一個反相器的組合。Ｔ觸發(fā)器的作用是：每輸入一個脈沖，輸出端的電平就變化一次。如輸出端Ｑ為低電平，輸入一個脈沖后，Ｑ變?yōu)楦唠娖剑佥斎胍粋€脈沖，Ｑ又回到低電平。比較器、與門、反相器、Ｔ觸發(fā)器以及鋸齒波振蕩器及{8}腳、{11}腳輸出的波形見圖２。３３９是四比較器集成電路。按管腳的順序把內(nèi)部四個比較器設(shè)為Ａ、Ｂ 、Ｃ 、Ｄ 比較器。４９４和３３９再配合其他電路，共同完成ＡＴＸ電源的穩(wěn)壓，產(chǎn)生ＰＷ－ＯＫ信號及各種保護功能。
　　一、 產(chǎn)生ＰＷ－ＯＫ信號
　?。校弥鳈C要求各路電源穩(wěn)定之后才工作，以保護各元器件不致因電壓不穩(wěn)而損壞，故設(shè)置了ＰＷ－ＯＫ信號（約＋５Ｖ），主機在獲得此信號后才開始工作。接通電源時，要求ＰＷ－ＯＫ信號比±５Ｖ、±１２Ｖ、＋３．３Ｖ電源延遲數(shù)百毫秒才產(chǎn)生，關(guān)機時ＰＷ－ＯＫ信號應(yīng)比直流電源先消失數(shù)百毫秒，以便主機先停止工作，硬盤的磁頭回復(fù)到著陸區(qū)，以保護硬盤。
　?。粒裕仉娫唇油ㄊ须姾?，輔助電源立即工作。一方面輸出 ＋５ＶＳＢ電源，同時向４９４的{12}腳提供十幾伏到二十多伏的直流電源。４９４從{14}腳輸出＋５Ｖ基準電源，鋸齒波振蕩器也開始起振工作。若主機未開機，ＰＳ－ＯＮ信號為高電平，經(jīng)Ｒ３７使３３９的Ｂ比較器{6}腳亦為高電平，因電阻Ｒ３７小于Ｒ４４，{6}腳電平高于{7}腳電平，Ｂ比較器輸出端{1}腳輸出低電平，經(jīng)Ｄ３６的鉗位作用，Ａ比較器的反相端{4}腳亦為低電平，其電平低于同相端{5}腳的電平，輸出端{2}腳呈高電平，經(jīng)Ｒ４１使４９４的{4}腳為高電平，故４９４內(nèi)部的死區(qū)時間比較器ａ輸出低電平，與門１也因此輸出低電平并進而使與門２和與門３輸出低電平，封鎖了振蕩器的輸出，{8}腳、{11}腳無脈沖輸出，ＡＴＸ電源無±５Ｖ、±１２Ｖ、＋３．３Ｖ電源輸出，主機處于待機狀態(tài)。因＋５Ｖ、＋１２Ｖ電源輸出為零，經(jīng)電阻Ｒ１５、Ｒ１６使４９４的{1}腳電平亦為零，４９４的ｃ比較器的輸出端{3}腳輸出亦為零，經(jīng)Ｒ４８使３３９的{9}腳亦為零電平，故３３９的Ｃ比較器的輸出端{14}腳為零電平。另外，３３９的{1}腳低電平信號因Ｄ３４的鉗位作用，也使{14}腳為低電平，經(jīng)Ｒ５０和Ｒ６３使{11}腳亦為低電平。因此Ｄ比較器的輸出端{13}腳為低電平，也就是ＰＷ－ＯＫ信號為低電平，主機不會工作。開啟主機時，通過人工或遙控操作閉合了與ＰＳ－ＯＮ相關(guān)的開關(guān)，ＰＳ－ＯＮ呈低電平，經(jīng)Ｒ３７使３３９的反相端{6}腳為低電平，Ｂ比較器{1}腳輸出高電平，Ｄ３５、Ｄ３６反偏截止，Ａ比較器的輸出電平則由{5}腳與{4}腳的電平?jīng)Q定。正常工作時，{5}腳電平低于{4}腳電平，{2}腳輸出低電平，經(jīng)Ｒ４１送到４９４的{4}腳，使{4}腳的電平變?yōu)榈碗娖?，鋸齒波振蕩信號可以從死區(qū)時間比較器ａ輸出脈沖信號，另一方面，振蕩信號送到了ＰＷＭ比較器ｂ的同相輸入端，ＰＷＭ比較器輸出的脈沖信號的寬度，則是由４９４的{1}腳的電平（也就是負載的大?。┡c{16}腳的電平來決定。ＰＷＭ比較器輸出的脈沖信號，最后經(jīng)緩沖放大器放大后，從{8}、{11}腳輸出脈沖信號，ＡＴＸ電源向主機輸出±５Ｖ、±１２Ｖ、＋３．３Ｖ電源。此過程因Ｃ３５的充電有數(shù)百毫秒的延時，但對主機開機并無影響。４９４的{1}腳從＋５Ｖ、＋１２Ｖ經(jīng)取樣電阻Ｒ１５、Ｒ１６得到電壓，其電平略高于{2}腳電平，{3}腳輸出高電平，經(jīng)Ｒ４８使３３９的{9}腳得到高電平，其電平高于{8}腳電平，因而{14}腳輸出高電平，此電平經(jīng)Ｒ５０與基準＋５Ｖ電源經(jīng)Ｒ６４共同對Ｃ３９充電，經(jīng)數(shù)百毫秒后，{11}腳電平升到高于{10}腳電平時，Ｄ比較器{13}腳輸出高電平，此電平經(jīng)Ｒ４９反饋至{11}腳，維持{11}腳處于高電平狀態(tài)，故{13}腳輸出穩(wěn)定的高電平 ＰＷ－ＯＫ信號，主機檢測到此信號后即開始正常工作。
?????? 關(guān)機時，主機內(nèi)開關(guān)使ＰＳ－ＯＮ呈高電平，此時３３９的{6}腳電平高于{7}腳，{1}腳輸出低電平，因二極管Ｄ３４的鉗位作用，{14}腳呈低電平，Ｃ３９對Ｃ比較器及Ｂ比較器放電，很快{11}腳呈低電平，{13}腳輸出低電平，即ＰＷ－ＯＫ信號呈低電平。在３３９的{1}腳為低電平時，經(jīng)Ｄ３６使{4}臆腳為低電平，{2}腳輸出高電平，經(jīng)Ｒ４１傳送到４９４的{4}腳，但因Ｃ３５電位不能突變，經(jīng)數(shù)百毫秒的放電后方使４９４的{4}腳轉(zhuǎn)為高電平，從而封鎖正負脈沖的輸出 ，主機進入待機狀態(tài)。上述的過程中，關(guān)機時Ｃ３９和Ｃ３５都要放電，但因放電時間常數(shù)不同，Ｃ３９放電較快，故ＰＷ－ＯＫ信號先于各電源變成低電平，滿足了主機關(guān)機的需要。此外，關(guān)機時因各路輸出電源的電解電容放電需要時間，也使ＰＷ－ＯＫ信號先于各電源回到低電平。?

?????? 二、 穩(wěn)壓
?????? ４９４的{2}腳經(jīng)Ｒ４７與基準電壓＋５Ｖ相連，維持較好的穩(wěn)定電壓，而{1}腳則與取樣電阻Ｒ１５、Ｒ１６與＋５Ｖ、＋１２Ｖ相連接，正常的情況下，{1}腳電平與{2}腳電平相等或略高。當(dāng)輸出電壓升高時（無論＋５Ｖ或＋１２Ｖ），{1}腳電平高于{2}腳電平，ｃ比較器輸出誤差電壓與鋸齒波振蕩脈沖在ＰＷＭ比較器ｂ進行比較使輸出脈沖寬度變窄，輸出電壓回落到標準值，反之則促使振蕩脈沖寬度增加，輸出電壓回升。由于４９４內(nèi)的放大器增益很高，故穩(wěn)壓精度很好。從穩(wěn)壓的原理，我們可以得到ＡＴＸ電源輸出電壓偏高或偏低的維修方法。如果輸出電壓偏低，可在４９４的{1}腳對地并聯(lián)電阻，或是把Ｒ４７的電阻增大。要是電源的輸出偏高，則可在{2}腳對地并聯(lián)電阻，也可以用增大Ｒ３３或取下Ｒ６９、Ｒ３５來降低輸出電壓。
?????? 三、 過流保護
?????? 過流保護的原理是基于負載愈大，Ｑ３、Ｑ４集電極的脈沖電壓也愈高，也即是Ｒ１３（１．５ｋΩ）上的電壓也愈高，從這里采樣經(jīng)Ｄ１４整流和Ｃ３６濾波，再經(jīng)Ｒ５４、Ｒ５５并聯(lián)電阻與Ｒ５１、Ｒ５６、Ｒ５８等組成的分壓電路送到４９４的{16}腳。隨著負載的加重，{16}腳的電平也隨之上升，當(dāng)超過{15}腳的電平時，誤差放大器輸出的誤差電壓促使調(diào)制脈沖的寬度變窄從而使負載電流減小。另外，從Ｒ５６、Ｒ５８并聯(lián)電阻獲得的分壓再經(jīng)Ｒ５２送到３３９的{5}腳，當(dāng){5}腳的電平超過{4}腳時，{2}腳即輸出高電平送到４９４的{4}腳，４９４停止輸出脈沖信號，終止±５Ｖ、±１２Ｖ、＋３．３Ｖ電源的輸出，達到過流及短路保護的目的。需要說明的是：４９４的{16}腳電平的高低只能改變輸出脈沖的寬度，但不影響４９４的{4}腳電平狀態(tài)，而３３９的{5}腳電平一旦超過{4}腳的電平，３３９的{2}腳就送出高電平去封鎖４４９的脈沖輸出，終止±５Ｖ、±１２Ｖ、＋３．３Ｖ電源的輸出，同時{2}腳的高電平經(jīng)Ｒ５９和二極管Ｄ３９反饋到{5}腳，維持{5}腳處于高電平狀態(tài)，此時若過載或短路狀態(tài)消失，４９４的{4}腳仍維持高電平，±５Ｖ與±１２Ｖ、＋３．３Ｖ電源仍不能輸出，只有切斷交流市電的輸入，再重新接通交流電，方可再次開機。

???? 四,過壓保護
? 過電壓保護由Ｒ１７和穩(wěn)壓管Ｚ０２并聯(lián)電路從＋５Ｖ采樣，經(jīng)Ｄ３７送到３３９的{5}腳。若＋５Ｖ電源由于某種原因升高，３３９的{5}腳電平也會隨之升高，當(dāng)超過{4}腳電平時，{2}腳即送出高電平去４９４的{4}腳，封鎖±５Ｖ、±１２Ｖ、＋３．３Ｖ電源的輸出，達到過電壓保護的目的。正常工作時，Ｒ１７上的壓降不大，Ｚ０２截止送到{5}腳的電壓較低，若＋５Ｖ電源的電壓上升，使Ｒ１７上的壓降超過Ｚ０２的穩(wěn)壓值，Ｚ０２導(dǎo)通，＋５Ｖ電源上升后的電壓值全部加到３３９的{5}腳上，促使其快速封鎖４９４脈沖的輸出，以保護電源。
　　五、 欠壓保護
　　欠壓保護從－５Ｖ的Ｄ３２及－１２Ｖ處的Ｒ１４取樣，經(jīng)Ｒ３４和Ｄ３７送到３３９的{5}腳。若因某種原因使輸出電壓過低時，－１２Ｖ及 －５Ｖ電壓的負值也會隨之減小，也就是電壓值上升，經(jīng)Ｒ３４及Ｄ３７送往３３９的{5}腳使電平上升，３３９的{2}腳送出高電平到４９４的{4}腳，從而封鎖 ４４９脈沖的輸出，實現(xiàn)欠壓保護。二極管Ｄ３２在導(dǎo)通時，其電壓降與通過的電流基本無關(guān)，保持在０．６Ｖ～０．７Ｖ，于是－５Ｖ電壓的減少量會全部傳送到Ｄ３２的負端，提高了欠壓保護的靈敏度。
　　六、電源保護電路故障的維修
　　從上面的敘述中可以了解到，各種保護電路最終都是通過控制３３９的{5}腳電平來控制４９４的{4}腳電平實現(xiàn)的。正常工作時，３３９的{5}腳電平低于３３９的{4}腳電平，３３９的{2}腳輸出低電平，使４９４的{4}腳呈低電平狀態(tài)（約為０．２５Ｖ）。若３３９的{5}腳電平高于３３９的{4}腳電平，３３９的{2}腳輸出高電平，于是４９４的{4}腳變?yōu)楦唠娖?，電源就進入了保護狀態(tài)，終止各路電源的輸出。因此ＡＴＸ電源出了故障，若電源的整流、濾波、逆變以及輔助電源均完好，則要檢查３３９的{4}、{5}腳的電平。若是{5}腳電平高于{4}腳的電平，表示電源進入了保護狀態(tài)。下一步則找出是什么原因使電源進入了保護狀態(tài)。可檢查與３３９的{5}腳相連各支路另一端的電壓是不是比{5}腳電壓高，高出{5}腳電壓的支路就是故障所在的支路。另外，也可以用斷開與{5}腳相連的一個個支路，若是斷開某一條支路后{5}腳的電平正常了，那么故障就出在這一條支路上。再沿著這條支路往下查，很快就可以把故障排除。下面通過兩個實例來加以說明。
　?。保慌_ＳＬＰＳ－２５０ＡＴＸＣ電源的輸出電壓偏低?？蛰d下，＋５Ｖ電源的電壓只有＋１．８Ｖ，其他各路電壓也按比例同樣下降。電源是采用ＴＬ４９４及ＬＭ３３９集成電路的典型ＡＴＸ電路。檢查４９４的{4}腳電壓為＋２．６Ｖ。電路似乎處于保護狀態(tài)。但保護狀態(tài)時各路輸出的電壓均應(yīng)為零，而現(xiàn)在卻是正常電壓的三分之一，令人費解。試著把４９４的第{4}腳接地，電源立即輸出正常。{4}腳接地就正常工作，說明４９４并未損壞，問題可能出在３３９以及有關(guān)的電路。用萬用表查３３９管腳的電壓，當(dāng)查到第{4}腳及{7}腳時，各路電源均正常了。甚至只用一條表筆去碰{7}腳或{4}腳，也可使電源恢復(fù)正常工作。這等于在{4}腳或{7}腳上加了一條“天線”，天線接收了外來信號電源就工作正常了！我試了試天線的長度，４０厘米以下對電源不起作用，長度增加了，輸出電壓也隨著增加，達到１米左右時，輸出電壓就正常了，４９４的{4}腳電壓也恢復(fù)到０Ｖ。但電源要用“天線”才能工作，說明還有故障未找到。再檢查３３９的{4}腳與{5}腳的電壓，{5}腳電壓為２．４Ｖ，{4}腳的電壓為１．２Ｖ，輸出端{2}腳的電壓為２．９Ｖ。（這部分電路見圖３）。但是３３９的{2}腳高電位，必須由{5}腳電位高于{4}腳的電位時才能產(chǎn)生，那{5}腳最初的高電位是怎么來的？把與{5}腳相連的各支路斷開試一試 。在斷開ｃ支路以后，電源就正常了。沿著Ｄ２往下找，最后在＋３．３Ｖ電源處對地接一個１０００μＦ的電容時，電源就正常了。再檢查＋３．３Ｖ電源原來的濾波電容，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)失效。更換電容后 ４９４的{4}腳電壓恢復(fù)正常，用表筆去碰觸３３９的{4}腳或{7}腳也不起作用，問題得到了解決。為什么＋３．３Ｖ電源的濾波電容失效會造成輸出電壓偏低？＋３．３Ｖ電源在沒有電容濾波時，輸出的直流電源中含有很強的由逆變功率管輸出的脈沖成分，通過Ｄ３及Ｄ２送到ＬＭ３３９的{5}腳，使{5}腳的電平高于{4}腳的電平，電源進入了保護狀態(tài)。從＋２０Ｖ電源經(jīng)Ｒ３、Ｄ１、Ｒ２和三個并聯(lián)電阻到接地的支路中，三個電阻并聯(lián)后的電阻值是２．４３ｋΩ，再略去其他支路的影響，可以估算出{5}腳的電壓大約是２．３Ｖ，因二極管Ｄ１的鉗位作用，{2}腳輸出電壓只能在２．９Ｖ左右，經(jīng)Ｒ１送到ＴＬ４９４的{4}腳，減去電阻Ｒ１的降壓，４９４的{4}腳電壓就是２．６Ｖ了。在此電壓下，４９４會輸出較窄的脈沖，于是在空載下，＋５Ｖ電源有約１．８Ｖ的電壓輸出。解決的辦法可在ｄ支路中串聯(lián)一個４７ｋΩ的電阻，并把Ｒ２由３．９ｋΩ換成１００ｋΩ就行了。經(jīng)這樣處理后，不論是正常工作或是保護狀態(tài)，各路電源的輸出電壓和各管腳的電壓均正常了。而Ｒ２電阻的改動，也不會影響電源的過載保護性能。至此，電源的故障才完全得到了解決（愛好者手中若有ＳＬＰＳ－２５０ＡＴＸＣ電源，可參考此例加一個４７ｋΩ電阻以提高電源的保護性能）。
　　為什么３３９的{4}腳加了天線會正常工作呢？這是{2}腳經(jīng)Ｄ１反饋到{5}腳后，產(chǎn)生了輕微的高頻寄生振蕩。{4}腳或{7}腳接了天線以后，破壞了電路的振蕩條件，使{4}腳的電壓升高，當(dāng)超過{5}腳的電壓時，{2}腳送出０Ｖ的低電平信號到４９４的{4}腳，電源就工作正常了。同樣，在Ｄ１支路中串聯(lián)了４７ｋΩ電阻后，增加了阻尼因數(shù)，破壞了電路的振蕩條件，電源也就正常了。此時若取下＋３．３Ｖ電源處新加的電解電容，通電后，電源會立即進入保護狀態(tài)，各路電源都沒有輸出。
　?。玻慌_新時代ＨＹ－ＡＴＸ３００電源，空載時輸出電壓正常，但不能帶動負載。檢查４９４各個管腳的電壓，發(fā)現(xiàn){12}腳的電壓只有１０Ｖ，這是造成不能帶動負載的原因。在輔助電源逆變變壓器Ｔ３的初級線圈１加上１６．５Ｖ的高頻電壓，測得次級＋５ＶＳＢ?lián)蹙€圈３的電壓是０．９Ｖ，向４９４集成電路{12}腳供電線圈４的電壓為１．５Ｖ，約是＋５ＶＳＢ?lián)蹙€圈電壓的１．７倍。電源的＋５ＶＳＢ電源是直接從線圈３經(jīng)整流和濾波后得到，＋５ＶＳＢ電源的穩(wěn)壓則是借助ＷＤ４３１穩(wěn)壓集成電路和光電耦合器反饋回逆變?nèi)龢O管得到的，如圖４所示。由此可以算出線圈４的電壓為５×１．７＝８．５Ｖ，因負載較輕，經(jīng)電容濾波后的電壓就是１０Ｖ左右了。由此說明Ｔ３脈沖變壓器線圈４的匝數(shù)少了。拆開Ｔ３變壓器，得到各繞組的匝數(shù)為：初級２×１１０匝；反饋繞組１０匝；＋５ＶＳＢ繞組１２匝；繞組４的匝數(shù)是８匝。重新繞制繞組４，把匝數(shù)由原來的８匝增加到２０匝，其余繞組的匝數(shù)不變。繞好后上機實驗，４９４集成電路{12}腳的電壓上升到１７Ｖ，電源的輸入功率可達１３０Ｗ，故障排除。從故障現(xiàn)象看，可能是工廠生產(chǎn)時將變壓器裝錯了。