ATX電源的工作原理

ATX電源的工作原理
　

自從IBM推出第一臺(tái)PC至今，微機(jī)電源已從AT電源發(fā)展到ATX電源。時(shí)至今日，微機(jī)電源仍是根據(jù)IBM公司的個(gè)人電腦標(biāo)準(zhǔn)制造的。市場上的ATX電源，不管是品牌電源還是雜牌電源，從電路原理上來看，一般都是在AT電源的基礎(chǔ)上，做了適當(dāng)?shù)母膭?dòng)發(fā)展而來的，因此，我們買到的ATX電源，在電路原理上一般都大同小異。在微機(jī)國產(chǎn)化的進(jìn)程上，微機(jī)電源技術(shù)也由國內(nèi)生產(chǎn)廠家逐漸消化吸收，生產(chǎn)出了眾多國有品牌的電源。微機(jī)電源并非高科技產(chǎn)品，以國內(nèi)生產(chǎn)廠家的技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)力，應(yīng)該可以生產(chǎn)出物美價(jià)廉的電源產(chǎn)品。然而，縱觀整個(gè)微機(jī)電源市場情況卻不盡人意，許多電源產(chǎn)品存在著各種選料和質(zhì)量問題，故障率較高。

ATX電源電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，各部分電路不但在功能上相互配合、相互滲透，且各電路參數(shù)設(shè)置非常嚴(yán)格，稍有不當(dāng)則電路不能正常工作。其主電路原理圖見圖１，從圖中可以看出，整個(gè)電路可以分成兩大部分：一部分為從電源輸入到開關(guān)變壓器T1之前的電路(括輔助電源的原邊電路)，該部分電路和交流220V電壓直接相連，觸及會(huì)受到電擊，稱為高壓側(cè)電路；另一部分為開關(guān)變壓器T1以后的電路，不和交流220V直接相連，稱為低壓側(cè)電路。二者通過C03、C04、C05高壓瓷片電容構(gòu)成回路，以消除靜電干擾。其原理方框圖見圖2，從圖中可以看出整機(jī)電路由交流輸入回路、整流濾波電路、推挽開關(guān)電路、輔助開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制電路、PS-ON控制電路、保護(hù)電路、輸出電路和PW-OK信號(hào)形成電路組成。弄清各部分電路的工作原理及相互關(guān)系對(duì)我們維修判斷故障是很有用處的，下面簡單介紹一下各組成部分的工作原理。

1、交流輸入回路

交流輸入回路括輸入保護(hù)電路和抗干擾電路等。輸入保護(hù)電路指交流輸入回路中的過流、過壓保護(hù)及限流電路；抗干擾電路有兩方面的作用：一是指微機(jī)電源對(duì)通過電網(wǎng)進(jìn)入的干擾信號(hào)的抑制能力：二是指開關(guān)電源的振蕩高次諧波進(jìn)入電網(wǎng)對(duì)其它設(shè)備及顯示器的干擾和對(duì)微機(jī)本身的干擾。通常要求微機(jī)對(duì)通過電網(wǎng)進(jìn)入的干擾信號(hào)抑制能力要強(qiáng)，通過電網(wǎng)對(duì)其它微機(jī)等設(shè)備的干擾要小。

２、整流電路：

括整流和濾波兩部分電路，將交流電源進(jìn)行整流濾波，為開關(guān)推挽電路提供紋波較小的直流電壓。

3、輔助電源：輔助電源本身也是一個(gè)完整的開關(guān)電源。只要ATX電源一上電，輔助電源便開始工作，輸出的兩路電壓，一路為 5VSB電源，該輸出連接到ATX主板的“電源監(jiān)控部件”，作為它的工作電壓，使操作系統(tǒng)可以直接對(duì)電源進(jìn)行管理。通過此功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開機(jī)，完成電腦喚醒功能；另一路輸出電壓為保護(hù)電路、控制電路等電路供電。

4、推挽開關(guān)電路：

推挽開關(guān)電路是ATX開關(guān)電源的主要部分，它把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起著將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。推挽開關(guān)管是該部分電路的核心元件，受脈寬調(diào)制電路輸送的信號(hào)作激勵(lì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)脈寬調(diào)制電路因保護(hù)電路動(dòng)作或因本身故障不工作時(shí)，推挽開關(guān)管因基級(jí)無驅(qū)動(dòng)脈沖故不工作，電路處于關(guān)閉狀態(tài)，這種工作方式稱作它激工作方式。

５、PWM脈寬調(diào)制電路：

PWM（Pules Width Modulation）即脈寬調(diào)制電路，其功能是檢測輸出直流電壓，與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行放大，控制振蕩器的脈沖寬度，從而控制推挽開關(guān)電路以保持輸出電壓的穩(wěn)定，主要由IC TL494及周圍元件組成。

６、PS-ON控制電路：

ATX電源 主要的特點(diǎn)就是，它不采用傳統(tǒng)的市電開關(guān)來控制電源是否工作，而是采用“＋5VSB、PS－ON”的組合來實(shí)現(xiàn)電源的開啟和關(guān)閉，只要控制“PS－ON”信號(hào)電平的變化，就能控制電源的開啟和關(guān)閉。電源中的S-ON控制電路接受PS－ON 信號(hào)的控制，當(dāng)“PS－ON”小于1V伏時(shí)開啟電源，大于4.5伏時(shí)關(guān)閉電源。主機(jī)箱面上的觸發(fā)按鈕開關(guān)(非鎖定開關(guān))控制主板的“電源監(jiān)控部件”的輸出狀態(tài)，同時(shí)也可用程序來控制“電源監(jiān)控件”的輸出，如在WIN9X平臺(tái)下，發(fā)出關(guān)機(jī)指令，使“PS－ON”變?yōu)椋?V，ATX電源就自動(dòng)關(guān)閉。

７、保護(hù)電路
為了保證安全工作，ATX電源中設(shè)置了各種各樣的保護(hù)電路，當(dāng)開關(guān)電源發(fā)生過電壓、過電流故障時(shí)，保護(hù)電路啟動(dòng)，開關(guān)電源停止工作以保護(hù)負(fù)載和電源本身。

８、輸出電路：

輸入整流濾波電路將交流電源進(jìn)行整流濾波，為主變換電路提供紋波較小的直流電壓。接插到主板上的排線含了電源輸出的各路電壓及控制信號(hào)，ATX電源輸出排線各腳定義見表1，各路輸出的額定電流見表2。

表1 電源輸出排線功能一覽表

　

Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
導(dǎo)線顏色 橘黃 橘黃 黑色 紅色 黑色 紅色 黑色 灰色 紫色 黃色
功能 3.3V 提供 3.3V 電源
　 3.3V 提供 3.3V 電源 地線 5V 提供 5V電源 地線 5V 提供 5V 電源 地線 Power OK電源正常工作 ＋5VSB 提供 5V Stand by電源，供電源啟動(dòng)電路用
　 12V 提供 12V 電源
Pin 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
導(dǎo)線顏色 橘黃 蘭色 黑色 綠色 黑色 黑色 黑色 白色 紅色 紅色
功能 3.3V 提供 3.3V 電源 -12V 提供 -12V 電源
　 地線 PS-ON 電源啟動(dòng)信號(hào)，低電平-電源開啟，高電平-電源關(guān)閉
　 地線 地線 地線 -5V 提供-5V 電源 5V 提供 5V 電源 5V 提供 5V 電源

　

表2 ATX電源各路電壓的額定輸出電流：（單位：A）

電源各輸出端 ＋5V ＋12V ＋3.3V －5V －12V ＋5VSB
額定輸出電流 21A 6A 14A 0.3A 0.8A 0.8A

9、PW-OK信號(hào)的形成：

PW-OK信號(hào)（在AT電源中及部分電源板上稱P.G信號(hào)）為微機(jī)開機(jī)自檢啟動(dòng)信號(hào)，為了防止開機(jī)時(shí)各路輸出電路時(shí)序不定，CPU或各部件未進(jìn)入初始化狀態(tài)造成工作錯(cuò)誤及突然停電時(shí)，硬盤磁頭來不及移至著陸區(qū)造成盤片劃傷，微機(jī)電源中均設(shè)置了PW-OK 信號(hào)。

10、＋3.3V電壓二次穩(wěn)壓電路：
輸出到主板上的＋3.3V電壓一般為CPU等配件供電，因此，ATX電源在總體自動(dòng)控制穩(wěn)壓的基礎(chǔ)上，在T1的次級(jí)＋3.3V電壓的輸出負(fù)載網(wǎng)絡(luò)增設(shè)了二次自動(dòng)穩(wěn)壓控制電路，以使＋3.3V輸出電壓更精確穩(wěn)定。

縱上所述，接通電源后，220V交流電壓經(jīng)整流濾波電路，輸出＋300V 直流高壓。此電壓同時(shí)加到推挽開關(guān)電路和輔助電源上，因推挽開關(guān)電路的開關(guān)功率管沒有激勵(lì)脈沖而處于待機(jī)狀態(tài)。輔助電源一經(jīng)得到工作電壓便開始工作，送出脈寬調(diào)制電路、PS-ON控制電路、保護(hù)電路的工作電壓以及主板的 5VSB待機(jī)電壓，但因此時(shí)沒有得到PS-ON主機(jī)的控制信號(hào)，PS-ON控制電路輸出高電平鎖住PWM脈寬調(diào)制電路使其不起振，此時(shí)電源處于待機(jī)狀態(tài)。按下面板的開機(jī)觸發(fā)開關(guān)，PS-ON控制電路得到控制信號(hào)，解除對(duì)脈寬調(diào)制電路的鎖定，PWM電路開始工作，輸出受控的脈寬可變的交流脈沖推動(dòng)推挽開關(guān)電路中的推挽功率管，并時(shí)刻根據(jù)輸出電壓的脈動(dòng)來調(diào)整脈沖寬度，以保證輸出電壓的穩(wěn)定。推挽開關(guān)電路中，推挽功率管依次開關(guān)，產(chǎn)生的脈動(dòng)交變電壓被開關(guān)變壓器感應(yīng)到副級(jí)，經(jīng)輸出電路整流濾波，形成主機(jī)所需各路電壓。保護(hù)電路則監(jiān)視各路輸出電壓，當(dāng)發(fā)生過壓、欠壓故障時(shí)及時(shí)啟動(dòng)，使PWM電路停止工作，以保證電路及主機(jī)的安全。

精密電壓基準(zhǔn)IC TL431

精密電壓基準(zhǔn)IC TL431是T0—92封裝如圖1所示。其性能是輸出壓連續(xù)可調(diào)達(dá)36V，工作電流范圍寬達(dá)0．1。100mA，動(dòng)態(tài)電阻典型值為0．22歐,輸出雜波低。圖2是TL431的典型應(yīng)用，其中③、②腳兩端輸出電壓V=2．5(R2十R3)V／R3。如果改變R2的阻值大小，就可以改變輸出基準(zhǔn)電壓大小。



ATX電源的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

ATX電源是近年來在電腦中廣泛采用的新型電源，它配合ATX主板，除了可以手動(dòng)開關(guān)電源外，還支持軟件開 關(guān)電源以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。

ATX電源是在AT電源的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的主變換電路也是采用了半橋式開關(guān)電源，但從結(jié)構(gòu)上講ATX電源作了如下改進(jìn)：

1.ATX電源增加了一個(gè)輔助開關(guān)電源，如圖所示。當(dāng)ATX電源交流輸入端一旦有220V的交流電時(shí)，輔助電源就開始工作，一路經(jīng)整流 7805三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，輸出 5V電壓供給ATX主板內(nèi)部一部分在關(guān)機(jī)狀態(tài)下要保持工作的芯片，如網(wǎng)絡(luò)通信接口 電源監(jiān)控單元 系統(tǒng)時(shí)鐘等部分芯片使用；另一路經(jīng)整流濾波，輸出輔助 12V電源，供給ATX電源內(nèi)部TL494等芯片工作，為ATX電源主變換電路的啟動(dòng)作準(zhǔn)備。

　



2. 綜合供電接插件接口不同。ATX電源采用了20腳長方型雙排綜合插件向主板供電。

　

3.輸出電壓不同。ATX電源增加了3.3V 5V供電和一個(gè)PS-ON控制輸入端口，其中3.3V電壓主要為CPU PCI總線供電。

4.電源的啟動(dòng)方式不同，ATX電源一般不設(shè)市電開關(guān)，而采用TL494脈寬控制芯片和LM339比較放大器作為其控制的核心。其特點(diǎn)是引用TL494第4腳的死區(qū)控制功能，當(dāng)輔助電源工作時(shí)，一路輸出 5V到主板，另一路輸出 12V供給TL494電源，經(jīng)過該芯片內(nèi)部穩(wěn)壓電路，由14腳輸出 5V，并和13 15腳相接，再經(jīng)分壓電路到LM339電壓比較器的反向端，其反向端電壓約為4.5V.當(dāng)PS-ON為 5V時(shí)，LM339輸出為高電平5V,TL494的8 11腳無輸出脈沖，主變換電路截止，電源處于休眠狀態(tài)。當(dāng)PS-ON為0V時(shí)，輸出為0V,TL494的8 11腳有輸出脈沖，主變換電路開始工作。因此，我們不僅可以手動(dòng)按下主機(jī)上的觸發(fā)按鈕開關(guān)使PS-ON為低電平啟動(dòng)電源，還可以通過程序或鍵盤等其他方式使PS-ON為低電平啟動(dòng)電源，從而使ATX電源具有遠(yuǎn)程控制功能

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