电脑电源讲解

ATX 电源的控制电路如下图。控制电路采用 TL494 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。 图一 ATX 电源控制电路 比较器是一种运算放大器，符号用三角形示，它有一个同相输入端“＋”； 一 个 反 相 输 入 端 “ － ” 和 一 个 输 出 端 。 图二 TL494 内部结构图 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。 494 内的比较放大器有四个，为叙述方便，在上图中用小写字母 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。从图中可以看出，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 。 图三 LM339 内部结构图 339 是四比较器集成电路。 LM339 集成块内部装有四个独立的电压比较器，每 个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输 入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平， 它可选择 LM339 输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端 时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电 位。两个输入端电压差别大于 10mV 就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态， LM339 的输出端 相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻， 选 3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极 电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。 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，主机到此 信号后即开始正常工作。 关机时，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。 四,过 压保护 过电压保护由 R17 和稳压管 Z02 并联电路从＋5V 采样，经 D37 送到 339 的{5}脚。若＋5V 电 源由于某种原因升高，339 的{5}脚电平也会随之升高，当超过{4}脚电平时，{2}脚即送出高电平去 494 的{4} 脚，封锁±5V、±12V、＋3．3V 电源的输出，达到过电压保护的目的。正常工作时，R17 上的压降不大， Z02 截止送到{5}脚的电压较低，若＋5V 电源的电压上升，使 R17 上的压降超过 Z02 的稳压值，Z02 导通， ＋5V 电源上升后的电压值全部加到 339 的{5}脚上，促使其快速封锁 494 脉冲的输出，以保护电源。 五、 欠压保护 欠压保护从－5V 的 D32 及－12V 处的 R14 取样，经 R34 和 D37 送到 339 的{5}脚。若因某种原 因使输出电压过低时，－12V 及 －5V 电压的负值也会随之减小，也就是电压值上升，经 R34 及 D37 送往 339 的{5}脚使电平上升，339 的{2}脚送出高电平到 494 的{4}脚，从而封锁 449 脉冲的输出，实现欠压保护。 二极管 D32 在导通时，其电压降与通过的电流基本无关，保持在 0．6V～0．7V，于是－5V 电压的减少量会 全部传送到 D32 的负端，提高了欠压保护的灵敏度。