電腦ATX電源控制電路及原理

ＡＴＸ電源的控制電路見圖１。控制電路采用ＴＬ４９４（有的電源采用ＫＡ７５００Ｂ，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；一個頻率可調的鋸齒波產生電路，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是死區時間比較器。因兩個作逆變工作的三極管串聯后接到＋３１０Ｖ的直流電源上，若兩個三極管同時導通，就會形成對直流電源的短路。兩個三極管同時導通可能發生在一個管子從截止轉為導通，而另一個管子由導通轉為截止的時候。因為管子在轉換時有時間的延遲，截止的管子已經轉為導通了，但導通的管子尚未完全轉為截止，于是兩個管子都呈導通狀態而形成對直流電源的短路。為防止這樣的事情發生，４９４設置了死區時間比較器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，在三極管導通變為截止與截止轉為導通期間，也就是死區時間，４９４沒有脈沖輸出，避免了對直流電源的短路。死區時間還可由{4}腳外接的電平來控制，{4}腳的電平上升，死區時間變寬，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，{8}腳和{11}腳就不輸出脈沖了。４９４內部還有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。與非門則相當于一個與門和一個反相器的組合。Ｔ觸發器的作用是：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變為高電平，再輸入一個脈沖，Ｑ又回到低電平。比較器、與門、反相器、Ｔ觸發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。按管腳的順序把內部四個比較器設為Ａ、Ｂ 、Ｃ 、Ｄ 比較器。４９４和３３９再配合其他電路，共同完成ＡＴＸ電源的穩壓，產生ＰＷ－ＯＫ信號及各種保護功能。
　　一、 產生ＰＷ－ＯＫ信號
　　ＰＣ主機要求各路電源穩定之后才工作，以保護各元器件不致因電壓不穩而損壞，故設置了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電源延遲數百毫秒才產生，關機時ＰＷ－ＯＫ信號應比直流電源先消失數百毫秒，以便主機先停止工作，硬盤的磁頭回復到著陸區，以保護硬盤。
　　ＡＴＸ電源接通市電后，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Ｒ４１使４９４的{4}腳為高電平，故４９４內部的死區時間比較器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。因＋５Ｖ、＋１２Ｖ電源輸出為零，經電阻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相關的開關，ＰＳ－ＯＮ呈低電平，經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}腳的電平決定。正常工作時，{5}腳電平低于{4}腳電平，{2}腳輸出低電平，經Ｒ４１送到４９４的{4}腳，使{4}腳的電平變為低電平，鋸齒波振蕩信號可以從死區時間比較器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（也就是負載的大小）與{16}腳的電平來決定。ＰＷＭ比較器輸出的脈沖信號，最后經緩沖放大器放大后，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的充電有數百毫秒的延時，但對主機開機并無影響。４９４的{1}腳從＋５Ｖ、＋１２Ｖ經取樣電阻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Ｒ５０與基準＋５Ｖ電源經Ｒ６４共同對Ｃ３９充電，經數百毫秒后，{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Ｒ４９反饋至{11}腳，維持{11}腳處于高電平狀態，故{13}腳輸出穩定的高電平 ＰＷ－ＯＫ信號，主機檢測到此信號后即開始正常工作。
?????? 關機時，主機內開關使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Ｄ３６使{4}臆腳為低電平，{2}腳輸出高電平，經Ｒ４１傳送到４９４的{4}腳，但因Ｃ３５電位不能突變，經數百毫秒的放電后方使４９４的{4}腳轉為高電平，從而封鎖正負脈沖的輸出 ，主機進入待機狀態。上述的過程中，關機時Ｃ３９和Ｃ３５都要放電，但因放電時間常數不同，Ｃ３９放電較快，故ＰＷ－ＯＫ信號先于各電源變成低電平，滿足了主機關機的需要。此外，關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、 穩壓
?????? ４９４的{2}腳經Ｒ４７與基準電壓＋５Ｖ相連，維持較好的穩定電壓，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內的放大器增益很高，故穩壓精度很好。從穩壓的原理，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Ｄ１４整流和Ｃ３６濾波，再經Ｒ５４、Ｒ５５并聯電阻與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，當超過{15}腳的電平時，誤差放大器輸出的誤差電壓促使調制脈沖的寬度變窄從而使負載電流減小。另外，從Ｒ５６、Ｒ５８并聯電阻獲得的分壓再經Ｒ５２送到３３９的{5}腳，當{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，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Ｒ５９和二極管Ｄ３９反饋到{5}腳，維持{5}腳處于高電平狀態，此時若過載或短路狀態消失，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和穩壓管Ｚ０２并聯電路從＋５Ｖ采樣，經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的穩壓值，Ｚ０２導通，＋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，實現欠壓保護。二極管Ｄ３２在導通時，其電壓降與通過的電流基本無關，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（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}腳變為高電平，電源就進入了保護狀態，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。下一步則找出是什么原因使電源進入了保護狀態。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。
　　１．一臺ＳＬＰＳ－２５０ＡＴＸＣ電源的輸出電壓偏低。空載下，＋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。但保護狀態時各路輸出的電壓均應為零，而現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以及有關的電路。用萬用表查３３９管腳的電壓，當查到第{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，發現已經失效。更換電容后 ４９４的{4}腳電壓恢復正常，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。從＋２０Ｖ電源經Ｒ３、Ｄ１、Ｒ２和三個并聯電阻到接地的支路中，三個電阻并聯后的電阻值是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支路中串聯一個４７ｋΩ的電阻，并把Ｒ２由３．９ｋΩ換成１００ｋΩ就行了。經這樣處理后，不論是正常工作或是保護狀態，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Ｄ１反饋到{5}腳后，產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支路中串聯了４７ｋΩ電阻后，增加了阻尼因數，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，各路電源都沒有輸出。
　　２．一臺新時代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，發現{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擋線圈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擋線圈電壓的１．７倍。電源的＋５ＶＳＢ電源是直接從線圈３經整流和濾波后得到，＋５ＶＳＢ電源的穩壓則是借助ＷＤ４３１穩壓集成電路和光電耦合器反饋回逆變三極管得到的，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的匝數少了。拆開Ｔ３變壓器，得到各繞組的匝數為：初級２×１１０匝；反饋繞組１０匝；＋５ＶＳＢ繞組１２匝；繞組４的匝數是８匝。重新繞制繞組４，把匝數由原來的８匝增加到２０匝，其余繞組的匝數不變。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。從故障現象看，可能是工廠生產時將變壓器裝錯了。