1 引言
PU是計算機的心臟,那么電源就是計算機的能量源泉了。目前,ATX電源取代AT電源廣泛使用于電腦之中。計算機是高科技含量產(chǎn)品,由于價格的原因,人們常常忽視電源的技術(shù)含量。實際上,要提供一個精巧、安全、嚴密的電源供主機使用也決非易事。在對電源原理的分析中,我們也不難發(fā)現(xiàn)設(shè)計者的精妙構(gòu)思。下面是對ATX電源的原理和檢修方法的詳細介紹。
2 ATX電源原理
2.1 ATX電源與主機板接口
源取消了傳統(tǒng)的交流電源開關(guān),它采用軟開關(guān)技術(shù),依靠+5SB、Power On/Off控制信號的組合來實現(xiàn)電源的開啟和關(guān)閉,使計算機的遠程控制和定時開關(guān)機功能順利實現(xiàn)。傳統(tǒng)AT電源采用兩組插頭與主機板聯(lián)接,每組各有6根線。與AT電源不同,ATX電源采用一組20線插頭,其具體接線如圖所示:
1、11、12:+3.3V; 2:-12V; 4:POWER On/Off;8:-5V;9、10、14、16:+5V;
18:PG信號; 19:+5V輔助電壓;20:+12V;其余各黑色線為接地線。
P4專用插頭:P4耗電量非常大,再加上現(xiàn)在顯卡的耗電量也比較大,所以P4電源比普通電源多出兩個接頭,一個6芯,另外一個4芯。
2.2 ATX電源組成結(jié)構(gòu)
城CGCATX2K電源為例對ATX電源作介紹,CGCATX2K是長城公司新出的一款優(yōu)秀的電源,性能穩(wěn)定,輸出功率大,其詳細電路經(jīng)本人參照電路板手工繪出,如圖5所示。因保護知識產(chǎn)權(quán)的原因 ,本文對所有元件進行了重新編號并略去了元件型號。但這不影響我們對電源原理的理解和分析。此電源采用PWM開關(guān)電源技術(shù),開關(guān)電源具有轉(zhuǎn)換效率高且便于控制的優(yōu)點,下面是電源電路的框圖,如圖2所示。
2.3 ATX電源電路分析
2.3.1 抗干擾電路
輸過程中會受到高頻干擾,微機電源的功率轉(zhuǎn)換分和輔助電源部分是工作在高頻狀態(tài),也會對市電網(wǎng)產(chǎn)生高頻干擾??垢蓴_電路可起雙向濾波作用,一般由濾波電容和互感線圈構(gòu)成,在這里我們只畫出了Rx,Cx和THR。
2.3.2 整流電路
D1~D4直接對220V交流電進行橋式整流,產(chǎn)生300V左右的直流電壓,經(jīng)C01~C02濾波后,分別加到輔助電源和功率變換電路。
2.3.3 完備的輔助電源+5VSB電壓系統(tǒng)
+5VSB是供主機系統(tǒng)在ATX待機狀態(tài)時的電源以及自動開關(guān)機和遠程喚醒通訊聯(lián)絡(luò)相關(guān)電路的工作電源。
輔助電源部分采用獨特的自激振蕩與光電耦合器件控制相結(jié)合的電路。增強了電路的可靠性和提高了電壓的穩(wěn)定系數(shù)。
T1、C8、D6、R14、Q11等元件組成自激振蕩電路,通電后可在SB端產(chǎn)生5V左右的電壓。IC11、IC2及其外圍元件組成穩(wěn)壓電路。當(dāng)SB端電壓有微小變化時,經(jīng)精密電阻R24、R25反饋到LM431。LM431是一個精密放大器,LM431電流的大小將影響到IC11的1、2腳的導(dǎo)通與否。當(dāng)SB電壓偏高時,IC11的3,4腳導(dǎo)通,由于IC11內(nèi)部的光電耦合作用使1、2腳導(dǎo)通。3腳產(chǎn)生的電壓經(jīng)D7整流,C10濾波加到1腳,從2輸出至Q12的基極使Q12導(dǎo)通,Q12的C,E電壓Vceo下降,從而Q11基極電壓下降,Q11開關(guān)管截止,SB電壓下降。反之,SB電壓偏低時,經(jīng)過相反的控制過程可使Q11導(dǎo)通時間延長,SB輸出電壓上升,達到了穩(wěn)定電壓的目的。
Q21、R21、R22、C14、ZD2是防止SB電壓過高的保護電路??煞乐褂捎赟B+5V電壓過高而引起主機板損壞,造成嚴重后果。當(dāng)SB電壓過高時,ZD2擊穿,這一電壓加到單向可控硅Q21的控制極使Q21的AK極之間導(dǎo)通,SB電壓對地短路,保護了后級電路。C14的作用是在ZD2擊穿后讓Q21維持導(dǎo)通狀態(tài)。
輔助電源部分還設(shè)計了過流保護電路。當(dāng)流過開關(guān)管Q11發(fā)射極的電流過大時,流過R16的電流增大,R16上端電壓
V=I*R(2.1)
也隨之上升,此電壓經(jīng)R17送到Q12基極,Q12導(dǎo)通,引起Q11截止。防止了開關(guān)管由于過流而損壞。
2.3.4功率振蕩及低壓產(chǎn)生電路
功率振蕩部分主要由PWM控制和功率變換兩部分構(gòu)成,下面先介紹KA7500B脈寬控制原理。KA7500B是Fairchild Semiconductor International公司的產(chǎn)品,它由5V基準電壓輸出電路,兩個誤差放大電路,雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器,一個輸出控制端口,一個PWM比較器,以及一個空載時間比較器和一個振蕩電路幾個部分組成。
KA7500B的12腳外接由T1提供的20V左右的電壓。KA7500B電源電壓可為16~24V。14腳輸出的是由KA7500B內(nèi)部所產(chǎn)生的基準電壓。5腳和6腳分別接振蕩電容和振蕩電阻。振蕩電路產(chǎn)生30K到50KHz左右的為鋸齒波。該鋸齒波與4腳輸入的電壓及比較放大器的輸出相比較,得到PWM電壓由8腳和11腳輸出到Q5,Q6控制功率轉(zhuǎn)換開關(guān)管Q31、Q32輪流導(dǎo)通。
有6個端子與PWM輸出直接相關(guān),即1、2、15、1*、13。V1大于V2、V16大于V15時,電路停止輸出脈沖。13腳電壓為0時,無脈沖輸出,此處13腳直接與基準電壓相連。
4腳為KA7500B的一個重要的控制端。4腳電壓為4.5V時,輸出的脈沖寬度為0,當(dāng)4腳電壓為0V時,輸出脈沖寬度為最大。
除脈沖寬度控制電路外,低壓產(chǎn)生電路的原理比較容易理解,在此不作詳細的論述。
需要補充的是,由于通過Q11,Q31,Q31,D38,D39,D40的功率比較大,所以這些元件加了散熱板。應(yīng)注意元件與散熱板之間都用石英片絕緣,在拆裝時應(yīng)注意不可去掉石英片。如果有電子愛好者需要打摩電源、增大電源功率時,可在充分散熱的前提下將開關(guān)管E13007改為BU508A。
2.3.4 POWER GOOD 信號的產(chǎn)生
P.G.是提供給主機板的開機復(fù)位信號。如果各路直流輸出電壓已達到它們的最低檢測電平(+5V輸出在4.75V以上),則電源在開機后大約延時100到500毫秒后產(chǎn)生,產(chǎn)生延時的關(guān)鍵元件是C24。
圖3是LM339比較器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。LM339上半部分用來產(chǎn)生P.G.信號。電源開始工作后,14腳輸出高電平,向C24充電,經(jīng)一定的充電時間后,11腳才建立起了高電平。當(dāng)11腳電壓高于10腳時,13腳輸出高電平,這就是P.G.信號。這一高電平能被保持。
圖3 LM339內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
P.G.信號非常重要,即使電源的各路直流輸出都正常,如果沒有P.G.信號,主板還是沒法,如果沒有P.G.信號,主板還是沒法工作。如果P.G.信號時序不對,可能會造成開不了機的情況。關(guān)機時,P.G.信號比ATX電源+5V輸出電壓提前幾百毫秒消失,通知主機觸發(fā)系統(tǒng)在電源斷電前自動關(guān)閉,防止突然掉電時,磁盤磁頭來不及移至著陸區(qū)而劃傷硬盤。
2.4 低壓穩(wěn)壓,保護電路
圖4 ATX電源電路圖
2.4.1 +5,+12穩(wěn)壓電路
+5V、+12V的微小變化,經(jīng)R68,R69、R610輸入到KA7500B的1腳。由KA7500B內(nèi)部誤差放大器放大,比較后可調(diào)整驅(qū)動脈沖的寬度,可精確校正+5V、+12V電壓的變化。#p#分頁標(biāo)題#e#
2.4.2 +3.3V穩(wěn)壓保護
+3.3V穩(wěn)壓保護電路由圖5中5編號開頭的元件組成。LM431是精密放大器,L51、L52是兩個磁飽和變壓器,當(dāng)3.3V電壓有微小變化時,經(jīng)R58,R57反饋至LM431,LM431導(dǎo)通電流的大小影響Q52的基極電流的大小,使Q51趨于飽和或截止,改變了L51、L52初級線圈n1電流的大小,次級L51n2、L52n2的感抗發(fā)生變化,D39左邊的電壓變化,從而校正了3.3V電壓的變化。
2.4.3 低壓過電壓保護電路
R27、ZD4、D29、R86、D26、R87、R84、R85及C22、D25等組成過電壓保護電路。當(dāng)+5V、-5V、+12V、-12V、+3.3V中有一路電壓過高時,LM339的5腳電壓升高,2腳輸出高電平到KA7500B4腳使8、11輸出脈沖寬度為0,使電路停止工作。D21、D23與5腳相連,可使2腳輸出的高電平鎖定,使過電壓保護穩(wěn)定。
3 ATX電源檢修
為防止損壞主機板或其它部件,ATX電源出現(xiàn)故障后必須拆機檢修。一般開關(guān)電源不能工作在空載狀態(tài)下,ATX電源由于各電壓輸出端都并聯(lián)了負載電阻,拆機后不會由于空載而擴大故障。
通電后,即使功率轉(zhuǎn)換部分沒有工作,輔助電源也應(yīng)該有+5V電壓輸出。即測量接口19腳對地有+5V電壓。無SB電壓輸出或電壓不穩(wěn)時要檢查交直流變換和輔助電源電路。
交直流變換部分。測量D3負端電壓是否為300V左右。保險絲燒毀后必須更換同型號的延時保險,不能隨意用其它導(dǎo)線或保險代換,燒保險一般表明存在較嚴重的故障,此時應(yīng)慎重對待。常見的原因有整流二極管損壞、濾波電容擊穿或漏電、開關(guān)管Q11損壞,或者還有其它部分對地嚴重短路。
輔助電源部分檢查的中心是Q11,正常情況下輔助電源工作在振蕩狀態(tài)下,用萬用表測Q11基極為一負壓。常見的現(xiàn)象是啟動電阻R11、R12開路引起電路未起振,除此之外逐步檢查Q12、ZD1、ZD2、Q21、LM431、IC11等。這些元件較之電阻更容易損壞,最后才檢查電阻是否存在故障。SB電壓不穩(wěn)或偏離正常值主要是由于R24、R25阻值變化引起,這是兩個精密電阻。
在正常情況下,PS/ON腳與地相連后,功率振蕩電路即可啟動。如果各電壓輸出正常,則一般說明電源工作良好,但要注意P.G.信號是否正常。 P.G.信號是電源輸出到主機板的信號,表明電源工作良好,如果P.G.不正常也會引起主機板輸出高電平到PS/ON,功率振蕩部分不工作。
用示波器檢查KA7500B的5、 8、11腳有沒有振蕩脈沖輸出。檢查的另一個關(guān)鍵點是KA7500B的控制腳4腳,當(dāng)它為高電平時,電路沒有脈沖輸出。ATX電源的各保護電路非常嚴密,任何一路故障都會引起4腳電壓異常。檢修時注意分析引起4腳高電平的各種原因,同時分析LM339各個引腳電壓,在可靠分析的基礎(chǔ)上做出正確的判斷。
4 結(jié)束語
本文分析了ATX電源的工作原理及常用的檢修方法和步驟。電子工程師在設(shè)計電源時充分考慮到了電源的保護問題,使整個供電系統(tǒng)形成了一個完整的網(wǎng)絡(luò)。達到了向主機提供安全、可靠、穩(wěn)定的電源的目的。隨著科技的進步和對使用經(jīng)驗的總結(jié),采用新技術(shù)的更好的電源將不斷地涌現(xiàn)。
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