银河YH 2503型开关电源工作原理

银河YH-2503B型开关电源工作原理图5是目前市面上pc机中使用的银河yh-2503 ATX开关电源，根据实物测绘的电路图。1ATX开关电源待机状态交流输入整流滤波电路220v交流电经热敏电阻、交流保险、C3、C4共模滤波电路，进入由BD1至BD4二极管组成的桥式整流电路。在C5、C6串联滤波电容，R2、R3均压电阻上得到300V的直流电压，作为半桥功率变换电路及辅助电源电路的工作电压。辅助电源电路+5V SB输出300V直流电压经R72限流，向由振荡管Q15、变压器T3、定时电路C44、R74等组成的辅助电源电路供电，产生脉冲振荡。图中C42、R77组成Q15集电极尖峰抑制电路，当Q15集电极电流被关断时，利用C42的充电特性，抑制集电极尖峰电压的上升速率，保护Q15振荡管不被瞬时击穿。在Q15开启期间，C42经Q15 c、e极和R77放电，R77限制开启瞬间的放电峰值电流。Q15饱和期间，T3二次绕组输出端的感应电势为负，整流管截止，流经一次绕组的导通电流以磁能的形式储存在T3中。当Q15由饱和转向截止时，二次绕组的感应电势为正。BD5整流输出电压供Q16三端稳压器7805、Q16输出+5V SB。若该电压丢失，主板就不会自动唤醒ATX电源启动。BD6整流输出电压供待机时IC1宽调制芯片TL494脚，脚输出5V基准电压，提供ATX开关电源控制电路的工作电压。PS-ON高电平待机状态，ATX主板启闭控制电路的电子开关断开，IC1脚5V基准电压，经R6、R62、IC10精密稳压调节器WL431控制端R，阳极A至直流地，组成PS-ON控制信号的直流分压电路，PS-ON信号为高电平（3.6V）PW-Ok零电平PW-OK产生电路由IC5电压比较器LM393、脚，Q21、C60及其周边元件构成。IC1反相输入脚，接由基准电压5V经R38和R37分压后的比较电压，待机时IC1的同向输入脚电位为0V，脉宽调制控制脚为低电平。Q21导通，将IC5同相输入脚电位拉至低电平，小于反相输入脚由基准电压5V经R105和R106分压后的比较电位，脚低电位，PW-OK向主机输出零电平的电源自检信号，通知主机停止工作处于休眠待命状态。停止提供+3.3V、5V、12V直流电源PS-ON信号控制IC1脚死区电位，IC10控制R与阴极K之间的控制信号呈反相调节特性，待机时PS-ON高电平，Ur高电位，Uk电位下降，Q7导通，5V基准电压由Q7 e c极，一路经R100、R101加至Q20 b极，Q20导通，c极接地，由于D51的钳位，将IC5脚输入电位拉至低电平、使PW-OK变为零电平，另一路经R80、D25、C50、D40送入IC1脚，当脚电位超过3V时，封锁脚的调制脉宽输出。T2推动变压器原边绕组Q3、Q4推动管，在R55至R58直流偏置电阻的作用下，正偏导通；两管导通电流在T2次级N3、N4绕组产生的感应电压大小相等，极性相反，Q1、Q2开关管截止，T1开关变压器无输出，停止提供+3.3V、5V、12V直流电源输出。2、ATX开关电源受控启动状态PS-ON零电平当按主机面板的电源启闭按钮，或在BIOS电源自动管理程序中设置键盘开机、定时开机、网络开机等控制方式启动ATX电源后，PS-ON控制揣被PC机主板启闭控制电路的电子开关接地，PS-ON信号零电平。脉宽调制及推动电路PS-ON零电位导致IC10 Ur零电位，Uk电位升至5V，Q7截止，C极零电位，IC1脚电位由5V基准电压经R90、R40所组成的分压电路被建立在一个约0.2V的正常低电平、允许脚输出相位差180的脉宽调制控制信号，输出频率为IC1、脚外接定时阻容元件振荡频率的一半，控制Q3、Q4 c极所接T2初级绕组的激励振荡，T2次级他激振荡产生的感应电势作用于T1的一次绕组，二次绕组的感应电势经整流形成+3.3V、5V、12V的输出电压。C49、C51组成IC10精密稳压调节器的负反馈控制环D17、D18以及C27用于抬高Q3、Q4发射极电平，使Q3、Q4基极ON于C31两端电压不能突变，IC1脚出现高电平，无驱动脉冲输出，消除ATX电源输出误动作的可能性。随着5V基准电压对C31的充电，IC1脚电位由PS-ON信号控制。半桥功率变换电路T2副边绕组、开关管Q1、Q2 及其周边元件，T1原边绕组，防偏磁电容C8构成半桥功率变换电路。连接在开关管Q1发射极和Q2集电极，串联滤波电容C5、C6和均压电阻R2、R3公共接点之间，由C8和T1原边绕组构成半桥功率变换电路的输出。当IC1脚输出有效脉冲低电平的脉宽调制信号时，Q3截止，Q4导通，此时储存在T2原边N2绕组中的能量经D16、N2、N1、Q4进行泄放的反向电流I2，和N1绕组中的电流I1（经D14、R54、N1、Q4形成回路），在T2副边产生的感应电压使N3绕组上负下正，N4绕组上正下负，Q1因基极反偏截止，Q2因基极正偏导通，在此期间，储存在C6电容上的150V直流电压由C6正极C8T1原边绕组T2 N5绕组Q2 c e极C6负极形成放电回路，该回路还包括300V直流电压对C5形成的充电电流。流经T2 N5 绕组的电流在N3、N4绕组产生的感应电压加速Q2饱和，Q1截止。当ICH1脚输出有效脉冲低电平的控制信号时，Q4截止，Q3导通，储存在T2原边N1绕组中的能量，经D15、N1、N2、Q3进行泄放的反向电流I1，与N2绕组中的电流I2（经D14、R54、N2、Q3形成回路），在T2副边绕组中产生的感应电压共同作用使N3绕组上正下负，N4绕组上负下正，Q1导通，Q2截止，300V直流电压和C5放电电流经Q1 c e极T2 N5绕组T1原边绕组C8C6正极C6负极形成对C6的充电回路，流经T2 N5绕组的反向电流在N3 N4绕组产生的感应电压加速Q1饱和，Q2截止。当IC1脚输出无效脉冲高电平的控制信号时，Q3、Q4因基极正偏而导通，流经T2原边N1、N2绕组的电流，在T2副边N3、N4绕组产生的感应电压大小相等，极性相同均为上负下正，Q1、Q2基极失去正偏而截止，此段时间称为死区控制时间，IC1脚由5V基准电压R90、R40分压所级成的最小死区电位设置，应保证死区控制时间大于Q1、Q2开关管同时处于截止状态时所允许的最短时间间隔当IC1脚输出相位差180的受控负向脉宽，控制Q1、Q2开关管的导通，Q1导通时，Q2 c极电压300v，Q2导通时c极电压0V，在Q1、Q2均截止的死区时间内，利用电容C8两端电压不能突变的特性，Q2 c极电压保持在150V，这样，在T1原连绕组形成以150V为中心，正向幅值300V，负向幅值0V且含有死区电平的交变矩形电压脉冲。C4、C10、D3、D4、R5至R10组成两组具有负偏压特性的基极触发电路，在正极性的脉冲电压作用期间，通过对加速电容C4或C10充电，充电电压值 由D3、R9或D4、R10正向导通电压确定，瞬间提供很大的正向偏置基极电流，加速开关管的导通，在负极性的脉冲电压作用期间，由C4或C10的放电产生的反向电流加快开关管的关断速度，若C4经N3、R7、Q1、b e极等效电阻，R5，以及C10经N4、R8、Q2、b、e极等效电阻，R6所形成的负极性电压放电回路的时间常数，远大于IC1输出的脉宽调制周期的话，则经过若干个重复周期，会在Q1和Q2的基极最终形成负向偏压，减少开关时间 ，加速电路转换。并接在Q1、Q2开关管及Q3、Q4推动管c、e极的换向二极管D1、D2、D15、D16，在晶体管截止瞬间，既能将可能出现在集电极上的负极性反向尖峰电压旁路，保护晶体管不被反向击穿，又能将电感绕圈中储存的能量进行泄放，跨接在T1原连由R4、C7组成的缓冲回路，可以有效地抑制出现在高频开关变压器原边绕组上的尖峰干扰脉冲。+3.3V、5V、12V直流稳压输出电路T1副边降压绕组N2感应的矩形电压脉冲，一路经共阴极输出特性的肖特基二极管D12全波整流，得到单向方波电压，经电感L7、L5平滑滤波，在直流负载电阻R31、R30上得到+3.3V直流电压。T1副边N3绕组感应的交变电压，经快恢复二极管D6全波整流，一路经共模扼流电感L1-1，电感L4、C16和R82高频滤波回路，输出+12V电压，ATX开关电源冷却风扇被接在12V电压输出端上。另一路经快速恢复二极管D20。输出约25V直流电压，其值大于辅助电源变压器T3副边N3绕组整流输出的最大电压，ATX电源启动后，由它向IC1和T2原边绕组提供工作电压。N3绕组感应的交变电压，另一路由D7、D8快恢复二极管负向全波整流，经共模扼流电感L1-2，电感L3，一路经三端稳压器7905、C17、R15降压滤波回路，输出-5V电源。另一路经C20、R14、D9整流滤波回路，输出-12V电源。并联在N3绕组上的C13、R13尖峰吸收回路，能有效抑制当整流管截止时出现在N3绕组上的尖峰干扰脉冲。PW-OK高电平受控启动后IC1误差放大器的输出导致脚控制电位上升。Q21由导通进入截止状态，e极电压由基准电压5v经R104对C60充电来建立，随着C60充电的逐渐进行，IC5同相端脚控制电平逐渐上升，一旦大于反相端脚的固定分压比，经正反馈迟滞比较器，在开关电源输出电压稳定后再延迟几百毫秒，脚输出由零电平起跳到+5V高电平的PW-OK信号。主机检测到PW-OK电源完好的信号后,进入系统初始化操作和自举启动的运行.若主机运行过程中遇市电掉电或用户关机时,IC1脚的25V输入跌落至零的时间大于ATX电源+5V输出端的电压消失时间,则IC1同相端脚误差采样电位提前下降到小于反相端脚的基准电位,使IC1脚脉宽调制控制电位下降,经R63使Q21基极电位下降,一旦Q21的e b极电位达到0.7V,Q21饱和导通,IC5脚电位迅速下降,当脚电位小脚的基准电位时,IC5脚将立即从5V下跳至零电平。关机时PW-OK信号比ATX开关电源输出电压提前100200ms先行消失。若硬盘正在执行读写操作，通知主机硬盘控制系统立即将碰头回退到安全着陆区，防止突然掉电时硬盘盘片被划伤损坏。3.自动稳压控制电路+3.3V自动稳压输出电路ATX电源在T1副边+3.3V输出端设置了二次自动稳压控制电路，通过改变L6可变感抗，控制+3.3V输出电压精确稳定。若输出电压上升，经R31、R30取样的IC4 Ur电位上升，Uk电位下降，Q11饱和导通。在T1副边N2绕组L6侧交变矩形脉冲的正半周期间，D11截止，D13导通，Q11 c极电位0.7V，在负半周期间，D13截止，D11导通，由Q11 e c极饱和导通向L6注入的反向电流使L6可变感抗增大，导致D12整流输出电压降低。反之Q11导通程度减弱，注入L6的反向电流使L6可变感抗减小，D12整流输出电压上升。图中R29、C25组成IC4(WL431)的负反馈控制回路。+5V、+12V自动稳压控制电路IC1脚误差放大器，取样电阻R33、R34、R35构成+5V、+12V自动稳压控制电路。图中R39、C32组成误差放大器负反馈回路。当+5V或+12V输出电压升高时，IC1同相端脚电位大于反相端脚基准电压。使、脚输出相位差180的有效低电平脉宽变窄，Q3、Q4截止时间（亦即Q1、Q2导通时间）变短，受开关管Q1、Q2脉宽调制控制的T1原边绕组的矩形脉宽变窄，经副边降压绕组整流输出的各组直流电压下降，反之稳压控制过程相反。4.自动保护控制电路+3.3V、+5V过压，-5V、-12V欠压保护电路R32、ZD4组成+3.3V过压取样电路，+5V过压取样信号一路加至ZD5，另一路至R48，作为欠压取样信号的偏置电压，由R46、R47、R48、D21组成欠压取样电路，-12V欠压取样信号接至R47，-5V欠压取样信号接至D21。ATX电源输出电压正常时，保护电路不影响IC1脚死区控制电平。当出现+3.3V输出过压时，稳压管ZD4击穿导通；+5V输出过压。稳压管ZD5击穿导通；-5V，-12V输出欠压，负电位的绝对值越小，在分压器R48、R46、R47、D21的公共接点D22正极处所形成的监控信号电位越高，导致D22导通。过压、欠压保护信号最终汇集在Q5基极，只要取样信号有一路过压或欠压，Q5导通，c极零电位，Q6导通，基准电压5V经Q6 e c极，一路经D23、R44加至Q5 b极，加强Q5导通，另一路经D24加至IC1脚、封锁、脚脉宽调制输出、使T2、T1停振，停止各路电压输出。为防止ATX电源受控启动瞬间，电源输出端电压尚未达到标称值时，出现-5V、-12V欠压保护误动作。从而使Q5、Q6导通，造成错误地向IC1脚送出的约4.2V高电平，导致ATX电源不能被受控启动。引入启动电容C34，因开机瞬间电容两端电压不能突变，Q5、Q6截止，不影响IC1脚死区控制电平。过渡保护控制电路AT电源过流保护是在半桥功率变换主回路中串接电流互感器，利用次级侧的电流信号串联取样，ATX电源省略了电源互感器，过流保护控制根据输出端负载越重，T2原边Q3、Q4集电极截止电压越高的规律，从T2原边绕组电源输入经D14、R54进行取样，经D19、R53在C28建立累积电压，经R49至R52分压，一旦过流保护的采样电压平均值超过稳压管ZD3的稳压值，ON的目的。四、故障检修实例检修ATX开关电源，从PS-ON和PW-OK、+5V SB信号入手，定位故障区域，是快速检修中行之有效的方法，脱机带电检测ATX电源，待机状态+5V SB 、PS-ON信号高电平，PW-OK低电平，其他电压无输出。ATX电源由待机状态唤醒为启动受控状态的方法是：用一根导线把ATX插头脚PS-ON信号，与任一地端中的一脚短接，此时PS-ON信号为零电平，PW-OK、+5V SB信号为高电平，开关电源风扇旋转，ATX插头+3.3V，5V，12V有输出。上述操作亦可作为选购ATX开关电源脱机通电验证方法。ATX开关电源，控制电路采用两片IC，脉宽调制芯片TL494或同类型的替代芯片，电压比较器LM393或LM339，只要熟悉基中一种型号的ATX开关电源的检修方法，其它皆触类旁通。例1：待机状态+5VSB无输出。交流保险管烧黑炸裂，检测BD1至BD4四个整流二极管，辅助电源电路Q15振荡管、ZD6稳压管、D30D41二极管击穿短路，限流电阻R72断路，更换上述元件，启动ATX电源恢复正常。Q15振荡管，其替代型号为2SC2979。2SC3148、2SC3178。银河YH-2503B ATX开关电源，交流输入回路元件省略了共模扼流电感LF1、LF2。高频旁路电容C1、C2，这些元件的位置在电路中被跨接线替代，实质降低了对交流市电的干扰抵制。例2待机状态PS-ON信号低电平。辅助电源电路T3次级整流二极管BD6击穿短路，IC1烧裂。BD6整流输出是在待机状态向IC1脚提供输入电源、BD6短路。辅助电源次级交流电压直接加载在TL494芯片上，导致击穿。更换损坏元件，在待机、启动状态下测量PS-ON、PW-OK、+5V SB信号，以及ATX电源输出电压均正常。IC1损坏除了可以用494系列的芯片替换外，还可用TL594、IR3M02、MB3670、MB3579、MST894CN、ULN8186、ULS8194R，KA7500等同类型的芯片直接替代。例3待机或受控启动状态，常烧脉宽调制芯片IC1。ATX电源接入市电，待机状态用示波器在线测IC1脚，无基准电压5V输出，而脚输入电压在开机瞬间高达60V，个别甚至达到80V，之后缓慢跌落下降。大多数IC1芯片，常在通电瞬间的几秒内吱的一声即被烧坏。检测T3原边Q15振荡回路，发现基极负偏压截止电路C41（22uF25V）容量下降为14 uF，导致Q15振荡周期缩短，次级输出电压上升。用22uF/35V电容替换，在待机状态下测T3次级BD6整流输出电压23V，受控启动后IC1脚输入电压25V，工作电压在IC1输入电压的允许范围之内。C41容量减少，还常烧Q15，因C41靠近Q15散热片，ATX电源长时间通电辅助电源一直在工作，C41受热干涸导致容量下降。当IC1脚无稳压5V输出时，T3次级BD5，BD6整流输出电压升高，C16(100uF/16V)极易爆裂炸壳，用标称耐压值35V的电容替代，并更换IC1 C16后电源正常。另外可在BD6整流输出端至直流地之间，增加一稳压限幅电路，用稳压值27V的I