电脑开关电源原理及电路图

2 1 输入整流滤波电路 只要有交流电 AC220V 输入 ATX 开关电源 无论是否开启 其辅助电源就一直在工 作 直接为开关电源控制电路提供工作电压 图 1 中 交流电 AC220V 经过保险管 FUSE 电源互感滤波器 L0 经 BD1 BD4 整流 C5 和 C6 滤波 输出 300V 左右直流脉 动电压 C1 为尖峰吸收电容 防止交流电突变瞬间对电路造成不良影响 TH1 为负温度系 数热敏电阻 起过流保护和防雷击的作用 L0 R1 和 C2 组成 型滤波器 滤除市电电网 中的高频干扰 C3 和 C4 为高频辐射吸收电容 防止交流电窜入后级直流电路造成高频辐 射干扰 2 2 高压尖峰吸收电路 D18 R004 和 C01 组成高压尖峰吸收电路 当开关管 Q03 截止后 T3 将产生一个很 大的反极性尖峰电压 其峰值幅度超过 Q03 的 C 极电压很多倍 此尖峰电压的功率经 D18 储存于 C01 中 然后在电阻 R004 上消耗掉 从而降低了 Q03 的 C 极尖峰电压 使 Q03 免 遭损坏 2 3 辅助电源电路 整流器输出的 300V 左右直流脉动电压 一路经 T3 开关变压器的初级 绕组送往 辅助电源开关管 Q03 的 c 极 另一路经启动电阻 R002 给 Q03 的 b 极提供正向偏置电压和 启动电流 使 Q03 开始导通 Ic 流经 T3 初级 绕组 使 T3 反馈绕组产生感应电 动势 上正下负 通过正反馈支路 C02 D8 R06 送往 Q03 的 b 极 使 Q03 迅速饱和导通 Q03 上的 Ic 电流增至最大 即电流变化率为零 此时 D7 导通 通过电阻 R05 送出一个比 较电压至 IC3 光电耦合器 Q817 的 脚 同时 T3 次级绕组产生的感应电动势经 D50 整 流滤波后一路经 R01 限流后送至 IC3 的 脚 另一路经 R02 送至 IC4 精密稳压电路 TL431 由于 Q03 饱和导通时次级绕组产生的感应电动势比较平滑 稳定 经 IC4 的 K 端输出至 IC3 的 脚电压变化率几乎为零 使 IC3 内发光二极管流过的电流几乎为零 此 时光敏三极管截止 从而导致 Q1 截止 反馈电流通过 R06 R003 Q03 的 b e 极等效电 阻对电容 C02 充电 随着 C02 充电电压增加 流经 Q03 的 b 极电流逐渐减小 使 反 馈绕组上的感应电动势开始下降 最终使 T3 反馈绕组感应电动势反相 上负下正 并与 C02 电压叠加后送往 Q03 的 b 极 使 b 极电位变负 使开关管 Q03 迅速截止 开关管 Q03 截止时 T3 反馈绕组 D7 R01 R02 R03 R04 R05 C09 IC3 IC4 组成再起振支路 当 Q03 导通的过程 中 T3 初级绕组将磁能转化为电能为电路中各元器件提供电压 同时 T3 反馈绕组的 端 感应出负电压 D7 导通 Q1 截止 当 Q03 截止后 T3 反馈绕组的 端感应出正电压 D7 截止 T3 次级绕组两个输出端的感应电动势为正 T3 储存的磁能转化为电能经 D50 C04 整流滤波后为 IC4 提供一个变化的电压 使 IC3 的 脚导通 IC3 内发光二 极管流过的电流增大 使光敏三极管发光 从而使 Q1 导通 给开关管 Q03 的 b 极提供启 动电流 使开关管 Q03 由截止转为导通 同时正反馈支路 C02 的充电电压经 T3 反馈绕组 R003 Q03 的 be 极等效电阻 R06 形成放电回路 随着 C41 充电电流逐渐减小 开关管 Q03 的 Ub 电位上升 当 Ub 电位增加到 Q03 的 be 极的开启电压时 Q03 再次导通 又进 入下一个周期的振荡 如此循环往复 构成一个自激多谐振荡器 Q03 饱和期间 T3 次级绕组输出端的感应电动势为负 整流二级管 D9 和 D50 截止 流经初级绕组的导通电流以磁能的形式储存在 T3 辅助电源变压器中 当 Q03 由饱和转向 截止时 次级绕组两个输出端的感应电动势为正 T3 储存的磁能转化为电能经 D9 D50 整流输出 其中 D50 整流输出电压经三端稳压器 7805 稳压 再经电感 L7 滤波后输出 5VSB 若该电压丢失 主板就不会自动唤醒 ATX 电源工作 D9 整流输出电压供给 IC2 脉宽调制集成电路 KA7500B 的 12 脚 电源输入端 该芯片第 14 脚输出稳压 5V 提供 ATX 开关电源控制电路中相关元器件的工作电压 T2 为主电源激励变压器 当副电源开关管 Q03 导通时 Ic 流经 T3 初级 绕组 使 T3 反馈绕组产生感应电动势 上正下负 并作用于 T2 初级 绕组 产生感应 电动势 上负下正 经 D5 D6 C8 R5 给 Q02 的 b 极提供启动电流 使主电源开关管 Q02 导通 在回路中产生电流 保证了整个电路的正常工作 同时 在 T2 初级 反馈 绕组产生感应电动势 上正下负 D3 D4 截止 主电源开关管 Q01 处于截止状态 在电 源开关管 Q03 截止期间 工作原理与上述过程相反 即 Q02 截止 Q01 工作 其中 D1 D2 为续流二极管 在开关管 Q01 和 Q02 处于截止和导通期间能提供持续的电流 这 样就形成了主开关电源它激式多谐振电路 保证了 T2 初级绕组电路部分得以正常工作 从而在 T2 次级绕组上产生感应电动势送至推动三极管 Q3 Q4 的 c 极 保证整个激励电路 能持续稳定地工作 同时 又通过 T2 初级绕组反作用于 T1 主开关电源变压器 使主电源 电路开始工作 为负载提供 3 3V 5V 12V 工作电压 二 工作原理 2 4 PS 信号和 PG 信号产生电路以及脉宽调制控制电路 微机通电后 由主板送来的 PS 信号控制 IC2 的 脚 脉宽调制控制端 电压 待机时 主板启动控制电路的电子开关断开 PS 信号输出高电平 3 6V 经 R37 到达 IC1 电压比较放大器 LM339N 的 脚 启动端 由内部经 IC1 的 脚 对 C35 进行充电 同时 IC1 的 脚经 R41 送出一个比较电压给 IC2 的 脚 IC2 的 脚电压由零电位开始逐渐上升 当上升的电压超过 3V 时 封锁 IC2 11 脚的调制脉宽电压输出 使 T2 推动变压器 T1 主电源开关变压器停振 从 而停止提供 3 3V 5V 12V 等各路输出电压 电源处于待机状态 受控启 动后 PS 信号由主板启动控制电路的电子开关接地 IC1 的 脚为低电平 0V IC2 的 脚变为低电平 0V 此时允许 11 脚输出脉宽调制信号 IC2 的 13 脚 输出方式控制端 接稳压 5V 由 IC2 内部稳压输出 5V 电压 脉宽调制器为并联推挽式输出 11 脚输出相位差 180 度的脉宽调制信号 输 出频率为 IC2 的 脚外接定时阻容元件 R30 C30 的振荡频率的一半 控制 推动三极管 Q3 Q4 的 c 极连接的 T2 次级绕组的激励振荡 T2 初级它激振荡产 生的感应电动势作用于 T1 主电源开关变压器的初级绕组 从 T1 次级绕组的感 应电动势整流输出 3 3V 5V 12V 等各路输出电压 D12 D13 以及 C40 用于抬高推动管 Q3 Q4 的 e 极电平 使 Q3 Q4 的 b 极 有低电平脉冲时能可靠截止 C35 用于通电瞬间封锁 IC2 的 11 脚输出脉 宽调制信号脉冲 ATX 电源通电瞬间 由于 C35 两端电压不能突变 IC2 的 脚 输出高电平 11 脚无驱动脉冲信号输出 随着 C35 的充电 IC2 的启动 由 PS 信号电平高低来加以控制 PS 信号电平为高电平时 IC2 关闭 为低电平 时 IC2 启动并开始工作 PG 产生电路由 IC1 电压比较放大器 LM339N R48 C38 及其周围元件构 成 待机时 IC2 的 脚 反馈控制端 为零电平 经 R48 使 IC1 的 脚正端输 入低电位 小于 11 脚负端输入的固定分压比 13 脚 PG 信号输出端 输 出低电位 PG 向主机输出零电平的电源自检信号 主机停止工作处于待机状态 受控启动后 IC2 的 脚电位上升 IC1 的 脚控制电平也逐渐上升 一旦 IC1 的 脚电位大于 11 脚的固定分压比 经正反馈的迟滞比较放大器 13 脚输 出的 PG 信号在开关电源输出电压稳定后再延迟几百毫秒由零电平起跳到 5V 主机检测到 PG 电源完好的信号后启动系统 在主机运行过程中若遇市电停电或 用户执行关机操作时 ATX 开关电源 5V 输出电压必然下跌 这种幅值变小的反 馈信号被送到 IC2 的 脚 电压取样放大器同相输入端 使 IC2 的 脚电位 下降 经 R48 使 IC1 的 脚电位迅速下降 当 脚电位小于 11 脚的固定分压 电平时 IC1 的 13 脚将立即从 5V 下跳到零电平 关机时 PG 输出信号比 ATX 开关电源 5V 输出电压提前几百毫秒消失 通知主机触发系统在电源断电前自 动关闭 防止突然掉电时硬盘的磁头来不及归位而划伤硬盘 2 5 主电源电路及多路直流稳压输出电路 插图 75 微机受控启动后 PS 信号由主板启动控制电路的电子开关接地 允许 IC2 的 11 脚输出脉宽调制信号 去控制与推动三极管 Q3 Q4 的 c 极相连接 的 T2 推动变压器次级绕组产生的激励振荡脉冲 T2 的初级绕组由它激振荡产 生的感应电动势作用于 T1 主电源开关变压器的初级绕组 从 T1 次级 绕组 产生的感应电动势经 D20 D28 整流 L2 功率因素校正变压器 以它为主来构 成功率因素校正电路 简称 PFC 电路 起自动调节负载功率大小的作用 当负 载要求功率很大时 则 PFC 电路就经过 L2 来校正功率大小 为负载输送较大的 功率 当负载处于节能状态时 要求的功率很小 PFC 电路通过 L2 校正后为负 载送出较小的功率 从而达到节能的作用 第 绕组以及 C23 滤波后输出 12V 电压 从 T1 次级 绕组产生的感应电动势经 D24 D27 整流 L2 第 绕组及 C24 滤波后输出 5V 电压 从 T1 次级 绕组产生的感应电动势经 D21 场效应管 L2 第 绕组以及 C25 C26 C27 滤波后输出 5V 电压 从 T1 次级 绕组产生的感应电动势经 L6 L7 D23 场效应管 L1 以及 C28 滤波后输出 3 3V 电压 从 T1 次级 绕组产生的感应电动势经 D22 场效应 管 L2 第 绕组以及 C29 滤波后输出 12V 电压 其中 每两个绕组之间的 R 5 1 2W C 103 组成尖峰消除网络 以降低绕组之间的反峰电压 保证 电路能够持续稳定地工作 2 6 自动稳压稳流控制电路 1 3 3V 自动稳压电路 IC5 精密稳压电路 TL431 Q2 R25 R26 R27 R28 R18 R19 R20 D30 D31 D23 场效应管 R08 C28 C34 等组成 3 3V 自动稳压电路 当输出电压 3 3V 升高时 由 R25 R26 R27 取得升高的采样电压送到 IC5 的 G 端 使 UG 电位上升 UK 电位下降 从而使 Q2 导通 升高的 3 3V 电 压通过 Q2 的 ec 极 R18 D30 D31 送至 D23 的 S 极和 G 极 使 D23 提前导通 控制 D23 的 D 极输出电压下降 经 L1 使输出电压稳定在标准值 3 3V 左右 反之 稳压控制过程相反 2 5V 12V 自动稳压电路 IC2 的 脚电压取样放大器正 负输入端 取样电阻 R15 R16 R33 R35 R69 R47 R32 构成 5V 12V 自动稳压电路 当输出电压升高时 5V 或 12V 由 R33 R35 R69 并联后的总电阻取得 采样电压送到 IC2 的 脚和 脚基准电压相比较 输出误差电压与芯片内锯齿 波产生电路的振荡脉冲在 PWM 比较放大器中进行比较放大 使 11 脚输出 脉冲宽度降低 输出电压回落至标准值的范围内 反之稳压控制过程相反 从 而使开关电源输出电压保持稳定 3 3 3V 5V 12V 自动稳压电路 IC4 精密稳压电路 TL431 Q1 R01 R02 R03 R04 R05 R005 D7 C09 C41 等组成 3 3V 5V 12V 自动稳压电路 当输出电压升高时 T3 次级绕组产生的感应电动势经 D50 C04 整流滤波 后一路经 R01 限流送至 IC3 的 脚 另一路经 R02 R03 获得增大的取样电压送 至 IC4 的 G 端 使 UG 电位上升 UK 电位下降 从而使 IC4 内发光二极管流过 的电流增加 使光敏三极管导通 从而使 Q1 导通 同时经负反馈支路 R005 C41 使开关三极管 Q03 的 e 极电位上升 使得 Q03 的 b 极分流增加 导 致 Q03 的脉冲宽度变窄 导通时间缩短 最终使输出电压下降 稳定在规定范 围之内 反之 当输出电压下降时 则稳压控制过程相反 1VIC2 的 15 16 脚电流取样放大器正 负输入端 取样电阻 R51 R56 R57 构成负载自动稳流电路 负端输入 15 脚接稳压 5V 正端输入 16 脚 该脚外接的 R51 R56 R57 与地之间形成回路 当负载电流偏高时 由 R51 R56 R57 支路取得采样电流送到 IC2 的 15 脚和 16 脚基准电流相比 较 输出误差电流与芯片内锯齿波产生电路的振荡脉冲在 PWM 比较放大器中进 行比较放大 使 11 脚输出脉冲宽度降低 输出电流回落至标准值的范围 之内 反之稳流控制过程相反 从而使开关电源输出电流保持稳定 三 检修的基本方法与技巧 计算机 ATX 开关电源与日常生活中彩电的开关电源显著的区别是 前者取 消了传统的市电按键开关 采用新型的触点开关 并且依靠 5VSB PS 控制信 号的组合来实现电源的自动开启和自动关闭 主机在通电的瞬间 主机电源会 向主板发送一个 Power Good 简称 PG 信号 如果主机电源的输入电压在额定范 围之内 输出电压也达到最低检测电平 5V 输出为 4 75V 以上 并且让时 间延迟约 100ms 500ms 后 目的是让电源电压变得更加稳定 PG 电路就会 发出 电源正常 的信号 接着 CPU 会产生一个复位信号 执行 BIOS 中的自检 主机才能正常启动 5VSB 是供主机系统在 ATX 待机状态时的电源 以及开启 和关闭自动管理模块及其远程唤醒通讯联络相关电路的工作电源 在待机及受 控启动状态下 其输出电压均为 5V 高电平 使用紫色线由 ATX 插头 图 2 脚 引出 PS 为主机开启或关闭电源以及网络计算机远程唤醒电源的控制信号 不 同型号的 ATX 开关电源 待机时的电压值