#ATX电源工作流程和维修

1、ATX 电源工作流程及维修极少部分 电源 生产厂商为获得更多利润， 在电源的设计、 用料、做工等方面偷工减料， 导致 市场中出现了不少劣质电源， 给消费者造成许多不必要的损失。 那么， 电源的优劣该如何分 辨呢？我们认为， 只有对电源内部的各重要部分进行分析， 才能更好的解答这个问题。 故此， 本刊特邀 金河田 资深电源工程师刘正波做客技术广角， 从专业角度分析 ATX 电源的优劣。 （优 质电源示例采用金河田劲霸 ATX-600）一、 ATX 电源 的重要性及其工作原理ATX 电源在 电脑 中所起的基本作用是将 220V 交流电转化为电脑所需的直流电，但从原 理或设计来讲它则包含四个方面：将

2、 220V 交流电和输出的直流电隔离， 同时将 220V 交流电转化为供 电脑主板 和其他设备 使用的低压直流电。防止雷击、 尖峰脉冲 等外界干扰通过电网影响电脑工作。开关电源内部的元器件在工作时会处于频繁的开/关状态，这样就会不可避免地产生一些干扰信号，而 ATX 电源本身应该具备滤除这些干扰信号的功能，以避免对电网中的其他电 器设备产生干扰。通过电源风扇抽风，降低 机箱内部温度，以达到辅助 主板、 CPU 、显卡、硬盘 等配件散 热的目的。由以上几点足见 ATX 电源的重要性，所以我们将从 ATX 电源的原理部分开始，针对其 内部的重要组成部分进行分析。以市场上常见 ATX 电源所采用的

3、半桥电路 为例，其工作流程为：电源的外接 AC 电压 经 过 EMI 滤波电路 滤除各种干扰信号后，通过 整流滤波 将 AC 电压变为 平滑的直流电 ，经过 开关晶体管 的导通和截止， 并结合 变压器的隔离 及电压变换作用， 最后通过 低压端的整流滤 波电路 输出。开关电源的稳压保护过程则是经反馈电路从输出端取样，再将信号送到 PWM （Pulse-Width Modulation ，脉宽调制） 电路调节开关晶体管的导通和截止时间，从而使输 出电压稳定。 各种保护功能是通过对输出端的电流、 电压的监控然后将信号反馈到 PWM 控 制电路从而实现各种保护功能。图 1 ATX 电源半桥电路工作流程

4、示意图二、拆开电源分析优劣从内部来看， ATX 电源由几个部分组合而成（图 2 ），这几部分的有无或优劣，将直接 影响最终用户正常使用电脑。图 2 组成 ATX 电源的重要部分EMI 滤波部分电源的 EMI 滤波部分主要是为了滤除外界的突发脉冲和高频干扰 , 同时将其自身产生的 电磁辐射削减到最低 .ATX 电源的 EMI 部分主要是由滤除共模干扰的电容 （图 4 中方框圈选 部分）、滤除差模干扰的电容 （图 4 中圆圈框选部分） 、扼流线圈等组成。 较好的电源其 EMI 部分通常采用两部分，一部分在公座上加了一个 CE 小板， ATX 电源的 EMI 是 3C 认证中 的一个重要检测项目。

5、优质电源会采用完整的二级滤波电路。 劣质电源最有可能在这部分偷 工减料，最常见的做法是省掉一级滤波电路或干脆不采用 EMI 滤波部分，或者滤除差模干 扰的电容采用非安规材料。图 3 优质电源输入座上的一级 EMI 滤波电路图 4 优质电源 PCB 大板上的 EMI 二级滤波电路图 5 劣质电源的 EMI 部分及 EMI 电路，无法通过 3C 测试整流部分和高压滤波部分电源通过 EMI 滤波以后由 桥式整流管 将其变为较平滑的直流电，然后经过高压电容对其 进行高压滤波。 电源桥式整流部分常用的方案有两种： 一种是由四个分立的二极管组成， 另 一种是将四个分立的二极管集成在一起。 后一种方案的优点

6、是便于散热， 一般超过 300W 的 电源都采用集成式，其耐压值至少为 600V ，ATX 电源的高压滤波一般采用两个耐压值为 200V 的电容 .电容的容量直接影响着电源的低压特性,这个问题在我国显得尤其重要 ,因为国内大部分地区的电网并非想像中那么稳定 . 一般在用电比较密集的环境 ,电网电压会由标准的 220V 降 到 180V 190V ，如电源的低压特性不够好 ,会引发多种问题 ,如电脑在用电高峰期会频繁死 机重启等 .一般设计较好的 300W 电源上 ,其平滑滤波电容 （业内俗称大电容） 的容量应达 680 F 或更高。劣质 ATX 电源的大电容容量大部分不足，最明显的是大电容的体

7、积偏小。图 6 优质 350W 电源采用 1000 F 的大电容PFC 电路PFC（power factor correction） 电路即功率因数校正电路 , PFC 补偿电路分为两种， 一种是 被动式 PFC （打开 ATX 电源机壳会发现上盖或下盖有一类似变压器的元件），其作用是可 以降低电源对电网谐波干扰和电网对电源干扰， 成本较低，可靠性比较高。在网吧和公司 这样电脑集中使用场合中，被动式 PFC 的效果非常明显；另一种是主动式 PFC 电路，其 AC 部分有一大的环形电感， 此处还大多带一块 PFC 控制小卡。 主动式 PFC 功率因数高 ,AC 输入电压可以设计成 100 264

8、Vac ，不过相对于被动式 PFC 而言，其成本较高，可靠性反而不如被动式 PFC 设计。在国内销售的电源大部分采用的为被动式 PFC, 其最明显的特征是 含有一个 PFC 电感 .市面上的部分劣质电源此部分会采用假PFC 电感或根本不做 PFC 设计。图 7 PFC 电感的外形和变压器相似开关晶体管开关晶体管是开关电源中极为重要的部分 , 它是通过自激式或它激式使开关管工作在“开 /关”状态。其耐压程度不小于 800V（ 半桥式其耐压为 400V） ，电流应不小于 6A ，因开关晶 体管工作的频率和反向电压均较高， 为易损部件， 而又是开关电源的核心， 所以其质量的好 坏是和电源的质量是成正

9、比的。 开关管做假的可能性比较小， 因为此种开关晶体管没有一定 能力是无法生产的，劣质电源最常用的是用旧管，或采用一些杂牌的晶体管来代替。图 8 电源中的开关晶体管变压器在 ATX 电源中，变压器的作用是对电源高压端和低压端进行隔离，以及电压的变换（即 将高压转化为低压） ，其电压变换的比例是根据变压器两边匝数的比例来决定的。 变压器的 体积越大， 其传送的能量就越多。 劣质电源的变压器体积偏小， 会导致电源的输出功率不足， 无法满足设备的需要。图 9 优质电源（左）和劣质电源（右）的变压器体积大小对比PWM 控制电路开关电源的控制保护部分 , 是通过反馈电路从输出端取样，再将信号送到 PWM

10、 电路， 调节开关晶体管的导通和截止时间 ,从而使输出电压稳定。各种保护功能是通过对输出端的 电流、电压的监控 ,然后将信号反馈到 PWM 控制电路从而实现各种保护功能 . PWM 控制电 路在电源的内部构造中为很重要的一部分， 此部分做假的可能性较小， 而且电路大部分的用 料都不算很贵， 无做假的必要。 但是极少部分劣质电源还是会在这里省掉部分保护电路。 最 简单的判别方法就是看此部分 PCB 板上是否存在插件的空位。图 10 如果图中框选部分存在未插元件的空位， 则说明该产品在 PWM 控制电路上偷工减 料。其它部分散热风扇：ATX 电源使用的风扇根据尺寸分有 8025 （风扇直径 *厚度

11、， 80mm*25mm ）， 12025 （120mm*25mm ）， 8015 （ 80mm*15mm ，多数用于 Micro 机型）。按转速分有：低转速 （1500rpm 左右），中转速（ 2500rpm 左右），高转速（ 3000rpm 或更高）。一般扇叶直 径越大其转速越低，因为其扇叶越大其排风量就越大,在相同的情况下的转速就可以降低 ,从而减小运行噪声 .这也是大风扇电源被称为静音电源的主要原因.外壳：ATX 电源用外壳多数材质为镀锌钢板（ SECC ），也有少数用铝做外壳。有一些高档 的产品，将外壳进行镀金或镀镍处理的，不仅美观，还能起到防锈的作用。电源的散热片：一个设计正常的电源

12、，影响其寿命长短的最大因素就是电源内部温度的高低。散热片是 根据有些金属（如铜、铝等）传热较快的原理，由电源中发热量较大的元器件（电源的开关 晶体和输出整流管） 将热量传至散热片上， 再由风扇散热。 常用电源采用的散热片其材质一 般为铝质。现实中只要成本可接受，散热片的体积越大越好。三、劣质 ATX 电源的危害使用劣质电源对用户而言危害无穷，具体的危害归纳起来有以下 7 点：电源散热结构不好：使电脑工作不稳定，造成长时间使用后系统频繁死机，更严重的情 况则会烧坏 CPU 。功率不够： 电源使用寿命低， 内部元件过热， 容易造成运行大型图形 软件或游戏 时死机， 而且无法带多个外设。电源无 PF

13、C 电路：可能会造成电脑突发性死机，重新启动。电脑抗干扰性不好：即无 EMI 也未通过 3C 认证，容易因雷击而导致主板和其他硬件损 坏；多 台电 脑在一块使用时相互干扰，出现不定时死机重启的故障。制作工艺粗糙：电源使用寿命不长，电源工作不稳定， PCB 焊点一个以上自动锡裂，在 经过运输振动之后无电流输出。主要元件选用过次：风扇噪声大，停止转动后造成电源的元器件因过热而发生炸裂，即 业内常说的“炸机”。在低温地区或高温地区电源无法正常工作，电源负载能力变差。并且 在 AC 输入偏低或偏高的地区无法使用，易受电子设备在电网中开关机影响。无安全保证：电源漏电或功率大时易发热起火。四、总结如何判断

14、 ATX 电源的优劣 ? 其实不外乎三个方面：设计、用料、做工。从用料来讲，优 质 DC/AC 线均有束线带绑扎； AC 大电容使用考究， 容量充足， 一般 200W 机种使用 330UF 以上， 250W 使用 470UF 以上， 300W 使用 680UF 以上的； 200W 以上的 ATX 电源应使用 ERL-35 变压器。功率器件的散热片应使用纯铝，且厚度足够，一般 200W 电源的散热片厚 度为 22.5mm ，250W 电源的为 2.5 4mm 。从制作工艺来讲，电源内部各元器件应排列 整齐，大体积元件应使用胶水加强固定， 元件焊点饱满， 线材排列整齐， 元件倾斜度较小 （大 元件

15、小于 10 度，小元件小于 5 度），焊接在 PCB 上的元件引脚长为 0.8 2.5mm 之间， 高发热元件套热缩套管。目前市场对 ATX 电源的需求正逐步向大功率、多保护（过流、过热、过压、过功率）、 高可靠、小体积方向发展。从设计和制造的角度来看，也只有达到以上要求的 ATX 电源， 才算得上可满足最终用户需求的优质产品。ATX 电源电路图分析大家看这个电路，是一个典型的 ATX 电源电路图，下面，我将以此为基础，介绍 ATX 电源的工作原理。ATX 电源电路结构较复杂，各部分电路不但在功能上相互配合、相互渗透，且各电路参数设置非常严格， 稍有不当则电路不能正常工作。其主电路原理图见上图

16、，从图中可以看出，整个电路可以分成两大部分： 一部分为从电源输入到开关变压器 T3 之前的电路 （包括辅助电源的原边电路 ），该部分电路和交流 220V 电 压直接相连，触及会受到电击，称为高压侧电路；另一部分为开关变压器 T3 以后的电路，不和交流 220V 直接相连，称为低压侧电路。二者通过 C2 、C3、高压瓷片电容构成回路，以消除静电干扰。其原理方框 图见下图， 从图中可以看出整机电路由交流输入回路、 整流滤波电路、 推挽开关电路、 辅助开关电源、 PWM脉宽调制电路、 PS-ON 控制电路、保护电路、输出电路和 PW-OK 信号形成电路组成。弄清各部分电路的 工作原理及相互关系对我们

17、维修判断故障是很有用处的， 下面简单介绍一下各组成部分的工作原理。 图中， AC INPUT 开始，是交流电源的输入端：1、交流输入回路交流输入回路包括输入保护电路和抗干扰电路等。输入保护电路指交流输入回路中的过流、过压保护及限流电路；抗干扰电路有两方面的作用：一是指 微机电源对通过电网进入的干扰信号的抑制能力：二是指开关电源的振荡高次谐波进入电网对其它设备及 显示器的干扰和对微机本身的干扰。通常要求微机对通过电网进入的干扰信号抑制能力要强，通过电网对 其它微机等设备的干扰要小。、整流电路：包括整流和滤波两部分电路，将交流电源进行整流滤波，为 开关推挽电路提供纹波较小的直流电压。ATX电源工作

18、原理及检修电路图ATX电源工作原理及检修检修 ATX开关电源，从 +5VSB、PS-ON和 PW-OK 信号入手来定位故障区域，是快速检修中行 之有效的方法。一、+5VSB、PS-ON、PW-OK控制信号ATX开关电源和 AT 电源最显著的区别是，前者取消了传统的市电开关，依靠+5VSB、PS-ON 控制信号的组合来实现电源的开启和关闭。+5VSB是供主机系统在 ATX待机状态时的电源，以及开闭自动管理和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 9 脚引出。 PS-ON为主机启闭电源或网 络计算机远程唤醒电源的控制信号

19、，不同型号的 ATX开关电源，待机时电压值为 3V、3.6V、4.6V 各不相同。当按下主机面板的 POWER开关或实现网络唤 醒远程开机， 受控启动后 PS-ON由主板的电子开关接地， 使用绿色线从 ATX插头 14 脚输入。 PW-OK是供主板检测电源好坏的输出信号，使用灰色线由 ATX插头 8 脚引出，待机状态为 零电平，受控启动电压输出稳定后为 5V 高电平。 脱机带电检测 ATX电源， 首先测量在待机状态下的 PS-ON和 PW-OK信号，前 者为高电平，后者为低电平，插头 9 脚除输出 +5VSB外，不输出其它电压。其次是将 ATX开 关电源人为唤醒，用一根导线把 ATX插头 14

20、 脚 PS-ON信号，和任一地端 （3、5、7、13、15、 16、17）中的一脚 短接 ，这一步是检测的关键，将 ATX电源由待机状态唤醒为启动受控状态， 此时 PS-ON信号为 低电平 ，PW-OK、+5VSB信号为 高电平 ，ATX插头 +3.3V、5V、12V有输 出，开关电源风扇旋转。上述操作亦可作为选购ATX开关电源脱机通电验证的方法。二、 控制电路的工作原理ATX开关电源，电路按其组成功能分为：交流输入整流滤波电路、脉冲半桥功率变换电 路、辅助电源电路、脉宽调制控制电路、 PS-ON和 PW-OK 产生电路、自动稳压和保护控制 电路、多路直流稳压输出电路。请参照下图。辅助电源电路

21、ATX开关电源无论是否开启，其辅助电源一直在工作，为开关电 源控制电路提供工作电压。市电经高压整流、滤波，输出约 300V 直流脉动电压，一路经 R 72、R76至辅助电源开关管 Q15基极，另一路经 T3开关变压器的初级绕组加至 Q15 集电极， 使 Q15 导通。 T3 反馈绕组的感应电势 （上正下负 ）通过正反馈支路 C44、 R74 加至 Q15 基极， 使 Q15 饱和导通。反馈电流通过 R74、R78、Q15 的 b、e 极等效电阻对电容 C44 充电，随着C44充电电压增加，流经 Q15基极电流逐渐减小， T3反馈绕组感应电势反相 （上负下正 ），和C44电压叠加至 Q15基极，

22、 Q15基极电位变负，开关管迅速截止。Q15 截止时， ZD6、D30、C41、R70组成 Q15 基极负偏压截止电路。反馈绕组感应电势的 正端经 C41、R70、D41至感应电势负端形成充电回路， C41负极负电压， Q15 基极电位由于 D30、ZD6的导通，被箝位在比 C41 负电压高约 6.8V（二极管压降和稳压值 ）的负电位上。同 时正反馈支路 C44的充电电压经 T3反馈绕组， R78，Q15的 b、e极等效电阻， R74形成放 电回路。随着 C41充电电流逐渐减小， Ub电位上升，当 Ub电位增加到 Q15的 b、e极的开 启电压时， Q15 再次导通，又进入下一个周期的振荡。Q

23、15 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辅助电源变压器中。当 Q15 由饱和转向截止时，二次绕组两个 输出端的感应电势为正， T3储存的磁能转化为电能经 BD5、BD6 整流输出。其中 BD5整流 输出电压供 Q16 三端稳压器 7805 工作， Q16 输出 +5VSB，若该电压丢失，主板就不会自动 唤醒 ATX电源启动。 BD6整流输出电压供给 IC1脉宽调制 TL494的 12 脚电源输入端，该芯 片 14 脚输出稳压 5V，提供 ATX 开关电源控制电路所有元件的工作电压。PS-ON和 PW-OK、脉宽调制电路P

24、S-ON信号控制 IC1的 4 脚死区电压，待机时，主板启闭控制电路的电子开关断开，PS-ON信号高电平 3.6V， IC10精密稳压电路 WL431 的Ur电位上升， Uk电位下降， Q7导通，稳压 5V通过 Q7的 e、 c极， R80、 D25和 D40送入 IC1的 4脚，当 4脚电压超过 3V 时，封锁 8、 11 脚的调制脉宽输出，使 T2推动变压器、 T1 主电源开关变压器停振，停止提供 +3.3V、 5 V、 12V的输出电压。 受控启动后， PS-ON信号由主板启闭控制电路的电子开关接地， IC1 0的 Ur为零电位， Uk电位升至 +5V，Q7截止， c极为零电位， IC1

25、的4脚低电平，允许 8、1 1 脚输出脉宽调制信号。 IC1 的输出方式控制端 13 脚接稳压 5V，脉宽调制器为并联推挽式 输出， 8、11 脚输出相位差 180 度的脉宽调制控制信号，输出频率为 IC1的 5、6 脚外接定 时阻容元件的振荡频率的一半，控制Q3、 Q4的 c 极所接 T2 推动变压器初级绕组的激励振荡， T2次级它激振荡产生的感应电势作用于 T1 主电源开关变压器的一次绕组，二次绕组的 感应电势经整流形成 +3.3V、 5V、12V的输出电压。Q3、 Q4发射极所接的 D17、D18 以及 C17用于抬高 Q3、 Q4发射极电平，使 Q3、Q4基极有低电平脉冲时能可靠截止。 C31用于通电瞬间封锁 IC1的 8、11 脚输出脉冲， ATX 电源带电瞬间，由于 C31两端电压不能突变， IC1的 4 脚出现高电平， 8、11 脚无驱动脉冲 输出。随着 C31 的充电， IC1的启动由 PS-ON信号控制。PW-OK产生电路由 IC5 电压比较器 LM393、Q21、C60及其周边元件构成。 待机时 IC1 的反馈控制端 3脚为低电平， Q21饱和导通， IC5的 3脚正端输入低电位，小于 2脚负端输 入的固定分压比， 1 脚低电位， PW-OK向主机输出零