电脑ATX电源实列解析

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现在社会台式计算机应用广泛，其ATX电源在台式计算机中地位非常重要，本文通过实绘航嘉HK280-22GP型ATX电源电路，分功能介绍其工作原理，起到举一反三，抛转引玉的作用，使读者能掌握类似的ATX电源工作原理。
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航嘉HK280-22GP电源工作原理简图如图1所示，此款电源采用KA7500B+LM339方案，DL0165R为辅助电源电路芯片，KA7500B为PWM主控芯片，220VAC经过整流滤波电路产生310V左右直流电压供给辅助电源，辅助电源利用DL0165R电源芯片产生+5V和+18V左右直流电压，+18V是供给KA7500B的工作电压，+5V供给LM339的工作电压。只要有交流电输入，ATX电源无论是否开启，辅助电源一直在工作，辅助电源产生的+5V工作电压，使LM339处于待机工作状态。KA7500B工作电压受LM339控制,待机时KA7500B无工作电压，芯片不工作，无+3.3V、+5V、±12V等电压输出，当开机后KA7500B的第12脚才有VCC工作电压，KA7500B工作，产生所需+3.3V、+5V和±12V等电压。输出检测电路负责输出信号的检测，开机后，如果输出有严重的故障，LM339及周边电路控制KA7500B的4脚为高电平，KA7500B从而停止输出PWM信号，进而使ATX电源停止输出+3.3V、+5V和±12V等电压，达到保护的目的，如果输出离标准值偏差不太多，输出检测电路控制KA7500B调节输出PWM的占空比，从而调节输出的目的。
1 、PS-ON电路原理分析
PC电源与电脑主板的时序是这样的：当PC电源通电后，就有一个+5VSB待机电压输出，不管其它几组主路电压有没有输出，+5VSB电压一直存在着，并处于待命状态，+5VSB不仅供PC电源内部的部分电路工作起来，还通过20PIN 或者24PIN端子的紫色线，送给电脑主板，让主板的一部分电路也先工作起来，处于待命状态，便于主板给PC电源提出启动系统的开机命令，或者关闭系统的关机命令。当主板需要启动系统时，把开机命令，即PS-ON信号由当前待命时的高电平变为低电平，通过端子的绿色线送回给PC电源，PC电源接到要开机的命令，启动电路并输出其它几组主路直流电压，并通过自检正常，把PG信号，由之前的低电平变为高电平，通过端子的灰色线送给外部的电脑等的主板，主板只有在接到PG信号后，才会正常启动系统的，否则，虽然PC电源输出电压是正常的，若PG信号没有输出或者输出不正常，主板是不会启动系统的。当电脑等主板需要关机时，主板在做好关机前的准备工作后，才会把PS-ON信号由当前的低电平变为高电平送给PC电源相关电路，PC电源正常关闭主路输出，只保留+5VSB电压，PG信号也由当前的高电平变为低电平，称PF关机信号，PC电源和外部主板等又进入待命状态，等待下一次的开机。
航嘉HK280-22GP型电源是控制加给KA7500B的第12脚的VCC电压的有无实现开关机，当PS-ON开机后，KA7500B的第12脚才有VCC工作电压，KA7500B才能正常工作，第5脚才有斜波，第8脚和第11脚才有驱动方波输出，PS-ON关机后或者机器在待机状态时，KA7500B因没有VCC电压而不工作，达到开关机的目的，而其第4脚一直为低电平状态，当有异常情况时，保护信号使得第4脚变为高电平，达到保护关机的目的。

图2

图2为PS-ON电路图，当待机时或者PS-ON关机后，LM339的第11脚电压由R64、R66从+5VSB电压上分压取得，R66、R64为固定值，第11脚输入电压就为固定值，LM339的第10脚由R63从+5VSB电压上取得，LM339第13脚输出就由第10脚输入电压决定，待机时LM339的第10脚为高电平，那么第13脚为低电平，+5VSB电压经R107，D32到第13脚，D32此时为导通状态，D40便不能导通，Q10的B极为低电平，Q10不导通，Q14的B极为高电平，Q14因无B极电流不导通，+18V电压不能加到KA7500B的第12脚和驱动变压器T3的初级绕组，KA7500B因无VCC电压而不工作,电源此时无输出。当开机信号来后，PS-ON端变为低电平LM339的第10脚也为低电平，那么第13脚翻转为高电平，+5VSB电压经R107，D40到Q10的B极，D40此时为导通状态， D32因第13脚为高电平便不导通，Q10的B极因D40导通而变为高电平，Q10饱和导通，将R105接地，Q14因有B极电流而饱和导通，+18V电压经Q14的C-E之间加到KA7500B的第12脚和驱动变压器T3的初级绕组，KA7500B因有VCC电压而工作起来, 第8脚和第11脚输出驱动方波，整个电源输出无+3.3V，+5V，±12V电压。D31，D30在关机时把PG电路和保护电路的高电平泄放掉，便于重启。LM339的第8脚到第13脚之间接有一个开关二极管D30。当PC电源工作中异常保护后，其电路LM339的第8脚变为高电平，但此时PS-ON端仍为开机低电平状态，LM339的第13脚仍为高电平，D30不导通，当关掉PS-ON开机信号后LM339的第13脚变为低平，第8脚仍保持为高电平，此时通过D30正向导通，把第8脚的高电平泄放掉，便于故障解除后不影响PS-ON再次开机。
2、 辅助电源电路
电路如图3所示，由DL0165R、T2等组成了+5VSB 电路的开关电路，DL0165R的启动电路由R11、R12、R13组成，启动电压从C7、C8的中点150VDC电压上取得，加到DL0165R的第5脚，DL0165R的6脚、7脚、8脚连在一起，通过T2的1-1绕组接到300V左右的直流电压上，D5、Z5为开关管的吸收电路，T2的1-2绕组为DL0165R的专设VCC供电绕组，D6、R14、C15、Z6、R10/R10A、C83为DL0165R的VCC供电整流滤波电路,经整流后的电压加在DL0165R的第2脚，为DL0165R提供工作电压，稳压电路由817C光耦反馈后，加在DL0165R的第3脚，第4脚外接R15为电路的工作频率调整端，次级绕组产生两组电压一组经次级2-1绕组经过D9整流，从C21滤波得到约+18V电压，此电压为供给KA7500B的工作电压，经由PS-ON电路供给KA7500B的12脚,另一组经过次级2-2绕组，经D8整流从C17、C18、C19滤波得到+5V电压也就是ATX电源紫色线的+5V输出,供给LM339的工作电压。

图3
3、 主开关变换电路

图4

图4是主开关变换电路部分，300VDC电压的正极加在Q2的C极上，300VDC电压的负极与Q1的E极相连接，主开关变压器T1的初级绕组的一端通过C9与大电容C7和C8的中点相连接，开关管Q1和Q2及其驱动电路接成对称的半桥式电路，两管轮流导通，T1的初级绕组两端的工作电压为150V左右，当KA7500B的第4脚为低电平时，8脚和11脚输出有脉冲方波时，驱动放大电路工作，驱动变压器T3的次级绕组便有感应电压产生，当T3的次级绕组1有感应电压时（此时3不能有感应电压），该感应电压经D4，D4A整流，R8限流后与R9分压，加在Q2的B极，Q2因有B极电流而饱和导通，主变压器T1的初级绕组因通电而工作，电流的回路是:由C8的正极端→Q2的c极→Q2的e 极→驱动变压器T3次级2绕组→主变压器T1的初级绕组L1上端→主变压器T1的初级绕组L1下端→C9→C8的负极。当驱动变压器T3的次级绕组3有感应电压时（此时1不能有感应电压），该感应电压经D3A，D3 整流，R7A,R6/R6A限流后与R7分压,加在Q1的B极，Q1因有B极电流而饱和导通，主变压器T1的初级绕组因通电而工作,其电流的回路是:C7正极端→C9→主变压器T1的初级绕L1组下端→主变压器T1的初级绕组L1上端→驱动变压器T3次级2绕组→Q1的c极→Q1的e极→地(C7的负极)。电路中，R5和C10组成开关变压器初级绕组的吸收电路，消除反冲电压。C9为耦合电容，与开关变压器初级绕组形成串联谐振网络， C11，C12分别是开关管Q1和Q2的加速截止电容，即在开关管截止期间，该电容放电，使开关管的基级反向偏置，加速了开关管的截止速度，D1是Q1的保护二极管，D2是Q2的保护二极管，当Q1截止时，D2保护了Q2，当Q2截止时，D1保护了Q1，这个位置的保护二极管又称阻尼二极管，在开关管Q1/Q2截止期间，消除掉T1初级绕组的反冲电压，防止该反冲电压损坏开关管保护了开关管。
4.脉宽调制器
脉宽调制器通过调整开关脉冲的占空比，达到稳压的目的（如图5所示），又能控制开关脉冲输出的有无，便于对电源实施开机与关机。保护开机状态下，KA7500B的第4脚为低电平，PC电源所有输出正常工作时，KA7500B的第1脚将得到的“分压取样电压输出”的变化量与第2脚比较后，PWM不断的调整，使第8脚和第11脚输出的脉冲方波的占空比不停的发生变化，驱动电路和主开关变换电路的脉冲占空比也发生着变化，输出电压随之调整，达到了稳压的目的。

图5
假如主路输出的+3.3V、+5V、+12V 电压中任一组电压升高，经电阻R60、R57、R59与电阻R61，可调电位器VR1分压后，X点的电压比原来设定的电压高，在KA7500B 内部与参考电压2脚比较后(第2脚的参考电压由芯片14脚输出的+5VR基准电压，通过电阻R46和R47分压而取得)，8脚与11脚输出的脉冲方波的占空比减小，经驱动放大电路后，驱动变压器输出的脉冲波的占空比也减小，送给开关管基极的驱动电流比原来的减小了，两开关管轮流导通的时间随之减小，经开关变压器转换后的输出电压比原来的降低了，这样就抑制了主路输出的升高，达到稳压的目的。假如主路输出的+3.3V、+5V、+12V电压中任一组电压降低，稳压过程与上述过程相反。经分压取样后，X点的电压比原来设定的电压低，在KA7500B内部与参考电压2脚比较后，8脚与11脚输出的脉冲方波的占空比增大，经驱动放大电路后，驱动变压器输出的脉冲波的占空比也增大，送给开关管基极的驱动电流比原来的加大了，两开关管轮流导通的时间随之加长，经开关变压器转换后的输出电压比原来的升高了，这样就抑制了主路输出电压的降低，达到稳压的目的。
总的来说，就是KA7500B第4脚为低电平,电源有输出；4脚为高电平,电源+3.3V、+5V 、+12V、-12V无输出。
5.驱动放大电路

图6
图6是驱动放大电路部分，驱动放大电路的工作电压由辅助电源电路产生的+5VSB和VCC电压提供，VCC（+18V～+24V）电压的正端经D25、R44、R44A降压限流后，加在驱动变压器T3的初级绕组中点上，D24的作用是把T3的反冲电压还回给VCC，当PWM芯片KA7500B的第8脚和第11脚没有脉冲方波输出时，Q8和Q9的B极电位为低电位，两管不导通，T3初级绕组因无电流不工作，主变换电路不工作，PC电源除SB电压外，无其它输出电压，处于待机状态。
当PWM芯片KA7500B的第8脚和第11脚轮流输出脉冲方波时，Q8和Q9轮流导通与截止；当KA7500B的第11脚有脉冲方波输出时，Q8导通(此时第8脚没有脉冲方波输出，Q9不导通)，VCC电压的正端经T3的初级绕组中点，经L1-1绕组，Q8的C极到E极，再经D26和D27到达VCC 电压的地，由于L1-1绕组中有电流流过，给T3储存磁能，次级的1绕组便有感应电压产生，驱动相对应的主开关电路工作起来；当KA7500B的第8脚有脉冲方波输出时，Q9导通,（此时第11脚M没有脉冲方波输出，Q8不导通），VCC电压的正端经T3的初级绕组中点，经L1-2绕组，Q9的C极到E极，再经D26和D27到达VCC电压的地，由于L1-2绕组中有电流流过给T3储存磁能，次级的2绕组便有感应电压产生，驱动相对应的主开关电路工作起来。D28、D29分别是Q8、Q9的阻尼二极管，起到保护Q8、Q9的作用，D26和D27起电平转移的作用，C37起钳位作用，将D28和D29两端的电压，也就是将Q8与Q9的发射极电压限制在某一数值，R42、R43是Q9、 Q8的基级偏置电阻。
6.OVP （过电压）检测电路

图7
以-12V电压输出为例（如图7所示），当PC电源在正常输出时，-12V输出电压在规定的范围值内，那么经过设定好R54、R54A、R55分压后，其中点电压很低，不足以使D18导通，也就没有高电平送出，当-12V输出电压超出规定的范围值后，经过R54、R54A、R55,分压后，其中点电压高出设定值，足以让D18通，高电平信号送到LM339的第8脚，也就是LM339的8脚保护电路动作，关闭电源的输出，达到了过压保护的目。+3.3V、+5V、+12V输出电压的过压保护原理相同。二极管D18、D19、D20、D21为隔离作用。

图8
7.电压采样电路
HK280-22GP将输出电压的+5V、+12V、+3.3V经电阻分压电路处理，取出不稳定的一组，反馈给PWM电路，经与基准电压作比较，调整PWM的脉冲宽度的占空比，来达到输出电压的稳定的目的。手工调整时，一般以+5V电压为参考，其它几组电压随之改变，SB电源也有该采样电路，只不过是单组电压进行取样分压。
图8是电压采样电路部分，从输出+5V端通过R57，+12V端通过R59， +3.3V端通过R60，汇于X点，再与R61串联VR1到地之间进行分压，一旦电路参数选定，VR1再不能改动，若输出电压不稳定，则X点分得的电压也不稳定，将此电压的变化量送到PWM电路KA7500B的第1脚去处理，与第2脚参考电压比较，改变PWM脉冲宽度的占空比，使输出电压稳定在规定的范围值内。
8.温度控制电路

图9
PC电源大部分采用+12V直流风扇来散热，直流风扇的电压为可调式, 当电压为最大+12V时，风扇的转速为额定转速，当电压低于+12V以下时，转速也低于额定转速。温度控制电路就是从+12V输出端取来12V电压处理后，供给风扇工作的，它根据热敏电阻来感应机内温度的变化，调节风扇两端的电压，在+5V～+12V之间变化，从而达到改变风扇的转速的目的。如图9所示电路，当PC电源的机内温度不太高时，负温度系数的热敏电阻RT1的阻值很大，R53、RT1、R52产生分压提供Q7基极工作电压较小，Q7的基级得到的电流很小，Q7的导通程度也小，风扇FAN两端的电压就远小于+12V，其转速也就低于额定转速许多，当PC电源负载加重，机内温度越高时，热敏电阻RT1感应到温度的变化，温度越高其阻值会越来越小，Q7的基级电流就越来越大，Q7的导通程度也会越来越深，这样，风扇两端得到的电压就越来越接近+12V，其转速也就越接近额定转速了达到了噪声控制和节能的目的。
9. PG/PF 延时控制电路

图10
KA7500B的第3脚，到PG信号输出端这一段电路，叫PG电路（如图10所示）。当PC电源输出正常时，然后输出一个高电平信号，经过PG延时控制电路处理，最后输出一个+5V左右的高电平PG信号，把这个PG信号通过灰色线送给电脑主板等，电脑主板收到PG信号正常才能启动。LM339第3脚为供电脚，HK280系列由+5V待机电压（SB）供电，第12脚为接地脚，将LM339的第7脚、第6脚与第1脚接成同相器, 第5脚、第4脚与第2脚也接成同相器，第6脚与第4脚的参考电压由R75、R79、R80从+5VR分压而得。这样LM339第6脚和第4脚输入电压为固定值，LM339的1脚输出就由7脚输入电压决定，LM339的2脚输出就由5脚输入电压决定。当PC电源正常输出后，PWM芯片KA7500B有脉冲波输出时，其第3脚也相应的输出一个高电平，该电平经R81给C41充电，这一时间为第一级充电延时，当C41充够了电后，此高电平加到LM339的第7脚，第7脚的电压高于第6脚的参考电压，LM339的第1脚输出为高电平，此时，输出电压的+5V组达到+4.75V，PG信号开始建立，此信号经D31与KA7500B的第13脚连接，使得C41的充电和放电随着PS-ON的开和关而变化，同时，+5VR经R77给C42充电，此为第二级充电延时，当第5脚电平高于第4脚的参考电平时，第2脚输出为高电平，经R74正反馈到输入端第5脚，第2脚输出的为放大了的PG信号，此信号接近+5V 输出电压，即正常的PG信号完全建立，PG信号比输出的+5V电压建立时间上延时了100ms～500ms 。PG信号经R62与输出级的+5V电压相隔离。当PC电源在正常关机瞬间，或者异常情况下关机瞬间，PG应输出一个关机的PF信号，也就是说，KA7500B在其第4脚变为高电平时(来了关机信号或者保护信号)，或者第4脚没有变为高电平，为工作中的低电平状态，而PC 电源忽然中断输出，因交流关机或者停电，总之，PWM芯片KA7500B在其内部关断输出脉冲波时，其第3脚也相应的输出为低电平，当R81上面没有电压时，C41开始放电，延续了LM339的第7脚电平降低的时间，当第7脚电平低于第6脚电平时，第1脚输出为低电平，同时，C42经R78 放电，延续了第5脚电平降低的时间，当第5脚电平低于第4脚电平时，第2脚输出为低电平，PG信号消失，又称PF信号检测完毕，通知电脑等系统正常复位关闭，在时间上比PC电源的主输出消失提前了最少1毫秒，PF时间分不正常关机，即AC关机的PF时间和正常关机，即PS-ON关机的PF时间两种情况。D31的作用：KA7500B的第1脚到第13脚之间接有一个开关二极管D31（1N4148），作用是，在每次PS-ON关机后，此时第13脚已翻转为低电平状态，电压小于第1脚，D31将第1脚C42上的残存高电平电压泄放到第13脚，使PF关机时间再延续，也便于每次重启时，C42上总为低电平，时间常数每次开机都一致，达到延时的目的，不影响下一次开机时PG 的时间常数。
10.OPP(过功率保护)检测电路
OPP（过功率）检测电路，在驱动变压器上，专设有一组互感绕组，通过感应输出功率的大小，用来控制PWM的输出脉冲方波的有无。图11是OPP检测电路部分，L1-3为驱动变压器T3 的一个专设的互感绕组，经电阻R37、R37A分压，D22整流，R38限流，C36滤波，R39为负载电阻，D23为隔离作用，感应电压由D23送到LM339的第8脚，进行比较检测。不论开关管Q1或Q2是否导通时，其L1-3的初级绕组3中都有电流流过。那么在电源正常输出时，次级绕组L1-3都会有感应电压产生，经电阻R37、R37A分压后，该电压不足以使D22导通，当负载越重达到满载，输出功率越大达到额定功率，该感应电压会越高，只要输出功率不超出设定值，感应电压也不会高到使D22导通。假如输出功率超过设定的功率值以外时，输出电压要下降，由于有稳压系统，开关管的导通时间会自动加长，T3L的初级绕组T3 3中流过的电流就加大，次级绕组T3 L1-3感应的电压会比设定的正常值高许多，使D22导通，此高电平经D23送到LM339的第8脚，第8脚电压大于第9脚电压时，启动保护电路，关闭电源的输出，达到过功率保护的目的。

图11
11.比较检测保护电路
如图12所示，LM339的第8脚到KA7500B的第4脚这一段电路称为比较检测保护电路，作用是把OVP、OPP、欠压等保护检测电路的电平信号与参考电压做比较处理，把检测结果送到KA7500B的第4脚，控制第4脚电平的高低，也就控制了PC电源输出电压的有无，达到保护的目的。图12是HK280-22GP的比较检测保护电路部分，LM339的第8脚是所有保护检测信号的汇集点。PC电源在待机时或者开机输出正常时，LM339的第8脚电压小于第9脚电压，第14脚输出为高电平，三极管Q12不导通，Q12的C极为低电平，D33不会导通，维持在PS-ON信号开机或者关机后的电平状态。当PC电源输出异常时，来自OVP，OPP等检测电路的某一路高电平信号输送到LM339的第8脚，此时第8脚电压大于第9脚电压，其第14脚输出为低电平，三极管Q12因有基极电流而饱和导通，Q12的C极因与E极导通，将+5VR电压送过来，C极为高电平，D33正向导通，D33的负极变为高电平，此高电平送到KA7500B的第4脚，将输出关闭，处于保护状态。电路中的R82起保护自锁作用，R82的阻值比R71小得多，当LM339的第8脚有高电平保护信号时，Q12导通后，电源进入保护自锁状态，LM339的第8脚的电压则由R82和R70从Q12的C极(约+5V左右)分压而得，R71等于并联在了R82上了，LM339的第8脚电压被钳位，大于第9脚的参考电压，锁定在保护状态，当故障解除后，重起PS-ON，若没有保护信号，则Q12不工作，R82不参与分压，第8脚的电压又回到初试状态。

图12
12 .磁放大电路

图13
如图13所示，将磁开关L3串联在主变压器的次级绕组与整流二极管D15之间，就是希望通过改变磁开关的阻抗来控制磁开关的导通程度，从而控制流过二极管电流大小，最终控制+3.3V实际输出电压，当+3.3V的实际电压过大时，当+3.3V的实际电压偏离标准值时，取样电阻R34A、R34、R35与AZ431构成反馈电路根据两者的差值输出放大值，从AZ431的阴极流向阳极，此时AZ431会将阴极C电位拉低到阳极A（接地），Q16基极电压拉低，结果使PNP三极管Q16的发射极电流流向集电极，并经过限流电阻R30、R30A和二极管D16按照从上往下的方向流过L3，与变压器次级绕L2-1、L2-2到地，从上到下流过L3的这个电流阻碍了正常流过二极管D15待整流电流，使流过二极管的D15的电流变小，整流输出的电压值也就变小，从而稳定了+3.3V电压。
以上电路图均为HK280-22GP型ATX电源实物绘出，个别元件无法确定型号用？号代表，时间仓促，如有错误之处敬请批评指正！