唐传奇属于工艺品吗:ATX电源的原理与维修

   随着CPU技术和远程管理、定时唤醒及现代节能等技术的发展，微机的电源也由原来IBM 的PS电源、AT电源发展到现在的ATX电源。鉴于PWM（脉宽控制）开关电源具有体积小、重量轻、效率高、成本低、对输入电压的适应范围较宽等优点，微机用ATX开关电源大都采用PWM工作方式，并且设有过压欠压保护电路。一旦电源中有元件出现故障或输出电压过高过低或负载过重时，能进入

保护状态，防止故障范围扩大对主机造成更大的损失。

纵观目前市场上的兼容机ATX电源，在电路原理上一般都大同小异，而具体到每一厂家采用的元件则大不相同。为降低成本，在元件的质量参数上常存在偷工减料的情况和原装机相比，质量有较大的差距。因而故障率较高。

一．电源的组成及工作原理。

兼容机ATX电源电路结构较复杂，各部分不但在功能上相互配合，稍有不当则电路不能正常工作。其主电路（其原理见图）从图中可以看出，整个电路可以分成大部分：一部分从电源输入到开关变压器T1之前的电路，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T1以后的电路，不和交流220V直接相连，称为低压侧电路，通常ATX电源电路、整流滤波电路、推挽开关电路、辅助开关电路、PWM脉宽调制电路、PS-ON控制电路、保护电路、输出电路和PG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判断是很有用处的。下面简单的介绍一下各部分的工作原理。

1．抗干扰滤波电路。

       抗干扰滤波电路包括两层意思：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。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。220V交流市电经过电源插座进入电源板上，先经延迟保险丝FD1进入抗干扰滤波电路。抗干扰滤波电路由C01、C02和L01、L02及C03、C04、C05组成的两级共模滤波器。机内的高频干扰脉冲除了沿电源线向外传辐射以外，还可通过机内各元件向空间辐射，电路中的C03、C04、C05和电源盒铁壳（机内地线）相连，这样就可以有效的隔离从空间向外辐射的高次谐波，同样对外界的高频干扰也能有效的隔离而不会使其进入机内。

2．整流电路

由全桥整流器VDB1、滤波电容C1、C2、平衡电阻R1、R2组成。经共模滤波器净化后无干扰的220V市电经VDB1全波整流C1、C2滤波之后，在C1、C2上形成约300V（空载时）的直流电压，给电源开关管VT1集电极供电。

由于C1、C2的容量较大，开机时具有很大的冲击电流，常对保险丝和整流部件造成损坏。为避免这种故障的发生，除FD1采用延迟保险外，在电源输入电路中还接有热敏电阻THR1。THR1为负温度系数热敏电阻，在泠态时其阻值较大（6E）。限制接通电源瞬间产生的强大冲击电流。R1和R2是平衡电阻，二者阻值相同，同时C1、C2的容量也相同，使+300V高压平均分配在C1、C2上，其静态电压约为150V。

3． 辅助电源

由VT15和开关变压器T3组成，用来向电源板待机电路部分提供工作电压及向主板提供+5VSB电源。只要ATX电源一上电，辅助电源便开始工作，输出的两路电压，一路经IC3稳压输出+5V电压为+5VSB，作为ATX主板的“电源监控部分”的工作电压，它可以让操作系统直接对电源进行管理。通过此功能，用户就可以直接通WINDOWS95/98实现网络的电源管理。在ATX2.0版中，要求+5VSB输出500~800的工作电流；另一路经整流滤波后向脉宽控制电路TL494、PS-ON控制电路、PW-OK形成电路提供工作电压。辅助开关电源是一个典型的自激振荡开关电路。

4．推挽开关电路

主要由VT1、VT2开关变压器T1、推动变压器T2及放电电容C3组成。接通电源后，因VT1、VT2基极没有来自脉宽控制电路的触发脉冲，推挽开关电路并不工作，辅助电源送出的电压分别加到主板和电源板的相关电路，做好主电路工作的准备，此时电路处于待机状态。按下面板的电源触发开关，主板的电源监控电路输出PS-ON控制信号，电源板上的PWM脉宽控制电路开始工作，输出两路相位差为180度的开关激励脉冲信号经激励变压器T2分别送到开关功率管的基极，使它们轮流处于包和与截止状态。VT1、VT2和    C1、C2组成桥式连接，回路负载是高频变压器的原边绕组，其一端和VT1发射极、VT2集电极接在一起，另一端与C3串联后接在C1、C2的公共端。当VT1导通时形成从C1的正极      VT1      T1   C3     C1的负极电流通路；而当VT2导通时，形成由C2的正极

     C3     T1    VT2    C2的负极的电流通路 ，流经T1初级线圈的电流方向与VT1导通时相反。如此反复，T1的初级线圈流过交变的脉冲。因该过程主要由VT1、VT2依次完成的，故称推挽开关电路。VD3、VD4用于保护VT1、VT2。使 VT1、VT2避免承受截止时产生的反向尖峰脉冲，以免VT1、VT2击穿。该部分工作在高电压大电流状态，故障率最高。一旦开关管击穿，会使保险丝、推挽开关部分严重烧毁，属易发且难检修的故障。当脉宽调制IC（TL494）因保护电路动作或因本身故障不工作时，VT1、VT2因基极无故不工作，电路处于关闭状态。这种工作方式称为它激工作方式。

5．PWM脉宽调制电路。

PWM（Pulse Width Modulation）即脉宽调制电路。主要由TL494及周围元件组成。TL494的5、6脚上外接的电阻R10，电容C9和内部电路组成振荡器，可输出约几十KHZ的振荡信号。该信号经内部处理后，从8、11脚输出两路相位差为180℃、宽度可变的激励脉冲，经VT3、VT4放大后，通过推动变压器推动开关管VT1、VT2，使其轮流处于饱和与截止状态。TL494的4脚为死区时间控制端。当该脚为+5V高电平时，TL494的第8、11脚无脉冲输出，使两个开关管都截止，电源就处于待机状态，无电压输出；而当④脚电压为0V时，TL494就有触发脉冲提供给开关管，电源进入正常工作状态。因此，TL494的④脚一般也用作保护电路的输出控制端。从+5V输出电压端反馈回来的电压经R21和R22分压送到TL494的①脚，①、②脚为TL494误差采机放大器的同相、反相输入端。②脚电压经R19、R20分压，固定为2.5V不变。当输出的+5V电压不稳时，反馈到①脚的电压经误差放大器放大，调整振荡脉冲的宽度，进而调整VT1和VT2导通和截止的时间，以保持输出电压的稳定。反馈至①脚的电压越高，经调整后输出的激励脉冲的宽度越窄，VT1，VT2导通的时间越短，输出到开关变压器副边的能量越少，从而使量出电压越低。⒂、⒃脚为控制放大器的同相，反相输入端。控制放大器一般用于保护，有的电源中则直接将⒃脚接地，⒂脚则接+5V电压。在TL494中有一精确度较高的+5V稳压电源，辅助电源输出的一路25V电压从⑿脚输入，经TL494稳压后，从⒁脚输出+5V基准电压，用作相应电路的基准电压。TL494的⑿脚可承受+12V+30V之间的电压。若PWM电路因元件损坏、失去工作电压、④脚死区电平控制电位达到+5V而无法向开关推挽电路输送控制脉冲，开关推挽电路会因失去激励脉冲而停止工作。各路输出为零，从而使整机停止工作。这也使ATX电源具有自我保护功能，避免电路失控而导致的恶性事故。

6．PS-ON控制电路

ATX电源最主要的特点是，它不采用传统的市电开关来控制电源是否工作，而是采用“+5VSB、PS-ON”信号电平的变化，就能控制电源的开启和关闭。“PS-ON”小于1V时开启电源，大于4。5V时关闭电源。主机箱面板上的触发按钮开关（非锁定开关）控制主板的“电源监控部件”的输出状态，同时也可用程序来控制“电源监控部件”的输出。如在WLN9X平台下，发出关机指令，使“PS-ON”变为+5V，ATX电源就自动关闭。

7．保护电路

   为了保证安全工作，电源中设置了各种各样的保护电路，依次为：辅助电源民压输出过高保护、各输出电压短路或欠压保护、+5V、+12V空载或轻载保护等。

市售电源中，质量较好的电源还具有双重过电压保护功能，一般是用压敏电阻并接在输入回路及高压滤波电容的两端，当外界输入电压过高时，可以及时切断电源，对整机起到一个保护作用。

8．输出电路

   在开关变压器T1初级脉动的交流脉冲被感应到其各副绕组，经高频整流滤波后得到微机所需的±5V、±12V和+3。3V直流电压。以+5V电压为例：开关变压器副绕组感应的高频交变脉冲经VDB11肖特基对管全波整流，输出的脉动直流首先经L2、C13滤波、现通过L3和C14组成的LC滤波回路，滤掉其中的高频部分。L2为高导磁性高频磁环，各路输出电压在其上都绕组（+、- 电源绕组相位不同），因它对几+KHZ的高频脉冲感抗很高，因此可滤掉直流电压中混杂的大部分高频脉动成分，以保证输出电流的纯净。输出的各路电压幅度过高或过低，或缺少某路电压，会使保护电路动作，使整机停止工作。接插到主板上的排线包含了电源输出的各路电压及控制信号，ATX电源输出排线各脚定义见表1。各路输出的额定电流见表2。

9．PW-OK信号的形成

   PW-OK信号（在AT电源中及部分电源板上称P。G信号）是微机开机自检启动信号，为了防止开机时各路输出电路程序不定，CPU或各部件未进入初始化状态造成工作错误及突然停电时，硬盘磁头来不及移至着陆区造成盘片划伤，微机电源中均置了PW-OK信号，对该信号的要求是在开机时应+5V电压稳压后再延迟100-500MS才发出；而在停电时

Pin

导线颜色

功能

1

桔黄

提供+3.3V电源

2

桔黄

提供+3.3V电源

3

黑色

地线

4

红色

提供+3.5V电源

5

黑色

地线

6

红色

提供+3.5V电源

7

黑色

8

灰色

Power OK 电源正常工作

9

紫色

+5VSB提供+5V Stand by 电源供电源启动电路用

10

黄色

提供+12V电源

11

桔黄

12

蓝色

提供-12V电源

13

黑色

地线

14

绿色

PS-ON电源启动信号，低电平一电源开启，高电平一电源关闭

15

黑色

地线

16

黑色

地线

17

黑色

地线

18

白色

提供-5V电源

19

红色

提供+5V电源

20

红色

提供+5V电源

表1电源输出排线功能一览表

电源各输出端

+5V

+12V

+3.3V

-5V

-12V

+5VSB

额定输出电流

21A

6A

14A

0．3A

0．8A

0.8A

表2。ATX电源各路电压的额定输出电流：（单位：A）

则应比+5V电压至少提前100-200MS消失，该部分电路图。见图3。PW—OK信号是由IC5。VT21及周围元件完成的。开机后，TL494③输出的高电平使VT21截止。+5V基准电压经R44对C30充电。当C30上电压达到2。5V时，IC5才动作，输出高电平，从而达到延迟的目的：关机时，PS—ON电路发出的关机信号使TL494立即停止工作，TL494③脚输出的低电平使VT21导通，IC5输出低电平，而此时电源各路输出电压的滤波电容上贮存的电荷并不能马上消失，从而达到PW—OK信号比主电源提前消失的目的，若失去PW—OK信号，开机后，机器会一直处于复位状态，此时硬盘灯会常亮，相当于一直按下RESET键不放的状态：若PW—OK信号与电源各路输出电压的时序不对（一般指PW—OK信号延迟时间不足）则开机后机器不能启动，需按RESET键后才能启动,要注意区分以上故障.

        10.+3.3V电压二次稳压电路

        输出到主板上的+3.3V电压一般为CPU等配件供电,为使+3.3V输出电压更稳定.ATX电源在自体自动控制电压的基础上,在T1的次级+3.3V电压的输出负载网络进行二次自动稳压

控制电路,如图4所示.由IC7,VT7,VT8,VD30,VD31和二只高频园形电感耦合变压器L8,L9等组成了反馈电路.当+3.3V电压低于标准值时,R31上的采样电阻将这个电位变化送到比较放大器的控制极R端,VR-VK最终导致VT8,通过VD30, VD31,在L8 ,L9高频变压器的次级线圈上流过的励磁电流增加,反射到变压器的初级线圈,使阻抗ZL8,ZL9降低,使T1次级送到整流二极管VD17, VD18的脉冲电压幅度增大,使输出的直流电压回升.反之,通过L8,L9这两个可变阻抗的变 换元件,使输出电压降低,完成二次稳压功能,为使+3.3V输出电压更准确,R32和C41组成消尖峰吸收电路来净化稳压电源.

纵上所述,接通电源后,220V交流电压经繁流滤波电路,输出+300V直流高压.此电压同时加到推挽开关电路和辅助电源上,因推挽开关电路的开关功率管没有激励脉冲而处于待机状态,辅助电源一经得到工作电压便开始工作,送出脉宽调制电路.PS—ON控制电路.保护电路等电路所需的工作电压以及主板的+5VSB待机电压,但因此时没有得到PS—ON主机的控制信号,PS—ON控制电路输出高电平锁住PWM脉宽调制电路使其不起振,此时电源处于待机状态.按下面板的开机触发开发,PS—ON控制电路得到控制信号,解除对脉宽调整制电路的锁定,PWM电路开始工作,输出受控的脉宽可变的交流脉冲推动推挽开关电路中的推挽功率管,并时刻根据输出电压的波动来调整冲宽度,以保证输出电压的稳定.推挽开关电路中,推挽功率管依次开关,产生的脉动交变电压被开关变压器感应到副级,经输出电路整流滤波,形成主机所需各路电压.保护电路则监视各路输出电压,当发生过压,欠压故障时及时启动,使PWM电路停止工作,以保证电路及主机的安全.

二.兼容机ATX电源的特点

目前市场上的电源品牌较多,质量也良莠不齐.在ATX电源中,元件基本上可以分为两大类,一类为功能性元器件,在电路中的作用相当重要,损坏或缺少会直接影响电路的基本功能;另一类在电路中不太重要,称为技术性元件,像电路中的滤波电容,脉冲吸收电路等,在电路中起提高指标和改善电路性能的作用,它的损坏,缺少或变值仅使电路性能变坏或产生轻微的故障.为了追求较低的生产成本,许多杂牌电源厂家使用的元件是能省则省,功能性的元件也达不到额定的功率和要求.市场上的杂牌ATX电源有以下几个特点:

1.       输出电压的精度及稳定性较差

品牌机ATX电源的开关变压器采用单独的输出绕组,并且-5V,-12V绕组的输出电压一般经集成稳压器稳定至额定电压后再输出,因而精度较高,兼容机ATX电源的开关变压器,其+12V,-5V -12V的输出均采用一个绕组,除-5V稳压外,其余均直接输出.当+5V负载较轻时,其它组输出电压较低;+5V负载增加后,由于电路振荡加强,其它各组的输出电压随之上升,因此,精度及稳定性均较差.

2.       电源实际功率与标准不符

杂牌ATX电源的标称一向夸大和失实,其标称参数并不能反映其内在质量.有的标称250W甚至300V的兼容机ATX电源中,开关功率管仅采用了MJEI3007(单管功率为75W),根本达不到标称的功率.其它像开关变压器,输出整流对管等功率元件的功率也远远达不到要求.

3.       保护功能较弱

兼容机ATX电源中一般不设负载电路的过电流保护,当二次绕组的某一组输出产生过电流时,保护电路便不动作,功率管可能因过载而损坏.另外,兼容机ATX电源的控制电路对各路输出电压的过压,欠压的检测不全面,大多从一个综合电路提取电压异常的采样信号,不能全面反映电路的过压和欠压的情况.

4.       PW—OK电路不尽合理

兼容机ATX电源中的PW—OK电路只能在通电时延时,断电时往往比主电源消失还迟,不能达到保护硬盘的目的;有的PW—OK电路灵敏度太高,机器常常重新启动,导致数据丢失.

5.       元器件选用偷工减料

兼容机ATX电源中的一些元器件的选用不尽合理,常导致一些不应有的故障.例如:高压滤波电容的容量为220UF.330UF.470UF不等.在许多号称霸200W的电源中,开关功率管只是T02封装的晶体管,如C3039等,甚至有的采用MJEI3007;+5V. +12V的整流管仅用了一般的快速二极管(应当采用肖特基对管);无论是在高压电路中,还是在低压电路中一概采用1/8W炭膜电阻.

6.       安全性能较差

ATX电源的特点,在微机关机时,电源中的高压整流电路.推挽电路,辅助电源等电路仍要承受交流整流输出的+300V电压.由于关机后,不能彻底切断与外界交流电源的联系,一旦在夜间交流电压升高,常会击穿相关的元器件.为此,一些优质的品牌电源中设置了双重过压保护电路,采用压敏电阻,吸收电路中的过电压脉冲,能够有效地保护电源的安全.另外,许多ATX电源中的保险丝的熔断电流多选在5A左右,而在工作时最大电流又不超过2A.当电路出现短路故障时,保险丝的反应速度太迟,容易造成烧毁功率开关管的后果.

7.       电源输出质量问题

纹波和噪声是伴随着输出电压而存在的.有的兼容机ATX电源中,输出LC滤波电路采用的元件质量不佳或偷工减料导致滤波效果不好,纹波和噪声过大.产生的后果,轻者可能使CPU产生误判,导致电脑死机或无故重启动,重者可能烧坏电脑.ATX电源输出纹波和噪声正常标准见表3.

表3.电源出纹波和噪声标准

输出电压

+5V

+12V

-5

-12V

+5VSB

+3.3V

允许纹波电压(MV)

100

120

100

120

50

50

允许噪声电压(MV)

100

240

200

240

100

100

三.ATX电源的检修技巧与方法

1. 检修与调试的注意事项

计算机电源的硬故障(即物理损坏)占整机故障的40%,尤其是价廉质低的兼容机,其电源故障率更高.在对主机电源进行检测或修复后进行调试校验及上机使用时,应注意以下几点:

(1)    一些进口的ATX电源均具有桥式整流及倍压整流两种方式,用开关来切换,以适应交流输入为110V或220V的不同地区.在给电源加电时,应特别注意额定的工作电压值,并注意选择开关所处的处置.若误将AC 220V接到倍压整流电路的输入端,加在滤波电容和开关功率管上的电压将成倍增加,损坏滤波电容和开关功率管,并烧毁保险丝.

(2)    计算机主机电路一般采用双管半桥它激式的开关振荡电路.当各挡输出负载均为空载时,输出电压会升高,导致保护电路动作,开关振荡电路会自动保持截止状态,各输出端无电压输出.另外,在±5V.±12V直流电压输出中,只要有路发生故障,电源便进入保护状态,直流电压全无输出.

(3)    计算机主电源均以+5V电压作为主输出,故取样电路及过电压保护电路均以该挡电压为基准,在使用,调试,校验进,+5V挡输出负载最好不少于额定负载的30%,否则会影响其它各挡输出的电压值,在+5V档为空档而其它各挡均加载时,会损坏电源.,

(4)    计算机主电源的过电压和过电流保护电路均为截止工作方式,即一旦保护电路启动,即无输出电压,在故障排除后,只有重新启动电源才能恢复输出.

(5)    在ATX电源内均有一个轴流风扇,对开关功率管和整极管及稳压电路进行强制冷却,有的电源中,该风扇是接在+12V输出电路中,如果电源输出正常,风扇应正常运转.但有的电源中,该风扇是接在交流电网中的,故风扇旋转很难说明电源是否工作正常.

(6)    当电源的+5V输出处于负载过小或空载时,保护电路工作,电源停止工作,+12V轴流式风扇在开启电源时转动片立即停转,只要加上适当的负载,电源即能正常工作,

(7)    由于开关电源原边直接和220V交流电源相连,因此通电后不允许触摸该部分任何元件,以免受到电击,另外,拖措的电路板要注意绝缘,以免通电后短路.

(8)    当电源不起振,断开电源开关后,C1.C2高压电容上仍存有的+300V高压无回路快速泄放,检修时要注意先放电,或稍待片刻(C1.C2两端并联的均压电阻可形成泄放回路)再进行测量检修,以免受到电击或对方用表造成损伤.

(9)    开关电源必须和主机板脱离后,接上假负载才能检修,以免对主机及电源本身造成损坏,这一点在整个维修过程中一定要特别注意,以下不再特别说明.电源和主机脱离,包括拔下电源和主板的两个插头以及电源到各配件的连接插头,以免在维修过程中电源输出不正常对主机及各配件造成损伤.专业维修人员的假负载可按图5电路制作,业余维修时也可截取相应阻值的电炉丝临时代用.因+5V输出电流最大且+5V输出是稳压电源的取样点,假负载要接在+5V输出端并保证接触良好,每次接通开关的时间不能太长.笔者平时是用一块损坏的兼有AT和ATX插座的主板做假负载的,把电源输出插头插在主板插座上即可,即方便又实用.

(10)检修常用到的工具有;万用表电烙铁,带有开关的插座,稳压电源,调压器等,

2. 检修技巧与步骤

开关电源采用脉冲宽度调制(PWM)稳压系统及过流,过压,欠压负载保护电路,因此各环节任一电路出问题都可能引起开关电源电路不能正常工作,开关电源不工作,有的是由于电源故障而产生,有的则是自保电路工作处于保护状态而造成的.其中,辅助电源为整机保护,启动等电路提供工作电压,因此首先要保证部分电路工作正常,检修电源常采取的方法和步骤如下:

(1)          打开电源盒之前,详细询问故障的起因:包括电源是如何损坏的(自然损坏?过压?人为损伤?负载短路?)是否交由他人修理过,为以后的电路分析提供依据.

(2)          直观检查:观察待修的电源中有无焦黑,爆裂,变色,变形的元器件及有无明显的短路,虚焊点或断路点,找出明显损坏的元器件,并根据元器件损坏的情况判断电源损坏的原因,例如,电源经受过高电压冲击,保险丝会融断发黑甚至爆裂,高压电容击穿漏液甚至外壳炸飞,开关功率管封装爆裂,电路原边部分电阻烧毁颜色发黑等;而当发现电源输出部分众多滤波电容有漏液痕迹时,则说明滤波电容遭受过高电压冲击,从而可断定属电源失控输出电压过高所致.从保险丝熔断的状况也可以判断故障的轻重,如保险丝只是中间部分一小段熔断,说明只是自然性熔断,电源中没有严重的短路故障,可能只是一时的负载过重或外电网干扰导致过流等,此种情况下,一般只要更换一个合适的保险丝即可;若保险丝因电流过大气化而使保险管玻壳焦黑不清,颜色发亮甚至使保险管玻壳爆裂,则说明电源中存在严重的短路,此时就一定不能单纯地去更换保险丝了,待查明原因后才能重新换保险丝加电检测

(3)    静态检查:在电源不加电的情况下,在直观检查的基础上,用万用表检测找出电路中存在的硬故障,重点是明显绕坏的元件器的相关电路,通过静态检查,应该损坏的元器性基本检测出来,以给下一步通电检测创造条件,根据电源的工作原理,将电路划分成几个区域分块检测,具体检测方法如下:

       (1)电源输入回路的检修,包括从电源进线两电源线间的电,抗干扰电路至滤波回路,其中的易损件为保险丝FDI,限流电阻RHHI交流滤波电容CO1与CO5,整流桥VDBI,高压滤波电容C1,C2,不合上电源开关,用万用表RXIK挡测量阻,如表针先偏转至几十K位置再渐至几点K近(注意有的电源的交流进线端并有一只100K的电阻,则表.。