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ATX电源工作原理与维修技巧

一、原理分析


1.待机电源

待机电源又称辅助电源,电路见附图。

自激振荡部分由Q03,T3,C14,D04,2R21,2R22,2R4等元件组成;稳压部分由IC5(电压基准源),IC1(光祸),Q4(PWM)等元件组成;保护和尖峰吸收部分由Q4,2823、2R10,C02及2R5、C05A,D06等元件组成。

可见待机电源的构成与部分彩电开关电源(带光祸的)基本一致,详细工作过程也大致相同。

T3次级,一路由DOIA和C09整流滤波输出十22V,为驱动电路T2初级和IC2 (TIA94CN )⑩脚提供工作电压。一路由DOf、C03、IA, C05整流滤波输出+5VSB (Stand By),由一根紫色导线经ATX插头送到主板上电源监控部件电路,为该电路提供待机电压。

别看待机电源结构简单,在微机系统中却占据着重要地位,一方面它给主控PWM电路和担任多种信号处理的四比较器供电,保障ATX开关电源自行运转;另一方面,它又像永不熄灭的火种,向主机提供待机电压。

2.主开关电源

(1)主控PWM型集成电路TL494CN简介TLA94CN内部由振荡器、死区比较器、PWM比较器、两个误差放大器1和2、触发器、逻辑门、三极管Q1,Q2,基准电压调节器以及由两个滞回比较(器施密特触发器)组成的欠压封锁电路等部分组成。其中⑤脚、⑥脚外接定时电容和定时电阻;由触发器和逻辑门构成的逻辑电路由⑩脚控制输出方式,在电脑ATX开关电源中(13)脚接5V基准电压,使内部三极管QI,Q2工作在推挽输出方式;基准电压调节器将待机电源经(12)脚提供的22V工作电压转换为5V基准电压,由(14)脚输出。

(2)脉宽调制与驱动电路得到主机启动指令后IC2(TL494CN)立刻由待机状态转人工作状态,⑧脚、⑧脚输出相位差为1800的PWM信号,使17初级一侧的Q1,Q2轮流导通或截止,并经T2次级L3 ,LA绕组的藕合,驱动QO1,Q02也为轮流导通或截止,共处于双管推挽工作方式。电路通过D02,D03钳位,吸收反向尖峰电压,保护Q1,Q2不被击穿;C08,D12,D13用以抬高Q1、Q2的e极电平,保证Q1,Q2的b极当有效低电平脉冲出现时可靠截止:由R10,D14,R54,R55、C36及R51、R56、R57、R58等组成电流取样支路,将QI,Q2工作电流从T2初级绕组抽头引出,经以上元件限流、整流、滤波、分压,完成电流误差,信号的取样,送到IC2⑩脚,即误差放大器2的同相输人端。

IC2①脚外围4个电阻,组成电压取样,支路,分别经R15,R16对+5V,+12V输出电压进行取样、叠加,再与R33、R69(并联)分压,完成电压误差信号的取样,送到IC2①脚,即误差放大器I的同相输人端。以上两个误差信号,经IC2内部误差放大器I和2放大、叠加,再经PWM比较器进行脉宽调制,改变Ql、Q2和QOI、Q02导通/截止时间比,从而达到自动稳压目的。另外IC2②、③脚之间C31、R43组成误差放大器1的消振、校正电路。

(3)他激式双管推挽半桥功率变换器他激式双管推挽半桥功率变换器,简称半桥变换。半桥是因对功率开关变压器的推动只用了1组双管推挽电路而得名。采用半桥变换,有利于转换效率的提高和电源功率的增大,有利于增加稳压宽度和提高负载能力,并且可缩小体积、减轻重量。
当QO1导通,Q02截止时,+300V电压和C5放电电流经QO1的c,e极-T2绕组L5-Tl初级绕组-C9-C6,构成对C6的充电回路,将电能存储在C6中;当QO1截止,Q02导通时,存储在C6上的电能及十300V对C5的充电电流,由C6经-C9-T1初级绕组-T2绕组L5-Q02的。,e极叶热地,构成对C6的放电回路。从以上这个振荡周期中可以看出:无论QO1导通或Q02导通,流经T1初级绕组工作电流大小相等、方向相反。电路中其他元件功能:1)Dl、D2功能同D01、D02a2)C7、C8加速电容,利用充Z放电加速开关管导通或截止。3)D3,D4,R4,R6和D5、D6,R5、R7为加速电容提供充/放电回路,并为开关管b极建立负偏压。4)C10,R8吸收开关管电流换向时所产生的谐振尖峰脉冲。5)C9隔直,隔断流经T1初级绕组电流中的直流成分,防止T1产生偏磁。

3.t5V,t12V,3.3V整流滤波输出电路

(1)由于流经TI初级绕组工作电流是大小相等、方向相反,因此在次级绕组两端所感应的脉冲电压也是大小相等、方向相反,这样就可以方便地利用共阴极二极管或共阳极二极管进行全波整流,用共阴极整流得正极性直流电压,用共阳极整流得负极性直流电压。D21、D22,D23外形参看附图,D21和D23外形像大功率三极管,内部是共阴极肖特基二极管,D22是用两个分离的快恢复二极管,将阴极焊在一个铁片上构成的共阴极。它们分别是+5V、+12V、+3.3V的全波整流管。另用D24,D25和D27,D28在电路中按共阳极接法,分别担任一5V和一12V全波整流,也采用快恢复二极管。
(2)各路输出采用LC滤波,在这里要注意L2的接法。L2有5个线圈(其中2、3并联)担任15V、土12V滤波,为了利用这种正负关系,使L2发挥共模扼流的效应,线圈采取共用磁芯,并将两路负电压进行反接。

(3)因IC2内部PWM未对3.3V取样,该电压另设由IC4,Q5,D30,D31等组成的反向电流反馈自动稳压电路。IC4及其外围元件对3.3V电压取样,经Q5放大并转换成电流误差输出。假设输出电压上升,将引起IC4的K极电平下降,使Q5电流上升,经D30,D31分别向LO1、L02注人反向电流增加,两个线圈的感抗增大,使整流输出电压下降。反之,向这两个线圈反向注人电流减小,则可使整流输出电压上升,从而达到自动稳压目的。

4.过压、欠压和过流自动保护控制电路
本电路主要由IC3⑤脚内部担任保护比较器和IC2④脚内部死区比较器组成。正常情况下,IC3同相输人端⑤脚电平低于反相输入端④脚,输出端脚输出低电平,不影响电源工作。一旦⑤脚电平高于④脚,则跳变为高电平加到IC2④脚,通过内部?死区比较器,中止ATX开关电源工作。当+5V过压时,}Z02fQR17取样会使⑤脚电平升高;当一V,-12V欠压时,经D32,R41、R34取样会使⑤脚电平升高;当负载电流加重(如输出端严重短路)时,也会使⑤脚电压升高。以上三路取样信号,只要有一路超限,就会引起自动保护控制电路发生跳变,使ATX开关电源进人死区保护。辽宁高福永

5.PS-ON信号处理电路
本电路由IC3内部启/闭比较器担任。PS-ON信号是通过一根绿色细导线经ATX插头、插座,与主板启/闭控制电路进行通讯,当启/闭控制电路的电子开关处于断开状态时,IC2⑩脚5V基准电压经R36,作为高电平通过绿色导线加到主板启/闭控制电路上,同时5V基准电压又经R37加到IC3"启z闭比较器反相输人端⑥脚,输出端①脚输出低电平,经D34将保护,比较器同相输人端电平拉低,使其输出端②脚输出高电平加到IC2④脚,通过内部死区比较器使⑧脚、⑧脚无PWM信号输出,也即对主开关电源进行封锁。当主板启/闭控制电路的电子开关接地时,PS-ON信号变为低电平,经R37加到启/闭比较器反相输人端⑥脚,①脚输出高电平,D34截止,使④脚恢复正常时的高电平,②脚则输出低电平加到IC2.脚,解除死区封锁,使ATX开关电源得以启动。

6.P.G信号处理电路及断电应急处理电路(1)P.G信号处理由IC3⑩脚内部P.G比较器担任。P.G(或PW-OK)信号是ATX开关电源向主机系统报告可以正常工作的信号,P.G即为PowerGood的缩写。只有微机系统检测到是正常的P.G信号,才能启动ATX开关电源,如果检测不到P.G信号或P.G信号延时不符合要求,系统则禁止对ATX开关电源的启动。IC2⑩脚输出5V基准电压经R62与R53、R60,R61分压加到IC3⑩脚,同时又经R643109充电(R-It N7常数320ms),再经R63将充电电压加到⑧脚。因同相输人端⑧脚充电电压上升较慢而低于反相端⑩脚电平,使输出端⑩脚输出低电平。当⑧脚电平上升并高于⑩脚时,⑩脚跳变为高电平,输出经过延时的5V"P.G"信号。延时要求100-500ms,实际延时与电路选择的RC时间常数有关。
(2)断电应急处理电路由IC3⑨脚内部断电比较器担任。电脑运行过程中难免发生意外断电,如跳闸、电业拉闸、线被刮断、遭雷击等等,为此ATX开关电压设置了断电应急处理电路。意外断电,会使IC2内电流、电压误差取样放大器1和2输出突然下降,IC2③脚电平突然变底,经R48加到IC3断电比较器同相输人端⑨脚,使其输出端⑩脚输出低电平,经R50,R63将⑧脚电平拉低,⑩脚跳变为低电平,以此"P.G信号突然消失的方式,将断电噩耗传送主机,让主机停止正常运行,做好关机处理。

{mospagebreak title=ATX开关电源的维修技巧}

二、ATX开关电源的维修技巧

1.ATX开关电源电路板特点是元件高度密集,而且立体分布,最低的元件只有2mm高,而最高的可达50mm高,中间可把各种元件高低分成4-5层,尤其是两个大散热片的遮挡,使许多元件根本看不到,不要说进行检查和测试,有些大元件虽能看到,但表笔却无法插到它的引脚上。若从背面直接测试焊点,又因为大部分元件连正面位置都无法确定,怎么与背面焊点进行对应?因此,维修时最好是先将两个大散热片拆除,这样电路板上各种元件会透亮一些,维修起来也更方便和安全。

2.待机电源的损坏往往都很严重,而且维修时经常出现反复,但ATX开关电源印刷电路一般都很窄,焊盘也很小,经不起多次焊接,容易脱落,导致故障越修越糟。解决方法是,从有可能需要多次代换元件的焊点上,引出一根短线,先将元件焊在短线上进行试验,以减少对焊点的焊接次数。

3.ATX开关电源保险管一般为4A,5A或6A,在额定输出功率条件下有一定的保护作用,但在维修时,因输出功率很小,保险管就起不了保护作用,如果盲目通电,恰电路仍存在隐患,就会出现旧故障尚未排除又添新故障。为防患未然,首次通电应串联1A保险管,如果IA保险管烧断,说明待机电源存在短路,应先修待机电源。如果IA保险管未烧断,将1A保险管换成2A保险管后继续通电,如果2A保险管烧断,说明主开关电源存在短路,则将主开关电源修好。如果2A保险管未烧断,说明整机虽有故障,但不属于短路性故障,排查顺序仍按先待机电源后主开关电源,而且仍用2A保险管做维修过程的意外保护。

4.空载能使+12V有0.6V上升,而对于采用反向电流反馈自动稳压的3.3V电压,不但不上升反而下降到1.86V,这种情况容易产生误判,盲目维修,可能没病倒要修出病来。
为避免空载使输出电压发生变化,最好用光驱做负载。接上光驱后各路电压趋向正常,不但有光驱工作指示灯可做电源输出显示,而且还可利用耳机发出的乐曲进行监听。因为光驱功率适中(5V/IA,12V/1.5A),既满足维修需要,又不会使开关管、整流管发热,可以放心将它们的大散热片拆除,且又正好适合用2A保险管做意外保护,真可谓一举多得!
{mospagebreak title=ATX电源维修实例}

三、故障检修

[例1]电脑出现无规律频繁启动。

用户反复检查无结果,请求支援。打开机箱左侧盖,在ATX插头上检测各路直流电压,有不稳现象。再打开ATX开关电源,发现470[LF/200V的C5和C6顶部凸起,说明两个大电解失效,造成输出电压纹波增大,导致电脑频繁启动。注:如果只有一个大电解损坏(漏液),多为与其并联的均压电阻开路,需要一起更换。

与此相关的故障还有待机电源T3次级两个滤波电容C03和C09,因紧靠整流二极管,使其失效率增高,出现类似故障应注意对它们的检查。?

[例2]主板红色LED指示灯不亮。

测ATX插头+5VSB电压为OV,检查待机电源,发现Q03击穿,2823开路,Q4炸裂,待机电源损坏严重,因而造成无+5VSB电压输出。注意:本文中Q03为SSP型场效应管,其他机型有采用三极管的,在路检查应首先看清开关管的类型,以区别它们的极性,否则很容易产生误判。

与此相关的故障还有启动电阻变质(阻值增大)或开路,反峰高压脉冲吸收元件D06,C05A击穿,稳压部分ICl、IC5损坏等。以上元件的损坏或击穿原因,都是由于待机电源因不受控制而长期工作(大多数用户长年不拔电脑电源插头),饱受高温老化导致损坏率增高,特别是在雨季,还可能遭雷击危害。

[例3]电脑无法启动。

观察主板红色LED指示灯亮,测+5VSB电压正常,但各路输出电压为OV。打开ATX开关电源,在路检查发现D23击穿。显然是由此引起过流保护,因而造成ATX开关电源无输出。注意:在3.3V输出端有一个1W的低阻值电阻R68,即使D23未击穿,在路测试也呈短路状态,因此检查D23时,应将该电阻断开,以免产生误判。

与此相关故障还有驱动开关管Q1,Q2,半桥变换开关管QO1,Q02,整流输出电路的全波整流管D21、D22。在它们之中,只要有1个元件被击穿,都会导致本故障发生。注意,所有整流二极管必须都是快速恢复管(l00kHz),不能用普通整流二极管代换。

[例4]叼故障现象同例30
先在路检查未发现有击穿现象,决定进一步通电检查(需将PS-ON绿色导线接地),测试TO⑤脚电压由正常1.01V变为2.47V,高于④脚1.26V,②脚输出高电平3.9妙,IC2④脚由低电平0.04V变为高电平3.61V,使ATX开关电源进人死区保护。用一根导线将IC2④脚对地短路,迫使ATX开关电源退出死区保护,结果各路输出电压正常,不存在过压、欠压和过流,极有可能是取样支路有问题。

IC3有三路取样支路,决定先检查由D37,R34,R41、D32组成的一5V和一12V欠压保护取样支路,结果很快发现R34开路。由于R34开路,引起取样电压升高,导致ATX开关电源误人死区保护,因而造成各路无输出。

[例5]ATX开关电源无输出。

测待机电源输出正常,但主电源不工作,查各开关管和整流管未见异常,但IC2⑩脚输出电压仅为1.32V,正常应输出稳定的+5V基准电压,测⑧、⑧脚电压由正常值2V左右(待机电压)上升至22V,说明芯片内部有短路,将其换新后故障排除。TL494和KA7500引脚功能完全一致,可直接互换。
[例6] 开机瞬间测+12V有输出,但很快降至ov。

故障时测IC2(14)脚输出电压仅为1.30V,但测⑧脚、(11)脚电压保持2.38V(待机电压)没有改变。这种情况不能轻易确定TL494损坏,需要通过检测各脚对地阻值和检测各脚外围元件进行排查。经过检查未见异常,又检查IC3(C30205)③脚外围元件仍未发现问题,决定取下IC3。在IC3空缺情况下,测IC2(14)脚输出电压恢复正(常为实测4.98V)。用一块LM339N代换C30205后故障排除。事后用LM339N和这块C30205进行对比测试(各脚对(12)脚),发现其他各脚都一样,只有③脚有些差异,C30205为5.5kf , LM339N为6.6kf,仅此IM之差,结果却是天壤之别!

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ATX电源原理图
ATX电源原理图

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