爱在天堂最新电脑ATX电源电路原理分析与维修教程整理

2021年1月19日发(作者：毕松)

ATX

电源的经典维修

ATX
电源结构简介

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。下面以市面 上使用较多的银河、世纪之星
ATX
电源为例，讲述
ATX
电源的工作原理、
使用与维修。其主电路整机原理图见图
13-10
，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。其原理方框图见图
13-1，从图中可以看出整机电路由交流输入回路与
整流滤波电路、推挽开关电路、辅助开关电源、
PWM
脉宽调制及推动电路、
PS- ON
控制电路、自动稳压与保护控制
电路、
多路直流稳压输出电路和
PW-O K
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
13-1
主机电源方框原理图

1
、交流输入、整流、滤波与开关电源
电路





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：一是指电脑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电脑本身的干扰。通常要求电 脑对通过电网进入的干扰信号抑制
能力要强，通过电网对其它电脑等设备的干扰要小。


推挽开关
电路
由
Q1
、
Q2
、
C7
及
T3
，组成推挽电路。推挽开关电路是
ATX
开关电源的主要 部分，它把直流电
压变换成高频交流电压，并且起着将输出部分与输入电网隔离的作用。推挽开关管是该 部分电路的核心元件，受脉
宽调制电路输送的信号作激励驱动信号，当脉宽调制电路因保护电路动作或因 本身故障不工作时，推挽开关管因基
级无驱动脉冲故不工作，电路处于关闭状态，这种工作方式称作他激 工作方式。


本章介绍的
ATX
电源在电路结构上属于他激式脉宽 调制型开关电源，
220V
市电经
BD1
～
BD4
整流和< br>C5
、
C6
滤波
后产生
+300V
直流电压，
同时
C5
、
C6
还与
Q1
、
Q2
、C8
及
T1
原边绕组等组成所谓“半桥式”直流变换电路。
当给
Q1
、
Q2
基极分别馈送相位相差
180
°的脉宽调制驱动脉冲时，
Q1
和
Q2
将轮流导通，
T1
副边各绕组将感应出脉冲电压 ，
分别经整流滤波后，向电脑提供＋
3.3V
、±
5V
、±
12V

５组直流稳压电源。



THR
为热 敏电阻，冷阻大，热阻小，用于在电路刚启动时限制过大的冲击电流。
D1
、
D2是
Q1
、
Q2
的反相击穿保
护二极管，
C9
、
C10
为加速电容，
D3
、
D4
、
R9
、
R10
为
C9
、
C10
提供能量泄放回路，为
Q1
、
Q2
下一个周期饱和导通
作好准备。主变换电路输出的各组电源，在主机未 开启前均无输出。其单元电路原理如下图
13.2
所示：


图
13-2

交流输入、整
流、滤波与开关电源单元电路图

2
、辅助电源电路


整流滤波后产生的
+300V
直流电压还通过
R72
向以
Q15
、
T3
及相关元件组成 直流辅助电源供电电路。
R76
和
R78
用来向
Q15
提供 起振所需的初始偏流，
R74
和
C44
为正反馈通路。



该辅助电源输出两路直流电源：
一路经
Q16
稳压后送出
+5VSB
电源，
作为电脑中主板“电源监控”部件的供电电
源；另一路经
B D6
、
C29
整流滤波后向由
IC1
及
Q3
、Q4
等组成的脉宽调制及推动组件供电。正常情况下，只要接通
220
伏市电，该 辅助电源就能启动工作，产生上述两路直流电压。其单元电路原理如下图
13.3
所示：


图
13-3
直流辅助电源单元电路图
























3
、
PWM
脉宽调制及推动电路

IC1
（
TL494
）等组成
PWM
电路。
PWM
（
P ules Width Modulation
）即脉宽调制电路，其功能是检测输出直流电
压 ，与基准电压比较，进行放大，控制振荡器的脉冲宽度，从而控制推挽开关电路以保持输出电压的稳定，主要由< br>IC1

TL494
及周围元件组成。
其单元电路原理如下图
13.4
所示：


图
13-4

PWM
脉宽调制及推动单元电路图


TL 494
的简单 工作原理是：当
IC1
的
VCC
端
{12}
脚得电后，内部 基准电源即从其输出端
{14}
脚向外提供＋５Ｖ
参考基准电压（
Vref< br>）。首先，该参考电压分两路为
IC1
组件的各控制端建立起它们各自的参考基准电平： 一路经
由
R38
、
R37
组成的分压器为内部采样放大器的反相输入 端
{2}
脚建立
+2.5V
的基准电平，另一路经由电阻
R90、
R40
组成的分压器为“死区”电平控制输入端
{4}
脚建立约
+0.15V
的低电平；其次，
Vref
还向
PS- ON
软开
/
关机电路及自
动保护电路供电。



在
IC1{12}
脚得电，且
{4}
脚为低电平的情况下，其
{8}
脚和
{11}
脚分别输出频率为
50
ｋＨｚ（由定时元件< br>C30
、
R41
确定），相位相差
180
°的脉宽调制信号， 经
Q3
、
Q4
放大，
T2
耦合，驱动
Q1
和
Q2
轮流导通工作，电源输出端
可得到电脑所需的各组直流稳压电源。若使
{4}
脚为高电平，则进入
IC1
的“死区”，
IC1
停止输出脉冲 信号，
Q1
、
Q2
截止，各组输出端无电压输出。电脑正是利用此“死区控制 ”特性来实现软开
/
关机和电源自动保护的。



D17
、
D18
及
C27
用于抬高推动管
Q3
、
Q4
射极电平，使得当基极有脉冲低电平时
Q3
、
Q4
能可靠截止。


4
、自动稳压电路




（
1
）
+3.3V
自动稳压控制电路

ATX电源在
T1
副边
+3.3V
输出端设置了二次自动稳压控制电路，
通过改变
L6
可变感抗，
控制
3.3V
输出电压精
确稳定 。若输出电压上升，经
R31
、
R30
取样的
IC4
（WL431
）
Ur
电位上升，
Uk
电位下降，
Q11< br>饱和导通。在
T1
副
边
N2
绕组
L6
侧交变 矩形脉冲正半周期间
D11
截止，
D13
导通，
Q11
的< br>c
极电位
0.7V
；在负半周期间，
D13
截止，
D 11
导通，由
Q11
的
e
、
c
极饱和导通向
L6
注入的反向电流使
L6
可变感抗增大，导致
D12
整流输出电 压降低。反
之，
Q11
导通程度减弱，注入
L6
的反向电流使
L6
可变感抗减小
D12
整流输出电压上升。图中
R29
、
c25
组成
IC4
（
WL641
）的负反馈控制电路。


图
13-5
＋
3.3V
自动稳压单元电路原理图

（
2
）+5V
、
+12V
自动稳压控制电路

由于
IC1{2 }
脚（内部采样放大器反相端）已固定接入
+2.5V
参考电压，同相端
{1 }
脚所需的取样电压来自对电源
输出
+5V
和
+12V
经< br>取样电阻
R33
、
R34
、
R35
的分压。
图中
R39
、
C32
组成误差放大器负反馈电路。此后将
①脚与{2}
脚比较，
+5V
或
+12V
电压升高，使得
{1 }
脚电压升高，根据
TL494
工作原理，
{8}
、
{11 }
脚输出脉宽变窄，
Q1
、
Q2
导
通时间缩短，将导致直流 输出电压降低，达到稳定输出电压的目的。当输出端电压降低时，电路稳压过程与上述相
反。


图
13-6
+5V
、
+12V
自动稳压控制单元电路原理图

6
、自检启动（
PG
）信号产生电路



一般电脑对
PG
信号的要求是：
在各组直流稳压电源输出稳定后，
再延迟< br>100
～
500
毫秒产生
+5V
高电平，
作为电脑控制器的“自检启动控制信号”。


图
13-7
自检启动（
PG
）信号产生电路




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，
I C5
的
3
脚同相端输入低电位，
低于
2
脚反相端输入的固定分压比
（由
Vref
在
R105
和
R106
上的分压决定，为
1.85V
）
，
IC5
的第
1
脚输出为低电位，
PW- OK
向主机输出
零电平的电源自检信号，主机停止工作处于待命休闲状态。

开机的瞬间
IC1
的
3
脚电位上升，
Q21
由饱和导通进入 放大进而截止状态，
e
极电位由
Vref
经
R104
对C60
进
行充电，随着
C60
充电的逐渐进行，
IC5
的
3
脚控制电平逐渐上升，一旦
IC5
的
3
脚同相端电位高 于
2
脚
反相端参
考电压，
IC5
的第
1
脚 输出高电平的
PW-OK
信号。该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
，
通知电脑自检启动成功，电源已准备好。
。
< br>在主机运行过程中若遇市电掉电或用户关机时，
A
TX
开关电源
+5V
输出端电压必下跌，这种幅值变小的反馈信
号被送到
IC1
组件的电压取样放 大器同相端
1
脚后，将引起如下的连锁反应：使
IC1
的反馈控制端
3
脚电位下降，
经
R63
耦合到
Q21
的基极，随着
Q21
基极电位下降，一旦
Q21
的
e
、
b
极电 位达到
0.7V
，
Q21
饱和导通，
IC5
的
3< br>脚电位迅速下降，
当
3
脚电位小于
2
脚的固定分压电平时，< br>IC5
的输出端
1
脚将立即从
5V
下跳到零电平，
关 机时
PW-OK
输出信号比
A
TX
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
电时硬盘磁头来不及 移至着陆区而划伤硬盘。




















7
、
软开
/
关机（
PS
－< br>ON
）电路



电脑通过改变
PS
－ON
端的输入电平来启动和关闭整个电源。当
PS
－
ON
端悬空 或电脑向其送高电平（待机状态）
时，电源关闭无输出；送低电平时，电源启动，各输出端正常输出直流 稳压电源。


图
13-8

软开
/
关 机（
PS
－
ON
）单元电路原理图




PS
－
ON
电路由
IC10
、
Q7
、Q20
等元件构成。
PS-ON
信号控制
IC1
的
4< br>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
信号为高 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
、±
5V
、±
12V
的输出电压。与此同时，因
Q7
饱和，
Q20
也饱和，使得
Q5
基极 （保护电路控制输入端）被对地短路，禁止保护信号输入，保护电路不工作。


当将
PS
－
ON
端对地短路或软开机（电脑向
PS
－
O N
端送低电平）时，
IC10
的
Ur
为零电位，
Uk
电位升至
+5V
，
Q7
截止
D25
、
D40不起作用，
IC1{4}
脚电压由
R90
和
R40
的分 压决定，为
0.15V
，
IC1
开始输出调宽脉冲，电源启动
工作。 此时
Q20
处于截止状态，将
Q5
基极释放，允许任何保护信号进入保护控制 电路。


8
、±
5V
、±
12V
直流稳压输出电路

T1
副边降压绕组
N2
感应的矩形电压脉冲，
一路经共阴极输出特性的肖特 基二极管
D12
全波整流，
得到单向方波
电压，经电感
L7
、
L5
平滑滤波，在直流负载电阻
R31
、
R30
上得到< br>+3.3V
直流电压。


图
13-9
+3.3V
、±
5V
、±
12V
直流稳压输出电路


T1
副边
N3
绕组感应的交变电压，经快速恢复二极管
D 6
全波整流，一路经共模扼流电感
L1-1
、电感
L4
、
C 16
和
R82
高频滤波回路，输出
+12V
电压。

ATX
开关电源冷却风扇被接在
12V
电压输出端上。另一路经快速恢复二极管D20
，输出约
25V
直流电压，其值
大于辅助电源变压器
T3
接在
N3
绕组整流输出的最大电压，
ATX
电源启动后，由它向IC1
和
T2
原边绕组提供工作
电压。

N3
绕组感应的交变电压，另一路由
D7
、
D8
快速恢复二极管组成半波整流，经 共模扼流电感
L1-2
、电感
L3
，
一路经三端稳压器
79 05
、
C17
、
R15
降压滤波回路，
输出
-5V
电源。
另一路经
C20
、
R14
、
D9
整 流滤波回路，
输出
-12V
电源。
并联在
N3
绕组上的C13
、
R13
尖峰吸收回路，
能有效抑制当整流管截至时出现在
N3
绕组上的尖峰干扰脉冲。


9
、
+3.3V
、
+5V
过压，
-5V
、
-12V
欠压保护电路


如上图
13-8
所示中，
R32
、
ZD4组成
+3.3V
过压取样电路，
+5V
过压取样信号一路加至
Z D5
，另一路加至
R48
，
作为欠压取样电路的偏置电压；由
R46
、
R47
、
R48
、
D21
组成欠压取样电路，< br>-12V
欠压取样信号，接至
R47
，
-5V
欠压取样信号接 至
D21
。
ATX
电源输出电压正常时，保护电路不影响
IC
1
④脚死区控制电平。当出现
+3.3V
输出过压
时，稳压管
ZD 4
击穿导通；
+5V
输出过压，稳压管
ZD5
击穿导通；
- 5V
、
-12V
输出欠压，负电位的绝对值越小，在分
压器
R48< br>、
R46
、
R47
、
D21
的公共节点
D2 2
正极处所形成的监控信号电位越高，导致
D22
导通。过压、欠压保护信号
最终汇集在
Q5
的基极，只要取样信号有一路过压或欠压，
Q5
导通，
C
极
0
电位，
Q6
导通，基准电压
5V
经
Q6
的
e
、
c
极，一路经
D23
、
R4 4
加至
Q5
的
b
极，加强
Q5
的导通，另一路经< br>D24
加至
IC1
④脚，封锁⑧、⑾脚脉宽调制输出，
使
T2
、
T1
停振，停止各路电压。


纵上所述，接通电源后，
220V
交流电压经整流滤波电路，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、保护电路的工作电压以及主板的
+5VSB
待机电压，但因此时没有得到< br>PS-ON
主机的控制信号，
PS-ON
控制电路输出高电平锁住
PW M
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关，PS-ON
控制电路得到控制信号，解除对脉宽调制电路的锁定，
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脉动来 调整脉冲宽度，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