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Tl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,称为高压侧电路;另一部分为开关变压器Tl以后的电路,不和交流220V直接相连,称为低压侧电路。二者通过高压瓷片电容构成回路,以消除静电干扰。从下图中可以看出整机电路由交流输入回路、整流滤波电路、单管开关电路、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。
一、辅助电源工作原理
1.辅助电源本身也是一个完整的开关电源。主要由高频变压器T501、电压型PWM控制器TNY266PN、精密电流控制集成块IC600(431)、光电耦合器PC502等相关元件组成。TNY266PN将开关电源所必需的功率开关管、PWM控制器、高频振荡器、高压启动偏置电路、基准电压、误差放大器和故障保护功能块等全部集成在一起,是属引脚少功能强的高频开关电源芯片。由该芯片和外加少量元件构成电源,电路简单、故障率低、可靠性高。只要ATX电源一上电,辅助电源便开始工作,输出两路电压。其中+5VSB送到ATX主板的“电源监控部件”,用于电源及系统的唤醒服务。15V是主电源控制电路、电源监控保护电路的工作电压。反馈稳压电路由IC600、PC501光耦驱动电路等相关元件构成。
2.阻塞二极管D502与瞬态电压抑制器ZD501组成吸收电路,吸收开关管在关断过程中由于变压器漏感产生的尖峰电压。当TNY266PN内部功率管导通时初级变压器的电压极性上端为正,下端为负,使D502截止,钳位电路不起作用。在MOSFET截止的瞬间,初级变压器变成下端为正,上端为负,此时D500导通,T501的漏感尖峰电压就被ZD501吸收掉,使TNY266PN集成块得到了有效保护。
二、主电源工作原理
1.单管开关电路是开关电源的主要部分,通过脉宽调制电路输送的信号激励驱动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。当脉宽调制电路因保护电路动作或因本身故障不工作时,开关管因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。整个电路的核心是脉宽调制(PWM)控制芯片UC3842,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,从而控制开关电路以保持输出电压的稳定。电源监控电路通过控制UC3S42芯片(7)脚工作电压来控制主电源的工作状态。从原理图1可知电源控制电路主要由控制芯片IC400、光电耦台器PC5501、三极管Q301等元件组成。PC主板“电源监控部件”输出的开机/关机信号“PS-ON”连接到PS224的(4)脚用以控制主电源工作状态。在其触发按钮开关(非锁定开关)未按下时(待机状态),“PS-ON”为+5v,集成块IC400的(4)脚和(3)脚均为高电压,光电耦合器PC501呈开路状态(其中的光电二极管处于反向工作状态).三极管Q301截止,UC3842的(7)脚无电压而停止工作,电源就处于待机状态;当按下主板的电源监控触发按钮开关时,“PS-ON”变为低电平.PS224远程控制引用端(4)脚变为低电平,该低电平导致PS224内部相关逻辑电路工作,致使(3)脚由高电平变为低电平,+5VSB通过光电耦合器PC501内部发光二极管流入PS224的(3)脚到地使其发光,其内部三极管呈短路状态,三极管Q301基极为低电位而导通,UC3842的(7)脚获得15V电压而工作,其(6)脚就有触发脉;中提供给开关管Q302,电源进入正常工作状态。再按一次面板上的触发按钮开关,使“PS-ON”变为+5V.从而关闭电源。
2、5V与12V共用一路稳压检测线路,通过电压检测电阻并联后取样,经IC300和PC301反馈至电源的PWM脉宽调制电路UC3842芯片的(2)脚,以调整输出电压的稳定,其工作原理在许多文章中都有详细介绍,本文不再阐述。
3、C307是软启动电容。其作用是:刚上电时由于C307两端的压降不能突变,使UC3842的(1)脚电压为0.7v,UC3842不能工作。随着5V电压通过R301电阻对C307充电,使C307上的电压不断升高,UC3842的(1)脚电压也同步升高,UC3842逐渐转入正常工作状态。输出电压在延迟时间内缓慢上升,最终达到稳定的额定值。
4、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,对其精度和稳定性有较高的要求。因此,在Tl的次级3.3V电压的输出负载网络中增设了二次自动稳压控制电路,以使3.3V输出电压更精确稳定。高频磁放大稳压器,它以低成本、高效率、便于控制等优点,使开关电源得到精确的控制,从而提高了其稳压精度和高可靠性,在微机3.3V输出稳压电路中得到了广泛应用。磁放大稳压器的关键是可控饱和电感Lsr和磁复位电流。可控饱和电感是由具有矩形磁滞回线的非晶合金磁芯及萁上的绕组组成,具有低磁性损耗,较顽磁力小,铁芯易饱和的特性。磁芯未饱和时的可控饱和电感对输入脉冲呈现高阻抗,相当于开路,磁芯饱和时可控饱和电感的阻抗接近于0,相当于短路;复位(RESET)是指磁通到达饱和后的去磁过程(复位时间),使磁通或磁密回到起始的工作点,称为磁通复位(线圈中通过的反向去磁电流称为磁复位电流)。显然,磁复位时间就是可控磁饱和电感开始饱和的延迟时间。在稳压电路中可将可控饱和电感视为高速高频脉冲电磁延迟开关,通过控制其绕组通过的复位电流的大小就可以达到控制电磁开关的接通延迟时间,从而控制输出脉冲占空比的大小,达到稳定输出电压的目的。本电源的3.3V磁放大稳压器由可调式精密并联稳压器IC511(TL431)、Q251、Lsr及取样电阻等元件组成。假设输出电压由于某种原因升高,则TL431控制端R处于电压升高,TL431阴极和阳极之间的电流增大,通过三极管Q251和Lsr可控磁饱和线圈的复位电流增大,致使电磁开关接通延迟时间增大,开关滞后接通,输出脉冲占空比减小,输出电压下降,反之输出电压上升,保证了3.3V电压始终维持不变。
三、电源故障监控保护电路
PS224采用16脚DIP封装,集成了所有感应电路的控制三角输出电源。它包含电压引用、比较、电源好信号、远距离控制引脚,以及电源电压( 3.3V、5v、12V)过流、过压、欠压侦测,不需要附加外围元件便可对输出电压提供可靠、有效的保护。整个检测保护电路组装在一片小PCB上,通过PS224控制芯片监视各路输出电压、电流,当发生过压、欠压、过流、超温故障时及时启动,使PWM电路停止工作,以保证电路及主机的安全。下表是PS224各引脚功能及实测电压值。
脚号 | 功能 | 待机时的电压(v) | 启动后的电压(V) |
1 | 电源良好信号输入PGI | 0 | 4.1 |
2 | 地GND | 0 | 0.07 |
3 | 故障保护输出开漏输出极FPO | 4.7 | 0.6 |
4 | 远程开关控制输入PSON | 3.89 | O |
12V(1)过流保护输入IS12A | 0 | 11.04 | |
6 | 电流检测设置RI | 3.77 | 1.27 |
7 | 12V(2)过流保护输入I512B | O | 11.8 |
8 | 12V(2)过压/欠压保护VS12B | 0 | 11.9 |
9 | 保护检测输入PEXT | 0 | 0.09 |
10 | 5v过流保护IS5 | 0 | 4.95 |
11 | 3.3V过流保护lS33 | 0 | 3.3 |
12 | 12V(1)过压/欠压保护VS12A | 0 | 11.9 |
13 | 3.3V过压/欠压保护VS3.3 | O | 3.3 |
14 | 5v过压/欠压保护vs5 | 0 | 5 |
15 | 电源供应vCC | 4.49 | 11.3 |
16 | 电源良好输出(开漏输出) | 0 | 5 |