完整word版ATX电源电路原理分析与维修教程整理.docx

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完整word版ATX电源电路原理分析与维修教程整理

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-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BD6、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（PulesWidthModulation）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IC1TL494及周围元件组成。

其单元电路原理如下图13.4所示：

图13-4PWM脉宽调制及推动单元电路图

TL494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）。

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50ｋＨｚ（由定时元件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c极电位0.7V；在负半周期间，D13截止，D11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，IC5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。

。

在主机运行过程中若遇市电掉电或用户关机时，ATX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脚电位迅速下降，当3脚电位小于2脚的固定分压电平时，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ATX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－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－ON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+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D6全波整流，一路经共模扼流电感L1-1、电感L4、C16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7905、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ZD5，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，-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IC1④脚死区控制电平。

当出现+3.3V输出过压时，稳压管ZD4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、R46、R47、D21的公共节点D22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、R44加至Q5的b极，加强Q5的导通，另一路经D24加至IC1④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。

.图13.10ATX电源原理图

13.1.2TL494、TL431、7805的使用及代换

一、脉宽调制控制电路TL494使用与代换

TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。

TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式，以适应不同场合的要求。

其引脚功能如下：

1、16脚和2、15脚分别是误差放大器1和误差放大器2的同相输入端和反向输入端；3脚是反馈输入端；4脚是死区时间控制端；5、6脚分别接RC振荡器的定时电容和电阻；7脚接地；8、9脚11、10脚分别是两个内部驱动三极管的集电极和发射极；12脚为电源正端；13脚为输出状态控制端，当13脚为高电平时，两个内部驱动三极管交替导通，当13脚为低电平时，两个内部驱动三极管同时导通或截止，此时只能控制一个开关管。

14脚是集成电路内部输出的5V基准电压输出端。

图13-3TL494封装图

TL494内部结构及引脚功能请参考图13-4所示。

TL494的代换参考如下：

TL494/KA7500B/BD494/BDL494/S494PA/IR3M02/MB3670/MB3759

/MST894C/TL594/ULN8186/DBL494/ULS8194R/IR9494/UPC494

/UA494/TL494CN

图13-4TL494内部电路示意图

二、三端可调分流基准源TL431

三端可调分流基准源TL431是T0—92封装如图13-5所示。

其性能是输出压连续可调达36V，工作电流范围宽达0．1。

100mA，动态电阻典型值为0．22欧,输出杂波低。

图13-5是TL431的典型应用，其中③、②脚两端输出电压V=2．5（R2十R3）V／R3。

如果改变R2的阻值大小，就可以改变输出基准电压大小。

其代换原则是431的可以互换。

图13-5TL431封装与应用原理图

三、集成三端稳压器7805的使用与代换

集成三端稳压器根据稳定电压的正、负极性分为78×××，79×××两大系列。

附图给出了正、负稳压的典型电路。

图13-6三端稳压器的管脚图

图13-7正、负稳压的典型电路

78xx系列为负极接公共地的稳压集成电路元件，78xx系列有7805、7806、7809、7812、7815、7818、7824等等。

7824为输出电压24伏、负极接公共地的稳压集成电路，7805为输出电压5伏、负极接公共地的稳压集成电路。

79xx系列为正极接公共地的稳压集成电路元件，79xx系列也有7905、7906、7909、7912、7915、7918、7924等等。

后面的两位数为稳压输出电压。

13.2ATX电源故障诊断与维修

13.2.1ATX电源检修的思路与技巧

检修ATX开关电源，从+5VSB、PS-ON和PW-OK信号入手来定位故障区域，是快速检修中行之有效的方法。

一、+5VSB、PS-ON、PW-OK控制信号

ATX开关电源与AT电源最显著的区别是，前者取消了传统的市电开关，依靠+5VSB、PS-ON控制信号的组合来实现电源的开启和关闭。

+5VSB是供主机系统在ATX待机状态时的电源，以及开闭自动管理和远程唤醒通讯联络相关电路的工作电源，在待机及受控启动状态下，其输出电压均为5V高电平，使用紫色线由ATX插头9脚引出。

PS-ON为主机启闭电源或网络计算机远程唤醒电源的控制信号，不同型号的ATX开关电源，待机时电压值为3V、3.6V、4.6V各不相同。

当按下主机面板的POWER开关或实现网络唤醒远程开机，受控启动后PS-ON由主板的电子开关接地，使用绿色线从ATX插头14脚输入。

PW-OK是供主板检测电源好坏的输出信号，使用灰色线由ATX插头8脚引出，待机状态为零电平，受控启动电压输出稳定后为5V高电平。

图13-4ATX插槽图示

脱机带电检测ATX电源，首先测量在待机状态下的PS-ON和PW-OK信号，前者为高电平，后者为低电平，插头9脚除输出+5VSB外，不输出其它电压。

其次是将ATX开关电源人为唤醒，用一根导线把ATX插头14脚PS-ON信号，与任一地端（3、5、7、13、15、16、17）中的一脚短接，这一步是检测的关键，将ATX电源由待机状态唤醒为启动受控状态，此时PS-ON信号为低电平，PW-OK、+5VSB信号为高电平，ATX插头+3.3V、±5V、±12V有输出，开关电源风扇旋转。

上述操作亦可作为选购ATX开关电源脱机通电验证的方法。

13.2.2ATX电源检测方法:

脱机待机下,测试整流后的两个大滤波电容上应有+300V左右的直流电压,ATX14脚（绿线,PS信号）应该有5V，LM339的13脚（PG）应该为0V，ATX紫色线上应该有+5V,其他各脚为0V。

短接绿、黑线启动电源后,ATX绿线就为0V，PG为5V，同时ATX其他各脚应有正常的电压输出。

继续测量7500或494的第12脚供电脚应12V～20V的直流供电，第13、14、15脚应有从内部输出的5V，第4脚（死区，保护脚）正常时为0V，第8脚、第11脚应有1.5～2V的驱动电压输出。

哪一点电压不对，查其相关电路，即可找出故障元件。

再补充一些常见故障部位:

1、电源保险断

前级的热敏电阻，整流桥，滤波电容，两个电源管，后备电源部份的电源管，都是首要检查是否短路。

2、上电有300V高压

检查5VSB是否有输出，如有，再检查开关电源控制器4脚电压，如是4V左右，是电源保护了，检查各电压的取样电阻和LM339，不过经验说来，快速整流管短路引起的保护占多数，输出滤波电容爆浆引起也有。

另两个电源管的控制极上的电阻和二极管也要检查，虽然开关电源管没短路，它们的损坏机率不大，不可忽略，一定要检查一下。

常见产生保护问题可能出现的部位:

（1）5V12V快速整流管短路

（2）其中一个电压的取样电阻烧断或阻值有变化

（3）输出滤波电容爆浆

（4）电压输出短路

（5）LM339高低电平输出异常

3、5VSB无输出

（1）启动电阻（几百K左右大小）烧坏或阻值有变化,这个损坏最多

（2）电源管开路或短路

（3）后备电源电源管外围电阻或二极管损坏

（4）5VSB输出端整流二极管短路

（5）E结所接的小阻值电阻烧断

13.2.3ATX电源维修经验总结：

在我修过的ATX电源中的故障，一般都是接电后没反映，80%的故障是无+5V待机电压，只要将待机电源的开关管的基极到+300V之间的启动电阻换掉就可修复，此电阻的阻值一般在500K~600K左右，也可以换的较大点。

待机电压有了，不开机的原因多是+12V、+5V、+3.3V的整流管击穿，造成电源保护，也有的是滤波电容短路坏掉的。

在一些低档的电源中也存在主电源滤波电容鼓起漏电的故障，这时候就会出现烧保险的情况了。

。

。

检修ATX电源，电源管理IC是重点，下面我就以常见的TL494这种芯片为例，列出该IC各脚的正常工作电压，以方便大家检修：

在引脚电压12V供电正常情况下，1~16脚的电压依次为：

1:

0V ；2:

2.4V；3:

0.06V；4:

0V；5:

1.4V；6:

3.3V；

7:

0V；8:

1.5V；9:

0V；10:

0V；11:

1.5V； 12:

12V；

13:

4.9V； 14:

4.9V；15:

4.9V；16:

0V。

补充：

第14脚电压不对，可以断定IC损坏！

而无待机电压，短接PS。

ON，照样可以使电源启动。

。

。

第12脚电压不对，需要查待机电路的输出。

。

。

13.2.4ATX电源故障案例诊断与维修

故障诊断

采用ATX电源的计算机系统出了故障，要从CMOS设置、Windows中ACPI的设置及电源和主板等几个方面进行全面的分析。

硬件方面，为了区别故障在负载上还是在电源本身，可以将电源拆卸下来，用一台报废的设备（如硬盘等）作假负载，以免出现空载保护。

在PS－ON信号线（绿色）与地线之间接入一只100～150Ω的电阻，使该信号变为低电平。

如果电源可以工作，说明故障在主板或电源按钮（Power

Button），否则故障在电源自身，只有更换电源自身，只有更换电源了。

根据计算机维修中“先软后硬”的原则，首先要检查BIOS设置是否正确，排除因设置不当造成的假故障；第二步，检查ATX电源中辅助电源和主电源是否正常；第三步，检查主板电源监控电路是否正常。

下面根据故障的不同表现，分别介绍分析和处理的方法。

【故障一】　无法开机

用万用表测量+5VSB，如果该电压值正常且稳定，而主板反馈信号PS-ON始终为高电平，则可能是主板上的开机电路损坏，或电源启闭按钮损坏；如果上述两者均为正常而主电源仍无输出，则可能是开关电源主回路损坏，或因负载存在短路或空载而进入保护状态。

【故障二】无法关机

关不了主机，有以下几种现象和原因：

①BIOS中设定关机时有一定的延时时间（Delay

Time），关机时需要按住电源按钮，保持数秒钟，才能将机器关闭。

不能实现瞬间关闭，是正常现象，不是故障。

②电源按钮失灵。

这种情况下，不仅不能关机，开机也会有问题。

③主板上的电源监控电路故障，PS-ON信号恒为高电平。

④关不了键盘电源（键盘的NumLock指示灯在主机关闭后是亮的）。

有些机器允许使用密码通过键盘开机，键盘上的Num

Lock灯在关机后仍亮着，是正常现象。

⑤关不了显示器。

如果显示卡或显示器中有一个部分不支持DPMS（显示器电源管理系统）规范，在主机关闭后显示器指示灯亮，屏幕上仍有白色光栅，也属正常现象。

【故障三】自行开机

自行开机故障有以下两类：

第一类在BIOS设置中将定时开机功能设为“Enabled”，这样机器会在所设定的某个日期的某个时刻，或每天的某个时刻自动开机。

某些机器的BIOS设置项中具有来电自动开机功能设置，如果选择了来电开机，则在插上交流电