个人计算机电源原理解析Word文件下载.docx
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1脚/同相输入：
误差放大器1同相输入端。
2脚/反相输入：
误差放大器1反相输入端。
3脚/补偿/PWM比较输入：
接RC网络，以提高稳定性。
4脚/死区时间控制：
输入0-4VDC电压，控制占空比在0-45%之间变化。
同时该因脚也可以作为软启动端，使脉宽在启动时逐步上升到预定值。
5脚/CT：
振荡器外接定时电阻。
6脚/RT：
振荡器外接定时电容。
振荡频率：
f=1/RTCT。
7脚/GND：
电源地。
8脚/C1：
输出1集电极。
9脚/E1：
输出1发射极。
10脚/E2：
输出2发射极。
11脚/C2：
输出2集电极。
12脚/Vcc：
芯片电源正。
7-40VDC。
13脚/输出控制：
输出方式控制，该脚接地时，两个输出同步，用于驱动单端电路。
接高电平时，两个输出管交替导通，可以用于驱动桥式、推挽式电路的两个开关管。
14脚/VREF：
5VDC电压基准输出。
15脚/反相输入：
误差放大器2反相输入端。
16脚/同相输入：
误差放大器2同相输入端。
二．基本特性
1．具有两个完整的脉宽调制控制电路，是PWM芯片。
2．两个误差放大器。
一个用于反馈控制，一个可以定义为过流保护等保护控制。
3．带5VDC基准电源。
4．死区时间可以调节。
5．输出级电流500mA。
6．输出控制可以用于推挽、半桥或单端控制。
7．具备欠压封锁功能。
三．结构原理
图2给出了TL494的内部原理框图。
13输出控
6RT
振荡器
5CT
VT1
8C1
&
死区时间比较
DQ
≥1
4死区时间控0.12V
9E1
0.7V
≥1
CKQ
11C2
10E2
PWM
VT2
0.7mA
比较器
12Vcc
UV封锁
4.9VDC
基准稳压
1同相输2反相输
15反相输16同相输
3.5VDC
7GND
3补偿/PWM比较输入
14V
REF
图2：
TL494内部原理框图
芯片内部电路包括振荡器、两个误差比较器、5VDC基准电源、死区时间比较器、欠压封锁电路、PWM比较器、输出电路等。
1．振荡器：
提供开关电源必须的振荡控制信号，频率由外部RT、CT决定。
这两个元件接在对应端与地之间。
取值范围：
RT：
5-100k，CT：
0.001-0.1uF。
形成的信号为锯齿波。
最大频率可以达到500kHz。
2．死区时间比较器：
这一部分用于通过0-4VDC电压来调整占空比。
当4脚预加电压抬高时，与振荡锯齿波比较的结果，将使得D触发器CK端保持高电平的时间加宽。
该电平同时经过反相，使输出晶体管基极为低，锁死输出。
4脚电位越高，死区时间越宽，占空比越小。
由于预加了0.12VDC，所以，限制了死区时间最小不能小于4%，即单管工作时最大占空比96%，推挽输出时最大占空比为48%。
振荡器5脚信号
4脚电位
t
V死区封锁时间
CK
VQ
图3：
死区时间比较器单独起作用时的波形
图3给出了死区时间比较器单独作用时的工作相关波形。
3．PWM比较器及其调节过程：
由两个误差放大器输出及3脚（PWM比较输入）控制。
当3端电压加到3.5VDC时，基本可以使占空比达到0，作用和4脚类似。
但此脚真正的作用是外接RC网络，用做误差放大器的相位补偿。
常规情况下，在误差放大器输出抬高时，增加死区时间，缩小占空比；
反之，占空比增加。
作用过程和4脚的死区控制相同，从而实现反馈的PWM调节。
0.7VDC的电压垫高了锯齿波，使得PWM调节后的死区时间相对变窄。
3
如果把3脚比做4脚，则PWM比较器的作用波形和图3类似。
然而，该比较器的占空比调节，要在死区时间比较器的限制范围内起作用。
单管工作方式时，VCK直接控制输出，输出开关频率与振荡器相同。
当13脚电位为高时，封锁被取消，触发器的Q、Q非端分别控制两个输出管轮流导通，频率是单管方式的一半。
4．5VDC基准电源：
这个5VDC基准电源用于提供芯片需要的偏置电流。
如13脚接高电平时，及误差放大器等可以使用它。
基准电源精度5%，电流能力10mA，温度范围0-70度。
5．误差放大器：
两个误差放大器用于电源电压反馈和过流保护。
这两个放大器以或的关系，同时接到PWM比较器同相输入端。
反馈信号比较后的输出，送PWM比较器，以和锯齿波比较，进行PWM调节。
由于放大器是开环的，增益达到95dB。
加之输出点3被引出，使用时，设计者可以根据需要灵活使用。
6．UC封锁电路：
用于欠压封锁，当Vcc低于4.9VDC，或者内部电源低于3.5VDC时，CK端被钳位为高电平，从而使输出封锁，达到保护作用。
7．输出电路：
输出电路有两个输出晶体管，单管电流500mA。
其工作状态由13脚（输出控制）来决定。
当13脚接低电平时，通过与门封锁了D触发器翻转信号输出，此时两个晶体管状态由PWM比较器及死区时间比较器直接控制，二者完全同步，用于控制单管开关电源。
当然，此时两个输出也允许并联使用，以获得较大的驱动电流。
当13脚接高电平时，D触发器起作用，两个晶体管轮流导通，用于驱动推挽或桥式变换器。
第二部分：
个人计算机电源电路
与一般开关电源相同，个人计算机电源也分为输入电路、变换器、输出电路及控制电路四个主体部分。
传统的计算机电源电路使用两个GTR作为功率开关器件，构成半桥电路拓补。
控制电路与变换器，变换器与输出电路都采用了变压器隔离。
图4是一个典型的计算机电源的原理图。
图
4/
个
人
计
算
机
电
源
路
原
理
一．输入电路
图5：
个人计算机电源的输入电路
输入电路从220VAC电源接入，经过C1、R1、T1、C4、T6、C2、C3等过滤环节，以抑制高频谐波干扰及浪涌。
T1、T6还有降压作用。
4管全波桥进行整流，输出直流电压。
经过T平波，送变换器电路。
C5、C6的中间引出线用于变换器半桥开关电路的公用主通路，C5、C6、R2、R3同时提供半桥开关交替工作时必须的电流通道。
这一部分实际属于后面的变换器电路。
NTCR1为负温度系数热敏电阻，用于温度补偿。
压敏电阻Z1、过流电阻Z2分别用于过压、过流保护。
上部开关230/115V用于230V和115V进口电源转换。
二．变换器电路
Ui
T2-1T2-2T2-3
图6：
计算机电源的变换器电路
上图是电源的变换器部分。
参照原来我们介绍的半桥式拓补结构
（如图7），我们发现，这实际上是个半桥式隔离变换器。
L
S1
2Ui
N2
N1
Uo
C2S2
图7：
半桥式隔离开关变换器
其轮换过程是：
半周1为Ui—Q1—T2-3—T3—C7—C6—Ui，半周2
为Ui—C5—C7—T3—T2-3—Q2—Ui。
由这个过程可知，C5、C6、C7两
个半周中，轮流处于充放电状态。
R2、R3作为C5、C6的并联电阻，也参与换流过程。
两个管子的基极偏置由脉冲变压器T2-1、T2-2分别提供，这两个脉冲变压器是由控制电路控制的。
脉冲变压器的电压脉冲经过整流，再经R6/R7、R10/R11分压，送晶体管基极。
C9、C10用于二极管两侧电压钳位，保护二极管不被损坏。
D1、D2用于两管同时关断期间的续流，防止损坏晶体管。
C8、R4用于变压器泄放通路，防止管子全部关断时过压。
三．输出电路
图8给出了电源的输出电路。
（一）、主输出通路及+5V、-5V、+12V、-12V
该电路T3为变压器原边，受半桥变换器电路控制。
变压器中心抽头被接地，A、B、C、D依次提供+12V、+5V、-5V、-12V等的交流输入电源。
通过不同变比的隔离变压器付边抽头，产生了+5V、-5V、+12V、-12V、3.3V等多等级电源输出。
这些电源全部采用双管全波整流。
虚线内为平波电抗器，L1-C30、L2-C37、L3-C38、L4-C39、C36等用于滤波。
C25、R49用于变压器副边去耦。
+12VDC、+5VDC输出被引回，作为电压反馈信号，送回控制电路，
构成负反馈，以实现PWM调节。
（二）、+3.3V电路
+3.3VDC电源依靠独立的反馈调节电路来实现稳压。
由于L6绕组是反激的，其整流桥前端交流输入电压为：
Ui3.3=UBC-UL6-Uf3.3
其中Uf3.3是来自于Q13集电极的反馈信号经隔离二极管D32后获得。
3.3V输出信号经过953R、R76分压，控制TL431基准电源输入。
TL431输出用于基极电阻R74前的电平钳位，作为比较基准。
R72提供基准电源及基极偏置电流。
R73、C33用于431芯片的相位补偿。
Q13集电极电位经过去耦电容（10nF）及隔离二极管D32，送回整流桥前端，正好形成负反馈，达到稳压的目的。
A
B
Gnd
D
压
反
馈
信
号
图8：
计算机电源的输出电路
四．控制电路
这个电路（图9）使用了两个集成芯片，TL494和LM393。
TL494是电源控制芯片，LM393为双比较器芯片。
下面分解分析各单元的原理。
12V反馈
5V反馈
图9：
计算机电源的控制电路
（一）启动电路
变压器T6的输入电源为输入电路的输出直流Ui，变压后，从中心抽头引出，经D30整流，送12脚Vcc。
同时+12VDC输出经过隔离二极管D、电容C21去耦，送回12脚Vcc。
T6、D30仅能提供电源启动时的芯片偏置。
一旦开始工作，电源将
由+12VDC经D、C21供电。
因此，这是一个自激型电源电路。
（二）振荡电路
通过芯片TL494的5脚外接电容C11（1.5nF）和6脚外接电阻R16（12k），确定了该电源的振荡频率为：
f=1/RTCT=1/（12x103x1.5x10-9）≈55.6KHz。
（三）电压反馈电路
TL494/+5VDC基
R18
R24A准
+12VDC反馈R25
R19
+5VDC反馈R26
R20
R21
图10：
电压反馈电路
根据局部电路，加以整理，得到上面的电压反馈电路。
可以看出，
系统从+12V、+5V分别引回反馈信号，做加法运算后送比较器1的同相
端，作为反馈。
补偿端3和反相端2之间外接了R18-C1，构成PI调节器。
输出反馈电压越高，上面电路的3脚输出越高，使得芯片输出死区越宽，从而降低占空比，进而降低电源电压；
反之亦然。
这样就实现了电源电压的负反馈调节过程。
（四）输出控制电路
R45
R13
T2
D14
R14
Q3
Q4
D7
C11
D8
图11：
TL494的13脚输出控制被直接接到芯片+5VDC参考电源，输出电路工作在双管驱动方式。
8、11脚为芯片两个输出的集电极，接外部晶体管Q3、Q4的基极。
R13、R14即作为Q3、Q4的基极偏置，也是芯片输出晶体管的上拉电阻。
Q3、Q4分别驱动脉冲变压器T2的两个原边绕组，对应的两个副边绕组
T2-1、T2-2驱动变换器的两个半桥晶体管。
Q3、Q4的两个并联二极管用于电路断电时的续流，防止高压损坏晶
体管。
D7、D8构成直流通路，是偏置电路的一部分，并有电平移动作用；
由于发射极被垫高，使得Q3、Q4可以可靠关断。
C11用于构成交流通路，可提高交流增益，同时对二极管两端有电压钳位作用，避免损坏二极管。
（五）过压保护电路
5V/TL494
来自+12V电路
去TL494死区时
间控制（4脚）
去PS-ON电路
图12：
过压保护电路
图中，+5V、-5V、+3.3V、-12V在左侧构成加法电路结构，经D9、D27隔离后，送三极管Q6基极。
ZD1、ZD3用来设置比较门槛。
如果出现过压，Q6将饱和导通，把Q5基极拉到地电位，Q5饱和导通。
此时，一个高电平（约4VDC）通过Q5管被送到TL494死区时间控制端（4脚），TL494输出因死去接近100%而被封锁。
+12V经过D、D15、R45、D14被送到Q7基极前端，当过压时，Q7饱和导通，促使Q5基极为低电平，Q5也饱和导通。
这样，+5V电源就通过Q5送到TL494死区时间控制端（4脚），使芯片输出封锁。
D12、R30把Q5集电极电位引回Q6基极，有正反馈作用，可以加快晶体管的翻转速度，使电源在过压时快速反应。
D13被用于向PS-ON电路提供一个偏置。
（六）第二电源电路
Vi去PS-ON电路去TL494/Vcc
去POWERGOOD电路
图13：
第二电源电路
第二电源无论整个电源是否开启，只要市电有输入，就处于工作状
态。
T6的原边电路实际上是个振荡器，其振荡经T6变压器变压后输出。
当送电时，Q12集电极通过T6原边，基极通过R55、R56获得偏置，而进入导通状态。
T6辅助绕组电动势上正、下负，电流（向下）逐步增加，并经C3、R56、Q12基极对C3反向充电。
Q12进入饱和状态。
随着T6的电流达到最大值，并开始减小，大多数开始反向。
这时，T6电动
势上负下正，和电容反向充电后的上负下正电压叠加，加到Q12基极，使其截止。
接着，C3开始向T6辅助绕组放电，T6电流减小逐步过零，电动势又变成上正下负，Q12基极电位重新抬高直至饱和导通。
D28、C19、R57及D31、C32、R58用于变压器绕组的释放回路，稳压管用于抬高Q12基极翻转电压，以调节翻转周期。
输出分两路：
一路经过D30整流后送TL494做Vcc电源，一旦T494启动，其本身5VDC开始工作，作为芯片所需要的5V偏置。
另一路经D29送后面的三端电源器件78L05，生成5VDC电源。
C36用于保护二极管D29。
其后是标准的三端电源电路。
辅助电源如果丢失，计算机休眠后主板将无法唤醒电源重新启动。
（七）PS-ON电路
这部分用于计算机的唤醒。
当主板休眠时，PS-ON为3.6V，当主板唤醒时，该点被主板继电器接地。
过压保护电路的
来自过压保护电
过压保护信号
+5V/TL494
D13
R36
R15
Q1
R23
R31
R54
Q10
C15
辅助电源5VDC
板主R32
C13
R17
PS-ON信号
图14：
PS-ON电路
当计算机休眠时，PS-ON信号为3.6V，Q10、Q1饱和导通，TL494
的4脚电位约为4.7V。
此时，占空比接近于零，输出被禁止。
计算机要唤醒时，PS-ON被接地。
Q10、Q1截止。
TL494的死区时间
控制端（4脚）为地电位，允许占空比接近最大值，电源输出被开放。
（八）POWERGOOD电路
LM393是一个双比较器电路。
管脚排列：
1：
比较器1输出。
2：
比较器1反相端。
3：
比较器1同相端。
4：
接地Gnd。
5：
比较器2同相端。
6：
比较器2反相端。
7：
比较器2输出。
8：
电源Vcc。
+5V
R42
TL494/+5VDCR41
1PS-OK去主板
R24
LM393
TL494/+5VDC
R40
R39
第二电源+5VR23
R37
PS-ONC18
图15：
POWERGOOD电路
471
常规情况下，PS-ON接地，开环运放2的输出7被置为高电平。
该高电平经R40被引回比例放大器1的同相输入端，使其输出PS-OK为高电平。
这个高电平被送主板，表示电源系统正常。
在系统待机时，主板PS-ON断开，+5V信号使得放大器2输出低电平，该低电平送放大器1的同相端，放大器1也输出低电平。
PS-OK为低，主机停止工作，并进入待命状态。
如果是刚唤醒计算机系统，C18的作用是使PS-OK的建立滞后于电源系统几百毫秒，这样保证计算机系统在电源系统先工作正常后，再接收到PS-OK信号，恢复工作。
（九）其它辅助控制电路
误差放大器2的同相输入端被接地，反相输入端接VREF（+5VDC），这样TL494的误差放大器2强制输出低电平。
由于片内误差放大器输出端二极管的隔离作用，误差放大器2实际上不起作用。
一汽轿车公司工厂服务部
陈刚
2007-10-17
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