计算机开关电源的工作原理与维修.docx

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计算机开关电源的工作原理与维修

电脑主机ATX开关电源工作原理分析

ATX电源是在AT电源的基础上发展来的，ATX电源与AT电源不同的地方是多了一个+3．3V电源和+5VSB电源。

不同品牌ATX电源的±5V、±12V电源的电路结构基本上相同，但+3．3V电源的电路结构却差别较大。

笔者现列举几种+3．3V电源的电路供爱好者参考。

一、图1是《电子报》去年第48期“普及型ATX电源控制电路的工作原理”介绍的普及型ATX电源的+3.3V电源电路图。

+3.3V电源由脉冲输出变压器Tl的5V绕组经线圈L5、L6降压，由共阴极的肖特基整流块D23整流，再经Ll、C28滤波后得到。

L5、L6的电压降与通过其中的电流有关，电流小时压降小，输出电压高，空载时的电压可达9．5V左右。

电流大时电压降大，输出电压低。

为保证在最大负载时+3．3V电源输出电压不低于+3．3V，线圈L5和L6的电感量应妥善设计。

在本例中，L5和L6采用外直径12mm、内径6mm、厚4mm的磁心，用φ0．93mm的漆包线穿绕8T，在负载电流为10A时，未经稳压的输出电压为+3．5V。

如果要求负载电流更大，可适当减少线圈的匝数．世纪之星ST-ATX320电源将两个线圈的匝数减少为7T，+3．3V电源可输出更大的电流。

低于最大负载电流及空载时，电源的输出电压会超过+3.3V。

为使+3．3V电源输出电压稳定，设置了由TL43l及Q5等组成的稳压电路。

此时电源的空载输出电压近似等于Vrefx（1+R26／R29）。

Vref为TL431管子内部的基准电压值，为2．44V-2．55V，一般取2．5V，则输出电压约等于2．5×（1+4．7／13）=3．4V。

若某种原因使输出电压上升，经R26和R29分压以后，送到控制极R的电位也跟着上升，TL431阴极K的电位下降，经R17使Q5的基极电位下降，Q5通过的电流增大，也就是流经L5和L6的电流增加．其上的电压降增大，于是+3．3V电源的输出电压回落，从而保持了输出电压的稳定。

二极管D30、D3l整流成-3．3V电源．Q5中通过的电流包括+3．3V电源和-3．3V电源的电流，等效于L5和L6中通过了双倍的+3．3V电源的电流，扩展了动态工作范围。

实测空载时Q5中通过的电流为57mA，10A负载时通过的电流为6mA。

空载时+3．3V电源输出的电压为+3．4V，1OA负载时为+3．28V，能满足使用要求。

这种电路的优点是线路较简单，而且输出电压可以调节。

若要调高输出电压，可在R29上并联电阻（并联一个150kO电阻，约可提高电压O．1V）。

若要降低电压，则在R26上并联电阻。

在以下含有TL431的电路中，都可以用这样的方法来调节输出电压。

二、如果把L5、L6中的一个线圈省去，就成了《电子报》今年第2期“银河ATX电源工作原理及检修思路”介绍的+3．3V电源。

因为只用了一个线圈，线圈的匝数由8T增加到11T。

其工作原理与上述电源的工作原理相同，不再赘述。

这种电路的稳压性能能够满足要求，线路较为简单，2002年以来有多种品牌的电源如L喜HPS-300S电源、长城ATX-300P4电源等采用了这种电路。

三、上述两种+3．3V电源的输出电压会随着负载的变动而波动．如果要进一步提高输出电压的稳定性，可采用图2的电路，在L8、L9线圈上增设了反馈绕组，经R1、R2连接到+20V~+25V的辅助电源上。

正常工作时，辅助电源经R1、R2向反馈绕组和Q1（经D1、D2）提供电流，若+3．3V电源的输出电压低于正常值，由R4、R5分压后送到TL43l控制极R的电压也跟着下降，TL431阴极K的电位上升，Q2的电流上升，经R3使Q1的电流增加，分流了反馈绕组的电流，因辅助电源向反馈绕组提供的电流方向是从反馈绕组非同名端输入，反馈绕组电流的减少等效于从同名端电流的增加，于是L8、L9，初级的感抗下降，+3．3V电源的输出电压回升，保持了输出电压的稳定。

负载电流与反馈线圈的电流互相没有联系，初级线圈和次级线圈的匝数可以按最佳的效果进行设计，故电路的稳压效果较好。

L8、L9线圈的匝数：

初级l1T，反馈绕组25T、Rl、R2的电阻值为数百欧姆。

长城250S和SLPS-250ATXC等电源采用了此种电路。

四、图3电路是T1脉冲输出变压器一组3．3V的独立绕组。

一般T1初级绕组的匝数为2×17T到2×21T，次级5V绕组6T，中心抽头，12V绕组14T，中心抽头。

如果另外单独绕一个4T绕组，在2T处抽头，就可以作为+3．3V绕组，这种电源的电路比较简单，但变压器的结构比较复杂，而且输出电压不能调整。

大水牛ATX-320TB电源、YM-300电源果用了这种电路

五、金河田ATX-320WB&P4电源的+3．3V电源从+5V得电，采用场效应管CEP603AL和TIA31组成的稳压电路，如图4所示。

若+3．3V电源因某种原因使输出电压下降，经R80、R8l、R82分压后，送到TIA3l控制极的电位也随之下降，阴极K的电位上升，场效应管的内阻减少，+3．3V电源的输出电压上升，保持了输出电压的稳定。

六、图5是Logic235电源的+3．3V电源的电路图（图中未画出与稳压无关的电路），它从+5V得电，经场效应管SSP35N03稳压再经L1、L2、C1、C2滤波输出+3．3V电源。

其稳压电路从+3．3V输出端由R1、R2、R3采样后，送到比较器LM339的⑦脚，与⑥脚从+5VSB取样，经R4、R5分压后得到的稳定电压相比较后，由①脚送出误差电压到反相端10脚。

另外，TL494第⑤脚的锯齿波振荡信号经10kΩ电阻送到LM339的第11脚，与LM339的第④脚电压相比较，锯齿波信号只有大于第⑩脚电压的部分才能从LM339的第13脚输出脉冲信号，经三极管放大后去推动Ql。

若某种原因引起+3．3V电压上升，①脚输出的电压也就是LM339的第⑩脚的电压也上升，从而使13脚输出的脉冲宽度变窄，Q1输出的电压回落，起到了稳压的作用。

若要调整输出电压，在R3上并联电阻可以提高输出电压，在R2上并联电阻则可以降低输出电压。

七、银河YH-250V2．1电源的+3．3V电源从+12V得电，采用场效应管Q13、TL43l和比较器LM339组成的稳压电路，如图6所示。

集成电路KA7500B（其管脚意义与TL494完全相同、可互相代换）第⑤脚的锯齿波信号经10kΩ电阻送到比较器LM393的②、⑥脚（LM393由两个比较器组成，在本电路中，两个比较器并联起来当一个比较器使用，即同相端③和⑤相连，反相端②和⑥相连，输出端①和⑦相连），LM393输出端①、⑦脚输出的脉f冲宽度则由LM393的③、⑤脚的电位来决定。

反相端②、⑥脚的脉冲电压高于③、⑤脚的电压时，输出为低电平；②、⑥脚的脉冲电压低于③、⑤脚的电压时，比较器输出高电平，也就是说：

若③、⑤脚的电位较高．LM393输出的脉冲宽度变窄；③、⑤脚的电位较低时，LM393输出的脉冲宽度较宽。

若+3．3V电源因某种原因输出电压下降．经R24、R25、WRl分压后，送到TIA3l控制极的电位也随之下降，阴极K的电位上升，于是LM393的③、⑤脚电位上升，LM393输出的脉冲宽度变宽．场效应管输出的电压回升，维持了输出电压的稳定。

    计算机开关电源的工作原理与维修

     计算机开关电源工作电压较高，通过的电流较大，又工作在有自感电动势的状态下，因此，使用过程中故障率较高。

对于电源产生的故障，不少朋友束手无策，其实，只要有一点电子电路知识，就可以轻松的维修电源。

    本文结合电源方框图（图-2）和ATX型电源电路原理图（附后）

     下面对ATX电源控制电路的工作原理进行较详细的阐述，望能对广大维修者有所帮助。

     一、ATX型电源电路的组成及工作原理

     ATX开关电源，电路按其组成功能分为：

交流输入整流滤波电路、脉冲半桥功率变换电路、辅助电源

电路、脉宽调制控制电路、PS-ON和PW-OK产生电路、自动稳压与保护控制电路、多路直流稳压输出电路。

请参照图1和ATX电源电路原理图。

     1.辅助电源电路

     只要有交流市电输入，ATX开关电源无论是否开启，其辅助电源一直在工作，为开关电源控制电路提

供工作电压。

市电经高压整流、滤波，输出约300V直流脉动电压，一路经R72、R76至辅助电源开关管

Q15基极，另一路经T3开关变压器的初级绕组加至Q15集电极，使Q15导通。

T3反馈绕组的感应电势（上

正下负）通过正反馈支路C44、R74加至Q15基极，使Q15饱和导通。

反馈电流通过R74、R78、Q15的b、e极等效电阻对电容C44充电，随着C44充电电压增加，流经Q15基极电流逐渐减小，T3反馈绕组感应电势反相（上负下正），与C44电压叠加至Q15基极，Q15基极电位变负，开关管迅速截止。

Q15截止时，ZD6、D30、C41、R70组成Q15基极负偏压截止电路。

反馈绕组感应电势的正端经C41、R70、D41至感应电势负端形成充电回路，C41负极负电压，Q15基极电位由于D30、ZD6的导通，被箝位在比C41负电压高约6.8V（二极管压降和稳压值）的负电位上。

同时正反馈支路C44的充电电压经T3反馈绕组，R78，Q15的b、e极等效电阻，R74形成放电回路。

随着C41充电电流逐渐减小，Ub电位上升,当Ub电位增加到Q15的b、e极的开启电压时，Q15再次导通，又进入下一个周期的振荡。

Q15饱和期间，T3二次绕组输出端的感应电势为负，整流管截止，流经一次绕组的导通电流以磁能的形式储存在T3辅助电源变压器中。

当Q15由饱和转向截止时，二次绕组两个输出端的感应电势为正，T3储存的磁能转化为电能经BD5、BD6整流输出。

其中BD5整流输出电压供Q16三端稳压器7805工作，Q16输+5VSB，若该电压丢失，主板就不会自动唤醒ATX电源启动。

BD6整流输出电压供给IC1脉宽调制TL494的12脚电源输入端，该芯片14脚输出稳压5V，提供ATX开关电源控制电路所有元件的工作电压。

     2.PS-ON和PW-OK、脉宽调制电路

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信号高电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。

受控启动后，PS-ON信号由主板启闭控制电路的电子开关接地，IC10的Ur为零电位，Uk电位升至+5V，Q7截止，c极为零电位，IC1的4脚低电平，允许8、11脚输出脉宽调制信号。

IC1的输出方式控制端13脚接稳压5V，脉宽调制器为并联推挽式输出，8、11脚输出相位差180度的脉宽调制控制信号，输出频率为IC1的5、6脚外接定时阻容元件的振荡频率的一半，控制Q3、Q4的c极所接T2推动变压器初级绕组的激励振荡，T2次级它激振荡产生的感应电势作用于T1主电源开关变压器的一次绕组，二次绕组的感应电势经整流形成+3.3V、±5V、±12V的输出电压。

推动管Q3、Q4发射极所接的D17、D18以及C17用于抬高Q3、Q4发射极电平，使Q3、Q4基极有低电平脉冲时能可靠截止。

C31用于通电瞬间封锁IC1的8、11脚输出脉冲，ATX电源带电瞬间，由于C31两端电压不能突变，IC1的4脚出现高电平，8、11脚无驱动脉冲输出。

随着C31的充电，IC1的启动由PS-ON信号控制。

     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脚正端输入低电位，小于2脚负端输入的固定分压比，1脚低电位，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。

受控启动后IC1的3脚电位上升，Q21由饱和导通进入放大状态，e极电位由稳压5V经R104对C60充电来建立，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脚电位大于2脚的固定分压比，经正反馈的迟滞比较器，1脚输出高电平的PW-OK信号。

该信号相当于AT电源的PG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，主机检测到PW-OK电源完好的信号后启动系统。

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。

     3.自动稳压控制电路

IC1的1、2脚电压取样放大器正、负输入端，取样电阻R31、R32、R33构成+5V、+12V自动稳压电路。

当输出电压升高时（+5V或+12V），由R31取得采样电压送到IC1的1脚和2脚基准电压相比较，输出误差

电压与芯片内锯齿波产生电路的振荡脉冲在PWM比较器进行比较放大，使8、11脚输出脉冲宽度降低，输出电压回落至标准值的范围内，反之稳压控制过程相反，从而使开关电源输出电压稳定。

IC1的电流取样放大器负端输入15脚接稳压5V，正端输入16脚接地，电流取样放大器在脉宽调制控制电路中没有使用。

      二、关于+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。

电源输出插头如图-3所示

     三、电源的检测

    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。

    四、电源的维修

   我们已经知道计算机开关电源的工作原理。

只要将交流电源（220V）接通，全桥或二极管（图-4、图-5）

     将交流电（220V）整流成为高电压的脉冲直流电，再经过电容（图6）滤波后成为300V的高压直流电压，而后进入控制电路。

此时，控制电路控制大功率开关三极管将高压直流电按照一定的高频频率分批送到高频变压器（图7）的初级。

在高频变压器的次级线圈输出的降压后的高频低压交流电通过整流滤波转换为能使电脑工作的低电压强电流的直流电压。

其中，控制电路是必不可少的部分。

    它能有效的监控输出端的电压值，并向功率开关三极管发出信号控制电压上下调整的幅度。

在计算机开关电源中，由于电源输入部分工作在高电压、大电流的状态下一些电子元件，故障率最高；如限流电阻、热敏电阻（NTC）、整流桥或整流二极管，其次输出直流部分的整流二极管、保护二极管、大功率开关三极管较易损坏。

     当计算机电源出故障时，怎样着手检修呢？

通过对多台电源的维修，总结出了对付电源常见故障的方

法。

一是用万用表测量脉宽调制器TL494的4脚电压，它是保护电路的关键测试点。

二是从+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。

具体操作原则是：

1、在断电情况下，“望、闻、问、切”

由于检修电源要接触到220V电压，人体一旦接触36V以上的电压就有生命危险。

因此，在有可能的条件下，尽量先检查一下在断电状态下有无明显的短路、元器件损坏故障。

首先，打开电源的外壳，检查保险丝（图-8）是否熔断，再观察电源的内部情况，如果发现电源的PCB板上元件破裂，则应重点检查此元件，

一般来讲这是出现故障的主要原因；闻一下电源内部是否有糊味，检查是否有烧焦的元器件；问一下电源损坏的经过，是否对电源进行违规的操作，这一点对于维修任何设备都是必须的。

在初步检查以后，还要对电源进行更深入地检测。

       用万用表测量AC电源线两端的正反向电阻及电容器充电情况，如果电阻值过低，说明电源内部存在

短路，正常时其阻值应能达到100千欧以上；电容器应能够充放电，如果损坏，则表现为AC电源线两端

阻值低，呈短路状态，否则可能是开关三极管Q1、Q2击穿。

然后检查直流输出部分。

脱开负载，分别测量各组输出端的对地电阻，正常时，表针应有电容器充放电摆动，最后指示的应为该路的泄放电阻的阻值。

否则多数是整流二极管反向击穿所致。

      2、加电检测

      在通过上述检查后，就可通电测试。

这时候才是关键所在，需要有一定的经验、电子基础及维修技巧。

一般来讲应重点检查一下电源的输入端、开关三极管、电源保护电路以及电源的输出电压、电流等。

如果电源启动一下就停止，则该电源处于保护状态下，可直接测量TL494的4脚电压，正常值应为0.4V以下，若测得电压值为+4V以上，则说明电源的处于保护状态下，应重点检查产生保护的原因。

另外，+5VSB是供主机系统在ATX待机状态时的电源，所以当电源一加入市电220V后,+5VBS端就应有+5V电压输出的特点，可先检测这一点电压的有无，若有+5V电压说明辅助电源是好的，故障在主控电源电路中，应在主控电源电路中查明故障的原因。

由于接触到高电压，建议没有电子基础的朋友要小心操作。

     五、常见故障实例

     1．保险丝熔断

     一般情况下，保险丝熔断说明电源的内部线路有问题。

由于电源工作在高电压、大电流的状态下，电

网电压的波动、浪涌都会引起电源内电流瞬间增大而使保险丝熔断。

重点应检查电源输入端的整流二极管，高压滤波电解电容，逆变功率开关管等，检查一下这些元器件有无击穿、开路、损坏等。

如果确实是保险丝熔断，应该首先查看电路板上的各个元件，看这些元件的外表有没有被烧糊，有没有电解液溢出。

如果没有发现上述情况，则用万用表进行测量，如果测量出来两个大功率开关管e、c极间的阻值小于100kΩ，说明开关管损坏。

其次测量输入端的电阻值，若小于200kΩ，说明后端有局部短路现象。

      2．无直流电压输出或电压输出不稳定

     如果保险丝是完好的，可是在有负载情况下，各级直流电压无输出。

这种情况主要是以下原因造成的：

电源中出现开路、短路现象，过压、过流保护电路出现故障，振荡电路没有工作，电源负载过重，高频整流滤波电路中整流二极管被击穿，滤波电容漏电等。

这时，首先用万用表测量系统板+5V电源的对地电阻，若大于0．8Ω，则说明电路板无短路现象；然后将电脑中不必要的硬件暂时拆除，如硬盘、光盘驱动器等，只留下主板、电源、蜂鸣器，然后再测量各输出端的直流电压，如果这时输出为零，则可以肯定是电源的控制电路出了故障。

      3．电源负载能力差电源负开能力差是一个常见的故障，一般都是出现在老式或是工作时间长的电源中，主要原因是各元器件老化，开关三极管的工作不稳定，没有及时进行散热等。

应重点检查稳压二极管是否发热漏电，整流二极管损坏、高压滤波电容损坏、晶体管工作点未选择好等。

       4、通电无电压输出，电源内发出吱吱声。

     这是电源过载或无负载的典型特征。

先仔细检查各个元件，重点检查整流二极管、开关管等。

经过仔

细检查，发现一个整流二极管1N4001的表面已烧黑，而且电路板也给烧黑了。

找同型号的二极管换下，

用万用表一测量果然是击穿的。

接上电源，可风扇不转，吱吱声依然。

用万用表量＋12V输出只有＋0.2V，＋5V只有0.1V。

这说明元件被击穿时电源启动自保护。

测量初级和次级开关管，发现初级开关管中有一个已损坏，用相同型号的开关管换上，故障排除，一切正常。

      5、没有吱吱声,上一个保险丝就烧一个保险丝。

由于保险丝不断地熔断，搜索范围就缩小了。

可能性只有3个：

1、整流桥击穿；

2、大电解电容击穿；

3、过压保护元件压敏电阻击穿；

4、初级开关管击穿。

电源的整流桥一般是分立的四个整流二极管，或是将四个二极管固化在一起。

将整流桥拆下一量是正常的。

大电解电容拆下测试后也正常（注意焊回时要注意正负极），过压保护元件压敏电阻也是正常的。

最后的可能就只剩开关管Q1、Q2了。

分别拆下测量果然击穿，找同型号开关管换上，问题解决。

其实，维修电源并不难，一般电源损坏都可以归结为保险丝熔断、整流二极管损坏、滤波电容开路或击穿、开关三极管击穿以及电源自保护等，因开关电源的电路较简单，故障类型少，很容易判断出故障位置。

只要有足够的电子基础知识，多看看相关报刊，多动动手，平时注意经验的积累，电源故障是可以轻松检修的。

5、错将110V电源接入220V市电网中而烧毁

对于这类人为故障，应重点检查整流二极管或整流桥；过压保护元件压敏电阻；限流电阻；滤波电容；

开关三极管等元件。

将烧毁的元件一一更换后，即可修复。

附：

ATX型开关电源电路原理图