计算机开关电源工作原理由于ATX电源品牌繁多电路各有千秋但.docx

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计算机开关电源工作原理由于ATX电源品牌繁多电路各有千秋但

计算机开关电源工作原理

    由于ATX电源品牌繁多，电路各有千秋，但基本原理还是一致的，大同小异，只要弄明白一种，就能懂得其他各种基本原理，举一反三迎刃而解。

现以300WATX电源为例，分十个部分进行讲解。

220V交流输入电路和高压整流滤波电路

    220V交流输入电路主要由保护电路和抗干扰电路两部分组成。

保护电路由保险F1、热敏电阻NTCR1、过流保护器组成，主要起过流过压保护和限流作用。

抗干扰电路由C1、C2、R1、扼流圈T1、差模扼流圈T5组成，主要用于由市电电网进入的高于50HZ的干扰信号和由开关电源本身振荡时产生的谐波信号同时进行正向和反向抑制，防止电网干扰对ATX电源的影响和ATX电源的振荡谐波通过电网反输出对临近计算机和显示器等设备干扰。

    高压整流滤波电路由整流二极管D21—D24当电网电压L为正时D22、D23导通，当N为正时D24、D21导通，输出脉动的直流电压，通过扼流圈T和C5、C6组成的L型滤波电路后输出较平滑的300V直流电压，同时T还是功率因素校正线圈，用来提高电能的利用率，R2、R3为半桥交换电路的均压电阻。

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计算机ATX电源工作原理（三）

作者：

何家祯

辅助电源工作原理

    辅助电源本身也是一个完整的变压器耦合并联型开关电源，输出+5VSB电源，为主板待机供电。

同时也为保护电路，控制电路等供电。

只要有交流电输入，ATX开关电源无论是否开启，其辅助电源一直在工作，都在为开关电源控制电路提供工作电压。

当电源接通市电，高压整流电路就有300V直流电压输出，一路往R55、R56至开关管Q12基极，另一路经开关变压器T6的初级线圈L1加到Q12集电极，使Q12导通。

Q12导通后，其集电极电流在T6的L1上产生上正下负的自感电动势，同时在正反馈绕组L2上产生上正下负的互感电动势，此互感电动势通过C31、R56加到Q12基极使Q12迅速饱和导通。

在Q12饱和导通期间，由于T6的次级L3、L4与初级L1极性相反，次级L3、L4的互感电动势为上负下正，所以整流管D29、D30均为反向截止无输出，L3、L4的互感电动势就以磁能的形式储存在线圈内。

同时反馈绕组L2的互感电流通过R56、Q12的BE结电阻对C31充电，随着C31充电不断进行，其两端电位差不断升高，流经Q12基极电流不断下降，使Q12退出饱和状态。

其Q12的BE结电阻不断增大，导致Q12的集电极电流进一步下降，从而使T6的初级绕组的自感、互感电动势均反向。

此时正反馈绕组L2的负脉冲电压与定时电容C31所充的电压叠加后经R56加到Q12基极，使Q12迅速截止。

此时正反馈绕组L2通过D28给C19充电，使C19充得下正上负的电压，这一负电压加到稳压二极管ZD2的正极，使Q12基极被箝位在比C19负电位高约9V的负电位上。

C19充电结束后又通过R57放电，把电能以热能的方式释放出来。

随着C19放电电流的不断减小，Q12基极电位不断上升，当Q12基极上升到超过门坎电压时，Q12再次导通进入自激振荡状态。

电路中的D31、D32和R58构成反峰电压吸收电路，用以保护Q12安全。

在Q12由饱和导通转向截止期间，T6的各绕组的电动势方向均反相，L3、L4两次级变为上正下负存储的磁能转换为电能经D29、D30整流输出，其中D30整流输出12V电压供给脉宽调制集成块TL494的12脚，电源端和驱动电路。

D29整流输出的直流电压通过LA7805三端稳压电路后输出+5VSB电压供给ATX电源和计算机主板内的网络通讯，电源监控管理电路，系统时钟芯片等电路，在正常开关后只要电源插头不取仍保持工作。

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计算机开关电源工作原理（四）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作者：

何家祯

PWM脉宽调制控制电路和驱动电路

主要由TL494集成电路及外围元件组成:

1脚为误差放大的同相端由电源的输出端+12V+5V的反馈电阻R25、R26与R20、R21的并联电阻分压后送入1脚用于自动比较稳压控制。

2脚为误差放大器的反相端，由14脚输出+5V基准电压经R24、R19分压得到约4V的电压输入到2脚与1脚内的电压进行比较。

3脚为误差放大器的输出端外接C10、R18组成的校正网络防止自激产生。

4脚为死区控制端改变4脚电压可改变死区时间长短。

4脚为高电平时封锁8和11脚输出脉冲调制信号。

由13脚接+5V基准电压脉宽调制在集成块内部为并联推挽输出。

在8脚11脚输出相位差180度的一对脉宽调制信号其频率由5、6脚外接的阻容元件参数决定（C11和R16），同时4脚电压从0~5V变化时，死区时间成比例增大。

因此利用此功能4脚又被设置为开关电源输出电压的过压保护端，若过压时自动封锁8、11脚的输出使驱动电压停止工作，7脚为接地端。

8、11脚为TL494内部两路输出放大管的集电极Q3、Q4以推挽方式工作于甲乙类，它们的集电极分别与T2初级线圈L1、L2相接。

在Q3、Q4交替导通时，分别在L1、L2上产生自感电动势，同时在L3、L4、L5次级线圈中产生互感电流，驱动半桥变换电路Q1、Q2工作。

13脚为输出控制端，若13脚接地时为并联单端输出方式。

若13脚与14脚相接时为推挽输出方式（本电路采用接14脚）14脚为+5V基准电压端输出电流可达10MA。

15、16脚为第二误差放大器的反相端和同相端。

由于15脚接基准电压+5V，16脚接地，第二误差放大器输出为低电平对脉冲宽度控制不产生作用。

9脚、10脚为TL494推挽管的发射极接地端。

驱动管Q3、Q4的发射极接D7、D8和C23用于抬高Q3、Q4发射极电平，使Q3、Q4基极在低电平脉冲时就可*截止。

C22使驱动脉冲进入零电位。

电路中的D5、D6和R13、R14为Q3、Q4的保护二极管和基极电阻。

12脚为电源输入端，该集成块适应电压范围较宽，允许输入8~40V的电压（本电路为+12V），因此由辅助电源直接为12脚提供启动电压，待开关电源启动稳定后，由开关电源输出的+12V电压经D、R46、D14、D15向12脚供电。

由于在设计时辅助电源D30整流输出电压要低于12V，D30截止，启动电压自动退出电路。

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计算机ATX电源工作原理（五）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作者：

何家祯

半桥式开关变换电路

它由开关管Q1、Q2快恢复阻尼二极管D1、D2高压滤波电容C5、C6和驱支变压器T2功率变压器T3等元件组成。

其工作原理：

从图中可以看出开关管Q1、Q2是串接在+300V的整流电压回路中，Q1、Q2在交替工作时实际上是由C5、C6滤波电容将+300V分压供给Q1、Q2的集电极，也就是说Q1、Q2在交替工作时集电极电压是150V，当脉宽调制集成块TL494的8、11脚输出相位差为180度的脉宽调制信号送入驱动管Q3、Q4的基极使Q3、Q4交替导通使驱支变压器T2的初级L1、L2中交替的产生自感电动势，同时在T2的L4、L5两次级绕组中产生互感电动势，并按不同时序输出正脉冲交替送入Q1、Q2的基极使Q1、Q2交替饱和导通。

当推动管Q3导通时在T2的初级线圈中产生右正左负的自感电动势，而在T2的次级线圈L5中产生左正右负的互感电动势，此正脉冲经过D3、R7、C9、R6使开关管Q1饱和导通，C5两端电压经Q1的CE结，导通电流经T2次级L3和功率变压器T3初级再经耦合电容C7回到滤波电容C5的负端，当驱支变压器初级绕组流经的正脉冲下降到阀门值时开关管Q1截止，经过死区时间后，驱动管Q4导通在T2的初级L2中产生左正右负的自感电动势同时在T2的次级L4中产生互感电动势，输出的正脉冲经D4、R11、C10、R10使开关管Q2饱和导通，高压滤波电容C6上的电压经耦合电容C7功率变压器T3初级和T2的L3再经Q2的CE结放电形成回路，当T2的L2绕组正脉冲下降到阀门值时Q2截止。

这样Q1、Q2轮流导通截止，在功率变压器T3的初级绕组中形成至下而上和至上而下的交变的准矩形波脉冲电流，这个电流在T3的初级绕组形成自感电动势同时在T3的次级各绕组中形成互感电动势，这些互感电动势分别经各整流滤波电路后得到各路直流电压输出。

在电路中D1、D2为快恢复二极管

C8、R4为尖峰脉冲吸收回路用于减少Q1、Q2的开关损耗

C7为耦合电容用于防止T3产生磁饱和

C9、C10用于在正脉冲到末时使开关管迅速导通

D3、D4两二极管用于正脉冲减小到阀门时间分别使Q1、Q2迅速截止

R7、R11为Q1、Q2的截止期间电容C9、C10的放电吸收电阻

R6、R10、R8、R12为Q1、Q2的基极电阻和偏置电阻，确保工作于甲乙类

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计算机开关电源工作原理（六）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作者：

何家祯

电源监控电路（PS—ON控制电路）

PS—ON控制电路主要是控制脉宽调制集成块TL494的4脚死区电压，主要由Q10、Q11等元件组成。

当计算机待机时主板的电源管理控制电路的电子开关断开（与接地点断开），由辅助电源的三端稳压LA7805输出的+5VSB电压一路直接送主板，另一路经R23、R31使Q10导通，Q10导通期间其集电极电位会随之降低，低电位会通过R36促使Q11导通，在Q11导通期电流会在R17上端产生电压降形成高电平，R17上端与TL494的4脚直接相连，因此使TL494的4脚呈现高电平，从而封锁TL494的8脚11脚的正负调制脉冲输出，使半桥主要变换电路截止，各路直流电压均无输出。

当计算机受控启动后，主板的的电源管理控制电路的电子开关接通接地点，使PS—ON端口为零电位也就是Q10基极电位为零，因此Q10、Q11均截止，此时TL494的4脚电位被R17拉成低电平，使TL494的8脚11脚打开封锁，永许输出电位差为180度的脉宽调制脉冲去控制驱支电路Q3、Q4交替工作同时在T2次级产生互感电动势推动半桥主要变换电路的Q1、Q2也交替饱和导通，在Q1、Q2交替导通时在T3初级产生自感电动势，同时在T3各次级产生互感电动势，同时整流输出各种直流电压，使整个系统处理正常工作。

电路中的R15、C15用于初开机一瞬间使TL494的4脚出现高电平，短时间封锁8、11脚以防主板误动作，随着C15的充电，TL494的4脚由PS—ON信号控制。

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计算机开关电源工作原理（七）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作者：

何家祯

ATX电源输出电压保护电路

输出电压保护电路主要由Q5、Q6、Q7及其外围元件组成。

当输出电压+12V过压时，通过二极管D、R46、D14、D15、R44使三极管Q7和Q5导通。

Q5导通时将来自TL494的14脚的+5V基准电压经Q5的CE结，二极管D11使TL494的4脚变成高电平，而封锁8脚11脚的调制脉冲输出使主电源停止工作。

当输出电压+5V、+3.3V过压时稳压二极管ZD1、ZD3反向击穿导通经D27使三极管Q6、Q5导通，TL494的14脚+5V基准电压经Q5的CE结，二极管D11使TL494的4脚变成高电平封锁8脚、11脚调制脉冲输出，主开关电源停止工作。

当输出电压—12V、—5V过压时，一并经R28和R27送来的+5V电压汇合（正常时应正负相等D9正端处于零电位）只要—12V或—5V电压任一路过压都会破坏D9正端的零电位，使D9正向导通，从而引发Q6、Q5导通，使开关电源停止工作。

二极管D12和D13的作用是在待机时为PS—ON电源监控电路的Q10提高集电极电压。

二极管D14还担负着在输出电压正常期由+12V通过二极管D、R46、D14经过T2初级绕组为驱支管Q3、Q4的集电极提供+12V电压，而取代辅助电源送来的+10V为Q3、Q4提供的初始工作电压。

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计算机开关电源工作原理（八）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作者：

何家祯

PW—OK电路（电源检测电路）

电源检测电路（PW—OK电路）主要由电压比较集成电路LM393及周围元件组成。

其工作原理：

一．待机时

由辅助电源LA7805三端稳压输出的+5VSB电压经R23送入的高电平，经R37送入LM393的6脚电压比较器“II”的反相端大于5脚同相端的固定电压比，7脚低电位，经R40使3脚电压比较器“I”的同相端输入低电平小于2脚反相端的固定电压比，1呈低电位，导致1脚PW—OK信号为零电平电源自控信号处于待命休闲状态。

二．受控启动后

PS—ON控制端呈低电平（零电位）经R37使LM393的6脚电压比较器“II”的反相端为低电平小于5脚同相端的固定电压比，1脚呈高电平向主机送出PW—OK高电平的电源自控信号。

这样，在开关电源输出稳定后，PW—OK经几百毫秒的延迟后由低电平起跳到高电平，主机检测到PW—OK信号后启动系统。

三．突然停电或关机时

开关电源输出的+5V电压必然下跌，下跌的+5V电压经R41、R42使LM393的电压比较器“I”的3脚同相端电位下降，当3脚小于2脚固定电压比时，LM393的1脚立即从高电平跳变到低电平，比开关电源+5V完全没有时提前几百毫秒通知主机在完全断电前自动关闭，防止因工作错误或市电网突然停电时硬盘磁头来不及移至着陆区而划伤盘片。

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计算机开关电源工作原理（九、十）

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何家祯

一、多路直流输出电路的工作原理

当计算机受控启动时，主板的电子开关接通公用点地使脉宽调制集成块4脚为低电平，打开对8脚11脚的封锁，输出一对相位差180度的正负调制脉冲，控制驱支管Q3和Q4交替导通，使驱支变压器初级绕组产生交替的自感电动势，同时使T2的次级各绕组也产生交替的互感电动势，控制半桥变换电路的开关管Q1和Q2交替饱和导通，均通过功率变压器T3初级线圈和耦合电容C7形成导通电流，同时在T3次级各绕组输出准矩形波形，经各半桥全波整流和各电感，电容滤波后得到波纹较小的+3.3V±5V±12V直流电压。

由于各路直流电压具有电压低，电流大的特点，通常用低内阻的肖特基二极管作半桥整流，用低内阻的电解电容器进行滤波，以减小过大损耗。

再加上设有比较完善的保护电路，因此ATX电源可以脱机工作，便于独立维修，但要启动时必须将输出插头的14脚（绿线）与公共地（黑线）短接方可启动，各路直流电压才有输出。

二、+3.3V二次稳压电路

由于+3.3V主要供给主板的CPU等核心配件,要求更精确更稳定,所以在+3.3V输出负载网络中增设了二次自动稳压控制电路。

主要由精密稳压集成块WL431和PNP型三极管Q13等元件组成：

其工作原理当+3.3V输出电压升高时，WL431的R端电压上升，K端电位下降，经R74使Q13导通，输出升高后的那一部分电压通过R71、Q13的E、C极使二极管D32正向导通，导通的电流破坏了+3.3V半桥整流的工作，而使整流输出电压降低，从而使+3.3V电压更加准确，更加稳定。

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