完整word版ATX电源工作流程和维修.docx

1、完整word版ATX电源工作流程和维修 ATX电源工作流程及维修极少部分电源生产厂商为获得更多利润，在电源的设计、用料、做工等方面偷工减料，导致市场中出现了不少劣质电源，给消费者造成许多不必要的损失。那么，电源的优劣该如何分辨呢？我们认为，只有对电源内部的各重要部分进行分析，才能更好的解答这个问题。故此，本刊特邀金河田资深电源工程师刘正波做客技术广角，从专业角度分析ATX电源的优劣。(优质电源示例采用金河田劲霸ATX-600)一、ATX电源的重要性及其工作原理 ATX电源在电脑中所起的基本作用是将220V交流电转化为电脑所需的直流电，但从原理或设计来讲它则包含四个方面：a.将220V交流电和输

2、出的直流电隔离，同时将220V交流电转化为供电脑主板和其他设备使用的低压直流电。b.防止雷击、尖峰脉冲等外界干扰通过电网影响电脑工作。c.开关电源内部的元器件在工作时会处于频繁的开/关状态，这样就会不可避免地产生一些干扰信号，而ATX电源本身应该具备滤除这些干扰信号的功能，以避免对电网中的其他电器设备产生干扰。d.通过电源风扇抽风，降低机箱内部温度，以达到辅助主板、CPU、显卡、硬盘等配件散热的目的。 由以上几点足见ATX电源的重要性，所以我们将从ATX电源的原理部分开始，针对其内部的重要组成部分进行分析。 以市场上常见ATX电源所采用的半桥电路为例，其工作流程为：电源的外接AC电压经过EMI

3、滤波电路滤除各种干扰信号后，通过整流滤波将AC电压变为平滑的直流电，经过开关晶体管的导通和截止，并结合变压器的隔离及电压变换作用，最后通过低压端的整流滤波电路输出。 开关电源的稳压保护过程则是经反馈电路从输出端取样，再将信号送到PWM（Pulse-Width Modulation，脉宽调制）电路调节开关晶体管的导通和截止时间，从而使输出电压稳定。各种保护功能是通过对输出端的电流、电压的监控然后将信号反馈到PWM控制电路从而实现各种保护功能。图1 ATX电源半桥电路工作流程示意图二、拆开电源分析优劣 从内部来看，ATX电源由几个部分组合而成（图2），这几部分的有无或优劣，将直接影响最终用户正常使

4、用电脑。图2组成ATX电源的重要部分1.EMI滤波部分 电源的EMI滤波部分主要是为了滤除外界的突发脉冲和高频干扰, 同时将其自身产生的电磁辐射削减到最低.ATX电源的EMI部分主要是由滤除共模干扰的电容(图4中方框圈选部分)、滤除差模干扰的电容（图4中圆圈框选部分）、扼流线圈等组成。较好的电源其EMI部分通常采用两部分，一部分在公座上加了一个CE小板，ATX电源的EMI是3C认证中的一个重要检测项目。优质电源会采用完整的二级滤波电路。劣质电源最有可能在这部分偷工减料，最常见的做法是省掉一级滤波电路或干脆不采用EMI滤波部分，或者滤除差模干扰的电容采用非安规材料。图3优质电源输入座上的一级EM

5、I滤波电路图4优质电源PCB大板上的EMI二级滤波电路图5劣质电源的EMI部分及EMI电路，无法通过3C测试2. 整流部分和高压滤波部分 电源通过EMI滤波以后由桥式整流管将其变为较平滑的直流电，然后经过高压电容对其进行高压滤波。电源桥式整流部分常用的方案有两种：一种是由四个分立的二极管组成，另一种是将四个分立的二极管集成在一起。后一种方案的优点是便于散热，一般超过300W的电源都采用集成式，其耐压值至少为600V，ATX电源的高压滤波一般采用两个耐压值为200V的电容. 电容的容量直接影响着电源的低压特性,这个问题在我国显得尤其重要,因为国内大部分地区的电网并非想像中那么稳定.一般在用电比较

6、密集的环境,电网电压会由标准的220V降到180V190V，如电源的低压特性不够好,会引发多种问题,如电脑在用电高峰期会频繁死机重启等.一般设计较好的300W电源上,其平滑滤波电容（业内俗称大电容）的容量应达680F或更高。劣质ATX电源的大电容容量大部分不足，最明显的是大电容的体积偏小。图6优质350W电源采用1000F的大电容3. PFC电路 PFC(power factor correction)电路即功率因数校正电路, PFC补偿电路分为两种，一种是被动式PFC（打开ATX电源机壳会发现上盖或下盖有一类似变压器的元件），其作用是可以降低电源对电网谐波干扰和电网对电源干扰， 成本较低，可

7、靠性比较高。在网吧和公司这样电脑集中使用场合中，被动式PFC的效果非常明显；另一种是主动式PFC电路，其AC部分有一大的环形电感，此处还大多带一块PFC控制小卡。主动式PFC功率因数高,AC输入电压可以设计成100264Vac，不过相对于被动式PFC而言，其成本较高，可靠性反而不如被动式PFC设计。在国内销售的电源大部分采用的为被动式PFC,其最明显的特征是含有一个PFC电感.市面上的部分劣质电源此部分会采用假PFC电感或根本不做PFC设计。图7 PFC电感的外形和变压器相似4. 开关晶体管 开关晶体管是开关电源中极为重要的部分,它是通过自激式或它激式使开关管工作在“开/关”状态。其耐压程度不

8、小于800V(半桥式其耐压为400V)，电流应不小于6A，因开关晶体管工作的频率和反向电压均较高，为易损部件，而又是开关电源的核心，所以其质量的好坏是和电源的质量是成正比的。开关管做假的可能性比较小，因为此种开关晶体管没有一定能力是无法生产的，劣质电源最常用的是用旧管，或采用一些杂牌的晶体管来代替。图8电源中的开关晶体管5. 变压器 在ATX电源中，变压器的作用是对电源高压端和低压端进行隔离，以及电压的变换（即将高压转化为低压），其电压变换的比例是根据变压器两边匝数的比例来决定的。变压器的体积越大，其传送的能量就越多。劣质电源的变压器体积偏小，会导致电源的输出功率不足，无法满足设备的需要。图9

9、优质电源（左）和劣质电源（右）的变压器体积大小对比6. PWM控制电路 开关电源的控制保护部分, 是通过反馈电路从输出端取样，再将信号送到PWM电路，调节开关晶体管的导通和截止时间,从而使输出电压稳定。各种保护功能是通过对输出端的电流、电压的监控,然后将信号反馈到PWM控制电路从而实现各种保护功能. PWM控制电路在电源的内部构造中为很重要的一部分，此部分做假的可能性较小，而且电路大部分的用料都不算很贵，无做假的必要。但是极少部分劣质电源还是会在这里省掉部分保护电路。最简单的判别方法就是看此部分PCB板上是否存在插件的空位。 图10如果图中框选部分存在未插元件的空位，则说明该产品在PWM控制电

10、路上偷工减料。7. 其它部分散热风扇： ATX电源使用的风扇根据尺寸分有8025（风扇直径*厚度，80mm*25mm），12025（120mm*25mm），8015（80mm*15mm，多数用于Micro机型）。按转速分有：低转速（1500rpm左右），中转速（2500rpm左右），高转速（3000rpm或更高）。一般扇叶直径越大其转速越低，因为其扇叶越大其排风量就越大,在相同的情况下的转速就可以降低,从而减小运行噪声.这也是大风扇电源被称为静音电源的主要原因.外壳： ATX电源用外壳多数材质为镀锌钢板（SECC），也有少数用铝做外壳。有一些高档的产品，将外壳进行镀金或镀镍处理的，不仅美观，还

11、能起到防锈的作用。电源的散热片： 一个设计正常的电源，影响其寿命长短的最大因素就是电源内部温度的高低。散热片是根据有些金属（如铜、铝等）传热较快的原理，由电源中发热量较大的元器件（电源的开关晶体和输出整流管）将热量传至散热片上，再由风扇散热。常用电源采用的散热片其材质一般为铝质。现实中只要成本可接受，散热片的体积越大越好。三、劣质ATX电源的危害使用劣质电源对用户而言危害无穷，具体的危害归纳起来有以下7点： 电源散热结构不好：使电脑工作不稳定，造成长时间使用后系统频繁死机，更严重的情况则会烧坏CPU。 功率不够：电源使用寿命低，内部元件过热，容易造成运行大型图形软件或游戏时死机，而且无法带多个

12、外设。 电源无PFC电路：可能会造成电脑突发性死机，重新启动。 电脑抗干扰性不好：即无EMI也未通过3C认证，容易因雷击而导致主板和其他硬件损坏；多台电脑在一块使用时相互干扰，出现不定时死机重启的故障。 制作工艺粗糙：电源使用寿命不长，电源工作不稳定，PCB焊点一个以上自动锡裂，在经过运输振动之后无电流输出。 主要元件选用过次：风扇噪声大，停止转动后造成电源的元器件因过热而发生炸裂，即业内常说的“炸机”。在低温地区或高温地区电源无法正常工作，电源负载能力变差。并且在AC输入偏低或偏高的地区无法使用，易受电子设备在电网中开关机影响。 无安全保证：电源漏电或功率大时易发热起火。四、总结 如何判断A

13、TX电源的优劣?其实不外乎三个方面：设计、用料、做工。从用料来讲，优质 DC/AC线均有束线带绑扎；AC大电容使用考究，容量充足，一般200W机种使用330UF以上，250W使用470UF以上，300W使用680UF以上的；200W以上的ATX电源应使用ERL-35变压器。功率器件的散热片应使用纯铝，且厚度足够，一般200W电源的散热片厚度为22.5mm，250W电源的为2.54mm。从制作工艺来讲，电源内部各元器件应排列整齐，大体积元件应使用胶水加强固定，元件焊点饱满，线材排列整齐，元件倾斜度较小（大元件小于10度，小元件小于5度），焊接在PCB上的元件引脚长为0.82.5mm之间，高发热元

14、件套热缩套管。 目前市场对ATX电源的需求正逐步向大功率、多保护（过流、过热、过压、过功率）、高可靠、小体积方向发展。从设计和制造的角度来看，也只有达到以上要求的ATX电源，才算得上可满足最终用户需求的优质产品。ATX电源电路图分析 大家看这个电路，是一个典型的ATX电源电路图，下面，我将以此为基础，介绍ATX电源的工作原理。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。其主电路原理图见上图，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

15、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。其原理方框图见下图，从图中可以看出整机电路由交流输入回路、整流滤波电路、推挽开关电路、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。图中，AC INPUT开始，是交流电源的输入端： 1、交流输入回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

16、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：一是指微机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微机本身的干扰。通常要求微机对通过电网进入的干扰信号抑制能力要强，通过电网对其它微机等设备的干扰要小。、整流电路：包括整流和滤波两部分电路，将交流电源进行整流滤波，为开关推挽电路提供纹波较小的直流电压。 ATX电源工作原理及检修电路图ATX电源工作原理及检修检修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

17、信号ATX开关电源和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

18、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。   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，和任一地端(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

19、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。 二、 控制电路的工作原理 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、自动稳压和保护控制电路、多路直流稳压输出电路。请参照下图。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

20、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)，和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

21、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输出+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

22、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。 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

23、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

24、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

25、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

26、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，输出误差电压和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。