最新计算机ATX电源原理及检修技术

1 引言

　　PU是计算机的心脏，那么电源就是计算机的能量源泉了。目前，ATX电源取代AT电源广泛使用于电脑之中。计算机是高科技含量产品，由于价格的原因，人们常常忽视电源的技术含量。实际上，要提供一个精巧、安全、严密的电源供主机使用也决非易事。在对电源原理的分析中，我们也不难发现设计者的精妙构思。下面是对ATX电源的原理和检修方法的详细介绍。

2 ATX电源原理

2.1 　ATX电源与主机板接口

　　源取消了传统的交流电源开关，它采用软开关技术，依靠+5SB、Power On/Off控制信号的组合来实现电源的开启和关闭，使计算机的远程控制和定时开关机功能顺利实现。传统AT电源采用两组插头与主机板联接，每组各有6根线。与AT电源不同，ATX电源采用一组20线插头，其具体接线如图所示：

图 1　ATX电源与主机板接口
　　1、11、12：+3.3V； 2：-12V； 4：POWER On/Off；8：-5V；9、10、14、16：+5V；
18：PG信号； 19：+5V辅助电压；20：+12V；其余各黑色线为接地线。[1]
P4专用插头：P4耗电量非常大，再加上现在显卡的耗电量也比较大，所以P4电源比普通电源多出两个接头，一个6芯，另外一个4芯。

2.2　ＡTX电源组成结构

　　城CGCATX2K电源为例对ATX电源作介绍，CGCATX2K是长城公司新出的一款优秀的电源，性能稳定，输出功率大，其详细电路经本人参照电路板手工绘出，如图5所示。因保护知识产权的原因 ，本文对所有元件进行了重新编号并略去了元件型号。但这不影响我们对电源原理的理解和分析。此电源采用PWM开关电源技术，开关电源具有转换效率高且便于控制的优点，下面是电源电路的框图，如图2所示。[4]

2.3　ＡＴＸ电源电路分析

2.3.1 抗干扰电路

　　输过程中会受到高频干扰，微机电源的功率转换分和辅助电源部分是工作在高频状态，也会对市电网产生高频干扰。抗干扰电路可起双向滤波作用，一般由滤波电容和互感线圈构成，在这里我们只画出了Ｒx,Ｃx和THR。

2.3.2 整流电路

　　D1~D4直接对220V交流电进行桥式整流，产生300V左右的直流电压，经Ｃ01～Ｃ02滤波后，分别加到辅助电源和功率变换电路。

2.3.3 完备的辅助电源+5VSB电压系统

　　+5VSB是供主机系统在ATX待机状态时的电源以及自动开关机和远程唤醒通讯联络相关电路的工作电源。
　　辅助电源部分采用独特的自激振荡与光电耦合器件控制相结合的电路。增强了电路的可靠性和提高了电压的稳定系数。
　　T1、C8、D6、R14、Q11等元件组成自激振荡电路，通电后可在ＳＢ端产生５Ｖ左右的电压。IC11、IC2及其外围元件组成稳压电路。当SB端电压有微小变化时，经精密电阻Ｒ24、Ｒ25反馈到LM431。LM431是一个精密放大器，LM431电流的大小将影响到IC11的１、２脚的导通与否。当SB电压偏高时，IC11的３，４脚导通，由于IC11内部的光电耦合作用使1、2脚导通。3脚产生的电压经D７整流，Ｃ10滤波加到１脚,从２输出至Q12的基极使Q12导通，Q12的Ｃ，Ｅ电压Vceo下降，从而Ｑ11基极电压下降，Q11开关管截止，SB电压下降。反之，SB电压偏低时，经过相反的控制过程可使Ｑ11导通时间延长，SB输出电压上升，达到了稳定电压的目的。
　　Q21、R21、R22、C14、ZD2是防止SB电压过高的保护电路。可防止由于SB+5V电压过高而引起主机板损坏，造成严重后果。当SB电压过高时，ZD2击穿，这一电压加到单向可控硅Q21的控制极使Q21的ＡＫ极之间导通，SB电压对地短路，保护了后级电路。Ｃ14的作用是在ZD2击穿后让Ｑ21维持导通状态。
　　辅助电源部分还设计了过流保护电路。当流过开关管Ｑ11发射极的电流过大时，流过Ｒ16的电流增大，Ｒ16上端电压
　　Ｖ＝Ｉ*Ｒ　（2.1）
　　也随之上升，此电压经Ｒ17送到Ｑ12基极，Ｑ12导通，引起Ｑ11截止。防止了开关管由于过流而损坏。[1]

2.3.4功率振荡及低压产生电路

　　功率振荡部分主要由PWM控制和功率变换两部分构成，下面先介绍KA7500B脉宽控制原理。KA7500B是Fairchild Semiconductor International公司的产品，它由5V基准电压输出电路，两个误差放大电路，双稳态多谐振荡器，一个输出控制端口，一个PWM比较器，以及一个空载时间比较器和一个振荡电路几个部分组成。
　　KA7500B的12脚外接由Ｔ１提供的20Ｖ左右的电压。KA7500B电源电压可为16~24V。14脚输出的是由KA7500B内部所产生的基准电压。5脚和6脚分别接振荡电容和振荡电阻。振荡电路产生30K到50KHz左右的为锯齿波。该锯齿波与４脚输入的电压及比较放大器的输出相比较，得到PWM电压由８脚和１１脚输出到Ｑ5，Ｑ6控制功率转换开关管Ｑ31、Ｑ32轮流导通。
　　有6个端子与ＰＷＭ输出直接相关，即1、2、15、16、4、13。V1大于V2、V16大于V15时，电路停止输出脉冲。13脚电压为0时，无脉冲输出，此处13脚直接与基准电压相连。
4脚为KA7500B的一个重要的控制端。4脚电压为4.5V时，输出的脉冲宽度为0，当4脚电压为0V时，输出脉冲宽度为最大。
　　除脉冲宽度控制电路外，低压产生电路的原理比较容易理解，在此不作详细的论述。
需要补充的是，由于通过Q11，Q31，Q31，D38，D39，D40的功率比较大，所以这些元件加了散热板。应注意元件与散热板之间都用石英片绝缘，在拆装时应注意不可去掉石英片。如果有电子爱好者需要打摩电源、增大电源功率时，可在充分散热的前提下将开关管E13007改为BU508A。[5]

[page]2.3.4 POWER GOOD 信号的产生

　　P.G.是提供给主机板的开机复位信号。如果各路直流输出电压已达到它们的最低检测电平（+5V输出在4.75V以上），则电源在开机后大约延时100到500毫秒后产生，产生延时的关键元件是C24。

　　图3是LM339比较器内部结构图。LM339上半部分用来产生P.G.信号。电源开始工作后，14脚输出高电平，向C24充电，经一定的充电时间后，11脚才建立起了高电平。当11脚电压高于10脚时，13脚输出高电平，这就是P.G.信号。这一高电平能被保持。[3]
　　P.G.信号非常重要，即使电源的各路直流输出都正常，如果没有P.G.信号，主板还是没法，如果没有P.G.信号，主板还是没法工作。如果P.G.信号时序不对,可能会造成开不了机的情况。关机时，P.G.信号比ATX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，磁盘磁头来不及移至着陆区而划伤硬盘。

2.4 　低压稳压，保护电路

图4　ATX电源电路图

2.4.1 +5，+12稳压电路

　　+5V、+12V的微小变化，经R68，R69、R610输入到KA7500B的1脚。由KA7500B内部误差放大器放大，比较后可调整驱动脉冲的宽度，可精确校正+5V、+12V电压的变化。

2.4.2 +3.3V稳压保护

　　+3.3V稳压保护电路由图5中5编号开头的元件组成。LM431是精密放大器，L51、L52是两个磁饱和变压器，当3.3V电压有微小变化时，经R58，R57反馈至LM431，LM431导通电流的大小影响Q52的基极电流的大小，使Q51趋于饱和或截止，改变了L51、L52初级线圈n1电流的大小，次级L51n2、L52n2的感抗发生变化，D39左边的电压变化，从而校正了3.3V电压的变化。

2.4.3 低压过电压保护电路

　　R27、ZD4、D29、R86、D26、R87、R84、R85及Ｃ22、D25等组成过电压保护电路。当+5V、-5V、+12V、-12V、+3.3V中有一路电压过高时,LM339的5脚电压升高,2脚输出高电平到KA7500B4脚使8、11输出脉冲宽度为0,使电路停止工作。D21、D23与5脚相连，可使2脚输出的高电平锁定，使过电压保护稳定。

3 ATX电源检修

　　为防止损坏主机板或其它部件，ATX电源出现故障后必须拆机检修。一般开关电源不能工作在空载状态下，ATX电源由于各电压输出端都并联了负载电阻，拆机后不会由于空载而扩大故障。
　　通电后，即使功率转换部分没有工作，辅助电源也应该有+5V电压输出。即测量接口19脚对地有+5V电压。无SB电压输出或电压不稳时要检查交直流变换和辅助电源电路。
　　交直流变换部分。测量D3负端电压是否为300V左右。保险丝烧毁后必须更换同型号的延时保险，不能随意用其它导线或保险代换，烧保险一般表明存在较严重的故障，此时应慎重对待。常见的原因有整流二极管损坏、滤波电容击穿或漏电、开关管Q11损坏，或者还有其它部分对地严重短路。
　　辅助电源部分检查的中心是Q11，正常情况下辅助电源工作在振荡状态下，用万用表测Q11基极为一负压。常见的现象是启动电阻R11、R12开路引起电路未起振，除此之外逐步检查Q12、ZD1、ZD2、Q21、LM431、IC11等。这些元件较之电阻更容易损坏，最后才检查电阻是否存在故障。SB电压不稳或偏离正常值主要是由于R24、R25阻值变化引起，这是两个精密电阻。
　　在正常情况下，PS/ON脚与地相连后，功率振荡电路即可启动。如果各电压输出正常，则一般说明电源工作良好，但要注意P.G.信号是否正常。 P.G.信号是电源输出到主机板的信号，表明电源工作良好，如果P.G.不正常也会引起主机板输出高电平到PS/ON，功率振荡部分不工作。
用示波器检查KA7500B的5、 8、11脚有没有振荡脉冲输出。检查的另一个关键点是KA7500B的控制脚4脚，当它为高电平时，电路没有脉冲输出。ATX电源的各保护电路非常严密，任何一路故障都会引起4脚电压异常。检修时注意分析引起4脚高电平的各种原因，同时分析LM339各个引脚电压，在可靠分析的基础上做出正确的判断。
　 
4 结束语

　　本文分析了ATX电源的工作原理及常用的检修方法和步骤。电子工程师在设计电源时充分考虑到了电源的保护问题，使整个供电系统形成了一个完整的网络。达到了向主机提供安全、可靠、稳定的电源的目的。随着科技的进步和对使用经验的总结，采用新技术的更好的电源将不断地涌现。

参考文献

[1]　胡存生 胡鹏. 集成开关电源的设计制作调试与维修. 北京：人民邮电出版社， 1996　
[2]　宋春荣 刘芳芳 杨礼成等. 通用集成电路速查手册.山东：山东科学技术出版社，1995
[3]　电子工程手册编委会.中外集成电路简明速查手册，北京：电子工业出版社，1991
[4]　曾夏鸣. ATX电源的工作原理和故障检查.电脑技术.1996,第6期:56-60
[5]　KA7500B技术资料. Fairchildsemi公司网站