臺(tái)達(dá)DPS-250GB-4B-ATX電源原理分析.doc

臺(tái)達(dá)DPS-250GB-4B ATX電源原理分析臺(tái)達(dá)DPS-250CB-4B(REV:OO)ATX電源與傳統(tǒng)ATX電源不同，它的主輔電源均采用單MOS開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)。其中，主電源采用UC3843BN脈寬調(diào)制集成電路，主電源喚醒、過(guò)，欠壓等保護(hù)電路采用DNA1002D芯片，電源最大輸出功率為232.5W。該電源被廣泛用于聯(lián)想開(kāi)天M4600等系列微機(jī)上。電路工作原理簡(jiǎn)述1輸入、整流、濾波電路220V交流輸入電壓經(jīng)過(guò)差模、共模電感電容組成的EMI濾波電路進(jìn)入整流電路。EMI電路的作用，一是防止電源本身的電磁干擾脈沖，通過(guò)傳導(dǎo)或輻射方式干擾公共線(xiàn)路上的其他電器設(shè)備。二是防止公共線(xiàn)路上的電磁脈沖干擾電源本身的工作。整流后的脈動(dòng)直流電，由濾波電容Cl濾波后獲得約300V左右的直流電壓，供主輔電源使用。2主電源工作原理主電源主要產(chǎn)生正負(fù)5V、12V、+3.3V電源給計(jì)算機(jī)主板使用。該電源采用了UC3843BN電流控制型脈寬調(diào)制集成電路，它具有功能全、工作頻率高、引腳少、外圍元件簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。它的電壓調(diào)整率可達(dá)O.OI%V（非常接近線(xiàn)性穩(wěn)壓電源的調(diào)整率）。工作頻率可達(dá)500kHz，啟動(dòng)電流僅需ImA所以它的啟動(dòng)電路非常簡(jiǎn)單。UC3843BN各腳功能見(jiàn)下表。腳號(hào)符號(hào) 功能1COMP補(bǔ)償端。內(nèi)接誤差放大器輸出端，外接電阻。電容元件以補(bǔ)償誤差放大器的頻率特性。2VFB反饋電壓輸入端。將取樣電壓加至誤差放大器的反相輸入端，再與同相輸入端的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出誤差控制電壓，用來(lái)控制脈沖寬度。3 cs過(guò)流檢測(cè)端。接過(guò)流檢測(cè)電阻，組成過(guò)流保護(hù)電路，大于1V時(shí)，(6)腳無(wú)脈沖輸出。4R/C外接定時(shí)Rt、Ct元件，以決定鋸齒波振蕩頻率。5GND接地端。6OUT脈沖輸出端?？商峁┐箅娏鲌D騰柱輸出，輸出電流達(dá)1A7VCC電源供電端。當(dāng)供電電壓小于8.5V時(shí)芯片不啟動(dòng)工作，芯片工作后，此腳電壓可在7.6V34V之間變化，低于7.6V時(shí)(6)腳則停止脈沖輸出。8VREf基準(zhǔn)電壓輸出端。此腳可輸出穩(wěn)定的Sv電壓，電流可達(dá)50mA。在市電供電處于正常范圍內(nèi)，要使UC3842BN(6)腳輸出端關(guān)閉脈沖輸出的方法有四種：(1)關(guān)掉Vcc;(2)將(1)腳電壓降至IV以下；(3)將(2)腳電壓升至2.5V以上；(4)將(3)腳電壓升至IV以上。該電源的啟動(dòng)與關(guān)閉是通過(guò)控制UC3843BN(2)腳電平的高低，由光電耦合器IC3(336)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該電源的穩(wěn)壓控制是通過(guò)控制UC3843BN(1)腳電平的高低，由光電耦合器IC2(336)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)給UC3843BN(7)腳加上供電電壓，達(dá)到啟動(dòng)條件后，電源啟動(dòng)，UC3843BN(6)腳輸出PWM脈沖到功率MOS開(kāi)關(guān)管Ql(7N80)的G極，控制Ql的導(dǎo)通與截止，開(kāi)關(guān)變壓器Tl開(kāi)始進(jìn)行磁能與電能的轉(zhuǎn)換，次級(jí)各繞組電壓經(jīng)LC濾波后輸出對(duì)應(yīng)的直流電供后級(jí)電路使用。該電源中，有關(guān)元件的作用為：電容C3（0.47F/50V）為UC3843BN內(nèi)部5v基準(zhǔn)電源濾波電容，起抑制開(kāi)關(guān)尖峰作用。電容C13(152K/lkV)、二極管Dl(BYV26CPH)、D2(BYV26CPH)、電感L2組成LCD鉗位電路，其作用一是使Ql工作在較安全的工作區(qū)域（減小Q1的關(guān)斷損耗）；二是可以使輸出端的開(kāi)關(guān)尖峰電平大大降低。電阻R7(33)、R8(lO)為01柵源極間限流電阻，防止G極輸入電流過(guò)大損壞MOS管輸入端；二極管D3(IN4148)為放電二極管，在Ql由導(dǎo)通轉(zhuǎn)入截止瞬間，使柵源極間存儲(chǔ)電荷迅速通過(guò)D3泄放掉。增加限流電阻和放電二極管后既保證了MOS管的安全，又保證了MOS管“開(kāi)”與“關(guān)”的迅速動(dòng)作。電阻R19(lOk)為泄放電阻，關(guān)機(jī)后，柵極存儲(chǔ)電荷通過(guò)R19迅速釋放，避免Mos管井機(jī)瞬間損壞。三極管Q2(A673)、電容C9(lF/50V)等組成軟啟動(dòng)電路。通電瞬間，電容兩端電壓不能突變（為ov），Q2導(dǎo)通，UC3843BN(1)腳電平為oV，其(6)腳不輸出PWM脈沖；隨著充電時(shí)間加長(zhǎng)，當(dāng)C9充滿(mǎn)屯后，02截止，此后UC3843BN(1)腳電平受控于IC2。電阻R11(lk)、電容c8(103)、CIO(332)為Rt、Ct定時(shí)元件，決定UC3843BN工作頻率(實(shí)測(cè)振蕩頻率為90kHz)。電阻R5A(0.15/2W)為過(guò)流檢測(cè)電阻，此電阻上的采樣電壓經(jīng)電阻Rl0(620)、R15(5761)、電容C6組成的RC濾波器后，送至UC3843BN(3)腳。當(dāng)該腳電平等于或高于1V時(shí)，內(nèi)部電流檢測(cè)比較器輸出高電平，復(fù)位PWM鎖存器，其(6)腳不輸出PWM脈沖，達(dá)到限流保護(hù)的目的。RC濾波器的作用是抑制Ql開(kāi)通時(shí)產(chǎn)生的電流尖峰，其時(shí)間常數(shù)近似等于電流尖峰持續(xù)時(shí)間（大約幾百納秒）。電阻R14(4.7k,)、電容C7為斜波補(bǔ)償阻容元件，其作用是將UC3843BN(4)腳的鋸齒波電壓經(jīng)R14、C7與R5A上的采樣電壓疊加加到UC3843BN(3)腳，防止諧波振蕩現(xiàn)象發(fā)生，使電路工作更加穩(wěn)定。3副電源工作原理副電源主要向計(jì)算機(jī)主板提供+5VSB電源做待機(jī)及電源喚醒之用。該電源只要一通人市電，就有+5VSB電壓輸出。說(shuō)明：該電源維修資料奇缺，特別是DNA1002D芯片，資料很少，為此，特繪出其原理圖（見(jiàn)下圖）供參考。圖中元件無(wú)標(biāo)號(hào)、無(wú)參數(shù)標(biāo)示的均為貼片元件（貼片電阻阻值未經(jīng)換算，閱讀時(shí)注意）。圖中各處電壓值是用500型萬(wàn)用表直流擋在主輔電源正常工作空載時(shí)測(cè)得的，其中，括號(hào)內(nèi)的電壓值為主電源不工作時(shí)的電壓值。副電源由電阻R951A(IM)，R951B(IM)、功率MOS管0902(K3067)、脈寬調(diào)整管Q901(MPS2222A)、正反饋電阻R902(4.7kn)、電容C902(222K)、開(kāi)關(guān)變壓器T2及光電耦合器IC901(336)等元件組成。電路通電后+300V直流脈動(dòng)電壓一路經(jīng)R951A、R951B加至Q902的G極；另一路經(jīng)T2的初級(jí)(1)一(3)繞組加至0902的D極，T2初級(jí)繞組及0902的D、S極間有電流通過(guò)，T2反饋繞組(4)一(5)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓通過(guò)R902、C902正反饋到0902的G極，電路開(kāi)始振蕩，Q902快速作“開(kāi)”、“關(guān)”動(dòng)作，T2開(kāi)始進(jìn)行磁能與電能的轉(zhuǎn)換，他次級(jí)(7)一(8)繞組電壓經(jīng)LC濾波后輸出+5VSB直流電供后級(jí)電路使用。12反饋繞組(4)一(5)電壓經(jīng)二極管D951（1N4002）、電容C951(47yF/50V)整流濾波后給UC3843BN(7)腳及IC901(4)、(3)腳內(nèi)部的光敏三極管等供電。電路中0901、IC901等元件組成+5VSB穩(wěn)壓控制電路，電阻R906(1.2)為過(guò)流檢測(cè)電阻穩(wěn)壓管ZD902(182)、ZD903(11C2)為過(guò)壓保護(hù)之用，電容C952(222K)、電阻R953(47k)二極管D952(IN4007)為Q902的反峰抑制元件。4.DNA1002D芯片功能該芯片無(wú)法找到其技術(shù)資料，只查到DNA1002CP部分資料，DNA1002CP具有OVP、UVP等功能，其各腳功能見(jiàn)下表。從功能上看，該芯片除產(chǎn)生PG信號(hào)并接受PS-ON信號(hào)控制外，還具有5V、正負(fù)12V、+3.3V過(guò)電壓與欠電壓等保護(hù)功能。因此，采用該芯片后，既可減少電路元件，又可提高保護(hù)電路可靠性。腳號(hào)符號(hào)功能1LATCH當(dāng)過(guò)電壓、欠電壓時(shí)，此腳為高電平；若為低電平表示輸出正常。2COM信號(hào)地。3 PG正常工作時(shí)此腳為高電平PG信號(hào)輸出。4TDON接一電容到底，產(chǎn)生PG信號(hào)延時(shí)。5REMOTEREMOTEON/OFF端，為低則ON，為高則(1)腳高。6TDOFF接一電容到地，起到延時(shí)開(kāi)機(jī)作用，產(chǎn)生PF。7DUV接一電容到地這樣在電容充電電壓小于2.5V參考電壓時(shí)，不做欠電壓檢測(cè)，而當(dāng)充電電壓大于2.5V參考電壓時(shí)，恢復(fù)欠電壓檢測(cè)。8BSENSE在lC內(nèi)部，此腳是電壓供應(yīng)比較器的同相輸入端，當(dāng)此腳電壓低于2.5V時(shí)，則(3)腳與(7)腳電壓變低。9 v5檢測(cè)+5v的過(guò)電壓與欠電壓，其UVP點(diǎn)為4.04.24VOVP點(diǎn)為6.0-6.39V。10 V12檢測(cè)+12V的過(guò)電壓與欠電壓其UVP點(diǎn)為9.49.99VOVP點(diǎn)為14.4515.35V。11V-12檢測(cè)-12V的過(guò)電壓與欠電壓，此腳接參考電壓，則失去此功能。12V3.3檢測(cè)+3.3V的過(guò)電壓與欠電壓，此腳接VCC則失去此功能，其UVP點(diǎn)為1.09-1.16VOVP點(diǎn)為1.43-1.52V。13 v-5檢測(cè)-5v的過(guò)電壓與欠電壓，此腳接參考電壓，則失去此功能。14RCRNT接一電阻到地，從而產(chǎn)生內(nèi)部恒流。15VREF2.5V參考電壓輸出。16 VcclC電源。5輸出整流濾波電路主電源正負(fù)5V、正負(fù)12V輸出整流濾波電路，由T1次級(jí)各繞組經(jīng)各自整流二極管及組合線(xiàn)圈L101、濾波電容等組成。+5v、+3.3V還采用了兩級(jí)LC濾波電路。其中：+3.3V、+5v由T1的(11)一(12)、(8)一(9)繞組提供；+12V由Tl的(11)一(12)、(8)一(9)繞組與(13)一(14)繞組串聯(lián)提供；-5v、-12V由Tl的(11)一(10)繞組提供，并通過(guò)三端穩(wěn)壓塊IC201(L7905CV)、IC251(L7912CV)穩(wěn)壓后向后級(jí)電路提供-5v、-12V直流電。LC濾波電路工作過(guò)程：當(dāng)Tl次級(jí)繞組有感應(yīng)電壓時(shí)，此電壓經(jīng)整流二極管(Ll01左端處于水平位置的二極管)、Ll01向電容充電，輸出電壓建立，當(dāng)感應(yīng)電壓消失后，整流二極管截止，此時(shí)由于濾波電感L101中的電流不能突變，電壓在Ll01中產(chǎn)生反激電壓，極性為左負(fù)右正，此反激電壓使續(xù)流二極管(Ll01左端處于垂直位置的二極管)導(dǎo)通L101經(jīng)負(fù)載、整流二極管放電，保持了在01關(guān)斷期間負(fù)載電流的連續(xù)，提高了輸出電壓的穩(wěn)定性。副電源+5VSB輸出整流濾波電路也采用LC濾波電路，此電路由T2次級(jí)(7)一(8)繞組經(jīng)整流二極管CR301(SB340)及濾波電感L951、濾波電容C953（1500F/16V）、C954（220F/25V）等組成。6穩(wěn)壓控制原理(1)主電源穩(wěn)壓控制：主電源各路輸出電壓的穩(wěn)壓控制由+5v、+12V兩支路來(lái)控制?？刂屏诉@兩路電壓，其他幾路輸出電壓基本上也保證了穩(wěn)定。+5v、+12V穩(wěn)壓控制電路由光電耦合器IC2.(336)、精密基準(zhǔn)穩(wěn)壓器IC501(TLA31AC)、+5v采樣電阻R501(5.lk)、+12V采樣電阻R502(27k)及采樣分壓可調(diào)電阻VR501(501)、電阻R503(2671)等組成。穩(wěn)壓控制過(guò)程為：當(dāng)因某種原因?qū)е螺敵?5v或+12V電壓輸出電壓升高時(shí)，升高的直流電壓經(jīng)采樣電阻分壓后，將使IC501R端電壓升高、K端電壓下降IC2(1)、(2)腳內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度加大，(3)、(4)腳內(nèi)部的光敏三極管導(dǎo)通程度加深，內(nèi)阻變小UC3843BN(1)腳電壓下降，從而使UC3843BN減小(6)腳輸出脈沖的占空比，降低次級(jí)繞組輸出電壓，使輸出的直流電壓穩(wěn)定在+5v和+12V達(dá)到穩(wěn)壓目的。如果輸出的+5v、+12V直流電壓降低時(shí)，其控制過(guò)程正好相反。為使其他各路輸出的直流電壓得到所需的穩(wěn)壓值，-5v、-12V兩支路采用了三端穩(wěn)壓塊進(jìn)行穩(wěn)壓；+3.3V采用了由三極管Q301(A673)，精密基準(zhǔn)穩(wěn)壓器IC301(TIA31AC)等元件組成的大電流并聯(lián)穩(wěn)壓電路。其中，二極管D302(IN4148)、D303(IN4148)可使穩(wěn)壓控制在Tl的(11)一(12)、(8)一(9)繞組有無(wú)感應(yīng)電壓時(shí)均能保證輸出電壓穩(wěn)定在+3.3V。(2)副電源穩(wěn)壓控制：副電源+5VSB穩(wěn)壓控制電路由光電耦合器IC901(336)、精密基準(zhǔn)穩(wěn)壓器IC951(TLA31AC)、+5VSB采樣電阻R958(4.75k)、采樣分壓電阻R956(4.75k)等組成。其控制過(guò)程為：當(dāng)因某種原因?qū)е螺敵?5VSB輸出電壓升高時(shí)，升高的直流電壓經(jīng)采樣電阻分壓后，將使IC951R端電壓升高、K端電壓下降IC901(1)、(2)腳內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度加大，(3)、(4)腳內(nèi)部的光敏三極管導(dǎo)通程度加深，內(nèi)阻變小，經(jīng)D951、C951整流濾波后的電壓通過(guò)IC901(4)、(3)腳內(nèi)部的光敏三極管及電阻R901(510)后，加到了脈寬調(diào)整管Q901B極，Q901B極電壓升高，導(dǎo)通程度加深，Q901G極電位下降，導(dǎo)通程度減弱，次級(jí)繞組輸出電壓降低，從而使整流輸出的直流電壓穩(wěn)定在+5v，達(dá)到穩(wěn)壓目的。如輸出的+5VSB直流電壓降低時(shí)，其控制過(guò)程正好相反。7主電源喚醒控制主電源喚醒由計(jì)算機(jī)主板送來(lái)的Ps-ON信號(hào)進(jìn)行控制。只要控制“PS-ON”信號(hào)電平的變化，就能控制電源的開(kāi)啟和關(guān)閉。當(dāng)按下計(jì)算機(jī)機(jī)箱面板上的POWER鍵或?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)喚醒遠(yuǎn)程開(kāi)機(jī)時(shí)，主板上的Ps-ON信號(hào)為低電平接地，這一信號(hào)經(jīng)ArIX20腳插座中的(14)腳（綠線(xiàn)）、電阻R602(510n)達(dá)到lC701的(5)腳，IC701(1)腳電平變低，IC3(1)、(2)腳內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光，(4)、(3)腳內(nèi)部光敏三極管導(dǎo)通，致使IC1的(2)腳為低電平，其(6)腳輸出PWM脈沖，主電源開(kāi)始工作。當(dāng)關(guān)閉計(jì)算機(jī)時(shí)，計(jì)算機(jī)主板PS-ON信號(hào)為高電平，IC701(1)腳電平變高，IC3(1)、(2)腳內(nèi)部發(fā)光二極管截止不發(fā)光，(4)、(3)腳內(nèi)部光敏三極管不導(dǎo)通+5v基準(zhǔn)電壓通過(guò)電阻R17(lOk)加至IC1的(2)腳，其(6)腳無(wú)PWM輸出脈沖，主電源停止工作。ATX20腳插座接口含義見(jiàn)下圖。8PG信號(hào)形成電路PG信號(hào)為微機(jī)開(kāi)機(jī)自檢啟動(dòng)信號(hào)，為防止開(kāi)機(jī)時(shí)各路輸出電路時(shí)序不定，CPU或各部件未進(jìn)入初始化狀態(tài)造成工作錯(cuò)誤及突然停電時(shí)，硬盤(pán)磁頭來(lái)不及移至著陸區(qū)造成盤(pán)片劃傷，微機(jī)電源中均設(shè)置了P.G信號(hào)。該機(jī)的PG信號(hào)形成電路由電阻R607(lk)、IC701(3)、(4)腳延時(shí)電容C602(lF/50v)等組成。，在通電瞬向，利用電容兩端電壓不能突變的特點(diǎn)，通過(guò)IC701(4)腳C602延時(shí)，其(3)腳先為低電平，當(dāng)C602充滿(mǎn)電后，(3)腳再為高電平，電源pG電路向主板CPU發(fā)出“電源正常”信號(hào)，主板CPU產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)執(zhí)行BlOS自檢，主機(jī)正常啟動(dòng)。P.G信號(hào)延時(shí)大約在100500ms（相當(dāng)于市電5lO個(gè)周期）此機(jī)因DNA1002D芯片資料不全，具體延時(shí)時(shí)間不詳。9保護(hù)電路(1)主電源保護(hù)電路：該保護(hù)電路由正負(fù)5V、正負(fù)12V、+3.3V過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)電路組成，其中：+5v過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)電路的檢測(cè)輸入點(diǎn)為IC701的(9)腳，此腳通過(guò)采樣電阻R509(3921)接人+5v輸出端，其OVP點(diǎn)為6.OV-6.39VUVP點(diǎn)為4OV4.24V。-5v過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)電路的檢測(cè)輸入點(diǎn)為IC701的(13)腳，此腳接人-5v輸出端，其OVP點(diǎn)、UVP點(diǎn)不詳。若此腳接(15)腳參考電壓，則失去過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)功能。+12V過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)電路的檢測(cè)輸入點(diǎn)為IC701的(10)腳，此腳通過(guò)采樣電阻R507(O)接入+12V輸出端，其OVP點(diǎn)為14.4515.35VUVP點(diǎn)為9.49.99V。-12V過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)電路的檢測(cè)輸入點(diǎn)為IC701的(11)腳，此腳接入-12V輸出端，其OVP點(diǎn)、UVP點(diǎn)不詳。若此腳接(15)腳參考電壓，則失去過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)功能。+3.3V過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)電路的檢測(cè)輸入點(diǎn)為IC701的(12)腳，此腳一路經(jīng)電阻(113)接入(15)腳，另一路經(jīng)分壓采樣電阻(47)、R606(113)分壓后接人+3.3V輸出端，其OVP點(diǎn)為1.431.52VUVP點(diǎn)為1.091.16V。當(dāng)上述各路輸出過(guò)電壓與欠電壓時(shí)，都會(huì)抬高IC701(1)腳電平，最終導(dǎo)致ICI(6)腳無(wú)PWM輸出脈沖，主電源停止工作。其控制過(guò)程與PS-ON信號(hào)控制一樣，不再贅述。另外+5v繞組的電壓還經(jīng)二極管D601(IN4148)、電容C601(2.2F/50V)整流濾波后，再經(jīng)分壓電阻進(jìn)入IC701的腳BSENSE端；、當(dāng)此腳電壓低于2.5V時(shí)，IC701的(3)、(7)腳電壓變低，電路不做欠壓檢測(cè)，而當(dāng)充電電壓大于2.5V參考電壓時(shí)，欠電壓檢測(cè)恢復(fù)。設(shè)計(jì)此電路的目的是起延時(shí)開(kāi)機(jī)作用，避免開(kāi)機(jī)瞬間電源處于欠壓保護(hù)而不能正常啟動(dòng)。(2)副電源保護(hù)電路：該電源的過(guò)流保護(hù)由Q902S極電阻R906來(lái)完成，當(dāng)因某種原因引超過(guò)流導(dǎo)致此電阻的壓降增大時(shí)，增大的電壓經(jīng)電阻R905(39)送至Q901B極Q901導(dǎo)通程度進(jìn)一步被加深，Q902G極電位被拉低，0902導(dǎo)通程度被進(jìn)一步減弱，過(guò)流嚴(yán)重時(shí)，可使Q901飽和導(dǎo)通Q902G極電位接近于ov0902提前截止，電路停振，實(shí)施過(guò)流保護(hù)。該電源的過(guò)壓保護(hù)由ZD903(IIC2)來(lái)完成，當(dāng)市電電壓過(guò)壓或因某種原因?qū)е耇2反饋繞組電壓異常升高時(shí)，ZD903將被擊