银河YH—2503B型ATX开关电源原理
ATX电源，是目前在微机中广泛采用的新型开关电源，本文以目前市面上PC机使用的银河YH—2503B型开关电源为例．介绍了其工作原理及故障检修实例：
一、ATX电源与AT电源的区别
(1)待机状态不同
ATX电源增加了辅助电源电路，一旦交流输入插座接人220V市电，无论是否开机，始终输出一组+5V SB待机电压，供PC机主板电源监控单元、网络通信接口、系统时钟芯片等使用，为ATX电源启动作准备。
(2)电源启动方式不同
AT电源采用交流电源开关直接控制电源的通断，ATX电源则采用手动(机箱面板上的)电源启闭按钮，实质是用PS-ON直流控制信号启动／关闭电源：通过微机BIOS电源监控程序设置，具有键盘开／关机、定时开／关机、Modem唤醒远程开／关机、上电开机、软件关机等控制功能。
(3)输出电压不同
AT电源共有四路输出(±5V、±12V)，另向主板提供一个P.G电源准备就绪的信号。ATX电源PW-OK信号与P.G信号功能相同，还增加了+3．3V、+5V SB供电输出和PS—ON电源启闭控制信号，其中+3．3V向CPU、PCI总线供电：
(4)主板综合供电插头接口不同。
AT结构的6芯P8和P9分离式电源插头，在ATX结构中被20芯双列直排插头所替代，具有可靠的防插反保护：针对Pentium4主板机型，新款ATX电源除大4芯和小4芯电源接口插头外．还增加4芯12V CPU专用电源接口插头P9及6芯+3．3V、+5V电源增强型插头P8。
二、ATX开关电源电路组成
1．各功能电路组成
ATX开关电源，由交流输入整流滤波电路，辅助电源电路，脉宽调制控制电路，半桥功率变换电路，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等组成，如图l所示：
2．直流电源额定输出
各种型号的ATX开关电源，其20芯电源插头(见图2)各引脚定义相同，额定输出电流根据ATX电源标称功率不同有所差异，下述括号内的电流值是银河YH-2503B型开关电源额定输出标称电流。
+3．3V(14A)使用橙色线由ATX插头①、②、⑾脚引出；
+5V(21A)使用红色线由ATX插头④、⑥、⒆、⒇脚引出；
+12V(6A)使用黄色线由ATX插头⑩脚引出；
-5V(0.3A)使用白色线由ATX插头⒅脚引出；
-12V(0.8A)使用蓝色线由ATX插头⑿脚引出。
+5V SB(0.8A)在待机及受控启动状态，输出电压均为5V，使用紫色线由ATX插头⑨脚引出。PS-0N为主机启闭或网络计算机远程唤醒ATX电源的控制信号，不同型号的ATX电源，待机时此电压值为3V、3.6V、4.6V等有所不同。使用绿色线由ATX插头⒁脚引入，PW—OK是ATX电源输出供主板检测电源是否准备好的控制信号，待机状态为零电平，受控启动延迟100—500ms输出5V高电平，使用灰色线由ATX插头⑧脚引出：ATX电源COM公共接地端，使用黑色线由插头③、⑤、⑦、⒀、⒂、⒃、⒄脚多处引出，以降低插接损耗。
3．脉宽调制芯片TL494
电压驱动型脉宽调制芯片TL494，是目前在ATX电源中被广泛用来构成他激式半桥驱动电路的控制集成电路：
该芯片采用7V-41V的工作电压，内部基准电压为5V，最高工作频率300kHz，可推挽／单端输出，其最大输出电流250mA。其内部框图如图3，各级波形如图4，引脚功能如表1。
表１
引脚 功能说明 引脚 功能说明
① 误差放大器同相输入端 ⑨ 输出1
② 误差放大器反相输入端 ⑩ 输出2
③ 脉宽调整控制 ⑾ 输出2
④ 死区电位控制 ⑿ 电路供电端Vet
⑤ 振荡器定时电容外接端 ○13
输出方式控制
⑥ 振荡器定时电阻外接端 ⒁ 基准电压输出
⑦ 电路地 ⒂ 控制放大器反相输入端
⑧ 输出1 ⒃ 控制放大器同相输入端
二、银河YH—2503B型ATX开关电源工作原理
图5是目前市面上PC机中使用的银河YH-2503 ATX开关电源，根据实物测绘的电路图。
1．ATX开关电源待机状态
(1)交流输入整流滤波电路
220V交流电经热敏电阻、交流保险、C3、C4共模滤波电路，进入由BD1至BD4二极管组成的桥式整流电路。在C5、C6串联滤波电 容，R2、R3均压电阻上得到300V的直流电压，作为半桥功率变换电路及辅助电源电路的工作电压：
(2)辅助电源电路及+5V SB输出
300V直流电压经R72限流，向由振荡管Q15、变压器T3、定时电路C44、R74等组成的辅助电源电路供电，产生脉冲振荡。
图中C42、R77组成Q15集电极尖峰抑制电路，当Q15集电极电流 被关断时，利用C42的充电特性，抑制集电极尖峰电压的上升速率， 保护Q15振荡管不被瞬时击穿：在Q15开启期间，C42经Q15c、e极和 R77放电，R77限制开启瞬间的放电峰值电流； 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中。当Q15由饱和转向截止时，二次绕组的感应电势为正，BD5整流输出电压供Q16三端稳压器7805，Q16输出+5V SB。若该电压丢失，主板就不会自动唤醒ATX电源启动，BD6整流输出电压供待机时ICl脉宽调制芯片TIA94⑿脚，⒁脚输出5V基准电压，提供ATX开关电源控制电路的工作电压。
(3)PS-ON高电平
待机状态，ATX主板启闭控制电路的电子开关断开，ICl⒁脚5V基准电压，经R6、R62、ICl0精密稳压调节器WL431控制端R、阳极A至直流地，组成PS-ON控制信号的直流分压电路，PS-ON信号为高电平(3,6V)。
(4)PW—OK零电平
PW-OK产生电路由IC5电压比较器LM393①、②、③脚，Q21、C60及其周边元件构成。
ICl反相输入②脚，接由基准电压5V经R38、R37分压后的比较电压，待机时同相输入①脚电位为0V，脉宽调制控制③脚为低电平。Q21导通，将IC5同相输入③脚电位拉至低电乎．小于反相输入②脚由基准电压5V经R105和R106分压后的比较电位，①脚低电位，PW-OK向主机输出零电平的电源自检信号，通知主机停止工作处于休眠待命状态：
(5)停止提供+3.3V、±5V、土12V直流电源
PS-ON信号控制ICl④脚死区电位，IClO控制端R与阴极K之间的控制信号呈反相调节特性，待机时PS-ON高电平，Ur高电位，Uk电位下降，Q7导通，5V基准电压由Q7 e、c极，一路经R100、R101加至Q20 b极，Q20导通，c极接地，由于D51的钳位，将IC5③脚输入电位拉至低电平，使PW-OK变为零电平。另一路经R80、D25、C50、D40送入ICl④脚，当④脚电位超过3V时，封锁⑧、⑾脚的调制脉宽输出。T2推动变压器原边绕组Q3、Q4推动管，在R55至R58直流偏置电阻的作用下，正偏导通；两管导通电流在T2次级N3、N4绕组产生的感应电压大小相等，极性相反，Q1、Q2开关管截止，T1开关变压器无输出，停止提供+3.3V、+SV、±12V直流电源输出。
2.ATX开关电源受控启动状态
(1)PS—ON零电平
当按主机面板的电源启闭按钮，或在BIOS电源自动管理程序中设置键盘开机、定时开机、网络开机等控制方式启动ATX电源后，PS-ON控制端被PC机主板启闭控制电路的电子开关接地，PS-ON信号零电平：
[2]脉宽调制及推动电路
PS-ON零电位导致ICl0 Ur零电位，Uk电位升至5V，Q7截止，c极零电位，ICl④脚电位由5V基准电压经R90、R40所组成的分压电路被建立在一个约0.2V的正常低电平，允许⑧、@脚输出相位差180’的脉宽调制控制信号。输出频率为ICl⑤、⑥脚外接定时阻容元件振荡频率的一半，控制Q3、Q4 c极所接T2初级绕组的激励振荡，T2次级他激振荡产生的感应电势作用于T1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。
C49、C51组成ICl0精密稳压调节器的负反馈控制环，D17、D18以及C27用于抬高Q3、Q4发射极电平，使Q3、Q4基极ON于C31两端电压不能突变，ICl④脚出现高电平，⑧、⑾脚无驱动脉冲输出，消除ATX电源输出误动作的可能性。随着5V基准电压对C3l的充电，ICl④脚电位由PS-ON信号控制。
(3)半桥功率变换电路
T2副边绕组、开关管Ql、Q2及其周边元件，T1原边绕组，防偏磁电容C8构成半桥功率变换电路。连接在开关管QI发射极和Q2集电极、串联滤波电容C5、C6和均压电阻R2、R3公共接点之间，由C8和T1原边绕组构成半桥功率变换电路的输出。当IC1⑧脚输出有效脉冲低电平的脉宽调制信号时，Q3截止，Q4导通，此时储存在T2原边N2绕组中的能量经D16、N2、N1、Q4进行泄放的反向电流I2，和N1绕组中的电流I1(经D14、R54、N1、Q4形成回路)，在T2副边产生的感应电压使N3绕组上负下正，N4绕组上正下负，Ql因基极反偏截止，Q2因基极正偏导通。在此期间，储存在C6电容上的150V直流电压由C6正极→C8→T1原边绕组→T2 N5绕组→Q2c、e极→C6负极形成放电回路，该回路还包括300V直流电压对C5形成的充电电流：流经T2 N5绕组的电流在N3、N4
绕组产生的感应电压加速Q2饱和，Q1截止。
当ICl⑾脚输出有效脉冲低电平的控制信号时，Q4截止，Q3导通。储存在T2原边N1绕组中的能量，经D15、N1、N2、Q3进行泄放的反向电流I1，与N2绕组中的电流I2(经D14、R54、N2、Q3形成回路)，在T2副边绕组中产生的感应电压共同作用使N3绕组上正下负，N4绕组上负下正，Ql导通，Q2截止，300V直流电压和C5放电电流经Q1 c、e极→T2 N5绕组→T1原边绕组→C8→C6正极→C6负极形成对C6的充电回路。流经T2 N5绕组的反向电流在N3、N4绕组产生的感应电压加速Q1饱和，Q2截止。
当ICl⑧、⑾脚输出无效脉冲高电平的控制信号时，Q3、Q4因基极正偏而导通，流经T2原边Nl、N2绕组的电流．在T2副边N3、N4绕组产生的感应电压大小相等、极性相同均为上负下正，Q1、Q2基极失去正偏而截止，此段时间称为死区控制时间。ICl④脚由5V基准电压经R90、R40分压所组成的最小死区电位设置，应保证死区控制时间大于Q1、Q2开关管同时处于截止状态时所允许的最短时间间隔。
ICl⑧、⑾脚输出相位差180°的受控负向脉宽，控制Q1、Q2开关管的导通。Q1导通时，Q2 c极电压300V；Q2导通时c极电压0V；在Q1、Q2均截止的死区时间内．利用电容C8两端电压不能突变的特性，Q2c极电压保持在150V。这样，在T1原边绕组形成以150V为中心，正向幅值300V、负向幅值0V且含有死区电平的交变矩形电压脉冲， C4、C10、D3、D4、R5至R10组成两组具有负偏压特性的基极触发电路，在正极性的脉冲电压作用期间，通过对加速电容C4或C10充电，充电电压值由D3、R9或D4、R10正向导通电压确定，瞬间提供很大的正向偏置基极电流，加速开关管的导通。在负极性的脉冲电压作用期间，由C4或C10的放电产生的反向电流加快开关管的关断速度。若C4经N3、B7、Ql b、e极等效电阻、R5，以及C10经N4、R8、Q2 b、e极等效电阻、R6所形成的负极性电压放电回路的时间常数，远大于ICl输出的脉宽调制周期的话，则经过若干个重复周期，会在Q1和Q2的基极最终形成负向偏压，减小开关时间，加速电路转换。
并接在Q1、Q2开关管及Q3、Q4推动管c、e极的换向二极管D1、D2、D15、D16，在晶体管截止瞬间，既能将可能出现在集电极上的负极性反向尖峰电压旁路，保护晶体管不被反向击穿，又能将电感线圈中储存的能量进行泄放。跨接在Tl原边由R4、C7组成的缓冲回路．可以有效地抑制出现在高频开关变压器原边绕组上的尖峰干扰脉冲。
(4)+3.3V、±5V、±12V直流稳压输出电路
T1副边降压绕组N2感应的矩形电压脉冲，一路经共阴极输出特性的肖特基二极管D12全波整流，得到单向方波电压，经电感L7、L5平滑滤波，在直流负载电阻R31、R30上得到+3.3V直流电压。
T1副边N3绕组感应的交变电压，经快恢复二极管D6全波整流．一路经共模扼流电感L1—1、电感L4、C16和R82高频滤波网路．输出+12V电压，ATX开关电源冷却风扇被接在12V电压输出端上。另一路经快恢复二极管D20，输出约25V直流电压，其值大于辅助电源变压器T3副边N3绕组整流输出的最大电压，ATX电源启动后，由它向ICI和T2原边绕组提供工作电压。
N3绕组感应的交变电压，另一路由D7、D8快恢复二极管负向全波整流，经共模扼流电感L1-2、电感L3，一路经三端稳压器7905、C17、R15降压滤波回路，输出-5V电源。另一路经C20、R14、D9整流滤波回路，输出-12V电源。并联在N3绕组上的C13、R13尖峰吸收同路，能有效抑制当整流管截止时出现在N3绕组上的尖峰干扰脉冲。
(5)PW—OK高电平
受控启动后IC1误差放大器的输出导致③脚控制电位上升，Q21由导通进人截止状态，e极电压由基准电压5V经R104对C60充电来建立，随着C60充电的逐渐进行，IC5同相端③脚控制电平逐渐上升，一旦大于反相端②脚的固定分压比，经正反馈迟滞比较器，在开关电源输出电压稳定后再延迟几百毫秒，①脚输出由零电平起跳到+5V高电平的PW-OK信号。主机检测到PW-OK电源完好的信号后，进入系统初始化xx作和自举启动的运行。
若主机运行过程中遇市电掉电或用户关机时，ICl⑿脚的25V输入跌落至零的时间大于ATX电源+5V输出端的电压消失时间，则ICl同相端①脚误差采样电位提前下降到小于反相端②脚的基准电位，使ICl③脚脉宽调制控制电位下降，经R63使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，IC5③脚电位迅速下降，当③脚电位小于②脚的基准电位时，IC5①脚将立即从5V下跳至零电平。关机时PW-OK信号比ATX开关电源输出电压提前100~200ms先行消失，若硬盘正在执行读写xx作，通知主机硬盘控制系统立即将磁头同退到安全着陆区，防止突然掉电时硬盘盘片被划伤损坏。
3．自动稳压控制电路
(1)+3.3V自动稳压输出电路
ATX电源在T1副边+3.3V输出端设置了二次自动稳压控制电路，通过改变L6可变感抗，控制+3.3V输出电压精确稳定。若输出电压上升，经R31、R30取样的IC4 Ur电位上升，Uk电位下降，Q11饱和导通。在T1副边N2绕组L6侧交变矩形脉冲的正半周期间，D11截止，D13导通，Q11 c极电位0.7V；在负半周期间，D13截止，D11导通，由Q11e、c极饱和导通向L6注入的反向电流使L6可变感抗增大，导致D12整流输出电压降低。反之，Q21导通程度减弱，注入L6的反向电流使L6可变感抗减小，D12整流输出电压上升。图中R29、C25组成IC4(WL431)的负反馈控制回路。
(2)+5V、+12V自动稳压控制电路
ICI①、②脚误差放大器，取样电阻R33、R34、R35构成+5V、+12V自动稳压控制电路。图中R39、C32组成误差放大器负反馈回路。当+5V或+12V输出电压升高时，ICl同相端①脚电位大于反相端②脚基准电压，使⑧、⑾脚输出相位差180°的有效低电平脉宽变窄，Q3、Q4截止时间(亦即Ql、Q2导通时间)变短，受开关管Q1、Q2脉宽调制控制的T1原边绕组的矩形脉宽变窄，经副边降压绕组整流输出的各组直流电压下降、反之稳压控制过程相反.
4．自动保护控制电路
(1)+3.3V、+5V过压，-5V、-12V欠压保护电路
B32、ZD4组成+3.3V过压取样电路，+5V过压取样信号一路加至ZD5，另一路至R48，作为欠压取样电路的偏置电压；由R46、R47、R48、D21组成欠压取样电路，-12V欠压取样信号接至R47，-5V欠压取样信号接至D21。ATX电源输出电压正常时，保护电路不影响ICl④脚死区控制电平：当出现+3.3V输出过压时，稳压管ZD4击穿导通；+5V输出过压，稳压管ZD5击穿导通；-5V、-12V输出欠压，负电位的绝对值越小，在分压器R48、R46、R47、D21的公共接点D22正极处所形成的监控信号电位越高，导致D22导通。过压、欠压保护信号最终汇集在Q5基极，只要取样信号有一路过压或欠压．Q5导通，c极零电位，Q6导通，基准电压5V经Q6 e、c极，一路经D23、R44加至Q5 b极，加强Q5导通，另一路经D24加至ICl④脚，封锁⑧、⑾脚脉宽调制输出，使T2、T1停振，停止各路电压输出。
为防止ATX电源受控启动瞬间，电源输出端电压尚未达到标称值时，出现-5V、-12V欠压保护误动作，从而使Q5、06导通，造成错误地向ICl④脚送出约4.2V高电平，导致ATX电源不能被受控启动。引人启动电容C34，因开机瞬间电容两端电压不能突变，Q5、Q6截止，不影响ICl④脚死区控制电平。
(2)过流保护控制电路
AT电源过流保护是在半桥功率变换主回路中串接电流互感器，利用次级侧的电流信号串联取样，ATX电源省略了电流互感器，过流保护控制根据输出端负载越重，T2原边Q3、Q4集电极截止电压越高的规律，从T2原边绕组电源输入经D14、R54进行取样，经D19、R53、在C28建立累积电压，经R49至R52分压，一旦过流保护的采样电压平均值超过稳压管ZD3的稳压值导通的目的：
欢迎各位探讨。
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