PFC電腦電源原理分析 - atx300p4_pfc電路圖分析

長城ATX－300P4－PFC電腦電源原理分析

本電源從功能上可劃分為9個(gè)部分，分別是抗干擾電路、整流濾波電路、輔助電源電路、振蕩和脈沖控制電路、推挽驅(qū)動(dòng)和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、輸出整流濾波電路、穩(wěn)壓和保護(hù)電路、開關(guān)機(jī)控制電路和Power Good產(chǎn)生電路。

1. 抗干擾電路

輸入的220V電路首先經(jīng)過抗干擾電路?？垢蓴_電路由C1，L1，C2，C3和C4，L2，C5，C6，C7組成的兩級(jí)π型LC濾波器構(gòu)成。這兩級(jí)濾波器具有帶通的特性，只允許工頻的交流電通過，阻止其他頻率的干擾信號(hào)通過，這樣，一方面可以阻止電源線上外界的干擾進(jìn)入電源，另一方面也可阻止電源本身產(chǎn)生的雜波干擾同一電源線路中的其他用電器，達(dá)到相互隔離的效果。

2. 整流和濾波電路

220V交流電再經(jīng)過無源PFC電感L3進(jìn)行功率因數(shù)校正，送入全橋ZL1進(jìn)行橋式整流，然后給串聯(lián)的C8，C9充電，起到交流濾波的作用，C8和C9在靜態(tài)時(shí)被充電到150V左右，可供開關(guān)驅(qū)動(dòng)管使用。

3. 輔助電源電路

輔助電源的作用是為主機(jī)提供5VSB供電，同時(shí)還要為電源中的其他組件供電。5VSB是輔助5V電源，在主機(jī)中起到待機(jī)供電的作用，而且在需要時(shí)由它喚醒主電源，主電源在喚醒后，才有±5V，±12V和+3.3V的供電輸出。

輔助電源實(shí)質(zhì)上就是一只開關(guān)穩(wěn)壓電源，主要由Q3，Q4，U3，WD1等組成。整流后的300V直流電壓經(jīng)B2繞組加到Q3 c極，另一路經(jīng)啟動(dòng)電阻R14加到Q3 b極，因此Q3導(dǎo)通，其c極電流開始增加，經(jīng)B2的繞組互感，另一繞組感生電壓經(jīng)R11，C29注入Q3 b極，加速了Q3的飽和進(jìn)程。當(dāng)B2繞組電流達(dá)到最大值后，感生電壓反向，又加速了Q3的截止進(jìn)程。B2次級(jí)感生電壓經(jīng)D22整流，C24，L4，C25濾波為主機(jī)負(fù)載提供5VSB供電，另一路經(jīng)D21整流，C26濾波產(chǎn)生12V電壓，為本電源的其他電路如U1，Q5，Q6等供電，而U1的12腳Vcc得電后，從14腳（RE）輸出5V電壓為開關(guān)機(jī)控制電路，U2等組件供電。

輔助電源的穩(wěn)壓部分由以WD1，U3，Q4為核心的元件組成。5VSB電壓從D22負(fù)極取樣，經(jīng)R20，R22分壓后加到WD1（三端比較器TL431）的G極，當(dāng)5VSB電壓升高時(shí)，WD1的K極電壓下降，光電耦合器U3內(nèi)的發(fā)光二極管發(fā)光程度增強(qiáng)，光電管內(nèi)阻變小，使Q4導(dǎo)通增強(qiáng)，給Q3 b極的分流增強(qiáng)，加速了Q3的截止進(jìn)程，從而降低了輸出電壓，通過這個(gè)負(fù)反饋達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

4. 振蕩電路

這部分電路主要由以U1（TL494）為核心的電路組成。U1是一塊集振蕩和脈沖控制為一體的集成電路，其5腳（RT），6腳（CT）外接的RC元件可以控制內(nèi)部振蕩電路的振蕩頻率，f=1.1/RC。

5. 推挽驅(qū)動(dòng)和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路

U1的振蕩信號(hào)分別從8腳（C1）和11腳（C2）輸出，加到推挽驅(qū)動(dòng)管Q5，Q6的b 極，使之交替導(dǎo)通，而兩管的供電取自輔助電源的12V，經(jīng)D33，R61整流和B3初級(jí)繞組分別加到兩管c極。而B3初級(jí)的感生電壓經(jīng)D32，R57，R58分壓送入U(xiǎn)1的1腳（IN2+），經(jīng)內(nèi)部電路的調(diào)整，控制脈沖電壓的穩(wěn)定。

B3次級(jí)的感生電壓分別經(jīng)D1，R4，R6加到Q1（MJE13009），經(jīng)D2，R5，R7加到Q2（MJE13009）的b極，使之交替導(dǎo)通。在Q1導(dǎo)通時(shí)，C8上電壓經(jīng)Q1 c-e，B1繞組，B1初級(jí)繞組，C01而放電，在Q2導(dǎo)通時(shí)，C9上的充電電壓經(jīng)C01，B1的初級(jí)繞組，B3的初級(jí)繞組，Q2的c-e而放電。

C10，D1，R4和C11，D2，R5分別組成加速電路，加快Q1，Q2的導(dǎo)通和截止，降低管子的功耗。

6. 輸出整流濾波電路

B1的次級(jí)繞組在初級(jí)交變電流的作用下而感生出電壓，一部分繞組的感生電壓經(jīng)D14（S20SC4M雙二極管）全波整流，L7，L8，C18，C19濾波后，為主電源提供5V電源。這部分繞組再經(jīng)D16，D17全波整流，L9，L10，C22濾波為主電源提供－5V電源，這部分繞組還經(jīng)D15（MBR2045CT雙二極管）整流，L14，C20，L15，C21濾波產(chǎn)生+3.3V電壓。由于+5V，+12V和+3.3V要輸出較大的電流，因此采用了較大的濾波電容。

7. 穩(wěn)壓電路和保護(hù)電路

先說+3.3V穩(wěn)壓電路，+3.3V電壓由原+5V的繞組整流、濾波后產(chǎn)生，由于3.3V比5V低，在整流前加了一只電感線圈，同時(shí)另增設(shè)了穩(wěn)壓電路。從圖上看，當(dāng)B1次級(jí)感生電壓為上正下負(fù)時(shí)，感生電流經(jīng)D15上管，L14，R39，Q9的e-c，R38，D24入地，另一路經(jīng)D23，L13，B1繞組而入地，當(dāng)B1次級(jí)電壓為上負(fù)下正時(shí)，B1次級(jí)電流經(jīng)L13，D15下管整流為負(fù)載供電，由于L13存在自感，將降低輸出的直流電壓。通過調(diào)節(jié)L13內(nèi)流過的電流來改變自感量，可調(diào)節(jié)輸出電壓。如果3.3V電壓升高，則經(jīng)R34，R33分壓后加到WD2（TL431）G極的電壓上升，其K極電壓下降，使Q9 b極電壓下降，導(dǎo)通增強(qiáng)，Ic增大，使流過L13的電流增大而使輸出電壓下降，從而通過這個(gè)負(fù)反饋環(huán)路穩(wěn)定3.3V電壓。

再說其他穩(wěn)壓電路。從+12V，+5V輸出端A，B進(jìn)行電壓取樣，如12V經(jīng)R76，+5V經(jīng)R78把取樣電壓加到TL494的1腳（IN1+），而2腳（IN2－）為從固定電阻分壓獲得的固定電壓，當(dāng)12V或5V電壓上升時(shí)，反饋回來的電壓也上升，當(dāng)1腳電壓高于2腳電壓時(shí)，經(jīng)TL494內(nèi)部脈沖寬度調(diào)整電路PWM的調(diào)整，使輸出脈沖寬度減小，從而降低輸出電壓，以穩(wěn)定輸出電壓。

當(dāng)5V，12V電壓過高時(shí)，12V電壓會(huì)擊穿WD4，經(jīng)D34，R80，D37，R83把過電壓加到U2（LM339）的5腳（同相輸入），其反相輸入4腳有固定電壓，如果5腳比4腳電壓高，兩者比較后從輸出端2輸出高電平，這個(gè)高電平加到U1的4腳（死區(qū)控制），當(dāng)4腳為高電平時(shí)，U1會(huì)關(guān)閉8和11腳的輸出脈沖，只有4腳為低電平時(shí)才會(huì)繼續(xù)有正常脈沖輸出。這樣就可以防止輸出電壓過高而燒毀電腦主機(jī)的部件。

另外，如果由于電路異常使輔助電源電壓過高時(shí)，經(jīng)D21整流獲得的直流電壓經(jīng)R62，R56分壓，再經(jīng)R55送入U(xiǎn)2的7腳（同相輸入），與反相輸入6腳的固定電壓比較后，從1腳輸出高電平，經(jīng)D30送入5腳，從2腳輸出高電平經(jīng)D262送入U(xiǎn)1的4腳，關(guān)閉主電源輸出。

當(dāng)+3.3V電壓過高或－5V，－12V電壓過低時(shí)，從C，D，E取樣獲得的電壓經(jīng)電阻，二極管等再經(jīng)D36，D37，R83送入U(xiǎn)2的5腳，經(jīng)內(nèi)部運(yùn)放比較后，使U1 的4腳上升為高電平而關(guān)閉輸出電壓。 電路設(shè)計(jì)了比較復(fù)雜的保護(hù)電路，可以盡可能地縮小電源出現(xiàn)故障時(shí)的損害范圍，避免造成更大的損失。

8. 開關(guān)機(jī)控制電路

ATX電源通過控制主輸出電壓的的有無來控制電腦主機(jī)的開關(guān)機(jī)，當(dāng)主機(jī)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)時(shí)，只有5VSB向主機(jī)提供電源，按下主機(jī)的啟動(dòng)按鍵后，主機(jī)給電源一個(gè)開機(jī)信號(hào)，使PS－ON為低電平（相當(dāng)于PS－ON對(duì)地短路），這時(shí)喚醒電源開始工作，對(duì)外輸出各路電壓，同時(shí)接在+12V上的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)幫助電源散熱。關(guān)機(jī)時(shí)，主機(jī)再次輸出信號(hào)，使PS－ON變?yōu)楦唠娖剑麟娫磩t切斷輸出電壓，風(fēng)扇也停止轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，PS－ON受控于主機(jī)，控制電源的各路電壓的輸出。

開關(guān)機(jī)控制電路由以Q7，Q8為核心的電路組成。在關(guān)機(jī)狀態(tài)，5V經(jīng)R25，R27，R28分壓加到Q8的b極，使之導(dǎo)通，c 極為低電平，經(jīng)R29傳遞到Q7的b極使這之為低電平，Q7導(dǎo)通，c 極為高電平，經(jīng)R24，D261加到U1的4腳，使U1關(guān)閉輸出脈沖，反之，主機(jī)啟動(dòng)后，PS－ON變?yōu)楦唠娖剑筓1的4腳為低電平，主電源則產(chǎn)生各路電路輸出。

9．Power Good 產(chǎn)生電路

Power Good有的地方稱為PW－OK（Power OK）信號(hào)，在開機(jī)瞬間，Power Good為低電平，便于主機(jī)復(fù)位，延時(shí)100~500ms后，Power Good變?yōu)楦唠娖?，?fù)位結(jié)束，主機(jī)轉(zhuǎn)入正常啟動(dòng)程序，而在關(guān)機(jī)瞬間，Power Good信號(hào)比主電源電壓提早幾毫秒消失，給主機(jī)一個(gè)警報(bào)，防止主機(jī)各組件的損壞。 在關(guān)機(jī)時(shí)，由于Q8導(dǎo)通，C37被放電，其正極為低電平，此低電平經(jīng)R45加到U2的運(yùn)放輸入端，其反相輸入端為5V分壓獲得的固定電壓，結(jié)果使U+低于U－，輸出端13腳為低電平，即Power Good為低電平。在開機(jī)時(shí)，Q8截止，+5V經(jīng)R31給C37充電，最終使Power Good上升為高電平。由于C37充電時(shí)間常數(shù)較大，所以Power Good就比主電源電壓延遲一段時(shí)間才變成高電平。在關(guān)機(jī)時(shí)，由于Q8由截止變?yōu)閷?dǎo)通，C37經(jīng)D27，Q8放電，放電時(shí)間常數(shù)小，而主電源中存在著大容量的濾波電容和電感，結(jié)果使Power Good信號(hào)先于主電源降為低電平，可以提前給主機(jī)一個(gè)關(guān)機(jī)的警報(bào)。

長城ATX－300P4－PFC電源設(shè)計(jì)有抗干擾電路，無源PFC，各種輸出有比較完善的濾波電路，元件參數(shù)設(shè)計(jì)充裕，因此，輸出電壓穩(wěn)定，電源轉(zhuǎn)換效率高，對(duì)其他電器設(shè)備干擾很小，性能穩(wěn)定，經(jīng)久耐用。是一種值得推薦的電源產(chǎn)品。