个人电脑电源

《个人电脑电源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《个人电脑电源（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1个人计算机电源原理解析个人计算机电源原理解析 站长研究个人 PC 电源，必须从开关电源芯片开始。这里是一个 PTP- 2038 电源的实际应用的例子，其分析思路对电源的维修具有普遍意义。第一部分：第一部分：TL494TL494 芯片芯片这是一个应用极为广泛的控制器件，在个人 PC 电源中，基本使用 的都是这个芯片。它是由 TI 公司生产的。 一芯片管脚定义一芯片管脚定义 TL494 是 16 脚芯片。图 1：TL494 管脚排列 1 脚/同相输入：误差放大器 1 同相输入端。 2 脚/反相输入：误差放大器 1 反相输入端。 3 脚/补偿/PWM 比较输入：接 RC 网络，以提高稳定性。 4

2、脚/死区时间控制：输入 0-4VDC 电压，控制占空比在 0-45%之间 变化。同时该因脚也可以作为软启动端，使脉宽在启动时逐步上升到 预定值。 5 脚/CT：振荡器外接定时电阻。 6 脚/RT：振荡器外接定时电容。振荡频率：f=1/RTCT。 7 脚/GND：电源地。 8 脚/C1：输出 1 集电极。 9 脚/E1：输出 1 发射极。 10 脚/E2：输出 2 发射极。 11 脚/C2：输出 2 集电极。 12 脚/Vcc：芯片电源正。7-40VDC。TL49412345678161514131211109同相输 入反向输 入补偿/PWM 比较输入 死区时间控制CT RT GND C1同相输

3、 入反向输 入VREFE1输出控 制Vcc C2 E2213 脚/输出控制：输出方式控制，该脚接地时，两个输出同步，用 于驱动单端电路。接高电平时，两个输出管交替导通，可以用于驱动 桥式、推挽式电路的两个开关管。 14 脚/VREF：5VDC 电压基准输出。 15 脚/反相输入：误差放大器 2 反相输入端。 16 脚/同相输入：误差放大器 2 同相输入端。 二基本特性二基本特性 1具有两个完整的脉宽调制控制电路，是 PWM 芯片。 2两个误差放大器。一个用于反馈控制，一个可以定义为过流保护等 保护控制。 3带 5VDC 基准电源。 4死区时间可以调节。 5输出级电流 500mA。 6输出控制可

4、以用于推挽、半桥或单端控制。 7具备欠压封锁功能。 三结构原理三结构原理 图 2 给出了 TL494 的内部原理框图。图 2：TL494 内部原理框图基准稳压 器10E2PWM 比较器振荡器14 死区时间控 制7GND5CT16 同相输 入14VREF6RT12Vcc15 反相输 入3 补偿/PWM 比较输入3.5VDCD QCK Q死区时间比较 器11&UV 封锁4.9VDC0.7mA0.7V0.12VVT1VT211C29E18C113 输出控 制1 同相输 入2 反相输 入3芯片内部电路包括振荡器、两个误差比较器、5VDC 基准电源、死 区时间比较器、欠压封锁电路、PWM 比较器、输出电

5、路等。 1振荡器： 提供开关电源必须的振荡控制信号，频率由外部 RT、CT决定。这 两个元件接在对应端与地之间。取值范围：RT：5-100k，CT：0.001- 0.1uF。 振荡频率：f=1/RTCT。 形成的信号为锯齿波。最大频率可以达到 500kHz。 2死区时间比较器： 这一部分用于通过 0-4VDC 电压来调整占空比。当 4 脚预加电压抬 高时，与振荡锯齿波比较的结果，将使得 D 触发器 CK 端保持高电平的 时间加宽。该电平同时经过反相，使输出晶体管基极为低，锁死输出。 4 脚电位越高，死区时间越宽，占空比越小。 由于预加了 0.12VDC，所以，限制了死区时间最小不能小于 4%，

6、 即单管工作时最大占空比 96%，推挽输出时最大占空比为 48%。图 3：死区时间比较器单独起作用时的波形 图 3 给出了死区时间比较器单独作用时的工作相关波形。 3PWM 比较器及其调节过程： 由两个误差放大器输出及 3 脚（PWM 比较输入）控制。 当 3 端电压加到 3.5VDC 时，基本可以使占空比达到 0，作用和 4 脚类似。但此脚真正的作用是外接 RC 网络，用做误差放大器的相位补 偿。 常规情况下，在误差放大器输出抬高时，增加死区时间，缩小占 空比；反之，占空比增加。作用过程和 4 脚的死区控制相同，从而实ttt4 脚电位振荡器 5 脚信号VCK死区封锁时间VQ4现反馈的 PWM

7、 调节。0.7VDC 的电压垫高了锯齿波，使得 PWM 调节后的 死区时间相对变窄。 如果把 3 脚比做 4 脚，则 PWM 比较器的作用波形和图 3 类似。然 而，该比较器的占空比调节，要在死区时间比较器的限制范围内起作 用。 单管工作方式时，VCK直接控制输出，输出开关频率与振荡器相同。 当 13 脚电位为高时，封锁被取消，触发器的 Q、Q非端分别控制两个输 出管轮流导通，频率是单管方式的一半。 45VDC 基准电源： 这个 5VDC 基准电源用于提供芯片需要的偏置电流。如 13 脚接高 电平时，及误差放大器等可以使用它。基准电源精度 5%，电流能力 10mA，温度范围 0-70 度。 5

8、误差放大器： 两个误差放大器用于电源电压反馈和过流保护。 这两个放大器以或的关系，同时接到 PWM 比较器同相输入端。反 馈信号比较后的输出，送 PWM 比较器，以和锯齿波比较，进行 PWM 调 节。 由于放大器是开环的，增益达到 95dB。加之输出点 3 被引出，使 用时，设计者可以根据需要灵活使用。 6UC 封锁电路： 用于欠压封锁，当 Vcc 低于 4.9VDC，或者内部电源低于 3.5VDC 时， CK 端被钳位为高电平，从而使输出封锁，达到保护作用。 7输出电路： 输出电路有两个输出晶体管，单管电流 500mA。其工作状态由 13 脚（输出控制）来决定。 当 13 脚接低电平时，通过

9、与门封锁了 D 触发器翻转信号输出，此 时两个晶体管状态由 PWM 比较器及死区时间比较器直接控制，二者完 全同步，用于控制单管开关电源。当然，此时两个输出也允许并联使 用，以获得较大的驱动电流。 当 13 脚接高电平时，D 触发器起作用，两个晶体管轮流导通，用 于驱动推挽或桥式变换器。第二部分：个人计算机电源电路第二部分：个人计算机电源电路5与一般开关电源相同，个人计算机电源也分为输入电路、变换器、 输出电路及控制电路四个主体部分。传统的计算机电源电路使用两个 GTR 作为功率开关器件，构成半 桥电路拓补。控制电路与变换器，变换器与输出电路都采用了变压器 隔离。图 4 是一个典型的计算机电源

10、的原理图。6图 4/个人计算机电源电路原理图7一输入电路一输入电路图 5：个人计算机电源的输入电路输入电路从 220VAC 电源接入，经过 C1、R1、T1、C4、T6、C2、C3 等过滤环节，以抑制高频谐波干扰及浪涌。T1、T6 还有降压作用。4 管全波桥进行整流，输出直流电压。经过 T 平波，送变换器电路。C5、C6 的中间引出线用于变换器半桥开关电路的公用主通路， C5、C6、R2、R3 同时提供半桥开关交替工作时必须的电流通道。这一 部分实际属于后面的变换器电路。NTCR1 为负温度系数热敏电阻，用于温度补偿。压敏电阻 Z1、过 流电阻 Z2 分别用于过压、过流保护。上部开关 230/

11、115V 用于 230V 和 115V 进口电源转换。 二变换器电路二变换器电路T2-2UiUiT2-3T2-18图 6：计算机电源的变换器电路上图是电源的变换器部分。参照原来我们介绍的半桥式拓补结构 （如图 7），我们发现，这实际上是个半桥式隔离变换器。图 7：半桥式隔离开关变换器其轮换过程是：半周 1 为 UiQ1T2-3T3C7C6Ui，半周 2 为 UiC5C7T3T2-3Q2Ui。由这个过程可知，C5、C6、C7 两个半周中，轮流处于充放电状态。R2、R3 作为 C5、C6 的并联电阻， 也参与换流过程。 两个管子的基极偏置由脉冲变压器 T2-1、T2-2 分别提供，这两个 脉冲变压

12、器是由控制电路控制的。脉冲变压器的电压脉冲经过整流， 再经 R6/R7、R10/R11 分压，送晶体管基极。 C9、C10 用于二极管两侧电压钳位，保护二极管不被损坏。D1、D2 用于两管同时关断期间的续流，防止损坏晶体管。C8、R4 用于变压器 泄放通路，防止管子全部关断时过压。 三输出电路三输出电路 图 8 给出了电源的输出电路。 （一）、主输出通路及+5V、-5V、+12V、-12V该电路 T3 为变压器原边，受半桥变换器电路控制。变压器中心抽 头被接地，A、B、C、D 依次提供+12V、+5V、-5V、-12V 等的交流输入 电源。通过不同变比的隔离变压器付边抽头，产生了+5V、- 5

13、V、+12V、-12V、3.3V 等多等级电源输出。这些电源全部采用双管全波整流。虚线内为平波电抗器，L1- C30、L2-C37、L3-C38、L4-C39、C36 等用于滤波。C25、R49 用于变压器副边去耦。 +12VDC、+5VDC 输出被引回，作为电压反馈信号，送回控制电路， 构成负反馈，以实现 PWM 调节。 （二）、+3.3V 电路C2UiS2S1LRN1N2N2UoTC1C29+3.3VDC 电源依靠独立的反馈调节电路来实现稳压。 由于 L6 绕组是反激的，其整流桥前端交流输入电压为： Ui3.3=UBC-UL6-Uf3.3 其中 Uf3.3是来自于 Q13 集电极的反馈信号

14、经隔离二极管 D32 后获 得。3.3V 输出信号经过 953R、R76 分压，控制 TL431 基准电源输入。 TL431 输出用于基极电阻 R74 前的电平钳位，作为比较基准。R72 提供 基准电源及基极偏置电流。R73、C33 用于 431 芯片的相位补偿。Q13 集电极电位经过去耦电容（10nF）及隔离二极管 D32，送回整流桥前端， 正好形成负反馈，达到稳压的目的。电压反馈信号ABGndCD10图 8：计算机电源的输出电路 四控制电路四控制电路这个电路（图 9）使用了两个集成芯片，TL494 和 LM393。TL494 是电源控制芯片，LM393 为双比较器芯片。下面分解分析各单元的

15、原理。图 9：计算机电源的控制电路 （一）启动电路 变压器 T6 的输入电源为输入电路的输出直流 Ui，变压后，从中心 抽头引出，经 D30 整流，送 12 脚 Vcc。同时+12VDC 输出经过隔离二极 管 D、电容 C21 去耦，送回 12 脚 Vcc。 T6、D30 仅能提供电源启动时的芯片偏置。一旦开始工作，电源将 由+12VDC 经 D、C21 供电。因此，这是一个自激型电源电路。 （二）振荡电路12V 反馈5V 反馈11通过芯片 TL494 的 5 脚外接电容 C11（1.5nF）和 6 脚外接电阻 R16（12k），确定了该电源的振荡频率为： f=1/RTCT=1/(12x103

16、x1.5x10-9)55.6KHz。 （三）电压反馈电路图 10：电压反馈电路 根据局部电路，加以整理，得到上面的电压反馈电路。可以看出， 系统从+12V、+5V 分别引回反馈信号，做加法运算后送比较器 1 的同相 端，作为反馈。 补偿端 3 和反相端 2 之间外接了 R18-C1，构成 PI 调节器。 输出反馈电压越高，上面电路的 3 脚输出越高，使得芯片输出死 区越宽，从而降低占空比，进而降低电源电压；反之亦然。这样就实 现了电源电压的负反馈调节过程。 （四）输出控制电路图 11：电压反馈电路TL494 的 13 脚输出控制被直接接到芯片+5VDC 参考电源，输出电 路工作在双管驱动方式。R26R25R20R21+12VDC 反馈+5VDC 反馈123R18C1TL494/+5VDC 基 准R24R19A910811VccC11R45D14CT2R14R13Q3Q4D7D8128、11 脚为芯片两个输出的集电极，接外部晶体管 Q3、Q4 的基极。 R13、R14 即作为 Q3、Q4 的基极偏