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1、ATX电源智能负载设计与实现ATX电源智能负载设计与实现摘要本文阐明用单片机控制向ATX电源智能测试仪提供可控负载接口的方法，对如何轮流向电脑电源提供大功率负载问题进行了研究；对如何选择合适的开关管对大功率负载进行轮流选通进行了系统的介绍；对如何利用AD芯片进行电脑电源实际电压的采集进行了介绍。本文还讨论了单片机控制系统关键的数据处理问题，阐述ATX电源工作原理。本产品向ATX电源智能测试仪提供了5个可控负载接口。ATX电源智能测试仪可以很准确的检测出电脑电源的实际带负载能力。关键词负载、单片机、ATX电源、检测ATX power supply design and implementatio
2、n of intelligent load AbstractThe method which is described in the paper is how to supply the controllable load interfaces for ATX power supply intelligence test instrument through the single chip microcomputer control;The problem that how to altenatly supply high-power switch translator to realize
3、the alternat strobe of the high-power loads is introduced systematicly;How to Sample the real voltage of the computer through the AD chip is introduced too.It is discussed that the key of the MCU control system is how to handle the data, so does the principle of the ATX power supply. The product has
4、 provided 5 controllable loads interfaces for ATX power source intelligence test instrument. The ATX power source intelligence test instrument can detect accuratly . the real loading ability of the computer power supply KeywordsLoads 、monolithic machine、 ATX power supply 、detecting引言电脑电源检测仪的现状：电源是电脑
5、能够运行的动力之源，在电脑运行的过程中我们越来越认识到它的重要性。如果电源性能不佳，轻则机器时不时给你来个反复启动、仿制处于半梦半醒之间，重则让整部机器为此献身。即使你机器配备的是品质优良的电源，但随着不断地给机器添置新的硬件和外设，这个电源是否还能担当起重任呢？我们又如何选择合适的电源呢？打开电源的外壳后一个有经验的用户能够了解电源的工艺水平，但并不能估算出电源输出的实际功率，而且大多数经销商是不会给用户这样的机会的，所以电源的输出功率、各端的最大输出电流等指标通常都标注在电源的铭牌上。我们怎么知道这些指标是真是假呢？市场上出现了许许多多的大功率电源，200W400W的电源到处都是，有杂牌的
6、还有名牌的，面对这么多行行色色的产品，作为消费者，我们到底该如何选择？很多人只是单纯的用万用表检测下空载情况下电脑电源是否正常，根本不清楚电源的实际负载能力。市场上很难找到一款检测电脑电源功率的电子产品。在网上找，费了很大力气才找到深圳的一家公司有类似的产品而且价格昂贵！针对这种情况，我们很有必要设计个合适的电脑电源检测仪。目前单片机应用广泛，利用单片机可以设计出一款价格低廉适用性强的检测仪。它有很大的市场前景，它的推广可以很有力的打击假冒伪劣产品，保护我们消费者的利益。1 设计要求与内容本设计的要求就是设计一款智能负载，它能与ATX电源测试仪共同合作完成对电脑电源实际负载能力的测试。具体要求
7、如下：（1）向ATX电源智能测试仪+12V、+5V、+3V输出端子提供大中小三种可控负载接口。（2）向ATX电源智能测试仪+5V USB1 +5V USB2输出端子提供固定负载接口。-12V、-5V用指示灯表示正常与否。（3）提供各种被检测电压端口。（4）便于与ATX电源测试仪联接。（5）可长时间工作。本设计的具体内容：实现大功率负载，运用IRF3205做开关管配合CD4051向单片机提供控制端口，控制大功率负载的选择。并向AD芯片提供各种需要检测的端口（+12V、+5V、+3V、+5V USB1 +5V USB2）。取得电脑电源的被检测端口（+12V、+5V、+3V、+5V USB1 +5V
8、 USB2、-12V、-5V）。2 整体方案设计和论证2.1 ATX电源工作原理检测电脑电源，自然很有必要知道电脑电源的工作原理，以下是对电脑电源的简要介绍： PC电源的工作流程：当市电进入电源后，先通过扼流线圈和电容滤波去除高频杂波和干扰信号，然后经过整流和滤波得到高压直流电。接着通过开关电路把高压直流电转成高频脉动直流电，再送高频开关变压器降压。最后滤除高频交流部份，这样最后输出供电脑使用的相对纯净的低压直流电。 稳定低压直流输出高压市电输入全桥电路整流（整流）+大容量高压滤波电容（滤波）低压滤波电路（整流、滤波）一、 二级EMI滤波电路（滤波）开关三级管开关变压器（变压）图2.1 PC电
9、源的工作流程如图2.1所示，电源内部的大致流程为：高压市频交流输入 一、二级EMI滤波电路（滤波） 全桥电路整流(整流)+大容量高压滤波电容(滤波) 高压直流 开关三极管 高频率的脉动直流电 开关变压器（变压） 低压高频交流 低压滤波电路（整流、滤波） 稳定的低压直流输出1 。 开关管的品质直接决定了电源的稳定性，它也是电源中主要的发热元件，拆开电源后看到的主散热片上的两个晶体管就是开关管。高频开关变压器同样是整个电路中的核心部件，讲究的是铁氧体的效率、磁芯截面积的大小和磁隙的宽度，截面积过小的变压器容易产生磁饱和而无法输出较大的功率，各个绕组的匝数直接影响输出的电压，通常我们无法具体的掌握这
10、些参数，所以无法准确的判断变压器到底能输出多大的功率。另外，开关变压器的输出端虽然很多，但其中的某些输出端使用的却是相同的绕组，比如+3.3VDC和+5VDC就是这样，所以当+3.3VDC输出最大电流时+5VDC就无法输出很大的电流了，就是由于这个原因我们不能将电源各个输出端的功率进行简单的累加。在主变压器旁边的两个小变压器也有各自的作用，其中一个将开关电路控制信号进行放大以驱动开关管进行工作，同时还可以将开关管工作的高压区和集成电路工作的低压区进行物理隔离。另外一个完全是一套独立的小型开关电源，这就是我们所说的待机电路，其输出的电压为电源的主电路供电，同时通过+5VSB端输出到主板来实现唤醒
11、功能。 开关电源向电脑提供+5V、+12V、+3.3V、-12V、-5V、+5V USB1、+5V USB2 七个端口，其中+5V、+12V、+3.3V端口需带的起电脑的大功率负载，才能保证电脑正常运行。 以上介绍了ATX电源的基本工作原理及一些特殊的输出端口。我们就是要检测这些特殊的端口，来检测ATX电源的实际负载能力。2.2 各模块方案设计和论证2.2.1 电源模块 电源模块的要求是向板子提供稳定可靠的+12V、+5V电源。方案1：通过ATX电脑电源上提供的+12V检测端口取得。优点：合理利用资源，方便快捷。缺点：因为是被检测端口，所以存在很多不稳定因素，比如电脑电源本身就是坏的，提供的电
12、压根本就没有+12V，或者根本就没电压，这样我们就无法知道到底是检测仪出了问题（比如芯片坏了、与电脑电源的衔接接触不良），还是电脑电源有问题2。方案2：通过最简单的7812及7805稳压电路即可满足要求。市电进入后经15V变压器整形滤波后向7812提供输入端。取的+12V电压后再通过7805取的稳定的+5V电源。本设计采用的方案2. 2.2.2 负载模块 这是本设计的关键部分之一，选择的负载要满足以下要求：1、能够承受大电流；2、必须是小电阻；3散热性能好；4、稳定性好，电阻值基本不随着温度的变化而变化；5 能长期工作。可选择的材料：糠铜丝、铝片、电炉丝。方案1：选择康铜丝。优点：糠铜丝能承受
13、很大的电流，且阻值小，是用做电压采样的好材料。缺点：康铜丝的散热性能不好，不适应长期工作。且康铜丝价格昂贵，不易选用康铜丝。方案2：选择铝片。优点：铝片的能承受很大的电流，而且散热性能特好，又能长期工作，且阻值基本不随温度变化而变化。缺点：铝片的阻值太小，如果选用铝片，那必须用很大块且体积庞大的铝块，行是行，就是显的很浪费且不易摆放，不利于产品的微小化设计原则。 方案3：选择电炉丝。电炉丝能满足本产品设计中负载模块的所有要求，且价格低廉易于采购。想获得小电阻的阻值，一般都要通过比较麻烦的方法测量后得到，比如用高精度数字式小电阻测量器测量，搭桥式电路进行测量等。电炉丝的测量就很方便，我们可以把买
14、回来的电炉丝稍微拉长点，使每一小圈都没接触，然后数圈数。数到一千圈然后测量总共的阻值Y，将总的阻值除以一千就可以得到一小圈的电炉丝的阻值，精度高，若想截下某一阻值的电炉丝，可以通过计算得到圈数后截取。比如想取得阻值为X阻值的电炉丝 (Y为一千圈电炉丝的总阻值)本设计采用电炉丝做为负载3。2.2.3 开关模块 该模块要实现的功能：提供单片机选择具体让某块负载工作的端口。该模块可有用开关功能实现电路加上开关管构成。2.2.3.1 开关功能的实现的选择方案1：选择普通三极管，如9012、9013等。优点：易于控制。缺点：浪费单片机的管脚资源，稳定性差。方案2：选择模拟开关芯片。优点：易于控制，节约单
15、片机管脚资源，产品已经非常成熟，稳定性好，易于采购。理想的多路开关其开路电阻为无穷大，其导通时的电阻为零此外，还希望它切换速度快，噪音小，寿命长，工作可靠。在计算机控制系统中多采用集成电路多路开关，其种类、型号都比较多，有8通道、16通道、甚至32通道的。常用的多路开关有CD4051(八选1)、菜单4052（双四选1 ）、cd4067（十六八选1）等。本设计选择的是CD4051芯片。下面是对CD4051芯片的详细介绍：图2.2 CD4051引脚图图2.3 功能图CD4051是8通道多路开关，由逻辑电平转换、二进制译码器和8个开关电路组成。CD4051的引脚如图45所示，图中C、B、A是二进制的控制输入端，INH是允许输入端。当INH为高电平时，不论从A、B、C端输入何值，8个通道均不通；当INH为低电平时，允许由A、B、C端输入3位二进制数，在8路通道中选择一路将输入和输出接通。CD4051允许双向使用，改变图中IN/OUT和OUT/IN的接法，可以实现“多到一”或“一到多”的转换。 CD4051是计算机控制系统中广泛使用的模拟开关，直流供电电源为VDD =515V，输入电压UIN =0VDD ，它所能传送的数字信号电位变化范围为3
