个人电脑电源.doc

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 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。

7-40VDCTL49412345678161514131211109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 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≥1≥1&&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%， 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 3．PWM 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 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 4．5VDC 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．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 6．UC 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 230/115V 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 Ui—Q1—T2-3—T3—C7—C6—Ui，半周 2 为 Ui—C5—C7—T3—T2-3—Q2—Ui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、- 5V、+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 LM393TL494 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/(12x103x1.5x10-9)≈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。