臺式機電源原理

臺式機電源原理第一頁，共十一頁，2022年，8月28日

我們現(xiàn)在使用的電源以ATX電源為主，早期的AT電源在286到早期的586期間應(yīng)用，現(xiàn)已退出市場；而MicroATX是在ATX電源的基礎(chǔ)上改進的標(biāo)準(zhǔn)電源，最顯著的變化就是體積減小、功率降低，該電源大都在一些品牌機和OEM產(chǎn)品中使用，零售市場上很少看到。

Intel在1997年推出了流行的ATX2.01電源標(biāo)準(zhǔn)，ATX電源從推出到現(xiàn)在經(jīng)歷了多個發(fā)展的版本，現(xiàn)在以ATX2.03和ATX12V這兩個標(biāo)準(zhǔn)居多，ATX2.03版的ATX電源輸出電壓有+3.3V、+5V、-5V、+12V、-12V、+5VSB和PS-ON、PG信號線（多數(shù)廠家已將-5V去掉）。+5VSB輔助輸出正電壓，只要接通220V交流電就會有+5V電壓輸出。而PS—ON信號是主板向電源提供的電平信號，低電平時電源啟動，高電平時電源關(guān)閉。利用+5VSB和PS—ON信號，就可能實現(xiàn)軟件開關(guān)機、鍵盤開機、網(wǎng)絡(luò)喚醒等功能。換句話講，使用ATX電源的主板只要向PS—ON發(fā)送一個低電平信號就可以開機了，而主板向PS—ON發(fā)送一個高電平信號就又可以實現(xiàn)關(guān)機。輸出接口如下

備注：ATX12V在ATX2.03版本的基礎(chǔ)上加強了+12VDC端的電流輸出能力，對+12V的電流輸出、涌浪電流峰值、濾波電容的容量、保護等做出了新的規(guī)定。加強了+5VSB的電流輸出能力，改善主板對即插即用和電源喚醒功能的支持。采用新增加的4芯電源連接器為P4處理器供電，供電電壓為+12V，見下圖。

1、ATX電源簡介

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1、ATX電源簡介

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ATX電源的主要組成部分EMI濾波電路，橋式整流器和高壓濾波，PFC電路，開關(guān)管與開關(guān)變壓器，低壓整流濾波電路，穩(wěn)壓和保護電路，還有+5VSB輸出，PS—ON信號，PG信號。

2、ATX電源的組成:方正科技集團股份有限公司第四頁，共十一頁，2022年，8月28日

ATX開關(guān)電源的工作類似如下的流程：市電經(jīng)EMI濾波后變成較純凈的50HZ交流電，經(jīng)全橋整流和濾波后輸出約300V的直流電壓，該300V直流電壓作為電壓源供給由開關(guān)管和高頻變壓器組成的開關(guān)功率變換電路，開關(guān)管由PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制電路發(fā)出的驅(qū)動脈沖信號觸發(fā)，通過開關(guān)管的導(dǎo)通與截止，將直流電壓變換成較高頻率的矩形波電壓，經(jīng)高頻變壓器將此電壓降低到各檔需要的電壓值，然后經(jīng)高頻二極管整流以及L、C平滑濾波后送至負載。ATX電源工作原理方正科技集團股份有限公司第五頁，共十一頁，2022年，8月28日各塊所要實現(xiàn)的功能方正科技集團股份有限公司1.輸入電網(wǎng)濾波電路或稱EMI電路，它是電源中的抗干擾電路，具有兩層意思：一是指微機電源對通過電網(wǎng)進入的干擾信號的抑制能力：二是指開關(guān)電源的振蕩高次諧波進入電網(wǎng)對其它設(shè)備及顯示器的干擾和對微機本身的干擾。通常要求微機對通過電網(wǎng)進入的干擾信號抑制能力要強，通過電網(wǎng)對其它微機等設(shè)備的干擾要小，在優(yōu)質(zhì)電源中一般都有兩極EMI濾波電路。一級EMI電路：交流電源插座上焊接的是一級EMI電源濾波器電路，這是一塊獨立的電路板，是交流電輸入后所經(jīng)過的第一組電路，這個由扼流圈和電容組成的低通網(wǎng)絡(luò)能濾除電源線上的高頻雜波和同相干擾信號，同時也將電源內(nèi)部的干擾信號屏蔽起來，構(gòu)成了電源抗電磁干擾的第一道防線。二級EMI電路：市電進入電源板后先通過電源保險絲，然后再次經(jīng)過由電感和電容組成的第二道EMI電路以充分濾除高頻雜波，然后再經(jīng)過限流電阻進入高壓整流濾波電路。保險絲能在電源功率太大或元件出現(xiàn)短路時熔斷以保護電源內(nèi)部的元件，而限流電阻含有金屬氧化物成分，能限制瞬間的大電流，減少電源對內(nèi)部元件的電流沖擊。第六頁，共十一頁，2022年，8月28日

2.輸入整流濾波電路經(jīng)過EMI濾波后的市電，再經(jīng)過全橋整流和電容濾波后就變成了高壓的直流電。將輸入端的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖直流電，目前全橋有兩種形式，一種把四個二極管封裝在一起，一種是用4個分立的二極管組成橋式整流電路，作用相同，效果也一樣。一般說來，在全橋附近應(yīng)該有兩個或更多的高大桶狀元件，即高壓電解電容，其作用是將脈動的直流電濾除交流成分而輸出比較平穩(wěn)的直流電。高壓電解電容的使用與開關(guān)電路的設(shè)計有密切關(guān)系，其容量往往是以往電源評測時的焦點，但實際上它的容量和電源的功率毫無關(guān)系，不過增大它的容量會減小電源的紋波干擾，提高電源的電流輸出質(zhì)量。在整流橋到變壓器間會有一PFC電路：PFC電路稱為功率因素校正或補償電路，功率因素越高，電能利用率就越大。目前PFC電路有兩種方式，一種是無源式PFC，又稱被動式PFC，一種是有源式PFC，又稱主動式PFC。無源式PFC是通過一個工頻電感來補償交流輸入的基波電流與電壓的相位差，迫使電流與電壓相位一致，無源PFC效率較低，一般只有65%-70%，且所用的工頻電感又大又笨重，但由于成本低，仍有許多ATX電源采用這種方式。有源PFC是由電子元器件組成的，體積小，重量輕，通過專用的IC去調(diào)整電流波形的相位，效率大大提高，達95%以上，但由于成本較高，通常只能在高級應(yīng)用場合才能看到。方正科技集團股份有限公司第七頁，共十一頁，2022年，8月28日

3.主變換電路以半橋變換電路為例，主變換電路由開關(guān)三極管和開關(guān)變壓器組成：開關(guān)電源顧名思義其核心就是開關(guān)二字。開關(guān)三極管和開關(guān)變壓器是開關(guān)電源的核心部件，通過自激式或他激式使開關(guān)管工作在飽和、截止（即開、關(guān)）狀態(tài)，從而在開關(guān)變壓器的副繞組上感應(yīng)出高頻電壓，再經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓后輸出各種直流電壓。開關(guān)三極管和開關(guān)變壓器是ATX電源的核心部件，其質(zhì)量直接影響電源的好壞和使用壽命，尤其是開關(guān)三極管，工作在高反壓狀態(tài)下，沒有足夠的保護電路，很容易擊穿燒毀。開關(guān)管的品質(zhì)直接決定了電源的穩(wěn)定性，它也是電源中主要的發(fā)熱元件，拆開電源后看到的主散熱片上的兩個晶體管就是開關(guān)管。除主變壓器外，一般電源內(nèi)還應(yīng)有兩個小變壓器，其中一個將開關(guān)電路控制信號進行放大以驅(qū)動開關(guān)管進行工作，同時還可以將開關(guān)管工作的高壓區(qū)和集成電路工作的低壓區(qū)進行物理隔離。另外一個完全是一套獨立的小型開關(guān)電源，這就是我們所說的待機電路，其輸出的電壓為電源的主電路供電，同時通過+5VStandBy端輸出到主板來實現(xiàn)喚醒功能。主變換電路是開關(guān)電源的主要部分，它把高壓直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起著將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。方正科技集團股份有限公司第八頁，共十一頁，2022年，8月28日

4.二次整流、濾波、穩(wěn)壓、輸出電路，經(jīng)過高頻開頭變壓器降壓后的脈動電壓同樣要使用二極管和電容進行整流和濾波，只是此時整流時的工作頻率很高，必須使用具有快速恢復(fù)功能的肖特基整流二極管，普通的整流二極管難當(dāng)此任，而整流部分使用的電容也不能有太大的交流阻抗，否則就無法濾除其中的高頻交流成分，因此選擇的電容不但容量要大，還要有較低的交流電阻才行，此外還能見到1、2個體積碩大的帶磁心的電感線圈，與濾波電容一起濾除高頻的交流成分，保證輸出純凈的直流電。輸出整流濾波電路將變換器輸出的高頻交流電壓進行整流濾波，得到需要的直流電壓，同時防止高頻噪聲對負載的干擾。由于低壓整流端需要輸出很大的電流，所以整流二極管同樣會產(chǎn)生大量的熱量，這些二極管與前面的開關(guān)管都需要單獨的散熱片進行散熱，電源中另一個散熱片上所固定的就是這些元件。從這些元件輸出的就是各種不同電壓的輸出電流了。方正科技集團股份有限公司第九頁，共十一頁，2022年，8月28日

5.反饋和控制電路通常是從電源輸出端的輸出電壓取樣出部分電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓作比較，比較出的差值經(jīng)過放大后去驅(qū)動開關(guān)三極管，調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比，從而達到電壓的穩(wěn)定。保護電路的作用是通過檢測各端輸出電壓或電流的變化，當(dāng)輸出端發(fā)生短路、過壓、過流、過載、欠壓等到現(xiàn)象時，保護電路動作，切斷開關(guān)管的激勵信號，使開關(guān)管停振，輸出電壓和電流為零，起到保護作用。6.輔助電源本身也是一個完整的開關(guān)電源，輸出+5VSB電源，為主板待機電路供電。同時也為保護電路、控制電路等電路供電。7.PS-ON控制電路：ATX電源最主要的特點就是，它不采用傳統(tǒng)的市電開關(guān)來控制電源是否工作，而是采用“＋5VSB、PS－ON”的組合來實現(xiàn)電源的開啟和關(guān)閉，只要控制“PS－ON”信號電平的變化，就能控制電源的開啟和關(guān)閉。當(dāng)“PS－