微机ATX电源电路工作原理课程设计报告样本.doc

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课程设计汇报

（~第二学期）

课程名称：电子设备维修技术 课程代码：
系 别： 电子工程系 专 业：电子信息工程技术
班 级： 20731 学 号： 070106
学生姓名： 蒋明超 指导老师： 陈孝波（老师）
完成时间： 年 5 月 20 日

目录
微机（LWT 型）ATX 电源电路工作原理
一、概述—————————————-------------3
二、工作原理————————————-----------4
1、输入整流滤波电路-——————————--------4
2、高压尖峰吸收电路———————————-------4
3、辅助电源电路6、自动稳压稳流控制电路———-------4
4、PS信号和PG信号产生电路和脉宽调制控制电路————6
5、主电源电路及多路直流稳压输出电路 ——————----7
6、自动稳压稳流控制电路——————-------—------7
三、故障维修 ———————————————————-—8
四、参考资料————————————————————---10
五、电路图—————————————————————-—10

一、 概述
伴随电子技术发展，电子系统应用领域越来越广泛，电子设备种类也越来越多，对电源要求愈加灵活多样。电子设备小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统晶体管串联调整稳压电源，是连续控制线性稳压电源，这种传统稳压电源技术比较成熟。
而且已经有大量集成化线性稳压电源模块，含有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等特点。但其通常全部需要体积大且粗笨工频变压器和隔离之用，滤波器体积和重量也很大。而调整管工作在线性放大状态，为了确保输出电压稳定，其集电极和发射极之间必需承受较大电压差，造成调整管功耗较大，电源效率很低，通常只有45%左右，
另外，因为调整管上消耗较大功率，所以需要采取大功率调整管并装有体积很大散热器，于是它极难满足电子设备发展要求。从而促成了高效率、体积小、重量轻开关电源快速发展。 开关型稳压电源就是采取功率半导体器件作为开关，经过控制开关占空比调整输出电压。以功率晶体管（GTR）为例，当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端压降靠近零，在开关管截止时，其集电极电流为零，所以其功耗小，效率可高达70%~95%。而功耗小，散热器也随之减小，同时开关型稳压电源直接对电网电压进行整流滤波调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器；
另外，开关工作频率在几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。所以开关电源含有重量轻，体积小等特点。另外，因为功耗小，机内温升低，从而提升了整机稳定性和可靠性。而且其对电网适应能力也有较大提升，通常串联稳压电源许可电网波动范围为220V+10%，而开关型稳压电源在电网电压从110V~260V范围内改变时，全部可取得稳定输出电压。

ATX 开关电源关键功效是向计算机系统提供所需直流电源。通常计算机电源所采取全部是双管半桥式无工频变压器脉宽调制变换型稳压电源。它将市电整流成直流后，经过变换型振荡器变成频率较高矩形或近似正弦波电压，再经过高频整流滤波变成低压直流电压目标。
ATX 开关电源功率通常为250W～300W，经过高频滤波电路共输出六组直流电压：+5V（25A）、—5V（0.5A）、+12V(10A)、—12V（1A）、+3.3V（14A）、+5VSB（0.8A）。为预防负载过流或过压损坏电源，在交流市电输入端设有保险丝，在直流输出端设有过载保护电路。

二、微机（LWT 型）ATX 电源电路工作原理
　　ATX 开关电源，电路按其组成功效分为：输入整流滤波电路、高压反峰吸收电路、辅助电源电路、脉宽调制控制电路、PS 信号和PG 信号产生电路、主电源电路及多路直流稳压输出电路、自动稳压稳流和保护控制电路。
1、输入整流滤波电路
　　只要有交流电 AC220V 输入，ATX 开关电源不管是否开启，其辅助电源就会一直工作，直接为开关电源控制电路提供工作电压。
　　交流电 AC220V 经过保险管FUSE、电源互感滤波器L0，经BD1—BD4 整流、C5 和C6 滤波，输出300V 左右直流脉动电压。C1 为尖峰吸收电容，预防交流电突变瞬间对电路造成良影响。TH1 为负温度系数热敏电阻，起过流保护和防雷击作用。L0、R1 和C2组成Π 型滤波器，滤除市电电网中高频干扰。C3 和C4 为高频辐射吸收电容，预防交流电窜入后级直流电路造成高频辐射干扰。R2 和R3 为隔离平衡电阻，在电路中对C5 和C6起平均分配电压作用，且在关机后，和地形成回路，快速泄放C5、C6 上储存电荷，从而避免电击。
2、高压尖峰吸收电路
　　由 D18、R004 和C01 组成高压尖峰吸收电路。当开关管Q03 截止后，T3 将产生一个很大反极性尖峰电压，其峰值幅度超出Q03 C 极电压很多倍，此尖峰电压功率经D18储存于C01 中，然后在电阻R004 上消耗掉，从而降低了Q03 C 极尖峰电压，使Q03 免遭损坏。
3、辅助电源电路
整流器输出＋300V 左右直流脉动电压，一路经T3 开关变压器初级①~②绕组送往辅助电源开关管Q03 c 极，另一路经开启电阻R002 给Q03 b 极提供正向偏置电压和开启电流，使Q03 开始导通。Ic 流经T3 初级①~②绕组，使T3③~④反馈绕组产生感应电动势(上正下负)，经过正反馈支路C02、D8、R06 送往Q03 b 极，使Q03 快速饱和导通，Q03 上Ic 电流增至最大，即电流改变率为零，此时D7 导通，经过电阻R05 送出一个比较电压至IC3（光电耦合器Q817）③脚，同时T3 次级绕组产生感应电动势经D50、C04整流滤波后，一路经R01 限流后送至IC3 ①脚，另一路经R02 送至IC4（精密稳压电路TL431），因为Q03 饱和导通时次级绕组产生感应电动势比较平滑、稳定，经IC4 K 端输出至IC3 ②脚电压改变率几乎为零，使IC3 内发光二极管流过电流几乎为零，此时光敏三极管截止，从而造成Q1 截止。反馈电流经过R06、R003、Q03 b、e 极等效电阻对电容C02 充电，伴随C02 充电电压增加，流经Q03 b 极电流逐步减小，使③~④反馈绕组上感应电动势开始下降，最终使T3③~④反馈绕组感应电动势
反相（上负下正），并和C02 电压叠加后送往Q03 b 极，使b 极电位变负，此时开关管Q03 因b 极无开启电流而快速截止。开关管Q03 截止时，T3③~④反馈绕组、D7、R01、R02、R03、R04、R05、C09、IC3、IC4 组成再起振支路。当Q03 。
导通过程中，T3 初级绕组将磁能转化为电能为电路中各元器件提供电压，同时T3 反馈绕组④端感应出负电压，D7 导通、Q1 截止；当Q03 截止后，T3 反馈绕组④端感应出正电压，D7 截止，T3 次级绕组两个输出端感应电动势为正，T3 储存磁能转化为电能经D50、C04 整流滤波后为IC4 提供一个改变电压，使IC3 ①、②脚导通，IC3 内发光二极管流过电流增大，使光敏三极管发光，从而使Q1导通，给开关管Q03 b 极提供开启电流，使开关管Q03 由截止转为导通。同时，正反馈支路C02 充电电压经T3 反馈绕组、R003、Q03 be 极等效电阻、R06 形成放电回路。伴随C41 充电电流逐步减小，开关管Q03 Ub 电位上升，当Ub 电位增加到Q03 be 极开启电压时，Q03 再次导通，又进入下一个周期振荡。如此循环往复，组成一个自激多谐振荡器。Q03 饱和期间，T3 次级绕组输出端感应电动势为负，整流二级管D9 和D50截止，流经初级绕组导通电流以磁能形式储存在辅助电源变压器T3 中。当Q03 由饱和转向截止时，次级绕组两个输出端感应电动势为正，T3 储存磁能转化为电能经D9、D50 整流输出。其中D50 整流输出电压经三端稳压器7805 稳压，再经电感L7 滤波后输出+5VSB。若该电压丢失，主板就不会自动唤醒ATX 电源工作。D9 整流输出电压供给IC2（脉宽调制集成电路KA7500B）12 脚（电源输入端），经IC2 内部稳压，从第14 脚输出稳压+5V，提供ATX 开关电源控制电路中相关元器件工作电压。T2 为主电源激励变压器，当副电源开关管Q03 导通时，Ic 流经T3 初级①~②绕组，使T3③~④反馈绕组产生感应电动势(上正下负)，并作用于T2 初级②~③绕组，产生感应电动势(上负下正)，经D5、D6、C8、R5 给Q02 b 极提供开启电流，使主电源开关管Q02 导通，在回路中产生电流，确保了整个电路正常工作；同时，在T2 初级①~④反馈绕组产生感应电动势(上正下负)，D3、D4截止，主电源开关管Q01 处于截止状态。在电源开关管Q03 截止期间，工作原理和上述过程相反，即Q02 截止，Q01 工作。其中，D1、D2 为续流二极管，在开关管Q01 和Q02 处于截止和导通期间能提供连续电流。这么就形成了主开关电源它激式多谐振电路，确保了T2 初级绕组电路部分得以正常工作从而在T2 次级绕组上产生感应电动势送至推进三极管Q3、Q4 c 极，确保整个激励电路能连续稳定地工作，同时，又经过T2 初级绕组反作用于T1 主开关电源变压器，使主电源电路开始工作，为负载提供+3.3V、±5V、±12V 工作电压。
4、PS信号和PG信号产生电路和脉宽调制控制电路
微机通电后，由主板送来PS信号控制IC2④脚(脉宽调制控制端)电压，待机时，主板开启控制电路电子开关断开，PS信号输出高电平3.6V，经R37抵达IC1（电压比较放大器LM339N）⑥脚（开启端），由内部经IC1③脚，对C35进行充电，同时IC1②脚经R41送出一个比较电压给IC2④脚，IC2④脚电压由零电位开始逐步上升，当上升电压超出3V时，封锁IC2⑧、○11脚调制脉宽电压输出，使T2推进变压器、T1主电源开关变压器停振，从而停止提供+3.3V、±5V、±12V等各路输出电压，电源处于待机状态。受控开启后，PS信号由主板开启控制电路电子开关接地，IC1⑥脚为低电平（0V）,IC2④脚变为低电平（0V），此时许可⑧、○11脚输出脉宽调制信号。IC2○13脚（输出方法控制端）接稳压+5V (由IC2内部稳压输出+5V电压)，脉宽调制器为并联推挽式输出，⑧、○11脚输出相位差180度脉宽调制信号,输出频率为IC2⑤、⑥脚外接定时阻容元件R30、C30振荡频率二分之一，控制推进三极管Q3、Q4c极连接T2次级绕组激励振荡。T2初级它激振荡产生感应电动势作用于T1主电源开关变压器初级绕组，从T1次级绕组感应电动势整流输出+3.3V、±5V、±12V等各路输出电压。
D12、D13和C40用于抬高推进管Q3、Q4e极电平，使Q3、Q4b极有低电平脉冲时能可靠截止。C35用于通电瞬间封锁IC2⑧、○11脚输出脉宽调制信号脉冲，ATX电源通电瞬间，因为C35两端电压不能突变，IC2④脚输出高电平，⑧、○11脚无驱动脉冲信号输出。伴随C35充电，IC2开启由PS信号电平高低来加以控制，PS信号电平为高电平时IC2关闭，为低电平时IC2开启并开始工作。
PG产生电路由IC1（电压比较放大器LM339N）、R48、C38及其周围元件组成。待机时IC2③脚（反馈控制端）为零电平，经R48使 IC1⑨脚正端输入低电位，小于○11脚负端输入固定分压比，○13脚（PG信号输出端）输出低电位，PG向主机输出零电平电源自检信号，主机停止工作处于待机状态。受控开启后IC2③脚电位上升，IC1⑨脚控制电平也逐步上升，一旦IC1⑨脚电位大于○11脚固定分压比，经正反馈迟滞比较放大器，○13脚输出PG信号在开关电源输出电压稳定后再延迟几百毫秒由零电平起跳到+5V，主机检测到PG电源完好信号后开启系统，在主机运行过程中若遇市电停电或用户实施关机操作时，ATX开关电源+5V输出电压肯定下跌，这种幅值变小反馈信号被送到IC2①脚（电压取样放大器同相输入端），使IC2③脚电位下降，经R48使IC1⑨脚电位快速下降，当⑨脚电位小于○11脚固定分压电平时，IC1○13脚将立即从+5V下跳到零电平，关机时PG输出信号比ATX开关电源＋5V输出电压提前几百毫秒消失，通知主机触发系统在电源断电前自动关闭，预防忽然掉电时硬盘磁头来不及归位而划伤硬盘。
5、主电源电路及多路直流稳压输出电路
微机受控开启后，PS信号由主板开启控制电路电子开关接地，许可IC2⑧、○11脚输出脉宽调制信号，去控制和推进三极管Q3、Q4c极相连接T2推进变压器次级绕组产生激励振荡脉冲。T2初级绕组由它激振荡产生感应电动势作用于T1主电源开关变压器初级绕组，从T1次级①②绕组产生感应电动势经D20、D28整流、L2（功率原因校正变压器，以它为主来组成功率原因校正电路，简称PFC电路，起自动调整负载功率大小作用。当负载要求功率很大时，则PFC电路就经过L2来校正功率大小，为负载输送较大功率；当负载处于节能状态时，要求功率很小，PFC电路经过L2校正后为负载送出较小功率，从而达成节能作用。）第④绕组和C23滤波后输出—12V电压；从T1次级③④⑤绕组产生感应电动势经D24、D27整流、L2第①绕组及C24滤波后输出—5V电压；从T1次级③④⑤绕组产生感应电动势经D21（场效应管）、L2第②③绕组和C25、C26、C27滤波后输出+5V电压；从T1次级③⑤绕组产生感应电动势经L6、L7、D23（场效应管）、L1和C28滤波后输出+3.3V电压；从T1次级⑥⑦绕组产生感应电动势经D22（场效应管）、L2第⑤绕组和C29滤波后输出+12V电压。其中，每两个绕组之间R（5Ω/1/2W）、C(103)组成尖峰消除网络，以降低绕组之间反峰电压，确保电路能够连续稳定地工作。
6、自动稳压稳流控制电路
（1）+3.3V自动稳压电路
　　IC5（精密稳压电路TL431）、Q2、R25、R26、R27、R28、R18、R19、R20、D30、D31、D23（场效应管）、R08、C28、C34等组成+3.3V自动稳压电路。
　　当输出电压(+3.3V)升高时，由R25、R26、R27取得升高采样电压送到IC5G端，使UG电位上升，UK电位下降，从而使Q2导通，升高+3.3V电压经过Q2ec极，R18、D30、D31送至D23S极和G极，使D23提前导通，控制D23D极输出电压下降，经L1使输出电压稳定在标准值（+3.3V）左右，反之，稳压控制过程相反。
（2）+5V、+12V自动稳压电路
　　IC2①、②脚电压取样放大器正、负输入端，取样电阻R15、R16、R33、R35、R69、R47、R32组成+5V、+12V自动稳压电路。
　　当输出电压升高时(+5V或+12V)，由R33、R35、R69并联后总电阻取得采样电压送到IC2①脚和②脚基准电压相比较，输出误差电压和芯片内锯齿波产生电路振荡脉冲在PWM比较放大器中进行比较放大，使⑧、○11脚输出脉冲宽度降低，输出电压回落至标准值范围内，反之稳压控制过程相反，从而使开关电源输出电压保持稳定。
（3）+3.3V、+5V、+12V自动稳压电路
　　IC4（精密稳压电路TL431）、Q1、R01、R02、R03、R04、R05、R005、D7、C09、C41等组成+3.3V、+5V、+12V自动稳压电路。
　　当输出电压升高时，T3次级绕组产生感应电动势经D50、C04整流滤波后一路经R01限流送至IC3①脚，另一路经R02、R03取得增大取样电压送至IC4G端，使UG电位上升，UK电位下降，从而使IC4内发光二极管流过电流增加，使光敏三极管导通，从而使Q1导通，同时经负反馈支路R005、C41使开关三极管Q03e极电位上升，使得Q03b极分流增加，造成Q03脉冲宽度变窄，导通时间缩短，最终使输出电压下降，稳定在要求范围之内。反之，当输出电压下降时，则稳压控制过程相反。
　　1VIC2○15、○16脚电流取样放大器正、负输入端，取样电阻R51、R56、R57组成负载自动稳流电路。负端输入○15脚接稳压+5V，正端输入○16脚， 该脚外接R51、R56、R57和地之间形成回路，当负载电流偏高时，由R51、R56、R57支路取得采样电流送到IC2○15脚和○16脚基准电流相比较，输出误差电流和芯片内锯齿波产生电路振荡脉冲在PWM比较放大器中进行比较放大，使⑧、○11脚输出脉冲宽度降低，输出电流回落至标准值范围之内，反之稳流控制过程相反，从而使开关电源输出电流保持稳定。
三、故障维修　
1.检修基础方法和技巧
　计算机ATX开关电源和日常生活中彩电开关电源显著区分是：前者取消了传统市电按键开关，采取新型触点开关，而且依靠+5VSB、PS控制信号组合来实现电源自动开启和自动关闭。主机在通电瞬间，主机电源会向主板发送一个Power Good(简称PG)信号，假如主机电源输入电压在额定范围之内，输出电压也达成最低检测电平（+5V输出为4.75V以上），而且让时间延迟约100ms～500ms后（目标是让电源电压变得愈加稳定），PG电路就会发出“电源正常”信号，接着CPU会产生一个复位信号，实施BIOS中自检，主机才能正常开启。+5VSB是供主机系统在ATX待机状态时电源，和开启和关闭自动管理模块及其远程唤醒通讯联络相关电路工作电源，在待机及受控开启状态下，其输出电压均为5V高电平，使用紫色线由ATX插头(图2)⑨脚引出。PS为主机开启或关闭电源和网络计算机远程唤醒电源控制信号，不一样型号ATX开关电源 ，待机时电压值各不相同，常见待机电压值为3V、3.6V、4.6V。当按下主机面板POWER电源开关或实现网络唤醒远程开机时，受控开启后PS由主板电子开关接地，使用绿色线从ATX插头○14脚输入。PG是供主板检测电源好坏输出信号，使用灰色线由ATX插头⑧脚引出，待机状态为低电平（0V），受控开启电压输出稳定高电平（+5V）。
脱机带电检测ATX电源 ，首先测量在待机状态下PS和PG信号，前者为高电平，后者为低电平，插头9脚除输出+5VSB外，不输出其它任何电压。其次是将ATX开关电源进行人工唤醒，方法是：用一根导线把ATX插头14脚（绿色线）PS信号和任一地端（黑色线3、7、13、15、16、17)中任一脚短接，这一步是检测关键（不然，通电时开关电源风扇将不旋转，整个电路无任何反应，造成无法检修或无法判定其故障部位和质量好坏）。将ATX电源由待机状态唤醒为开启受控状态，此时PS信号变为低电平，PG、+5VSB信号变为高电平，这时可观察到开关电源风扇旋转。为了验证电源带负载能力，通电前可在电源+12V输出插头处再接一个开关电源风扇或CPU电源风扇，也可在+5V和地之间并联一个4Ω/10W左右大功率电阻做假负载。然后通电测量各路输出电压值是否正常，假如正常且稳定，则可放心接上主机内各部件进行使用；如发觉不正常，则必需重新认真检验电路，此时绝对不许可和主机内各部件连接，以免通电造成严重经济损失。
上述操作亦可作为单独选购ATX开关电源脱机通电验证质量好坏方法。
2.一台LWT型开关电源供给器，开机出现“三无（主机电源指示灯不亮，开关电源风扇不转，显示器点不亮）。
故障分析和维修：先采取替换法（用一个好ATX开关电源替换原主机箱内ATX电源）确定LWT型开关电源已坏。然后拆开故障电源外壳，直观检验发觉机板上辅助电源电路部分R001、R003、R05呈开路性损坏，Q1（C1815）、开关管Q03（BUT11A）呈短路性损坏。且R003烧焦、Q1c、e极炸断，保险管FUSE（5A/250V）发黑熔断。经更换上述损坏元器件后，采取二中检修方法和技巧：用一根导线将ATX插头14脚和15脚（两脚相邻，便于连接）连接，并在+12V端接一个电源风扇。检验无误后通电，发觉两个电源风扇（开关电源自带一个+12V散热风扇）转速过快，且发出很强呜音，快速测得+12V上升为+14V，且辅助电源电路部分发出一股逐步加强焦味，立即关电。分析认为，输出电压升高，通常是稳压电路有问题。细查为IC4、IC3组成稳压电路部分IC3（光电耦合器Q817）不良。因为IC3不良，当输出电压升高时，IC3内部光敏三极管不能立即导通，从而就没有反馈电流进入开关管Q03e极，不能立即缩短Q03导通时间，造成Q03导通时间过长，输出电压升高。如不立即关电，（从发出焦味来看，Q03很可能因导通时间过长，功耗过重而损坏）又将大面积地烧坏元器件。
将IC3更换后，重新检验、测量刚才更换过元器件，确定完好后通电。测各路输出电压一切正常，风扇转速正常（几乎听不到转动声）。通电观察半小时无异常现象。再接入主机内主板上，通电试机2小时一直正常。至此，检修过程结束。后又维修大量同型号或不一样型号（其电路大多数相同或类似）开关电源，其损坏电路及元器件大多雷同。
四、参考资料
1、互联网知识
2、书本知识
五、电路图