台达DPS-250GB-4B-ATX电源原理分析.doc

台达DPS-250GB-4B ATX电源原理分析台达DPS-250CB-4B(REV:OO)ATX电源与传统ATX电源不同，它的主辅电源均采用单MOS开关管驱动。其中，主电源采用UC3843BN脉宽调制集成电路，主电源唤醒、过，欠压等保护电路采用DNA1002D芯片，电源最大输出功率为232.5W。该电源被广泛用于联想开天M4600等系列微机上。电路工作原理简述1输入、整流、滤波电路220V交流输入电压经过差模、共模电感电容组成的EMI滤波电路进入整流电路。EMI电路的作用，一是防止电源本身的电磁干扰脉冲，通过传导或辐射方式干扰公共线路上的其他电器设备。二是防止公共线路上的电磁脉冲干扰电源本身的工作。整流后的脉动直流电，由滤波电容Cl滤波后获得约300V左右的直流电压，供主辅电源使用。2主电源工作原理主电源主要产生正负5V、12V、+3.3V电源给计算机主板使用。该电源采用了UC3843BN电流控制型脉宽调制集成电路，它具有功能全、工作频率高、引脚少、外围元件简单等特点。它的电压调整率可达O.OI%V（非常接近线性稳压电源的调整率）。工作频率可达500kHz，启动电流仅需ImA所以它的启动电路非常简单。UC3843BN各脚功能见下表。脚号符号 功能1COMP补偿端。内接误差放大器输出端，外接电阻。电容元件以补偿误差放大器的频率特性。2VFB反馈电压输入端。将取样电压加至误差放大器的反相输入端，再与同相输入端的2.5V基准电压进行比较，输出误差控制电压，用来控制脉冲宽度。3 cs过流检测端。接过流检测电阻，组成过流保护电路，大于1V时，(6)脚无脉冲输出。4R/C外接定时Rt、Ct元件，以决定锯齿波振荡频率。5GND接地端。6OUT脉冲输出端。可提供大电流图腾柱输出，输出电流达1A7VCC电源供电端。当供电电压小于8.5V时芯片不启动工作，芯片工作后，此脚电压可在7.6V34V之间变化，低于7.6V时(6)脚则停止脉冲输出。8VREf基准电压输出端。此脚可输出稳定的Sv电压，电流可达50mA。在市电供电处于正常范围内，要使UC3842BN(6)脚输出端关闭脉冲输出的方法有四种：(1)关掉Vcc;(2)将(1)脚电压降至IV以下；(3)将(2)脚电压升至2.5V以上；(4)将(3)脚电压升至IV以上。该电源的启动与关闭是通过控制UC3843BN(2)脚电平的高低，由光电耦合器IC3(336)来实现的。该电源的稳压控制是通过控制UC3843BN(1)脚电平的高低，由光电耦合器IC2(336)来实现的。当给UC3843BN(7)脚加上供电电压，达到启动条件后，电源启动，UC3843BN(6)脚输出PWM脉冲到功率MOS开关管Ql(7N80)的G极，控制Ql的导通与截止，开关变压器Tl开始进行磁能与电能的转换，次级各绕组电压经LC滤波后输出对应的直流电供后级电路使用。该电源中，有关元件的作用为：电容C3（0.47F/50V）为UC3843BN内部5v基准电源滤波电容，起抑制开关尖峰作用。电容C13(152K/lkV)、二极管Dl(BYV26CPH)、D2(BYV26CPH)、电感L2组成LCD钳位电路，其作用一是使Ql工作在较安全的工作区域（减小Q1的关断损耗）；二是可以使输出端的开关尖峰电平大大降低。电阻R7(33)、R8(lO)为01栅源极间限流电阻，防止G极输入电流过大损坏MOS管输入端；二极管D3(IN4148)为放电二极管，在Ql由导通转入截止瞬间，使栅源极间存储电荷迅速通过D3泄放掉。增加限流电阻和放电二极管后既保证了MOS管的安全，又保证了MOS管“开”与“关”的迅速动作。电阻R19(lOk)为泄放电阻，关机后，栅极存储电荷通过R19迅速释放，避免Mos管井机瞬间损坏。三极管Q2(A673)、电容C9(lF/50V)等组成软启动电路。通电瞬间，电容两端电压不能突变（为ov），Q2导通，UC3843BN(1)脚电平为oV，其(6)脚不输出PWM脉冲；随着充电时间加长，当C9充满屯后，02截止，此后UC3843BN(1)脚电平受控于IC2。电阻R11(lk)、电容c8(103)、CIO(332)为Rt、Ct定时元件，决定UC3843BN工作频率(实测振荡频率为90kHz)。电阻R5A(0.15/2W)为过流检测电阻，此电阻上的采样电压经电阻Rl0(620)、R15(5761)、电容C6组成的RC滤波器后，送至UC3843BN(3)脚。当该脚电平等于或高于1V时，内部电流检测比较器输出高电平，复位PWM锁存器，其(6)脚不输出PWM脉冲，达到限流保护的目的。RC滤波器的作用是抑制Ql开通时产生的电流尖峰，其时间常数近似等于电流尖峰持续时间（大约几百纳秒）。电阻R14(4.7k,)、电容C7为斜波补偿阻容元件，其作用是将UC3843BN(4)脚的锯齿波电压经R14、C7与R5A上的采样电压叠加加到UC3843BN(3)脚，防止谐波振荡现象发生，使电路工作更加稳定。3副电源工作原理副电源主要向计算机主板提供+5VSB电源做待机及电源唤醒之用。该电源只要一通人市电，就有+5VSB电压输出。说明：该电源维修资料奇缺，特别是DNA1002D芯片，资料很少，为此，特绘出其原理图（见下图）供参考。图中元件无标号、无参数标示的均为贴片元件（贴片电阻阻值未经换算，阅读时注意）。图中各处电压值是用500型万用表直流挡在主辅电源正常工作空载时测得的，其中，括号内的电压值为主电源不工作时的电压值。副电源由电阻R951A(IM)，R951B(IM)、功率MOS管0902(K3067)、脉宽调整管Q901(MPS2222A)、正反馈电阻R902(4.7kn)、电容C902(222K)、开关变压器T2及光电耦合器IC901(336)等元件组成。电路通电后+300V直流脉动电压一路经R951A、R951B加至Q902的G极；另一路经T2的初级(1)一(3)绕组加至0902的D极，T2初级绕组及0902的D、S极间有电流通过，T2反馈绕组(4)一(5)产生的感应电压通过R902、C902正反馈到0902的G极，电路开始振荡，Q902快速作“开”、“关”动作，T2开始进行磁能与电能的转换，他次级(7)一(8)绕组电压经LC滤波后输出+5VSB直流电供后级电路使用。12反馈绕组(4)一(5)电压经二极管D951（1N4002）、电容C951(47yF/50V)整流滤波后给UC3843BN(7)脚及IC901(4)、(3)脚内部的光敏三极管等供电。电路中0901、IC901等元件组成+5VSB稳压控制电路，电阻R906(1.2)为过流检测电阻稳压管ZD902(182)、ZD903(11C2)为过压保护之用，电容C952(222K)、电阻R953(47k)二极管D952(IN4007)为Q902的反峰抑制元件。4.DNA1002D芯片功能该芯片无法找到其技术资料，只查到DNA1002CP部分资料，DNA1002CP具有OVP、UVP等功能，其各脚功能见下表。从功能上看，该芯片除产生PG信号并接受PS-ON信号控制外，还具有5V、正负12V、+3.3V过电压与欠电压等保护功能。因此，采用该芯片后，既可减少电路元件，又可提高保护电路可靠性。脚号符号功能1LATCH当过电压、欠电压时，此脚为高电平；若为低电平表示输出正常。2COM信号地。3 PG正常工作时此脚为高电平PG信号输出。4TDON接一电容到底，产生PG信号延时。5REMOTEREMOTEON/OFF端，为低则ON，为高则(1)脚高。6TDOFF接一电容到地，起到延时开机作用，产生PF。7DUV接一电容到地这样在电容充电电压小于2.5V参考电压时，不做欠电压检测，而当充电电压大于2.5V参考电压时，恢复欠电压检测。8BSENSE在lC内部，此脚是电压供应比较器的同相输入端，当此脚电压低于2.5V时，则(3)脚与(7)脚电压变低。9 v5检测+5v的过电压与欠电压，其UVP点为4.04.24VOVP点为6.0-6.39V。10 V12检测+12V的过电压与欠电压其UVP点为9.49.99VOVP点为14.4515.35V。11V-12检测-12V的过电压与欠电压，此脚接参考电压，则失去此功能。12V3.3检测+3.3V的过电压与欠电压，此脚接VCC则失去此功能，其UVP点为1.09-1.16VOVP点为1.43-1.52V。13 v-5检测-5v的过电压与欠电压，此脚接参考电压，则失去此功能。14RCRNT接一电阻到地，从而产生内部恒流。15VREF2.5V参考电压输出。16 VcclC电源。5输出整流滤波电路主电源正负5V、正负12V输出整流滤波电路，由T1次级各绕组经各自整流二极管及组合线圈L101、滤波电容等组成。+5v、+3.3V还采用了两级LC滤波电路。其中：+3.3V、+5v由T1的(11)一(12)、(8)一(9)绕组提供；+12V由Tl的(11)一(12)、(8)一(9)绕组与(13)一(14)绕组串联提供；-5v、-12V由Tl的(11)一(10)绕组提供，并通过三端稳压块IC201(L7905CV)、IC251(L7912CV)稳压后向后级电路提供-5v、-12V直流电。LC滤波电路工作过程：当Tl次级绕组有感应电压时，此电压经整流二极管(Ll01左端处于水平位置的二极管)、Ll01向电容充电，输出电压建立，当感应电压消失后，整流二极管截止，此时由于滤波电感L101中的电流不能突变，电压在Ll01中产生反激电压，极性为左负右正，此反激电压使续流二极管(Ll01左端处于垂直位置的二极管)导通L101经负载、整流二极管放电，保持了在01关断期间负载电流的连续，提高了输出电压的稳定性。副电源+5VSB输出整流滤波电路也采用LC滤波电路，此电路由T2次级(7)一(8)绕组经整流二极管CR301(SB340)及滤波电感L951、滤波电容C953（1500F/16V）、C954（220F/25V）等组成。6稳压控制原理(1)主电源稳压控制：主电源各路输出电压的稳压控制由+5v、+12V两支路来控制。控制了这两路电压，其他几路输出电压基本上也保证了稳定。+5v、+12V稳压控制电路由光电耦合器IC2.(336)、精密基准稳压器IC501(TLA31AC)、+5v采样电阻R501(5.lk)、+12V采样电阻R502(27k)及采样分压可调电阻VR501(501)、电阻R503(2671)等组成。稳压控制过程为：当因某种原因导致输出+5v或+12V电压输出电压升高时，升高的直流电压经采样电阻分压后，将使IC501R端电压升高、K端电压下降IC2(1)、(2)脚内部的发光二极管发光强度加大，(3)、(4)脚内部的光敏三极管导通程度加深，内阻变小UC3843BN(1)脚电压下降，从而使UC3843BN减小(6)脚输出脉冲的占空比，降低次级绕组输出电压，使输出的直流电压稳定在+5v和+12V达到稳压目的。如果输出的+5v、+12V直流电压降低时，其控制过程正好相反。为使其他各路输出的直流电压得到所需的稳压值，-5v、-12V两支路采用了三端稳压块进行稳压；+3.3V采用了由三极管Q301(A673)，精密基准稳压器IC301(TIA31AC)等元件组成的大电流并联稳压电路。其中，二极管D302(IN4148)、D303(IN4148)可使稳压控制在Tl的(11)一(12)、(8)一(9)绕组有无感应电压时均能保证输出电压稳定在+3.3V。(2)副电源稳压控制：副电源+5VSB稳压控制电路由光电耦合器IC901(336)、精密基准稳压器IC951(TLA31AC)、+5VSB采样电阻R958(4.75k)、采样分压电阻R956(4.75k)等组成。其控制过程为：当因某种原因导致输出+5VSB输出电压升高时，升高的直流电压经采样电阻分压后，将使IC951R端电压升高、K端电压下降IC901(1)、(2)脚内部的发光二极管发光强度加大，(3)、(4)脚内部的光敏三极管导通程度加深，内阻变小，经D951、C951整流滤波后的电压通过IC901(4)、(3)脚内部的光敏三极管及电阻R901(510)后，加到了脉宽调整管Q901B极，Q901B极电压升高，导通程度加深，Q901G极电位下降，导通程度减弱，次级绕组输出电压降低，从而使整流输出的直流电压稳定在+5v，达到稳压目的。如输出的+5VSB直流电压降低时，其控制过程正好相反。7主电源唤醒控制主电源唤醒由计算机主板送来的Ps-ON信号进行控制。只要控制“PS-ON”信号电平的变化，就能控制电源的开启和关闭。当按下计算机机箱面板上的POWER键或实现网络唤醒远程开机时，主板上的Ps-ON信号为低电平接地，这一信号经ArIX20脚插座中的(14)脚（绿线）、电阻R602(510n)达到lC701的(5)脚，IC701(1)脚电平变低，IC3(1)、(2)脚内部发光二极管发光，(4)、(3)脚内部光敏三极管导通，致使IC1的(2)脚为低电平，其(6)脚输出PWM脉冲，主电源开始工作。当关闭计算机时，计算机主板PS-ON信号为高电平，IC701(1)脚电平变高，IC3(1)、(2)脚内部发光二极管截止不发光，(4)、(3)脚内部光敏三极管不导通+5v基准电压通过电阻R17(lOk)加至IC1的(2)脚，其(6)脚无PWM输出脉冲，主电源停止工作。ATX20脚插座接口含义见下图。8PG信号形成电路PG信号为微机开机自检启动信号，为防止开机时各路输出电路时序不定，CPU或各部件未进入初始化状态造成工作错误及突然停电时，硬盘磁头来不及移至着陆区造成盘片划伤，微机电源中均设置了P.G信号。该机的PG信号形成电路由电阻R607(lk)、IC701(3)、(4)脚延时电容C602(lF/50v)等组成。，在通电瞬向，利用电容两端电压不能突变的特点，通过IC701(4)脚C602延时，其(3)脚先为低电平，当C602充满电后，(3)脚再为高电平，电源pG电路向主板CPU发出“电源正常”信号，主板CPU产生复位信号执行BlOS自检，主机正常启动。P.G信号延时大约在100500ms（相当于市电5lO个周期）此机因DNA1002D芯片资料不全，具体延时时间不详。9保护电路(1)主电源保护电路：该保护电路由正负5V、正负12V、+3.3V过电压与欠电压保护电路组成，其中：+5v过电压与欠电压保护电路的检测输入点为IC701的(9)脚，此脚通过采样电阻R509(3921)接人+5v输出端，其OVP点为6.OV-6.39VUVP点为4OV4.24V。-5v过电压与欠电压保护电路的检测输入点为IC701的(13)脚，此脚接人-5v输出端，其OVP点、UVP点不详。若此脚接(15)脚参考电压，则失去过电压与欠电压保护功能。+12V过电压与欠电压保护电路的检测输入点为IC701的(10)脚，此脚通过采样电阻R507(O)接入+12V输出端，其OVP点为14.4515.35VUVP点为9.49.99V。-12V过电压与欠电压保护电路的检测输入点为IC701的(11)脚，此脚接入-12V输出端，其OVP点、UVP点不详。若此脚接(15)脚参考电压，则失去过电压与欠电压保护功能。+3.3V过电压与欠电压保护电路的检测输入点为IC701的(12)脚，此脚一路经电阻(113)接入(15)脚，另一路经分压采样电阻(47)、R606(113)分压后接人+3.3V输出端，其OVP点为1.431.52VUVP点为1.091.16V。当上述各路输出过电压与欠电压时，都会抬高IC701(1)脚电平，最终导致ICI(6)脚无PWM输出脉冲，主电源停止工作。其控制过程与PS-ON信号控制一样，不再赘述。另外+5v绕组的电压还经二极管D601(IN4148)、电容C601(2.2F/50V)整流滤波后，再经分压电阻进入IC701的脚BSENSE端；、当此脚电压低于2.5V时，IC701的(3)、(7)脚电压变低，电路不做欠压检测，而当充电电压大于2.5V参考电压时，欠电压检测恢复。设计此电路的目的是起延时开机作用，避免开机瞬间电源处于欠压保护而不能正常启动。(2)副电源保护电路：该电源的过流保护由Q902S极电阻R906来完成，当因某种原因引超过流导致此电阻的压降增大时，增大的电压经电阻R905(39)送至Q901B极Q901导通程度进一步被加深，Q902G极电位被拉低，0902导通程度被进一步减弱，过流严重时，可使Q901饱和导通Q902G极电位接近于ov0902提前截止，电路停振，实施过流保护。该电源的过压保护由ZD903(IIC2)来完成，当市电电压过压或因某种原因导致T2反馈绕组电压异常升高时，ZD903将被击