电路图中的电源电路.docx
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电路图中的电源电路
电路图中的电源电路
自从IBM推出第一台PC至今，微机电源已从AT电源发展到ATX电源。
时至今日，微机电源仍是根据IBM公司的个人电脑标准制造的。
市场上的ATX电源，不管是品牌电源还是杂牌电源，从电路原理上来看，一般都是在AT电源的基础上，做了适当的改动发展而来的，因此，我们买到的ATX电源，在电路原理上一般都大同小异。
在微机国产化的进程上，微机电源技术也由国内生产厂家逐渐消化吸收，生产出了众多国有品牌的电源。
微机电源并非高科技产品，以国内生产厂家的技术和生产实力，应该可以生产出物美价廉的电源产品。
然而，纵观整个微机电源市场情况却不尽人意，许多电源产品存在着各种选料和质量问题，故障率较高。
ATX电源电路结构较复杂，各部分电路不但在功能上相互配合、相互渗透，且各电路参数设置非常严格，稍有不当则电路不能正常工作。
其主电路原理图见图１，从图中可以看出，整个电路可以分成两大部分：
一部分为从电源输入到开关变压器T1之前的电路（包括辅助电源的原边电路），该部分电路和交流220V电压直接相连，触及会受到电击，称为高压侧电路；另一部分为开关变压器T1以后的电路，不和交流220V直接相连，称为低压侧电路。
二者通过C03、C04、C05高压瓷片电容构成回路，以消除静电干扰。
其原理方框图见图2，从图中可以看出整机电路由交流输入回路、整流滤波电路、推挽开关电路、辅助开关电源、PWM脉宽调制电路、PS-ON控制电路、保护电路、输出电路和PW-OK信号形成电路组成。
弄清各部分电路的工作原理及相互关系对我们维修判断故障是很有用处的，下面简单介绍一下各组成部分的工作原理。
1、交流输入回路
交流输入回路包括输入保护电路和抗干扰电路等。
输入保护电路指交流输入回路中的过流、过压保护及限流电路；抗干扰电路有两方面的作用：
一是指微机电源对通过电网进入的干扰信号的抑制能力：
二是指开关电源的振荡高次谐波进入电网对其它设备及显示器的干扰和对微机本身的干扰。
通常要求微机对通过电网进入的干扰信号抑制能力要强，通过电网对其它微机等设备的干扰要小。
２、整流电路：
包括整流和滤波两部分电路，将交流电源进行整流滤波，为开关推挽电路提供纹波较小的直流电压。
3、辅助电源：
辅助电源本身也是一个完整的开关电源。
只要ATX电源一上电，辅助电源便开始工作，输出的两路电压，一路为+5VSB电源，该输出连接到ATX主板的“电源监控部件”，作为它的工作电压，使操作系统可以直接对电源进行管理。
通过此功能，实现远程开机，完成电脑唤醒功能；另一路输出电压为保护电路、控制电路等电路供电。
4、推挽开关电路：
推挽开关电路是ATX开关电源的主要部分，它把直流电压变换成高频交流电压，并且起着将输出部分与输入电网隔离的作用。
推挽开关管是该部分电路的核心元件，受脉宽调制电路输送的信号作激励驱动信号，当脉宽调制电路因保护电路动作或因本身故障不工作时，推挽开关管因基级无驱动脉冲故不工作，电路处于关闭状态，这种工作方式称作它激工作方式。
５、PWM脉宽调制电路：
PWM（PulesWidthModulation）即脉宽调制电路，其功能是检测输出直流电压，与基准电压比较，进行放大，控制振荡器的脉冲宽度，从而控制推挽开关电路以保持输出电压的稳定，主要由ICTL494及周围元件组成。
６、PS-ON控制电路：
ATX电源最主要的特点就是，它不采用传统的市电开关来控制电源是否工作，而是采用“＋5VSB、PS－ON”的组合来实现电源的开启和关闭，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。
电源中的S-ON控制电路接受PS－ON信号的控制，当“PS－ON”小于1V伏时开启电源，大于4.5伏时关闭电源。
主机箱面上的触发按钮开关（非锁定开关）控制主板的“电源监控部件”的输出状态，同时也可用程序来控制“电源监控件”的输出，如在WIN9X平台下，发出关机指令，使“PS－ON”变为＋5V，ATX电源就自动关闭。
７、保护电路
为了保证安全工作，ATX电源中设置了各种各样的保护电路，当开关电源发生过电压、过电流故障时，保护电路启动，开关电源停止工作以保护负载和电源本身。
８、输出电路：
输入整流滤波电路将交流电源进行整流滤波，为主变换电路提供纹波较小的直流电压。
接插到主板上的排线包含了电源输出的各路电压及控制信号，ATX电源输出排线各脚定义见表1，各路输出的额定电流见表2。
表1电源输出排线功能一览表
Pin
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
导线颜色
橘黄
橘黄
黑色
红色
黑色
红色
黑色
灰色
紫色
黄色
功能
3.3V提供+3.3V电源
3.3V提供+3.3V电源
地线
5V提供+5V电源
地线
5V提供+5V电源
地线
PowerOK电源正常工作
＋5VSB提供+5VStandby电源，供电源启动电路用
12V提供+12V电源
Pin
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
导线颜色
橘黄
兰色
挀浵湥?
?
?
?
o?
?
/
黑色
绿色
黑色
黑色
黑色
白色
红色
红色
功能
3.3V提供+3.3V电源
-12V提供-12V电源
地线
PS-ON电源启动信号，低电平-电源开启，高电平-电源关闭
地线
地线
挀浵湥?
?
?
?
o?
?
/
地线
-5V提供-5V电源
5V提供+5V电源
5V提供+5V电源
表2ATX电源各路电压的额定输出电流：
（单位：
A）
电源各输出端
＋5V
＋12V
＋3.3V
－5V
－12V
＋5VSB
额定输出电流
21A
6A
14A
0.3A
0.8A
0.8A
9、PW-OK信号的形成：
PW-OK信号（在AT电源中及部分电源板上称P.G信号）为微机开机自检启动信号，为了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PW-OK信号。
10、＋3.3V电压二次稳压电路：
输出到主板上的＋3.3V电压一般为CPU等配件供电，因此，ATX电源在总体自动控制稳压的基础上，在T1的次级＋3.3V电压的输出负载网络增设了二次自动稳压控制电路，以使＋3.3V输出电压更精确稳定。
纵上所述，接通电源后，220V交流电压经整流滤波电路，输出＋300V直流高压。
此电压同时加到推挽开关电路和辅助电源上，因推挽开关电路的开关功率管没有激励脉冲而处于待机状态。
辅助电源一经得到工作电压便开始工作，送出脉宽调制电路、PS-ON控制电路、保护电路的工作电压以及主板的+5VSB待机电压，但因此时没有得到PS-ON主机的控制信号，PS-ON控制电路输出高电平锁住PWM脉宽调制电路使其不起振，此时电源处于待机状态。
按下面板的开机触发开关，PS-ON控制电路得到控制信号，解除对脉宽调制电路的锁定，PWM电路开始工作，输出受控的脉宽可变的交流脉冲推动推挽开关电路中的推挽功率管，并时刻根据输出电压的脉动来调整脉冲宽度，以保证输出电压的稳定。
推挽开关电路中，推挽功率管依次开关，产生的脉动交变电压被开关变压器感应到副级，经输出电路整流滤波，形成主机所需各路电压。
保护电路则监视各路输出电压，当发生过压、欠压故障时及时启动，使PWM电路停止工作，以保证电路及主机的安全。
精密电压基准ICTL431
精密电压基准ICTL431是T0—92封装如图1所示。
其性能是输出压连续可调达36V，工作电流范围宽达0．1。
100mA，动态电阻典型值为0．22欧,输出杂波低。
图2是TL431的典型应用，其中③、②脚两端输出电压V=2．5（R2十R3）V／R3。
如果改变R2的阻值大小，就可以改变输出基准电压大小。
ATX电源的结构特点
ATX电源是近年来在电脑中广泛采用的新型电源，它配合ATX主板，除了可以手动开关电源外，还支持软件开关电源以实现远程控制功能。
ATX电源是在AT电源的基础上发展起来的，它的主变换电路也是采用了半桥式开关电源，但从结构上讲ATX电源作了如下改进：
1.ATX电源增加了一个辅助开关电源，如图所示。
当ATX电源交流输入端一旦有220V的交流电时，辅助电源就开始工作，一路经整流7805三端稳压器稳压，输出+5V电压供给ATX主板内部一部分在关机状态下要保持工作的芯片，如网络通信接口电源监控单元系统时钟等部分芯片使用；另一路经整流滤波，输出辅助+12V电源，供给ATX电源内部TL494等芯片工作，为ATX电源主变换电路的启动作准备。
2.综合供电接插件接口不同。
ATX电源采用了20脚长方型双排综合插件向主板供电。
3.输出电压不同。
ATX电源增加了3.3V+5V供电和一个PS-ON控制输入端口，其中3.3V电压主要为CPUPCI总线供电。
4.电源的启动方式不同，ATX电源一般不设市电开关，而采用TL494脉宽控制芯片和LM339比较放大器作为其控制的核心。
其特点是引用TL494第4脚的死区控制功能，当辅助电源工作时，一路输出+5V到主板，另一路输出+12V供给TL494电源，经过该芯片内部稳压电路，由14脚输出+5V，并和1315脚相接，再经分压电路到LM339电压比较器的反向端，其反向端电压约为4.5V.当PS-ON为+5V时，LM339输出为高电平5V,TL494的811脚无输出脉冲，主变换电路截止，电源处于休眠状态。
当PS-ON为0V时，输出为0V,TL494的811脚有输出脉冲，主变换电路开始工作。
因此，我们不仅可以手动按下主机上的触发按钮开关使PS-ON为低电平启动电源，还可以通过程序或键盘等其他方式使PS-ON为低电平启动电源，从而使ATX电源具有远程控制功能。
采用变压器的供电电源体积较大，在一些要求小体积的制作中难以使用。
本文介绍的小型无变压器电源，能提供３～１５Ｖ的电压，最大电流１５０ｍＡ，可满足小型电子设备的供电需要。
电路如图所示，２２０Ｖ经Ｄ２整流Ｃ１滤波，作为Ｑ１的导通驱动电压，当２２０Ｖ正半周开始、但Ｗ滑动端上电压尚未足够大时，Ｑ２处于截止状态，Ｃ１上的电压经Ｒ４加在Ｑ１的栅极使Ｑ１导通，２２０Ｖ正半周经Ｄ１、Ｒ５、Ｑ１对电容Ｃ２快速充电。
当Ｗ滑动端的电压升到足以使Ｄ３和Ｑ２导通时，Ｑ１栅极失去电压而截止。
调节Ｗ即可调节对Ｃ２的充电时间，也就调节了输出电压。
由于Ｑ１的导通时间极短，因此Ｃ２选用了大容量电容，以保证有较平滑的输出电压。
电路中Ｒ５是限流电阻，可减小对Ｃ２充电电流的峰值。
稳压管Ｄ５是为了防止Ｑ１因栅极电压过高损坏而设。
Ｄ４用作输出保护，当Ｃ２两端电压过高时Ｄ４、Ｑ２导通，使Ｑ１截止。
因在市电的负半周时电路不工作，为了加大输出电流，可在输入端加接一整流桥，使市电的正负半周都能得到利用，这样可使输出电流增加８０ｍＡ，同时还能改善输出电压的平滑度。
在实际应用时可将电位器Ｗ、Ｒ３用一个固定电阻代替。
在输出电压稳定度要求高时，可加接三端稳压ＩＣ。
此电路简单，只要焊接无误即可工作。
该电路无隔离措施，使用时电源的Ｌ线、Ｎ线不要接错。
电路原理
电路如下图所示,主要由降压整流电路、调整管、取样管、取样电路及恒流源等几部分组成.
降压整流电路由变压器、二极管VD1--VD4及C1组成;电压调整管由VT1与VT2构成的复合管担任;取样电路由R4、R5、RP及VT3组成;VT4、VD5等组成恒流源电路.
因为VD5为一只稳压二极管,所以VT4发射结电压稳定不变,其集电极电流为一恒定值,即流过R2的电流始终保持不变,也就是说取样放大管VT3的集电极负载为一恒流源.由于VT3采用了恒流源负载,故有较小的直流输入电阻,较大的动态交流负载电阻,提高了放大电路的增益,从而改善了稳压电源的稳定精度.
元器件选择
VT1采用3AD30型大功率锗PNP管,VT2用3AD6C型中功率锗PNP管,β值要求大与30,VT3为3AX31B性小功率锗PNP管,β≥50,VT4为9011、9013等,β≥100.T的功率应大与20VA;VT1要加面积足够大的散热板.
确认元器件安装无误后,通电进行调试即可!
前面介绍了电路图中的元器件的作用和符号。
一张电路图通常有几十乃至几百个元器件，它们的连线纵横交叉，形式变化多端，初学者往往不知道该从什么地方开始，怎样才能读懂它。
其实电子电路本身有很强的规律性，不管多复杂的电路，经过分析可以发现，它是由少数几个单元电路组成的。
好象孩子们玩的积木，虽然只有十来种或二三十种块块，可是在孩子们手中卸可以搭成几十乃至几百种平面图形或立体模型。
同样道理，再复杂的电路，经过分析就可发现，它也是由少数几个单元电路组成的。
因此初学者只要先熟悉常用的基本单元电路，再学会分析和分解电路的本领，看懂一般的电路图应该是不难的。
按单元电路的功能可以把它们分成若干类，每一类又有好多种，全部单元电路大概总有几百种。
下面我们选最常用的基本单元电路来介绍。
让我们从电源电路开始。
一、电源电路的功能和组成每个电子设备都有一个供给能量的电源电路。
电源电路有整流电源、逆变电源和变频器三种。
常见的家用电器中多数要用到直流电源。
直流电源的最简单的供电方法是用电池。
但电池有成本高、体积大、需要不时更换（蓄电池则要经常充电）的缺点，因此最经济可靠而又方便的是使用整流电源。
电子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从220伏市电变换成直流电，应该先把220伏交流变成低压交流电，再用整流电路变成脉动的直流电，最后用滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分后才能得到直流电。
有的电子设备对电源的质量要求很高，所以有时还需要再增加一个稳压电路。
因此整流电源的组成一般有四大部分，见图l。
其中变压电路其实就是一个铁芯变压器，需要介绍的只是后面三种单元电路。
二、整流电路整流电路是利用半导体二极管的单向导电性能把交流电变成单向脉动直流电的电路。
（1）半波整流
半波整流电路只需一个二极管，见图2（a）。
在交流电正半周时VD导通，负半周时VD截止．负载R，。
上得到的是脉动的直流电。
（2）全波整流
全波整流要用两个二极管，而且要求变压器有带中心抽头的两个圈数相同的次级线圈，见图2（b）。
负载R1。
上得到的是脉动的全波整流电流，输出电压比半波整流电路高。
（3）全波桥式整流
用4个二极管组成的桥式整流电路可以使用只有单个次级线圈的变压器，见图2（c）。
负载上的电流波形和输出电压值与全波整流电路相同。
（4）倍压整流
用多个二极管和电容器可以获得较高的直流电压。
图2（d）是一个二倍压整流电路。
当U2为负半周时VDl导通，Cl被充电，C1上最高电压可接近1．4U2；当U2正半周时VD2导通，Cl上的电压和U2叠加在一起对C2充电，使C2上电压接近2．8U2，是Cl上电压的2倍，所以叫倍压整流电路。
三、滤波电路
整流后得到的是脉动直流电，如果加上滤波电路滤除脉动直流电中的交流成分，就可得到平滑的直流电。
（1）电容滤波
把电容器和负载并联，如图3（a），正半周时电容被充电，负半周时电容放电，就可使负载上得到平滑的直流电。
（2）电感滤波
把电感和负载串联起来，如图3（b），也能滤除脉动电流中的交流成分。
（3）l、C滤波
用1个电感和1个电容组成的滤波电路因为象一个倒写的字母“L”，被称为L型，见图3（c）。
用1个电感和2个电容的滤波电路因为象字母“x，'，被称为丌型，见图3（d），这是滤波效果较好的电路。
（4）RC滤波
电感器的成本高、体积大，所以在电流不太大的电子电路中常用电阻器取代电感器而组成RC滤波电路。
同样，它也有L型，见图3（e）；n型，见图3（f）。
四、稳压电路
交流电网电压的波动和负载电流的变化都会使整流电源的输出电压和电流随之变动，因此要求较高的电子电路必须使用稳压电源。
（1）稳压管并联稳压电路用一个稳压管和负载并联的电路是最简单的稳压电路，见图4（a）。
图中R是限流电阻。
这个电路的输出电流很小，它的输出电压等于稳压管的稳定电压值V；。
（2）串联型稳压电路
有放大和负反馈作用的串联型稳压电路是最常用的稳压电路。
它的电路和框图见图4（b）、（c）。
它是从取样电路（R3、R4）中检测出输出电压的变动，与基准电压（Vz）比较并经放大器（VT2）放大后加到调整管（VTl）上，使调整管两端的电压随着变化。
如果输出电压下降，就使调整管管压降也降低，于是输出电压被提升；如果输出电压上升，就使调整管管压降也上升，于是输出电压被压低，结果就使输出电压基本不变。
在这个电路的基础上发展成很多变型电路或增加一些辅助电路，如用复合管作调整管，输出电压可调的电路，用运算放大器作比较放大的电路，以及增加辅助电源和过流保护电路等。
（3）开关型稳压电路．
近年来广泛应用的新型稳珏电源是开关型稳压电源。
它的调整管工作在开关状态，本身功耗相小，所以有效率高、体积小等优点，
但电路比较复杂。
开关稳压电源从原理上分有很多种。
它的基本原理框图见图4（d）。
图中电感L和电容C是储能和滤波元件，二极管VD是调整管
在关断状态时为L、C滤波器提供电流通路的续流二极管。
开关稳压电源的开关频率都很高，一般为几～几十千赫，所以电感器的体积不很大，输出电压中的高次谐波也不多。
它的基本工作原理是：
从取样电路（R3、R4）中检测出取样电压经比较放大后去控制一个矩形波发生器。
矩形波发生器的输出脉冲是控制调整管（VT）的导通和截止时间的。
如果输出电压U。
因为电网电压或负载电流的变动而降低，就会使矩形波发生器的输出脉冲变宽，于是调整管导通时间增大，使L、C储能电路得到更多的能量，结果是使输出电压U。
被提升，达到了稳定输出电压的目的。
（4）集成化稳压电路
近年来已有大量集成稳压器产品问世，品种很多，结构也各不相同。
目前用得较多的有三端集成稳压器，有输出正电压的CW7800系列和输出负电压的CW7900系列等产品。
输出电流从0．1A一3A，输出电压有5V、6V、9V、12V、l5V、18V、24V等多种。
这种集成稳压器只有三个端子，稳压电路的所有部分包括大功率调整管以及保护电路等都已集成在芯片内。
使用时只要加上散热片后接到整流滤波电路后面就行了。
外围元件少，稳压精度高，工作可靠，—般不需调试。
图4（c）是——个三端稳压器电路。
图中C是主滤波电容，Cl、C2是消除寄生振荡的电容，VD是为防止输入短路烧坏集成块而使用的保护二极管。
五、电源电路读图要点和举例电源电路是电子电路中比较简单然而却是应用最广的电路。
拿到—张电源电路图时，应该：
1.先按“整流一滤波一稳压”的次序把整个电源。
电路分解开来，逐级细细分析。
2.逐级分析时要分清主电路相辅助电路、主要元件和次要元件，弄清它们的作用和参数要求等。
例如开关稳压电源中，电感电容和续流二极管就是它的关键元件。
3.因为晶体管有NPN和PNP型两类，某些集成电路要求双电源供电，所以一个电源电路往往包括有不同极性不同电压值和好几组输出。
读图时必须分清各组输出电压的数值和极性。
在组装和维修时
也要仔细分清晶体管和电解电容的极性，防止出错。
4.熟悉某些习惯画法和简化画法。
5.最后把整个电源电路从前到后全面综合贯通起
来。
这张电源电路图也就读懂了。
例l电热毯控温电路图5是一个电热毯电路。
开关在“1”的位置是低温档。
220伏市电经二极管后接到电热毯，因为是半波整流，电热毯两端所加的是约l00伏的脉动直流电，发热不高，所以是保温或低温状态。
开关扳到“2”的位置，220伏市电直接接到电热毯上，所以是高温档
例2高压电子灭蚊蝇器图6是利用倍压整流原理得到小电流直流高压电的灭蚊蝇器。
220伏交流经过四倍压整流后输出电压可达1100伏，把这个直流高压加到平行的金属丝网上。
网下放诱饵，当苍蝇停在网上时造成短路，电容器上的高压通过苍蝇身体放电把蝇击毙。
苍蝇尸体落下后，电容器又被充电，电网又恢复高压；这个高压电网电流很小，因此对人无害。
由于昆虫夜间有趋光性，因此如在这电网后面放一个3瓦荧光灯或小型黑光灯，就可以诱杀蚊虫和有害昆虫。
例3实用稳压电源图7是一个实用的稳压电源。
输出电压3～9伏可调，输出电流最大100毫安。
这个电路就是串联型稳压电源电路。
要注意的是；①整流桥的画法和图2（c）不同，实际上它就是桥式整流电路。
②这个电路使用PNP型锗管，所以输出是负电压，正极接地。
③用两个普通二极管代替稳压管。
任何二极管的正向压降都是基本不变的，因此可用二极管代替稳压管。
2AP型二极管的正向压降约是0．3伏，2CP型约是0．7伏，2CZ型约是l伏。
图中用了两个2CZ二极管作基准电压。
④取样电阻是一个电位器，所以输出电压是可调的。
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