按：這是在職時，研究開關(guān)電源教學(xué)時的另一篇解析。第一篇對機器人電源的解析引起了不少朋友的興趣，再把這篇發(fā)出來供同行參考。

研究個人PC電源，必須從開關(guān)電源芯片開始。這里是一個PTP-2038電源的實際應(yīng)用的例子，其分析思路對電源的維修具有普遍意義。

第一部分：TL494芯片

這是一個應(yīng)用極為廣泛的控制器件，在個人PC電源中，很多使用的都是這個芯片。它是由TI公司生產(chǎn)的。

一．芯片管腳定義

TL494是16腳芯片。

圖1：TL494管腳排列

1腳/同相輸入：誤差放大器1同相輸入端。

2腳/反相輸入：誤差放大器1反相輸入端。

3腳/補償/PWM比較輸入：接RC網(wǎng)絡(luò)，以提高穩(wěn)定性。

4腳/死區(qū)時間控制：輸入0-4VDC電壓，控制占空比在0-45%之間變化。同時該因腳也可以作為軟啟動端，使脈寬在啟動時逐步上升到預(yù)定值。

5腳/CT：振蕩器外接定時電阻。

6腳/RT：振蕩器外接定時電容。振蕩頻率：f=1/RTCT。

7腳/GND：電源地。

8腳/C1：輸出1集電極。

9腳/E1：輸出1發(fā)射極。

10腳/E2：輸出2發(fā)射極。

11腳/C2：輸出2集電極。

12腳/Vcc：芯片電源正。7-40VDC。

13腳/輸出控制：輸出方式控制，該腳接地時，兩個輸出同步，用于驅(qū)動單端電路。接高電平時，兩個輸出管交替導(dǎo)通，可以用于驅(qū)動橋式、推挽式電路的兩個開關(guān)管。

14腳/VREF：5VDC電壓基準輸出。

15腳/反相輸入：誤差放大器2反相輸入端。

16腳/同相輸入：誤差放大器2同相輸入端。

二．基本特性

1．具有兩個完整的脈寬調(diào)制控制電路，是PWM芯片。

2．兩個誤差放大器。一個用于反饋控制，一個可以定義為過流保護等保護控制。

3．帶5VDC基準電源。

4．死區(qū)時間可以調(diào)節(jié)。

5．輸出級電流500mA。

6．輸出控制可以用于推挽、半橋或單端控制。

7．具備欠壓封鎖功能。

三．結(jié)構(gòu)原理

圖2給出了TL494的內(nèi)部原理框圖。

圖2：TL494內(nèi)部原理框圖

芯片內(nèi)部電路包括振蕩器、兩個誤差比較器、5VDC基準電源、死區(qū)時間比較器、欠壓封鎖電路、PWM比較器、輸出電路等。

1．振蕩器：

提供開關(guān)電源必須的振蕩控制信號，頻率由外部RT、CT決定。這兩個元件接在對應(yīng)端與地之間。取值范圍：RT：5-100k，CT：0.001-0.1uF。

振蕩頻率：f=1/RTCT。

形成的信號為鋸齒波。最大頻率可以達到500kHz。

2．死區(qū)時間比較器：

這一部分用于通過0-4VDC電壓來調(diào)整占空比。當4腳預(yù)加電壓抬高時，與振蕩鋸齒波比較的結(jié)果，將使得D觸發(fā)器CK端保持高電平的時間加寬。該電平同時經(jīng)過反相，使輸出晶體管基極為低，鎖死輸出。4腳電位越高，死區(qū)時間越寬，占空比越小。

由于預(yù)加了0.12VDC，所以，限制了死區(qū)時間最小不能小于4%，即單管工作時最大占空比96%，推挽輸出時最大占空比為48%。

圖3：死區(qū)時間比較器單獨起作用時的波形

圖3給出了死區(qū)時間比較器單獨作用時的工作相關(guān)波形。

3．PWM比較器及其調(diào)節(jié)過程：

由兩個誤差放大器輸出及3腳（PWM比較輸入）控制。

當3端電壓加到3.5VDC時，基本可以使占空比達到0，作用和4腳類似。但此腳真正的作用是外接RC網(wǎng)絡(luò)，用做誤差放大器的相位補償。

常規(guī)情況下，在誤差放大器輸出抬高時，增加死區(qū)時間，縮小占空比；反之，占空比增加。作用過程和4腳的死區(qū)控制相同，從而實現(xiàn)反饋的PWM調(diào)節(jié)。0.7VDC的電壓墊高了鋸齒波，使得PWM調(diào)節(jié)后的死區(qū)時間相對變窄。

如果把3腳比做4腳，則PWM比較器的作用波形和圖3類似。然而，該比較器的占空比調(diào)節(jié)，要在死區(qū)時間比較器的限制范圍內(nèi)起作用。

單管工作方式時，VCK直接控制輸出，輸出開關(guān)頻率與振蕩器相同。當13腳電位為高時，封鎖被取消，觸發(fā)器的Q、Q非端分別控制兩個輸出管輪流導(dǎo)通，頻率是單管方式的一半。

4．5VDC基準電源：

這個5VDC基準電源用于提供芯片需要的偏置電流。如13腳接高電平時，及誤差放大器等可以使用它。基準電源精度5%，電流能力10mA，溫度范圍0-70度。

5．誤差放大器：

兩個誤差放大器用于電源電壓反饋和過流保護。

這兩個放大器以或的關(guān)系，同時接到PWM比較器同相輸入端。反饋信號比較后的輸出，送PWM比較器，以和鋸齒波比較，進行PWM調(diào)節(jié)。

由于放大器是開環(huán)的，增益達到95dB。加之輸出點3被引出，使用時，設(shè)計者可以根據(jù)需要靈活使用。

6．UC封鎖電路：

用于欠壓封鎖，當Vcc低于4.9VDC，或者內(nèi)部電源低于3.5VDC時，CK端被鉗位為高電平，從而使輸出封鎖，達到保護作用。

7．輸出電路：

輸出電路有兩個輸出晶體管，單管電流500mA。其工作狀態(tài)由13腳（輸出控制）來決定。

當13腳接低電平時，通過與門封鎖了D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)信號輸出，此時兩個晶體管狀態(tài)由PWM比較器及死區(qū)時間比較器直接控制，二者完全同步，用于控制單管開關(guān)電源。當然，此時兩個輸出也允許并聯(lián)使用，以獲得較大的驅(qū)動電流。

當13腳接高電平時，D觸發(fā)器起作用，兩個晶體管輪流導(dǎo)通，用于驅(qū)動推挽或橋式變換器。

第二部分：個人計算機電源電路

與一般開關(guān)電源相同，個人計算機電源也分為輸入電路、變換器、輸出電路及控制電路四個主體部分。

傳統(tǒng)的計算機電源電路使用兩個GTR作為功率開關(guān)器件，構(gòu)成半橋電路拓補?？刂齐娐放c變換器，變換器與輸出電路都采用了變壓器隔離。

圖4是一個典型的計算機電源的原理圖。

一．輸入電路

圖5：個人計算機電源的輸入電路

輸入電路從220VAC電源接入，經(jīng)過C1、R1、T1、C4、T6、C2、C3等過濾環(huán)節(jié)，以抑制高頻諧波干擾及浪涌。T1、T6還有降壓作用。

4管全波橋進行整流，輸出直流電壓。經(jīng)過T平波，送變換器電路。

C5、C6的中間引出線用于變換器半橋開關(guān)電路的公用主通路，C5、C6、R2、R3同時提供半橋開關(guān)交替工作時必須的電流通道。這一部分實際屬于后面的變換器電路。

NTCR1為負溫度系數(shù)熱敏電阻，用于溫度補償。壓敏電阻Z1、過流電阻Z2分別用于過壓、過流保護。

上部開關(guān)230/115V用于230V和115V進口電源轉(zhuǎn)換。

二．變換器電路

圖6：計算機電源的變換器電路

上圖是電源的變換器部分。參照原來我們介紹的半橋式拓補結(jié)構(gòu)（如圖7），我們發(fā)現(xiàn)，這實際上是個半橋式隔離變換器。

圖7：半橋式隔離開關(guān)變換器

其輪換過程是：半周1為Ui—Q1—T2-3—T3—C7-—C6—Ui，半周2為Ui—C5—C7—T3—T2-3—Q2—Ui。由這個過程可知，C5、C6、C7兩個半周中，輪流處于充放電狀態(tài)。R2、R3作為C5、C6的并聯(lián)電阻，也參與換流過程。

兩個管子的基極偏置由脈沖變壓器T2-1、T2-2分別提供，這兩個脈沖變壓器是由控制電路控制的。脈沖變壓器的電壓脈沖經(jīng)過整流，再經(jīng)R6/R7、R10/R11分壓，送晶體管基極。

C9、C10用于二極管兩側(cè)電壓鉗位，保護二極管不被損壞。D1、D2用于兩管同時關(guān)斷期間的續(xù)流，防止損壞晶體管。C8、R4用于變壓器泄放通路，防止管子全部關(guān)斷時過壓。

三．輸出電路

圖8給出了電源的輸出電路。

（一）、主輸出通路及+5V、-5V、+12V、-12V

該電路T3為變壓器原邊，受半橋變換器電路控制。變壓器中心抽頭被接地，A、B、C、D依次提供+12V、+5V、-5V、-12V等的交流輸入電源。通過不同變比的隔離變壓器付邊抽頭，產(chǎn)生了+5V、-5V、+12V、-12V、3.3V等多等級電源輸出。

這些電源全部采用雙管全波整流。虛線內(nèi)為平波電抗器，L1-C30、L2-C37、L3-C38、L4-C39、C36等用于濾波。

C25、R49用于變壓器副邊去耦。

+12VDC、+5VDC輸出被引回，作為電壓反饋信號，送回控制電路，構(gòu)成負反饋，以實現(xiàn)PWM調(diào)節(jié)。

（二）、+3.3V電路

+3.3VDC電源依靠獨立的反饋調(diào)節(jié)電路來實現(xiàn)穩(wěn)壓。

由于L6繞組是反激的，其整流橋前端交流輸入電壓為：

Ui3.3=UBC-UL6-Uf3.3

其中Uf3.3是來自于Q13集電極的反饋信號經(jīng)隔離二極管D32后獲得。

3.3V輸出信號經(jīng)過953R、R76分壓，控制TL431基準電源輸入。TL431輸出用于基極電阻R74前的電平鉗位，作為比較基準。R72提供基準電源及基極偏置電流。R73、C33用于431芯片的相位補償。Q13集電極電位經(jīng)過去耦電容（10nF）及隔離二極管D32，送回整流橋前端，正好形成負反饋，達到穩(wěn)壓的目的。

圖8：計算機電源的輸出電路

四．控制電路

這個電路（圖9）使用了兩個集成芯片，TL494和LM393。TL494是電源控制芯片，LM393為雙比較器芯片。下面分解分析各單元的原理。

圖9：計算機電源的控制電路

（一）啟動電路

變壓器T6的輸入電源為輸入電路的輸出直流Ui，變壓后，從中心抽頭引出，經(jīng)D30整流，送12腳Vcc。同時+12VDC輸出經(jīng)過隔離二極管D、電容C21去耦，送回12腳Vcc。

T6、D30僅能提供電源啟動時的芯片偏置。一旦開始工作，電源將由+12VDC經(jīng)D、C21供電。因此，這是一個自激型電源電路。

（二）振蕩電路

通過芯片TL494的5腳外接電容C11（1.5nF）和6腳外接電阻R16（12k），確定了該電源的振蕩頻率為：

f=1/RTCT=1/(12x103x1.5x10-9)≈55.6KHz。

（三）電壓反饋電路

圖10：電壓反饋電路

根據(jù)局部電路，加以整理，得到上面的電壓反饋電路?？梢钥闯觯到y(tǒng)從+12V、+5V分別引回反饋信號，做加法運算后送比較器1的同相端，作為反饋。

補償端3和反相端2之間外接了R18-C1，構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器。

輸出反饋電壓越高，上面電路的3腳輸出越高，使得芯片輸出死區(qū)越寬，從而降低占空比，進而降低電源電壓；反之亦然。這樣就實現(xiàn)了電源電壓的負反饋調(diào)節(jié)過程。

（四）輸出控制電路

圖11：輸出控制電路

TL494的13腳輸出控制被直接接到芯片+5VDC參考電源，輸出電路工作在雙管驅(qū)動方式。

8、11腳為芯片兩個輸出的集電極，接外部晶體管Q3、Q4的基極。R13、R14即作為Q3、Q4的基極偏置，也是芯片輸出晶體管的上拉電阻。Q3、Q4分別驅(qū)動脈沖變壓器T2的兩個原邊繞組，對應(yīng)的兩個副邊繞組T2-1、T2-2驅(qū)動變換器的兩個半橋晶體管。

Q3、Q4的兩個并聯(lián)二極管用于電路斷電時的續(xù)流，防止高壓損壞晶體管。

D7、D8構(gòu)成直流通路，是偏置電路的一部分，并有電平移動作用；由于發(fā)射極被墊高，使得Q3、Q4可以可靠關(guān)斷。C11用于構(gòu)成交流通路，可提高交流增益，同時對二極管兩端有電壓鉗位作用，避免損壞二極管。

（五）過壓保護電路

圖12：過壓保護電路

圖中，+5V、-5V、+3.3V、-12V在左側(cè)構(gòu)成加法電路結(jié)構(gòu)，經(jīng)D9、D27隔離后，送三極管Q6基極。ZD1、ZD3用來設(shè)置比較門檻。如果出現(xiàn)過壓，Q6將飽和導(dǎo)通，把Q5基極拉到地電位，Q5飽和導(dǎo)通。此時，一個高電平（約4VDC）通過Q5管被送到TL494死區(qū)時間控制端（4腳），TL494輸出因死去接近100%而被封鎖。

+12V經(jīng)過D、D15、R45、D14被送到Q7基極前端，當過壓時，Q7飽和導(dǎo)通，促使Q5基極為低電平，Q5也飽和導(dǎo)通。這樣，+5V電源就通過Q5送到TL494死區(qū)時間控制端（4腳），使芯片輸出封鎖。

D12、R30把Q5集電極電位引回Q6基極，有正反饋作用，可以加快晶體管的翻轉(zhuǎn)速度，使電源在過壓時快速反應(yīng)。

D13被用于向PS-ON電路提供一個偏置。

（六）第二電源電路

圖13：第二電源電路

第二電源無論整個電源是否開啟，只要市電有輸入，就處于工作狀態(tài)。T6的原邊電路實際上是個振蕩器，其振蕩經(jīng)T6變壓器變壓后輸出。

當送電時，Q12集電極通過T6原邊，基極通過R55、R56獲得偏置，而進入導(dǎo)通狀態(tài)。T6輔助繞組電動勢上正、下負，電流（向下）逐步增加，并經(jīng)C3、R56、Q12基極對C3反向充電。Q12進入飽和狀態(tài)。隨著T6的電流達到最大值，并開始減小，大多數(shù)開始反向。這時，T6電動勢上負下正，和電容反向充電后的上負下正電壓疊加，加到Q12基極，使其截止。接著，C3開始向T6輔助繞組放電，T6電流減小逐步過零，電動勢又變成上正下負，Q12基極電位重新抬高直至飽和導(dǎo)通。

D28、C19、R57及D31、C32、R58用于變壓器繞組的釋放回路，穩(wěn)壓管用于抬高Q12基極翻轉(zhuǎn)電壓，以調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)周期。

輸出分兩路：一路經(jīng)過D30整流后送TL494做Vcc電源，一旦T494啟動，其本身5VDC開始工作，作為芯片所需要的5V偏置。另一路經(jīng)D29送后面的三端電源器件78L05，生成5VDC電源。

C36用于保護二極管D29。其后是標準的三端電源電路。

輔助電源如果丟失，計算機休眠后主板將無法喚醒電源重新啟動。

（七）PS-ON電路

這部分用于計算機的喚醒。當主板休眠時，PS-ON為3.6V，當主板喚醒時，該點被主板繼電器接地。

圖14：PS-ON電路

當計算機休眠時，PS-ON信號為3.6V，Q10、Q1飽和導(dǎo)通，TL494的4腳電位約為4.7V。此時，占空比接近于零，輸出被禁止。

計算機要喚醒時，PS-ON被接地。Q10、Q1截止。TL494的死區(qū)時間控制端（4腳）為地電位，允許占空比接近最大值，電源輸出被開放。

（八）POWERGOOD電路

LM393是一個雙比較器電路。管腳排列：

1：比較器1輸出。2：比較器1反相端。3：比較器1同相端。

4：接地Gnd。5：比較器2同相端。6：比較器2反相端。

7：比較器2輸出。8：電源Vcc。

圖15：POWERGOOD電路

常規(guī)情況下，PS-ON接地，開環(huán)運放2的輸出7被置為高電平。該高電平經(jīng)R40被引回比例放大器1的同相輸入端，使其輸出PS-OK為高電平。這個高電平被送主板，表示電源系統(tǒng)正常。

在系統(tǒng)待機時，主板PS-ON斷開，+5V信號使得放大器2輸出低電平，該低電平送放大器1的同相端，放大器1也輸出低電平。PS-OK為低，主機停止工作，并進入待命狀態(tài)。

如果是剛喚醒計算機系統(tǒng)，C18的作用是使PS-OK的建立滯后于電源系統(tǒng)幾百毫秒，這樣保證計算機系統(tǒng)在電源系統(tǒng)先工作正常后，再接收到PS-OK信號，恢復(fù)工作。

（九）其它輔助控制電路

誤差放大器2的同相輸入端被接地，反相輸入端接VREF（+5VDC），這樣TL494的誤差放大器2強制輸出低電平。由于片內(nèi)誤差放大器輸出端二極管的隔離作用，誤差放大器2實際上不起作用。

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