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HK328-51AP各部分电路原理简述

1 交流输入回路,EMI电路

这里是交流市电与PC电源的入口端,交流市电进入PC电源后,要经过设有过流,过压,限流等保护电路的检测,还要经过一级或者两级的EMI电路。

过流任务一般由保险丝完成,过压任务一般由压敏电阻完成,限流任务一般由热敏电阻完成。

EMI电路,俗称抗电磁干扰电路,它的作用是,一方面可防止外部电网中的高频杂波等干扰信号窜入PC电源的内部, 干扰影响PC电源和电脑等的正常运行;另一方面,还可防止PC电源本身的开关电路所产生的高频杂波等信号窜出电源,污染外部电网,干扰外部在线的其它电器设备等。

如上图是HK328-51AP的交流输入和EMI电路的简图,交流市电220V由棕色线(板端表示为L,规定为火线)和蓝色线(板端表示为N,规定为零线)黄绿双色线(AC输入座上表示为G,规定为地线),进入PC电源后,保险管F1串联在火线的线路上,它起到过流保护作用,负温度系数的热敏电阻RT1起到限流作用,防止开机瞬间的浪涌电流对电路的冲击,它也串联在线路中,不论L线或者N线都可以。抗电磁干扰 EMI电路由共模输入滤波电路和差模输入滤波电路组成,共模滤波电路由Y电容C1,C2,C4,C5,C6,共模电感L0和 L1组成,差模滤波电路由X电容CX01和C3组成。然后L线去整流桥电路BD1的一个AC输入端,N线去被动式PFC电感的一端,然后PFC电感的另一端再到整流桥电路BD1的另一个AC输入端。(BD1为整流桥堆或者四个二极管组成的桥电路)R2 为关机后EMI电路的放电电阻

从图中可以看出,EMI电路对PC电源的电气性能虽然没有什么影响,但对安规等却很重要,我们已知道,电感阻高频,通低频,而电容阻低频,通高频,那么两级EMI高频滤波电路对于低频50赫兹的交流电是通行的,而阻止了高频杂波干扰信号的侵入和外泄。

另外,PC电源内部的高压区指的是输入的交流电回路及整流滤波后的电路,主开关变换电路,相对于PC电源内部的其它电压来说,高压区与低压区的划分以主开关变压器,辅助电源变压器,驱动变压器,光耦为界限来划分的。高压区的300V的负极及电路地是一个接地点,即图中C6 的右端的接地符号,称高压地。而高压区交流电输入端的Y电容C1与C2的中点,C4与C5的中点,与机壳的地,AC输入座的地G , 低压区的地线(输出地线)是另一个接地点,即图中C6 的左端的接地符号,称低压地,此为安全地,它通过AC输入线中的黄绿线与大地相连,两个接地表示符号不一样,应注意不能混淆。

2 高压整流滤波电路,PFC电路

交流市电经过EMI电路后,由全桥式整流电路把它变为高压脉动直流,再经过高耐压的大电解电容滤波,半桥式PC电源由于其自身电路的特点,必须采用两个相同容量和耐压的大电解电容串联起来,完成滤波任务,同时分压给主开关电路工作。

PFC电路就是功率因数校正电路,可提高电网电源的利用效率。本机种采用的是被动式PFC电路,图中的LPFC即为被动式PFC组件,其外形参看下图所示,就是把一个PFC电感和一个无极性高压电容并联组成的,再把这个组件串联在交流输入电路中,或者串联在EMI电路之前,目前航嘉生产的多数半桥式的小功率PC电源,都采用的是被动式PFC电路。

只有宽电压输入范围的PC电源(90VAC—264VAC)和高能效的PC电源,才采用有源主动式PFC电路,就是用专用芯片来控制的一种开关电路,原理类似于前面讲过的DC-DC升压电路。将输入的90V—264V的交流电压整流后的直流电压,经PFC电路后升到380V-400V左右的稳定的直流电压,再加给主开关电路。一般在输入的交流市电进行全桥整流后,加入有源PFC电路,再进行滤波,这种PFC电路控制比较复杂,仅做了解。

整流滤波后的直流300V高压分为两路送出,一路供给主开关变换电路,另一路供给+5VSB辅助电源工作。

如上图是HK328-51AP的高压整流滤波电路和PFC电路,图中, 220V交流电经EMI电路后,串入一个LPFC,就是被动式PFC组件,然后220V交流电加在整流桥BD1(BD1为整流桥堆或者四个二极管组成的桥电路)的两个交流输入端,经BD1把交流整定为脉动的直流,再由大电容C7和C8串联起来后平滑滤波,这时可在C7的正端和C8的负端量测到大约310V左右的直流高压(221.414=311V), 我们一般简称300VDC,而在C7的两端与C8的两端可分别测到直流高压的一半电压,即155V左右,即C7与C8的中点端对地也是155V 左右,简称150VDC。

电路中,压敏电阻RV1和RV2参数相等,分别并联在C7和C8的两端,起过压保护作用,电阻R3A-B和R4A-B阻值相等,分别并联在C7和C8的两端,起到平衡分压的作用,当关机后,还起到泄放C7和C8上面残留电压的作用。

经过整流滤波后的直流高压,其+300V电压一路去+5VSB电路,使该电路首先工作起来,产生整机和外部需要的待机电压,另一路+300 V电压的正端加在主开关电路的一只开关管的C极上,主开关电路处于待命状态,而C7与C8的中点端150V电压通过C9与主变压器T1的初级绕组一端相连接,主变压器T1初级绕组的另一端与驱动变压器T3的CT1的一端相连接,这样使主变压器在工作时只承受150V的电压,而每个开关管承受的反压也是正激式开关管反压的一半。

3 辅助电源电路

辅助电源,又叫SB电源(SB是英文”等待:stand by的缩写),是一个RCC自激式的电源电路,在PC电源中,它是一个独立的开关电路,只要输入有交流电,它就自激振荡,产生两组电压,一个为+5V的待机电压,称为+5VSB电压,最大输出电流目前有的机器已做到3.5A了,+5VSB主要供电源本身和外部电脑主板等作待机电压使用;另一个电压为24V左右的VCC电压,电流只有几十毫安,主要供给PC电源内部PWM芯片和比较器等电路工作, 使整机处于待机状态。在以集成电路做的SB电源中,变压器的初级端还要提供一组供集成电路自己工作的VCC电压,不同于次级的VCC电压,应区分。

这里不难看出,SB电源起着先锋的作用,只要PC电源接通了交流电,它便工作,输出+5V电压和VCC电压,只有SB电源先正常工作,其它几组主路直流电压才有输出的可能。

SB电源电路的组成有分立元件电路和集成元件电路。

如上图是HK328-51AP的+5VSB分立元件电路。

当电源一通上交流电后,经整流滤波,300V的直流高压的正端便通过辅助电源变压器T2的初级绕组N1加在开关管Q3的C极上,300V的直流高压的负极接在SB电源的地端,同时,300V经启动电路的电阻R10A, R10B, R10C,R10D和R14分压后,得到了Q3的B极的初始启动电压, Q3的B极启动电流产生,Q3开始导通,给 T2储能,T2的初级辅助绕组N2产生感应电压,该电压经D6,R11A,,R11B,C14给Q3注入了更大的B极电流,Q3在原导通基础上加深导通程度,由于C14两边的电压不能忽变,C14充足电后,Q3的B极开始反偏,当Q3截止后,电阻R10A-D和R14组成的启动电路又重新给Q3的B极注入新的启动电流,Q3又进入下一轮的导通,重复以上的振荡过程。

在Q3截止期间,T2释放磁能,次级绕组N3感应的电压经D8,C18,L9,C19整流滤波后,得到+5V电压,R16/R16A,C17为D8的吸收电路,同时绕组N4感应的电压经D9,C21整流滤波后,得到+24V左右的VCC电压。

从+5V电压的K点取样,由R20,R21,IC2,IC1,D7,Q4等组成稳压电路,由R12,R13,C15,Q4等组成开关电路的电流检测电路,R12称电流检测电阻(Sence)。在此,Q4又称调整管,对开关管Q3的B极电流进行分流控制,便于实现稳压和保护等功能。

当电路因输出端对地短路或者过电流,超过额定输出功率时,开关管Q3的E极电流瞬间剧增,R12上电压比正常时高,调整管Q4完全饱和导通,将开关管Q3的B极电位对地下拉,Q3完全截止,整个电路便处于停振,进入保护状态,当故障解除后自动恢复工作。

电路中,D5,R11,C13 组成开关管的吸收电路,当开关管Q3在截止期间,变压器T2的初级绕组N1会产生一个下正上负的反冲电压,又称为尖峰电压,当该电压高于输入直流电压时,D5导通,经R11将反冲电压的能量得以释放,C13这时充电,当开关管导通期间,D5截止,C13放电。吸收电路不但保护了开关管,还将反冲电压的能量送回给300V的正端,提高了电源的利用率,如果没有这部分电路,在开关管截止期间,反冲电压加在开关管的C-E之间,会击穿开关管的。

4 脉宽调制器(PWM)

脉宽调制器可以说是PC开关电源的中央处理器,它通过调整开关脉冲的占空比,达到稳压的目的,又能控制开关脉冲输出的有无,便于对电源实施开机与关机,保护的目的。

如上图是HK328-51AP的PWM电路部分,半桥式PC电源多采用KA7500B为脉宽调制器,其引脚功能和内部电路前面已经介绍过。

当SB电源工作正常后,其输出的24V左右的VCC电压的正极加在IC4(KA7500B)的第12脚,第7脚为VCC电压的负极即地端,IC4因为有了VCC电压,部分电路开始工作,其第14脚输出一个稳定的基准电压,叫+5VR,+5VR可供芯片内部和外部电路使用,且内部的振荡器已开始工作,第5脚外接C38为振荡定时电容, 第6脚外接R45为振荡定时电阻,在第5脚上可以用示波器看到锯齿状的振荡电压波形,又称振荡斜波,三角波。频率补偿网络由C39,R48等组成。本机中,+5VR电压还供给外部的IC5(LM339)芯片做为工作电压使用。

在PC电源外部没有送来低电平的开机信号时, PS-ON端应为高电平, IC4的死区第4脚也为高电平,(参看后面的PS-ON电路,而第4脚的静态电压由R50与R49从+5VR上分压而得),由于IC4的第4脚是高电平,其第8脚和第11脚就没有脉冲方波输出,驱动电路的Q8和Q9因无基极电流而不工作,无法驱动主开关变换电路工作,PC电源处于等待开机状态,即待机状态,只有+5VSB输出。同时,IC4的第3脚输出低电平信号,供PG电路输出PG低电平信号,表示PC电源没有工作。

当PC电源外部送来低电平的开机信号指令时,PS-ON端变为低电平,PS-ON电路工作,使IC4的第4脚变为低电平,芯片内部相关电路翻转,第8脚和第11脚就会轮流输出一对大小相等,方向相反的脉冲方波,在第8脚和第11脚上可以用示波器看到其电压波形为脉冲方波,此时驱动管Q8和Q9因有基极电流而轮流工作,驱动主开关变换电路工作起来,输出主路的几组电压,PC电源变为开机状态。同时, IC4的第3脚会输出一个高电平信号,通过R81送到IC5的第7脚,再经两级延时放大电路后,IC5的第2脚输出一个5V左右的PG高电平信号,即”电源好”的信息,此时才能表示PC电源输出已正常了,电脑等系统可以启动了。

IC4的第2脚的2.5V参考电压,由其第14脚输出的+5VR,经R46和R47分压而得。

理解死区第4脚电压的高低与整机的工作关系很重要,简单说,就是4脚低电平,电源有输出,4脚高电平,电源无输出。

在开机状态下,即IC4的第4脚为低电平,PC电源所有输出正常工作时,IC4的第1脚将得到的”分压取样电压输出”的变化量与其第2脚比较后, PWM不停的调整,使第8脚和第11脚输出的脉冲方波的占空比不停的发生变化,驱动电路和主开关变换电路的脉冲占空比也跟着发生变化,输出电压随之调整,稳定在规定范围值内,达到了稳压的目的。

而在PC电源所有输出正常情况下,当输出端发生过压,过流,过载,短路等异常问题时,通过保护电路的检测,将一高电平信号送到IC4的第4脚,第4脚由原来的低电平状态变为高电平状态,IC4内部电路动作,关闭第8脚和第11脚的输出脉冲方波,后级因无驱动而停止,同上面讲过的,PC电源关闭输出,此时叫保护关机状态,只有将故障解除,重新给PS-ON送低电平的开机信号,PC电源才会再次有输出的,如果故障未解除,重新开机是开不起来的。对于外部输入电压异常,PC电源本身工作时异常引起的保护,或者保护检测电路误动作,都会使IC4的第4脚变为高电平,关闭PC电源的输出的。

5 驱动放大电路

驱动放大电路实际是一个推挽式的信号放大电路,它听从于脉宽调制器的指令,两管轮流导通或截止,把脉宽调制器送来的一对驱动信号加以激励放大,再经驱动变压器,送给主开关变换电路的一对开关功率管,满足主开关变换电路的输入特性。

如下图是HK328-51AP的驱动放大电路部分,可参考前面讲过的推挽式电路部分。驱动放大电路的工作电压由+5VSB电路产生的VCC电压提供,VCC电压的正端经D25,R44,R44A降压限流后,加在驱动变压器T3的初级绕组中点上,D24的作用是把T3的反冲电压还回给VCC,当PWM芯片IC4的第8脚和第11脚没有脉冲方波输出时,Q8和Q9的B极电位为低电位,两管因无基极电流不导通,T3初级绕组因无电流不工作,次级便无感应电压,主变换电路不工作,PC电源除SB电压外,无其它输出电压,处于待机状态。

当PWM芯片IC4的第8脚和第11脚轮流输出脉冲方波时,Q8和Q9的B极电位轮流为高电位,Q8和Q9轮流导通与截止,整个电路便工作起来了。

当IC4的第11脚有脉冲方波输出时,Q8导通,(此时第8脚不应有脉冲方波输出,Q9不导通),VCC电压的正端经T3的初级绕组中点,经N1绕组,Q8的C极到E极,再经D26和D27到达VCC电压的地,由于N1绕组中有电流流过,给T3储存磁能,次级的N3绕组便有感应电压产生,D4A导通,驱动相对应的主开关电路工作起来。

当IC4的第8脚有脉冲方波输出时,Q9导通,(此时第11脚不应有脉冲方波输出,Q8不导通),VCC电压的正端经T3的初级绕组中点,经N2绕组,Q9的C极到E极,再经D26和D27到达VCC电压的地,由于N2绕组中有电流流过,给T3储存磁能,次级的N4绕组便有感应电压产生,D3A导通,驱动相对应的主开关电路工作起来。

D29是Q8的阻尼二极管,起到保护Q8的作用,D28是Q9的阻尼二极管,起到保护Q9的作用,D26和D27起电平转移的作用,C37起钳位作用,将D28和D29两端的电压,也就是Q8与Q9的发射极电压限制在某一数值,R42是Q9的基级偏置电阻,R43是 Q8 的基级偏置电阻。

6 主开关变换电路

主开关变换电路是PC电源的功率变换核心电路,它是一个典型的半桥式的功率变换电路,两路参数对称的开关输入电路,两只参数相同的功率开关管轮流导通或截止,给开关变压器储存磁能,将初级高压直流逆变为低压交流,满足后面的主路整流滤波电路,输出所需的各种低压直流电。主开关变换电路的工作状态受控于驱动放大电路。

如上图是HK328-51AP的主开关变换电路部分,300V高压的正极加在Q2的C极上,300V高压的负极与该电路的地点即Q1的E极相连接,主开关变压器T1的初级绕组的一端通过C9与大电容C7和C8的中点相连接,开关管 Q1和Q2及其驱动电路接成对称的半桥式电路,两管轮流导通,T1的初级绕组两端的工作电压始终为150V左右,工作原理相似于前面讲过的半桥式电路,具体工作是这样的:

当IC4的第4脚为低电平,8脚和11脚输出有脉冲方波时,驱动放大电路工作,驱动变压器T3的次级绕组便有感应电压产生,当T3的次级绕组N3有感应电压时(此时N4不能有感应电压),该感应电压经D4A,D4整流,R9A, R8/R8A限流后与R9分压,加在 Q2的B极, Q2因有B极电流而饱和导通,主变压器T1的初级绕组因通电而工作,其电流的回路是: 由C7的 正极端→Q2的 c极→Q2的 e极→驱动变压器T3次级N5绕组→驱动变压器电流感应绕组CT1的初级N6绕组→主变压器T1的初级绕组下端→主变压器T1的初级绕组上端→C9→C7的负极。

当驱动变压器T3的次级绕组N4有感应电压时(此时N3不能有感应电压),该感应电压经D3A,D3整流,R7A, R6/R6A限流后与R7分压,,加在 Q1的B极,Q1因有B极电流而饱和导通,主变压器T1的初级绕组因通电而工作, 其电流的回路是: C8正极端→C9→主变压器T1的初级绕组上端→主变压器T1的初级绕组下端→驱动变压器电流感应绕组CT1的初级N6绕组→驱动变压器T3次级N5绕组→Q1的 c极→Q1的 e极→地(C8的负极)。

电路中,R5和C10组成开关变压器初级绕组的吸收电路,消除反冲电压。C9为耦合电容,与开关变压器初级绕组形成串联谐振网络, C11,C12分别是开关管Q1和Q2的加速截止电容,即在开关管截止期间,该电容放电,使开关管的基级反向偏置,加速了开关管的截止速度, D1是Q1的保护二极管,D2是Q2的保护二极管,当Q1截止时,D2保护了Q2,当Q2截止时,D1保护了Q1,这个位置的保护二极管又称阻尼二极管,消反冲二极管,在开关管Q1/Q2截止期间,吃掉T1初级绕组的反冲电压,防止该反冲电压损坏开关管,既节省了电能源,又保护了开关管。

7 低压输出整流滤波电路

低压输出整流滤波电路,把来自主开关变压器次级输出的低压交流进行整流滤波,产生所需的各种低压直流,由于要求的输出电流高,功率大,负载能力强,故该段电路中的整流管多采用大功率的肖特基二极管,并采用多级滤波器,且滤波电感采用电流大的混合扼流圈(又称大水泡), 滤波电容容量一般都很大,输出DC线都比较粗。

(+3.3V二次稳压电路以下图为准)

如上图是HK328-51AP的低压输出整流滤波电路部分,由于半桥式变换电路也是正激式,故后级采用的是DLC型滤波器,公用地线由主变压器T1的次级绕组的中心抽头引出。

+12V输出电路: 主变压器T1的次级绕组中,绕组7和8为+12V输出组的交流输出绕组,肖特基管D10/D10A整流,大水泡L2中的L2-1为+12V的滤波电感线圈,电容C33滤波后输出直流+12V。D10/D10A与L2-1,C33组成了12V的DLC型滤波器。有的机器在此基础上再加了一级CLC型滤波,随着PC电源的版本升级,ATX2.31标准的普及,要求的+12V组电压增多,则每增加一组,需要用一个电感或是分流电阻(锰铜线)分出,电路中R25,C24为12V交流绕组的吸收电路。

-12V输出电路: 在绕组7和8端反向接二极管D12和D13整流,大水泡L2中的L2-3为-12V的滤波电感线圈,再经D14降压后, L10,C32组成的LC型滤波,输出直流-12V。

+5V输出电路: 主变压器T1的次级绕组中,绕组9(10)和11(12)为+5V输出组的交流输出绕组,肖特基管D11/D11A整流,大水泡L2中的L2-2为+5V的滤波电感线圈,由C30,L7,C31组成的CLC型滤波后,输出直流+5V。电路中,R26,R26A-E为+5V的假负载,防止在输出完全空载时电压不稳。本电路中R23/R23A,C22为5V交流绕组的吸收电路。

-5V输出电路: 在绕组9(10)和11(12)端反向接二极管D12A和D13A整流,大水泡L2中的L2-4为-5V的滤波电感线圈, L6,C29组成的LC型滤波,输出直流-5V,R27为其假负载,随着电脑,计算机等系统的不断发展,现在很少用到-5V电压了,PC电源根据要求也就去掉这一部分电路了。

+3.3V输出电路: 由于+3.3V电压多是供给电脑,计算机等系统主板的中央处理器(CPU)工作,其稳定度要求更高,又由于3.3V取自5V交流绕组9(10)和11(12),故增加了磁放大器L3和二次稳压电路,磁放大器L3串联在肖特基管D15/D15A的一个输入端,经过D15/D15A 整流后,L4为+3.3V的专用电感扼流圈,与其它组电压没有共用一个磁环,同样,再经过C25,L5,C26组成的CLC型滤波后,输出直流+3.3V,二次稳压电路从输出的+3.3V处取样,经R34,R35分压,由分流稳压器IC3控制Q6的导通程度,通过L5之前的电压去调节磁放大器L3,最终稳定了+3.3V的输出电压。

8 电压采样电路

电压采样电路,一般将输出电压的正电压组+5V,+12V,+3.3V经电阻分压电路处理, 取出不稳定的变化量,然后反馈给PWM电路,经与基准电压作比较,调整PWM的脉冲宽度的占空比,来达到输出电压的稳定的目的,手工调整时,一般以+5V电压为参考,其它几组电压随之改变,SB电源也有该采样电路,只不过是单组电压进行取样分压。

如上图是HK328-51AP的电压采样电路部分,从输出电压的+3.3V端通过R60, +5V端通过R57,+12V端通过R59后,汇于X点,再与R61串联VR1到地之间进行分压,一旦电路参数选定,VR1再不能改动,若输出电压不稳定,则X点分得的电压也不稳定,将此不稳定的变化量送到PWM电路IC4的第1脚去处理,与第2脚参考电压比较,改变PWM脉冲宽度的占空比,使输出电压稳定在规定的范围值内。

9 比较检测保护电路

我们把IC5的第8脚到IC4的第4脚这一段电路称为比较检测保护电路,它的作用是把来自OVP,OCP,OPP,欠压等保护检测电路的电平信号与参考电压做比较处理,把最后的检测结果送给KA7500B的第4脚,控制第4脚电平的高低,也就控制了PC电源输出电压的有无,达到保护的目的,参看前面的PWM一节。

如上图,是HK328-51AP的比较检测保护电路部分, IC5为四比较器芯片LM339,其第3脚工作电压由KA7500B的第14脚产生的+5VR电压供给,(其它机器比如HK280系列的则由+5VSB供电),在这里,将IC5的第8脚,第9脚与第14脚的这一块比较器接成反相器,其第9脚的参考电压由R72,R73从+5VR分压而得,其第8脚的电压由R71,R70从+5VR分压而得,三极管Q11在这里起倒相作用,D33,D32在这里起隔离的作用。在HK328-51AP系列机子中,IC5的第8脚这一点很关键,是所有保护检测信号的汇集点,请仔细理解

PC电源在待机时或者开机输出正常时,IC5的第8脚电压小于第9脚电压,第14脚输出为高电平,PNP型三极管Q11因无基极电流不导通,Q11的C极为低电平,D33不会去导通的,D33的负极电平等于D32的负极电平,维持在PS-ON信号开机或者关机后的电平状态。

当PC电源输出异常时,或者过压,过流,过功率时,来自OVP,OCP,OPP,欠压等检测电路的某一路高电平信号输送到IC5的第8脚,此时第8脚电压大于第9脚电压,比较器翻转,其第14脚输出为低电平,PNP型三极管Q11因有基极电流而饱和导通,Q11的C极因与E极导通,将+5VR电压送过来,C极为高电平,D33正向导通,D33的负极变为高电平,此高电平送到KA7500B的第4脚,将输出关闭,处于保护状态。

我们用↓表示低电平,用↑表示高电平,那么PC电源在待机或正常工作时,保护电路各点电平如下: IC5的第8脚↓→ IC5的第14脚↑→Q11的C极↓→D33的负极↓→IC4的4脚↓→OK。

PC电源在保护状态时,保护电路各点电平如下: IC5的第8脚↑→ IC5的第14脚↓→Q11的C极↑→D33的负极↑→IC4的4脚↑→保护

电路中的R69起保护自锁作用,R69的阻值比R71小得多,当IC5的第8脚有高电平保护信号时,Q11导通后,电源进入保护自锁状态,IC5的第8脚的电压则由R69和 R70从Q11的C极(约+5V左右)分压而得,R71等于并联在了R69上了,IC5的第8脚电压被钳位,大于第9脚的参考电压,锁定在保护状态,当故障解除后,重起PS-ON,,若没有保护信号,则Q11不工作,R69不参与分压,第8脚的电压又回到初试状态。

10 OPP检测电路

OPP检测电路,在驱动变压器上,另设有一组互感绕组,通过感应输出功率的大小,用来控制PWM的输出脉冲方波的有无。

如上图是HK328-51AP的OPP检测电路部分,CT1为驱动变压器T3的一个专设的互感绕组,电阻R37,R37A分压,D22整流,R38限流,C36滤波,R39为负载电阻,D23为隔离作用,感应电压由 D23送到IC5(LM339)的第8脚,进行比较检测。

前面已讲过,不论开关管Q1或Q2导通时,其CT1的初级绕组N6中都有电流流过。那么在电源正常输出时,次级绕组N7都会有感应电压产生,经电阻R37,R37A分压后,该电压不足以使D22导通,当负载越重以至于达到满载,输出功率越大达到额定功率,该感应电压会越高,只要输出功率不超出设定值,感应电压也不会高到使D22导通。

假如输出功率超过设定的功率值以外时,输出电压要下降,由于有稳压系统,开关管的导通时间会自动加长,CT1的初级绕组N6中流过的电流就加大,次级绕组N7感应的电压会比设定的正常值高许多,使D22导通,此高电平经D23 送到IC5的第8脚,第8脚电压大于第9脚电压时,启动保护电路,关闭电源的输出,达到过功率保护的目的。

早期的产品,CT1的N7 绕组的两端,各用一黑一白两根线引出到R37/R37A的两端,这样,在机器的空间内形成有两根飞线,时间长了容易断裂,造成OPP失控过功率,引起开关管损坏等故障。新产品优化了电路,T3经过改良后,CT1的N7 绕组改为引脚,取消了这两根飞线,其工作原理不变。

11 OVP检测电路与欠压检测电路

如下图,是HK328-51AP的OVP检测电路与欠压检测电路部分, OVP信号是由输出电压的+12V经稳压管Z1反向串联,+5V电压经稳压管Z2反向串联,D20检出,+3.3 V经稳压管Z3反向串联,D19检出,这三路信号电压汇于Y点,与R56分压比较,其电平高低经D21送到IC5(LM339)的第8脚,达到过压信号的检测。

PC电源在正常工作时,三组电压没有超过其最大电压值,Z1,Z2,Z3不工作,D19,D20,D21没有导通,Y点为低电平,D21不导通,W点也为低电平,属正常状态。当这三组电压中任意一组电压超过设计值,出现过压现象时,其相对应的稳压管反向击穿,Y点变为高电平,D21正向导通,W点也为高电平,送到IC5(LM339)的第8脚,第8脚的电平高于第9脚,保护电路动作,关闭PWM的输出,达到过压保护的目的。

欠压检测电路,-12V通过R54,R54A, R55与+5V电压比较,,-5V通过D34,R54A,R55与+5V电压比较,将Z点的比较结果,通过D18送到IC5(LM339)的第8脚,达到欠压信号的检测。当PC电源正常工作时, -12V经R54,R54A,R55与+5V抵消后余0V左右,-5V经D34,R54A,R55与+5V抵消后余0V左右,因之Z点为低电平, 属正常状态。当二者中任一组电压出现异常,导致电压太低时,即欠压了,经与+5V比较,Z点变为高电平,D18正向导通,将W点的高电平送到IC5(LM339)的第8脚,第8脚的电平高于第9脚,保护电路动作,关闭PWM的输出,达到欠压保护的目的。

现在的PC电源已几乎没有了-5V电压的输出了,也就不存在其欠压检测电路了。

D18,D19,D20,D21在这里起隔离作用。

现在, 有许多PC电源采用电阻分压的办法, 或者新型芯片在内部来实现过压的检测与保护, 其工作原理是大同小异的.

12 OCP/OLP检测电路

从各路输出电压+5V,+12V,+3.3V的滤波电感两端取出电压做比较,把变化量送到比较检测电路,用来控制PWM的输出脉冲方波的有无,达到OCP/OLP 保护的目的。

以+12V1组的OCP电路为例讲一下OCP/OLP检测电路的方法,其它+5V,+12V2,+3.3V与此原理相似,只是每一组电压需用一块比较器。

如上图: +12V1取自+12V1的最终输出端电压,+12VS取自+12V电压的滤波电感前面或者分流电阻的前面,IC5为LM339,图中显示的是保护电路检测部分,IC6为二比较器LM393,其工作电压由IC4(KA7500B)产生的+5VR供电,在这里,将IC6的第5脚,第6脚与第7脚的这一块比较器接成同相比较器,其第6脚的参考电压由R98,R90从+12VS分压而得,第5脚的电压取自+12V1输出端,Q13为NPN型三极管。

PC电源正常工作时,+12V1 与+12VS的电压相差不大,就是说,滤波电感或者分流电阻的两端压差不大,由于电路的设定,IC6的第5脚电平比第6脚的电平高,第7脚输出为高电平,即Q13的E极为高电平,大于Q13的B极电平,Q13处于截止状态,不影响IC5和Q11的原工作状态,

前面已讲过,在正常工作时,IC5的第14脚为高电平状态,Q11处于截止状态。

那么,假如+12V1输出端的电流增大到超过其额定电流值许多时,+12V1组的电压比原来的要低,而+12VS因有滤波电感或者分流电阻的原因,+12VS的电压下降的不多,( 只是电感或分流电阻两端的压差增多),+12VS电压相对比+12V1电压高,那么IC6的第5脚电平比第6脚的电压底了, 比较器翻转, 第7脚输出变为低电平,即Q13的E极为低电平,其发射结正向偏置,Q13导通,将IC5的第14脚的高电平拉下来变为低电平,Q11导通,和前面讲过的保护电路工作一样,D33随之正向导通,将高电平送到IC4(KA7500B)的第4脚, 关闭输出,进入保护状态。

13 PS-ON电路

我们把从PS-ON绿色线起,到IC4(KA7500B)的第4脚这一段电路,叫做PS-ON电路,也称遥控电路,它的作用,是把外部电脑主板等送来的开/关机信号进行电平高低的检测,把检测结果送到比较检测电路,再控制PWM脉冲方波输出的有无,达到了遥控或程序化开/关PC电源和电脑系统的目的。

如上图: IC5为四比较器芯片LM339,其工作电压由IC4(KA7500B)产生的+5VR供电(其它机器比如HK280系列由+5VSB供电),在这里,将IC5的第10脚,第11脚与第13脚的这一块比较器接成反相器,其第11脚的参考电压等于第4脚的参考电压,该电压由R75,R79,R80从+5VR分压而得,一般为1.8V左右,其第10脚的电压由R63和C46而得,待机时为3.6V左右,三极管Q10在这里起倒相作用,D33,D32在这里起隔离作用,D31, D30在关机时把PG电路和保护电路的高电平泄放掉,便于重启。

当PC电源处于待机状态或关机状态时,PS-ON端和IC5的第10脚都为高电平,由+5VR经R63供给,C46滤波,IC5的第10脚反相端电平因为大于第11脚同相端的电平,IC5的第13脚输出应为低电平, PNP型三极管Q10因有基极电流而饱和导通,Q10的C极因与E极导通,将+5VR电压送过来,C极为高电平,D32正向导通,D32的负极为高电平,此高电平送到IC4(KA7500B)的第4脚,第4脚为高电平,PWM没有脉冲方波输出,电源处于关闭状态。

当PS-ON端送来低电平的开机信号时,PS-ON端和IC5的第10脚都为低电平,R63此时起隔离+5VR的作用,IC5的第10脚电平因为小于第11脚的电平,IC5的第13脚输出翻转为高电平,PNP型三极管Q10因无基极电流不导通,Q10的C极为低电平,D32不导通,D32的负极为低电平,IC4(KA7500B)的第4脚也为低电平,PWM有脉冲方波输出,驱动后级,使整个电路工作起来,输出建立。在这里,当Q10的C极变为低电平后,C45开始放电(关机状态已充满了电),对D32的导通延续了一段时间,起到开机延时的作用。

同样,我们用↓表示低电平,用↑表示高电平,那么PC电源在待机时,各点电平如下:

IC5的第10脚↑→ IC5的第13脚↓→Q10的C极↑→D32的负极↑→IC4的4脚↑→待机PC电源在开机时,各点电平如下:

IC5的第10脚↓→ IC5的第13脚↑→Q10的C极↓→D32的负极↓→IC4的4脚↓→OK

D30 的作用:IC5的第8脚到第13脚之间接有一个开关二极管D30(4148)。当PC电源工作中异常保护后,其电路IC5的第8脚变为高电平,但此时PS-ON端仍为开机低电平状态,IC5的第13脚仍为高电平,D30不导通,当关掉PS-ON开机信号后,IC5的第13脚变为低电平,第8脚仍保持为高电平,此时通过D30正向导通,把第8脚的高电平泄放掉,便于故障解除后不影响PS-ON再次开机。

 

14 PG/PF延时控制电路

我们把从IC4的第3脚,到PG信号输出端这一段电路,叫PG电路。当PC电源输出正常时,PWM内部经过自检,然后输出一个高电平信号,经过PG延时控制电路的两级延时处理,最后输出一个5V左右的高电平PG信号,通过灰色线把这个PG信号,即”电源好”的信息送给电脑主板等,系统才能启动。

如上图:IC5为四比较器芯片LM339,其第3脚为工作正电压供电脚,由IC4(KA7500B)产生的+5VR供电, (其它机器比如HK280系列由+5VSB供电),第12脚为接地脚,在这里,将IC5的第7脚,第6脚与第1脚这一块比较器接成同相器, 第5脚,第4脚与第2脚这一块比较器也接成同相器,第6脚与第4脚的参考电压由R75,R79,R80从+5VR分压而得。

前面已讲过,当PC电源正常输出后,也就是说, PWM芯片KA7500B有脉冲波输出时,其第3脚也相应的输出一个高电平,该电平经R81给C41充电, 这一时间为第一级充电延时,当C41充够了电后,此高电平加到IC5的第7脚同相端,第7脚的电压高于第6脚的参考电压,IC5的第1脚输出为高电平,此时,输出电压的+5V组达到+4.75V,PG信号开始建立,此信号经D31与IC5的第13脚连接,使得C41的充电和放电随着PS-ON的开和关而变化,同时,+5VR经R77给C42充电,此为第二级充电延时,当第5脚电平高于第4脚的参考电平时,第2脚输出为高电平,经R74正反馈到输入端第5脚,第2脚输出的为放大了的PG信号,此信号接近+5V输出电压,即正常的PG信号完全建立,PG信号比输出的+5V电压建立时间上延时了100ms—500ms 。

PG信号经R62与输出级的+5V电压相隔离。

当PC电源在正常关机瞬间,或者异常情况下关机瞬间,PG应输出一个关机的PF信号,也就是说, IC4在其第4脚变为高电平时(来了关机信号或者保护信号),或者第4脚没有变为高电平,为工作中的低电平状态,而PC电源忽然中断输出,因交流关机或者停电,总之,PWM芯片KA7500B在其内部关断输出脉冲波时,其第3脚也相应的输出为低电平,当R81上面没有电压时,C41开始放电,延续了IC5的第7脚电平降低的时间,当第7脚电平低于第6脚电平时,第1脚输出为低电平,同时,C42经R78放电,延续了第5脚电平降低的时间,当第5脚电平低于第4脚电平时,第2脚输出为低电平,PG信号消失,又称PF信号检测完毕,通知电脑等系统正常复位关闭,在时间上比PC电源的主输出消失提前了最少1毫秒,PF时间分不正常关机,即AC关机的PF时间和正常关机,即PS-ON关机的PF时间两种情况。

D31 的作用:IC5的第1脚到第13脚之间接有一个开关二极管D31(4148),作用是,在每次PS-ON关机后,此时第13脚已翻转为低电平状态,电压小于第1脚,D31将第1脚C42上的残存高电平电压泄放到第13脚,使PF关机时间再延续,也便于每次重启时,C42上总为0电平,时间常数每次开机都一致,达到延时的目的,不影响下一次开机时PG的时间常数。

15 温度控制电路

目前的PC电源,都是采用12cm, 12V直流风扇来降低机内的温度的,直流风扇的电压为可调式, 当电压为最大12V时,风扇的转速为标称的额定转速,当电压低于12V以下时,转速也低于标称的额定转速。温度控制电路就是从+12V输出端取来12V电压处理后,供给风扇工作的,它根据热敏电阻来感应机内温度的变化,调节风扇两端的电压,在5V-12V之间变化,从而达到改变风扇的转速的目的。

如图电路,当PC电源的机内温度不太高时,负温度系数的热敏电阻RT2的阻值很大,Q8的基级得到的电流很小,Q8的导通程度也小,风扇FAN两端的电压就远小于12V,其转速也就低于额定转速许多,达到了噪声控制和节能的目的。

当PC电源负载加重,机内温度越高时,热敏电阻RT2感应到的环境温度的变化,其阻值会越来越小,Q8的基级电流就越来越大,Q8的导通程度也会越来越深,这样,风扇FAN两端得到的电压就越来越接近12V,其转速也就越接近额定转速了,将大量的热能吹出机壳外,达到降低机内温度的效果。

现在有好多PC电源的温度控制电路,是采用比较器检测,来控制风扇的转速的,其道理与上面的基本是一样的。

16 小节

综上所述,HK328-51AP系列PC电源在工作时的各关键点电压电平如下,我们用↓表示低电平,用↑表示高电平,

(1) 待机状态: 有+5VSB,无主输出时,

PS-ON端↑→ IC5的第10脚↑→ IC5的第13脚↓→ Q10的C极↑→ D32的正极↑→D32的负极↑→IC4的第4脚↑→IC4的第8/11脚↓→无主输出→PG↓

D21 / D18 / D23全部↓→ IC5的第8脚↓→ IC5的第14脚↑→ Q11的C极↓→D33的正极↓→D33的负极↓→IC4的第4脚↑→IC4的第8/11脚↓→无主输出→PG↓

(2)     正常输出状态:

PS-ON端↓→ IC5的第10脚↓ → IC5的第13脚↑→ Q10的C极↓→D32的正极↓ →D32的负极↓→IC4的第4脚↓→IC4的第8/11脚↑→有主输出→PG↑

D21 / D18 / D23全部↓→ IC5的第8脚↓ → IC5的第14脚↑→Q11的C极↓→D33的正极↓→D33的负极↓ →IC4的第4脚↓→IC4的第8/11脚↑→有主输出→PG↑

(3) PS-ON开机状态,无主输出保护状态:

PS-ON端↓→IC5的第10脚↓→ IC5的第13脚↑→ Q10的C极↓ → D32的正极↓ →D32的负极↑→IC4的第4脚↑→IC4的第8/11脚↓→无主输出→PG↓

D21 / D18 / D23任一个↑→ IC5的第8脚↑→ IC5的第14脚↓→Q11的C极↑→D33的正极↑→D33的负极↑ →IC4的第4脚↑→IC4的第8/11脚↓→无主输出→PG↓

(4) 从以上看出,

PS-ON信号和保护信号在门电路D32和 D33的负极, 即与IC4的第4脚交与一点,

当 D32的正极和D33的正极都为低电平↓时, 二者的负极也都为低电平↓, IC4的第4脚才为低电平↓, 主输出正常。

当 D32的正极和D33的正极只要有一个为高电平↑时, 二者的负极都为高电平↑, IC4的第4脚便为高电平↑, 无主输出。

各关键点电压波形的状态如下:

(1);待机状态/保护状态,

IC4(KA7500B)的第5脚 振荡斜波

IC4(KA7500B)的第8脚和第11脚
脉冲方波

Q8和Q9 的B极 脉冲方波

Q8和Q9 的C极 驱动放大波

(2):正常输出状态:

IC4(KA7500B)的第5脚 振荡斜波

IC4(KA7500B)的第8脚和第11脚
脉冲方波

Q8和Q9 的B极 脉冲方波

Q8和Q9 的C极 驱动放大波

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