張明磊 任潔

【摘要】以TL494為核心的ATX電源市場(chǎng)占有量較大，且使用多年已到故障多發(fā)期。雖然具體有眾多不同的品牌及型號(hào)，但原理大同小異。本文以比較有代表性的長(zhǎng)城ATX-300P4-PFC電源為例，詳細(xì)分析其工作原理。原理之后，配以相關(guān)維修實(shí)例，希望能對(duì)廣大同行起到借鑒的作用。

【關(guān)鍵詞】反饋；振蕩；飽和；截止

一、引言

采用以TL494為核心的ATX電源輸出功率為300W以下，一般為TL494+LM339組合方式。其中TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛應(yīng)用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關(guān)電源。TL494有SO-16和PDIP-16兩種封裝形式，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的要求。其主要特性如下：

1）集成了全部的脈寬調(diào)制電路；

2）片內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個(gè)（一個(gè)電阻和一個(gè)電容）；

3）內(nèi)置誤差放大器；

4）內(nèi)置5V參考基準(zhǔn)電壓源；

5）可調(diào)整死區(qū)時(shí)間；

6）內(nèi)置功率晶體管可提供500mA的驅(qū)動(dòng)能力；

7）推或拉兩種輸出方式。

LM339為四電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：

1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；

2）電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V；

3）對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬；

4）共模范圍很大；

5）差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；

6）輸出端電位可靈活方便地選用。

TL494+LM339的組合，面市已久，電路成熟可靠，是一種較為經(jīng)典的ATX電源。其中TL494還可與KA7500直接代換。

二、工作原理

在以TL494為核心的ATX電源中，長(zhǎng)城ATX-300P4-PFC電源比較有代表性，下面以該電源為例分析一下其相關(guān)工作原理。

輔助電源的作用是在電腦主機(jī)待機(jī)時(shí)提供+5VSB（紫色線），主電源的作用是提供電腦開機(jī)后所需的+12V、+5V、-5V、+3.3V。

輔助電源工作原理為：220V交流電通過(guò)ZL1（5A700V）整流，C8、C9濾波為+300V直流電，經(jīng)R14（啟動(dòng)電阻）給Q3基極提供正向偏置電壓和啟動(dòng)電流，使Q3開始導(dǎo)通。Ic流經(jīng)B2初級(jí)①（+）～②（-）繞組，使③～④反饋繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（上正下負(fù)），通過(guò)正反饋支路R11，C29，D7，送往Q3基極，使Q3迅速飽和導(dǎo)通，Q3上的Ic電流增至最大。

D7的作用在于加大電源啟動(dòng)時(shí)電壓反饋繞組提供的Q3的基極電流，使Q3加快進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

Q3飽和后，反饋電壓經(jīng)R11、R13、Q3基—射極給C29反向充電，由于R14（660K）阻值較大，經(jīng)R14提供的Q3基極電流太小，不足以維持Q3的飽和導(dǎo)通，Q3的飽和導(dǎo)通狀態(tài)靠C29的反向充電來(lái)維持，C29的反向充電時(shí)間常數(shù)決定了Q3的導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)短，隨著C29的反向充電電流的減小，Q3基極電流也減小，Q3飽和程度下降，Ic減小，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，進(jìn)入放大區(qū)，Ib恢復(fù)對(duì)Ic的控制，這時(shí)由于Ib減小，Ic下降，由愣次定律可知：①～②繞組感應(yīng)出上正下負(fù)的電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)變壓器耦合，③～④繞組上也產(chǎn)生上負(fù)下正的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。該反饋電壓經(jīng)R11，C29提供反向偏置電壓，使Ib更加減小導(dǎo)致Ic也減小，這一反饋過(guò)程，使Q3很快進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。Q3截止后，整流橋輸出的電壓給C29正向充電，充電路徑是：整流橋正端→R14→C29→R11→反饋繞組③→④→熱地。使C29上的電壓按指數(shù)規(guī)律上升。Q3基極電位按指數(shù)規(guī)律上升。經(jīng)一定時(shí)間后，Q3發(fā)射極由反偏變?yōu)檎?，Ib增加，Ic也增加，Q3由截止變?yōu)轱柡停琎3按上述方式周而復(fù)始的工作，產(chǎn)生自激振蕩。

當(dāng)待機(jī)時(shí)，TL494⑶腳為零電平，經(jīng)R46使LM339⑼輸入低電位，LM339⒀輸出零電平，主機(jī)待機(jī)。受控啟動(dòng)后，TL494⑶腳電位上升，LM339⑼腳電位也上升，當(dāng)⑼腳電位大于其固定分壓比后，LM339⒀輸出高電平（5V），主機(jī)檢測(cè)到PG的高電平后，啟動(dòng)系統(tǒng)。關(guān)機(jī)時(shí)，PG輸出信號(hào)比ATX電源+5V輸出電壓提前幾百毫秒消失，通知主機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)在電源斷電前自動(dòng)關(guān)閉，防止因硬盤磁頭來(lái)不及歸位而劃傷硬盤——PG信號(hào)的特點(diǎn)為：“晚來(lái)早走”。

主電源：待機(jī)時(shí)，主板向PS（綠色線）端輸出高電平（3.6V），經(jīng)R25、R49到達(dá)LM339⑹，其⑵腳輸出高電平經(jīng)D262給TL494⑷腳，使之關(guān)閉⑻、⑾兩腳的脈寬調(diào)制信號(hào)，導(dǎo)致B3推動(dòng)變壓器、B1主電源開關(guān)變壓器停振。除+5VSB（紫色線）外，其它各路電壓均無(wú)輸出。

表1 排線功能

1 橙+3.3V 11 +3.3V橙

2 橙+3.3V 12 -12V藍(lán)

3 黑GND 13 GND黑

4 紅+5V 14 PS綠

5 黑GND 15 GND黑

6 紅+5V 16 GND黑

7 黑GND 17 GND黑

8 灰PG 18 -5V白

9 紫+5VSB 19 +5V紅

10 黃+12V 20 +5V紅

當(dāng)開機(jī)時(shí)，主板向PS端輸出低電平，LM339⑹為低電平，TL494⑷變?yōu)榈碗娖剑洧?、⑾兩腳交替輸出脈寬調(diào)制信號(hào)（PWM），控制推動(dòng)三極管Q5、Q6 C極相連接的B3初級(jí)繞組振蕩。Q5、Q6所需電源由輔助電源變壓器B2的次級(jí)經(jīng)D21，D23，R61，R67供給。B3振蕩后，其次級(jí)繞組感應(yīng)的電壓分別控制主電源開關(guān)管Q1、Q2進(jìn)行推挽振蕩，主電源變壓器B1次級(jí)即輸出各種電壓。

三、維修實(shí)例

實(shí)例1：長(zhǎng)城ATX-300P4-PFC電源風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，電腦主機(jī)不工作。

首先拔下ATX電源的輸出排線。找到20Pin排線，其排線功能見表1所示。

14腳綠線為PS端，作用是接收主板發(fā)出的低電平開機(jī)信號(hào)，ATX電源接收到此開機(jī)信號(hào)后開始工作，輸出+3.3V、+5V、+12V，散熱風(fēng)扇啟動(dòng)。所以，即便是正常的ATX電源，如果不采取措施，單獨(dú)脫機(jī)通電的話，主電源電路不會(huì)工作，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)。在維修時(shí)，我們可以利用一導(dǎo)線短接20Pin排線上的綠（14腳）、黑（15腳）兩線，人為模擬主板的低電平開機(jī)信號(hào)，以此來(lái)大致判斷故障是在ATX電源，還是在電腦主機(jī)負(fù)載。若短接綠、黑兩線后，散熱風(fēng)扇啟動(dòng)，有+3.3V、+5V、+12V輸出，故障一般為電腦主機(jī)負(fù)載；若短接綠、黑兩線后，散熱風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，+3.3V、+5V、+12V無(wú)輸出，則一般為ATX故障。本例經(jīng)短接導(dǎo)線后，風(fēng)扇仍不轉(zhuǎn)，也無(wú)+3.3V、+5V、+12V輸出。打開ATX電源外殼發(fā)現(xiàn)，保險(xiǎn)管熔斷，且管殼玻璃壁發(fā)黑，說(shuō)明發(fā)生了嚴(yán)重短路。查開關(guān)管Q1、Q2，已經(jīng)短路損壞。Q1、Q2采用TO-220全塑封裝，型號(hào)為MJE13009。筆者手頭只有半塑封的MJE13009，不能直接安裝。否則其背部金屬將與散熱片接觸而短路。于是取大小合適的云母片墊在散熱片與MJE13009之間，涂上導(dǎo)熱硅脂，MJE13009的固定螺栓孔用絕緣套管隔開，最后更換新保險(xiǎn)管。通電試機(jī)，整機(jī)恢復(fù)正常。

實(shí)例2：長(zhǎng)城ATX-300P4-PFC電源，故障現(xiàn)象同上例。

拆下ATX電源，用導(dǎo)線短接20Pin排線中的綠、黑兩線，發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速很慢，+3.3V、+5V、+12V不同程度偏低。正當(dāng)準(zhǔn)備進(jìn)一步測(cè)量時(shí)，電源風(fēng)扇突然停轉(zhuǎn)，保險(xiǎn)管熔斷且管壁發(fā)黑。筆者確信在檢修時(shí)并沒(méi)有誤操作相關(guān)電路。檢查開關(guān)管Q1、Q2，已短路損壞。查遍開關(guān)管尖峰吸收電路、穩(wěn)壓回路、開關(guān)變壓器二次側(cè)相關(guān)元件，均無(wú)異常。正在百思不得其解時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)+300V濾波電容C8頂部已鼓包。拆下測(cè)量已基本無(wú)容量。此電容工作溫度上限為85℃，考慮到該ATX電源已工作數(shù)年，為安全起見，將C8、C9都更換為工作溫度上限為105℃的產(chǎn)品。最后更換保險(xiǎn)管后，整機(jī)恢復(fù)正常。

本例中，故障原因?yàn)殡娙堇匣В?300V脈動(dòng)變大，而其脈動(dòng)的峰值使開關(guān)管Q1、Q2振蕩時(shí)，產(chǎn)生的反峰壓已徘徊在開關(guān)管的耐壓極限值附近，所以在檢修通電一會(huì)兒便擊穿損壞。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)許多廠家為降低成本，經(jīng)常在ATX電源中使用溫度上限為85℃的電容作為+300V濾波電容。該電容長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下工作易過(guò)早損壞。如果在檢修中發(fā)現(xiàn)其鼓包，可先行更換，往往能達(dá)到事半功倍的效果。

實(shí)例3：一臺(tái)雜牌ATX電源，也是采用TL494+LM339的結(jié)構(gòu)形式。故障現(xiàn)象為接電腦主機(jī)負(fù)載后不能工作，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)。接修后，脫開主機(jī)負(fù)載，短接電源20pin排線中的綠、黑兩線，此時(shí)風(fēng)扇啟動(dòng)，各電壓輸出正常。懷疑電腦主機(jī)負(fù)載故障，為保險(xiǎn)起見，用一正常的ATX電源代換后通電試機(jī)，電腦主機(jī)能正常工作。說(shuō)明該電源帶負(fù)載能力差。拆開電源外殼，發(fā)現(xiàn)+300V濾波電容有一只已鼓包，測(cè)其容量已大幅下降。更換新品后，故障排除。

本例故障是因+300V濾波電容容量下降，但下降幅度比實(shí)例2的要小一些。此時(shí)空載看不出問(wèn)題，但接主機(jī)負(fù)載后，因電容儲(chǔ)能濾波能力下降，而造成帶不動(dòng)負(fù)載，以致主機(jī)不工作。本例故障較為特殊，若仍沿用慣性思維，直接判定電腦主機(jī)負(fù)載故障，將使維修陷入困境。

作者簡(jiǎn)介：

張明磊（1974—），男，山東青島人，大學(xué)本科，二級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，現(xiàn)供職于青島市技師學(xué)院，主要研究方向：電子技術(shù)。

任潔（1982—），女，山東青島人，大學(xué)本科，講師，現(xiàn)供職于青島市技師學(xué)院，主要研究方向：電子技術(shù)。