ATX电源的工作原理_

ATX电源的工作原理
一、电源发展回顾近年来主板由原来的815升级到了955、显卡由GeForce2升级到了Geforce7800、CPU频率更是由原来的MHz飙升到了现在的GHz，在CPU以及板卡迅速升级的光环下做为PC供电源泉的电源却一直很平淡。其实在您享受新潮配件带来的急速体验时，您有没有想到过供给它们电力的电源。
一款电源的好与坏虽然不能直接影响到PC整机的性能，但其对稳定性的影响却是无配件能敌得，如果输出严重超标更会发生烧毁硬件的现象。如同显卡、声卡一样电源也有着自己工作职权，由市电220V交流电转变成为+3、3V、+5V以及+12V直流电输出便是一款电源最基本的工作要求。
除了有变压的功能外，电源还要背负防止雷击、尖峰脉冲等通过电网来干扰电脑正常的电压波动冲击。当然，辅助机箱内部散热业是如今电源的一项重要工作。
与衡量板卡性能好坏一样，电源也有一套属于自己的评测指标。不过相比板卡的数值评分，电源则更加要依靠波形输出来进行性能衡量。当然除了常规的波形输出外，测试电源的标准还包括输出功率、EMI防磁、转换效率、噪音等等。其实在板卡急速发展同时，电源也在悄悄地发生变化。为了满足新款硬件的不同供电需要，电源已经由最早的ATX1、0发展到了如今的ATX 12V 2、2。下面，就让我们简单来回顾一下近年来PC电源的发展。
ATX标准是Intel在1997年推出的一个规范，输出功率一般在125W～350W之间。ATX电源通常采用20Pin（20针）的双排长方形插座给主板供电。随着Intel推出Pentium4处理器，电源规范也由ATX修改为ATX12V，和ATX电源相比，ATX12V电源主要增加了一个4Pin的12V电源输出端，以便更好地满足P4的供电要求（2GHz主频的P4功耗达到52、4W）。
要解释ATX 12V 1、3规范先要从ATX说起，ATX规范是1995年Intel公司制定的主板及电源结构标准，是英文（AT Extend）的缩写。ATX电源规范经历了ATX 1、1、ATX 2、0、ATX 2、01、ATX 2、02、ATX 2、03和ATX 12V等阶段。以前市面上的电源多遵循ATX 2、03或更新的ATX 12V标准。ATX 2、03标准采用+5V和+3、3V电压，分别为功耗较大的处理器及显卡直接提供所需的电压。而单独的+12V输出则主要应用在硬盘和光驱设备上，因为当时处理器和显卡的功耗都相对较低，所以各部件相安无事。
但P4处理器的推出改变了这一切。由于它的功耗较高，使用符合ATX 2、03规范的产品时，+5V的电压根本不能提供足够的电流。基于此，Intel对ATX标准进行了修订，推出了ATX 12V 1、0规范。它与ATX 2、03的主要差别是改用+12V电压为CPU供电，而不再使用之前的+5V电压。这样加强了+12V输出电压，将获得比+5V电压大许多的高负载性，以此解决P4处理器的高功耗问题。其中最显眼的变化是首次为CPU增加了单独的4Pin电源接口，利用+12V的输出电压单独向P4处理器供电。此外，ATX 12V 1、0规范还对涌浪电流峰值、滤波电容的容量、保护电路等做出了相应规定，确保了电源的稳定性。
在此之后，Intel为提升处理器主频，开始将P4转向Prescott核心，这样主频在大幅度提升后，所需功耗又再次加大。于是Intel在2003年4月，发布了新的ATX 12V 1、3规范。新规范除再次加强电源的+12V输出能力外，为保证输出线路的安全，避免损耗，特意制定了单路+12V输出不得大于240VA的限制。而考虑到环保节能的需要，ATX 12V 1、3规范中还规定了电源的满载转换效率必须达到68%以上，这就要求电源厂商必须通过加装PFC电路来实现。同时新规范还为当时崭露头角的SATA硬盘提供了专门的供电接口。由于ISA插槽已被淘汰，所以ATX 12V 1、3规范取消了为它供电的-5V电压。现在市场中，大家随处可见符合ATX 12V 1、3规范的电源产品，它因生产工艺简单、材料廉价，所以售价也相对便宜。
去年注定是硬件设备加速更新的一年，其中的亮点当属PCI-E标准的推出。随着i915系列主板的上市，ATi和NVIDIA便迫不及待地推出了各自的高性能PCI-E显卡，借此抢占高端市场。而想要领略这些新技术及令人叹服的性能时，电源问题又再次摆上桌面。不过好在这次Intel在其制订了ATX 12V 1、3规范不久，便预计将来PCI-E标准实行时，将会再次引发高性能显卡的“电荒”。也正因为此，在支持PCI-E接口标准的主板还未上市前，便制定了新一代的电源标准——ATX 12V 2、0。
由于高端的PCI-E接口显卡在功耗上已提高至100W的水平，加之主推的高频率Prescott核心P4处理器100W以上的功耗，ATX 12V 1、3标准中所规定的单路+12V输出不得大于240VA，显然已不能满足两个功耗大户的需求，因此新规范主要是针对增强+12V输出电流而提出的。这一次，Intel选择增加第二路+12V输出的方式，来解决大功耗设备的电源供应问题。在ATX 12V 2、0规范中，电源将采用双路+12V输出，其中一路+12V仍然为CPU提供专门的供电输出。而另一路+12V输出则为主板和PCI-E显卡供电，以满足高性能PCI-E显卡的需求。由于采用了双路+12V输出，连接主板的主电源接口也从原来的20Pin增加到24Pin，分别由12×2的主电源和2×2的CPU专用电源接口组成。虽然接口连接在了一起，但两路+12V电源在布线上是完全分开、独立输出的。
除此之外，ATX 12V 2、0规范还将电源满载转换效率的标准提升至80%以上，进一步达到环保节能的要求，并再次加强了+12V的电流输出能力，规定电源中对＋12V的总输出至少要达到22A。对+12V的涌浪电流峰值、滤波电容的容量、保护等也作出了新规定。而针对不同系统平台的应用，在ATX 12V 2、0规范中Intel还推荐了250W、300W、350W及400W共四种电源规格，来搭配不同配置的PC。在制订了ATX 12V 2、0规范后，Intel又在其基础上进行了ATX 12V 2、01、ATX 12V 2、03等多个版本的小修改，主要提高了+5VSB的电流输出要求。
1、3与2、0版电源最明显的区别：
1、是电源主输出接口由20改为24pin，满足PCI Express X16和DDR2内存的需要，典型负载转换效率提高到80%；
2、是+12V增加了一路单独的输出，即采用了双路输出，其中一路+12V（称为+12V1）专门为CPU供电，而另一路+12V2则为其它设备供电。
二、电脑电源选购技巧
在装机时，我们往往只注重显卡、CPU、主板、显示器、声卡等产品，但常常忽视了电源的重要作用。大家都知道，一颗强劲的CPU会带着我们在复杂的数码世界里飞速狂奔，一块最酷的显示卡会带我们在绚丽的3D世界里领略那五光十色的震撼，一块最棒的声卡更能带领我们进入那美妙的音乐殿堂。在享受这一切的同时，你是否想到还有一位幕后英雄在为我们默默地工作呢？这就是我将向大家介绍的电源了。熟悉电脑的用户可能都知道，电源的好与坏直接关系到系统的稳定与硬件的使用寿命。尤其是在硬件升级换代的今天，虽然工艺上的改进可以降低CPU的功率，但同时高速硬盘、高档显卡、高档声卡层出不穷，使相当一部分电源不堪重负。而且，面对日渐激烈的市场竞争，部分厂商并不通过加强管理、改进技术等手段来巩固自身的地位，而是不顾广大消费者的利益，不惜偷工减料，如节省滤波电路装置、测温装置等，或用廉价的元件来降低成本。因此在配机时，不考虑电源的作用，是无法让电脑更加安全可靠地为我们工作的。
选购要点
鉴于目前普通流行配置，200W电源已捉襟见肘，为了系统能更安全地运行，留有余量非常重要，对于安装双硬盘、CD-ROM、DVD-ROM、CD-RW的用户选购230W以上的电源比较合适，对于打算使用12V 3A半导体制冷片（市场上常见的一种电子产品）的发烧友来说，选购250W以上产品非常有必要。
在现实生活中，我们经常遇到劣质的电源，常常使我们头痛不已，主要表现在以下几种情况：
1、 质量不好的电源，易导致高速硬盘出现坏道或损坏。
2、 如果超频时，电源的功率不够，会令电脑经常死机。笔者曾经用过一款质量比较差的电源，在超频时，赛扬333超到375MHz，运行时经常死机，后来，换了一个质量较好的电源，可以把CPU超到415 MHz。由此可见，电源对超频能力也有很大的影响。
3、 如果你使用一块高档的声卡、MODEM等设备时，它不停地发出噪声，那就应该注意一下电源了。
4、 在别人的电脑上用的CD-ROM读盘能力比较出众，但换上自己的电脑后，读盘能力不如以前时，多半是由于电源输出的功率不足。
既然电源的作用这么大，我们买电源时，必须购买一款好的电源。那么，如何选择一款好的电源呢？判断电源的优劣我们可以从多方面来辨别。主要的方法是：查看电源内部是否大量使用了优质元器件。然后，衡量电源质量的另一个重要标准则是看它的某些指标是否符合标准。一个优质的电源的技术指标主要有四种：输入电压幅度、输出功率大小、输出电压稳定性和输出电压波纹。如果有条件的话，不妨打开电源的外壳来看一看电源里面的选件质量如何，做工是否精细。
三、ATX电源的工作原理
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（Pules Width Modulation）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IC TL494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
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 Power OK电源正常工作 ＋5VSB 提供 +5V Stand by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 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 地线 -5V 提供-5V 电源 5V 提供 +5V 电源 5V 提供 +5V 电源
表2 ATX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IC TL431
精密电压基准IC TL431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CPU PCI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13 15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8 11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8 11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。
5、多国认证标记
优质的电源具有FCC、美国UR和中国长城等认证标志，这些认证是认证机构根据行业内技术规范对电源制定的专业标准，包括生产流程、电磁干扰、安全保护等，凡是符合一定的指标的产品在申报认证后才能在包装和产品表面使用认证标记，应该说具有一定的权威性。
6、电源寿命
一般电源寿命约为3~5年，平均工作时间在80000~100000小时之间