康舒API6PC05 ATX电源广泛应用于联想扬天T6900等系列台式电脑上,其主电源芯片为UC3843B,副电源芯片为TNY268PN,主电源唤醒、过/欠压、过流等保护芯片为PS224U,电源具有空载保护功能,最大输出功率为250W,实绘电路见图1所示,图1中括号内/外电压值分别为电源脱机通电,有载/空载(挂接一硬盘)状态下,短接绿黑线,用500型万用表直流挡测得的。无参数标示的元件均为贴片电容和贴片二极管,贴片电阻阻值未经换算。

一、工作过程
1.输入整流滤波电路
      市电经差模、共模电感电容组成的EMI滤波电路后,经PFC电感进入整流电路,整流后的脉动直流电经滤波电容c4滤波后,获得约325V左右的直流电压(在市电约AC230V时),供主辅电源使用。EMI的作用,一是防止电源本身的电磁干扰脉冲,通过传导或辐射方式干扰市电上的其他电器设备,二是防止市电上的电磁脉冲干扰电源本身的工作。
2.副电源工作原理
       副电源主要向计算机主板提供+5VSB电源做待机及电源唤醒之用。该电源只要一通入市电,就有+5VSB电压输出。另外,还提供+13V电源供主电源uC3842B使用。
       副电源由开关电源芯片M5(TNY268PN)、开关变压器T2及光电耦合器M7(SFH615 )等组成。

      TNY268P系列芯片是Power Integration 公司推出的第2代增强型单片隔离式高效小功率开关电源控制芯片,最大输出功率23W。内部集成了一只700V的功率MOSFET、振荡器(132kHz、5.8V稳压器、旁路端钳位用的6.3V稳压管、高压开关电流源、限流调节器,以及欠压(4.8V)、过流及热关断(135°C)保护、自动重启动以及频率抖动(抖动量为±4kHz)等。由漏极电压直接提供系统启动和工作所需能量,无需变压器偏置绕组及相关电路,电路简单可靠,综合成本低。

      其内部功能框图、引脚功能图示分别见图2、图3所示。由图2可见,能够控制MOSFET关断的电路有以下几种:BP端欠压比较器,过流比较器,过热保护电路,前沿消隐电路,最大占空比信号Dmax,EN/UV控制端。它们之间呈“逻辑或”的关系,任何一路均可单独将MOSFET关断。引脚功能见表1所示。

       上电后,+325V 电压通过T2的①-②绕组加到TNY268PN的⑤脚(内部场效应管的漏极,提供启动和5.8V电源供芯片内部电路工作),芯片启动,T2的⑤-⑧及④-③绕组感应的电压经整流滤波后产生+5VSB、+13V两组电源。+5VSB为待机用,+13V电源一 路通过电阻R32( 10kΩ )向TNY268PN的①脚供电,由于不再使用内部漏极驱动电流向旁路引脚电容C23充电,因.此降低了芯片的空载功耗(约50mW),另一路为UC3843B供电。
       提示:实测上电时的交流启动电压为AC145V(整流后为DC 200V),启动后,当市电为AC25~270V(整流后约DC27.5~375V)时,副电源都有稳定输出,但主电源的正常工作范围为市电AC72.5-~270V,为安全未再调高市电输入电压做极限试验。
(1)稳压控制
        由TNY268PN的④脚、光耦M7(SFH615)、精密稳压器M9(TL431)等组成。当输出电压变化时,M9的K端电压也跟着变化,M7内部发光二极管发光强度及光敏三极管的内阻依次发生相应变化,进而使得TnY268PN的④脚流出电流发生变化,从而控制内部功率MOSEFT的通、断,调节输出电压,使电压稳定。INY268PN的④脚的使能电路包含一个输出为1.0V的低阻抗源极跟随电路,流经该电路的电流被限制在240pA,当流出此引脚的电流超过240pA时,使能电路的输出端会产生逻辑低电平(禁止),功率MOSEFT关断。
(2)欠压保护
         当TNY268PN的①脚BP端电压从正常值6.3V左右降至4.8V时,芯片停止工作,强迫功率MOSFET关断,起到保护作用。电压恢复后,芯片又开始工作。TNY268PN的④脚通过电阻R26、R27 (2MΩ)接到+325V后,电路又具有了市电欠压检测功能。提示:实测电源启动后,当市电降低到AC72.5V时,主电源有“吱吱”声,但主副电源均能正常工作,低于AC25V,副电源停止输出,此时即使市电电压恢复正常,副电源也无输出。
(3)过流保护
        当发生过载、短路或开环故障时,INY268PN内部过流比较器检测到功率MOSFET漏极电流达到极限值时功率MOSFET关断,之后,芯片按规定重启,一旦故障排除,芯片又恢复正常工作。
(4)过热保护
      芯片温度最高设定为135°C。当芯片工作时底板温度超过135°C,内部过热保护电路启动,强迫功率MOSEFT关断,当温度下降至709C时芯片再次启动。
(5)前沿消隐电路
      此电路使功率MOSEFT在导通的一小段时间内,禁止电流比较器操作,避免MOSEFT因输出电容和输出整流二极管反向恢复时间,引起电流尖峰而使脉冲提前结束。
3.主电源工作原理
      主电源主要产生+3.3V、+5V、+12V、-12V电源给计算机主板使用。该电源采用了UC3843B电流控制型脉宽调制集成电路,具有功能全,工作频率高,引脚少,外围元件简单等特点,其电压调整率可达0.01%V(非常接近线性稳压电源的调整率),工作频率可达500kHz,启动电流仅需1mA,启动电路非常简单。在市电供电正常时,要使uC3842B的⑥脚输出端关闭脉冲输出有四种方式:
    1)关掉Vcc;
    2)将①脚电压降至1V以下;
    3)将②脚电压升至2.5V以上;
    4)将③脚电压升至1V以上。该电源的启动与关闭是通过控制M8(UC3843B)供电脚⑦脚的电压有无、由光电耦合器M3(SFH615)来实现的。该电源的稳压控制是通过控制uC3843B.的②脚电平的高低、由光电耦合器M2( SFH615 )来实现的。
(1)电源启动与关闭
      当UC3843B的⑦脚供电电压达到启动条件(大于8.5V)后,电源启动,UC3843B的⑥脚输出PWM脉冲到功率MOS开关管Q1(K2611)的G极,Q1开始导通与截止,开关变压器T1进行磁能与电能的转换,次级各绕组电压经LC滤波后输出相应的直流电供后级电路使用。
      此供电电压由副电源提供。副电源T2的④-③绕组产生的+13V电压,通过三极管Q7(64)、Q5(64)、M3控制后加到UC3843B的⑦脚。
      主电源启动时,M3的②脚为低电平0.1V,其内部的发光二极管发光④、③脚的光敏三极管导通,④脚为低电平0.1V,此时,Q7截止,Q5导通,+13V电压通过Q5调整后形成约+9.19V电压加到uC3843B的⑦脚,主电源开始工作。
        提示: 实测Q5的b、e极电压分别约为+9.2V、9.19V(好似管子不导通,实际其b、e极间压降为0.7V,管子是导通的,估计是表测量误差所致),用示波器测Q5的b、e极电压分别为+10V、9.3V。
        主电源关闭时,M3的②脚为高电平4.2V,内部二极管不发光,④、③脚的光敏三极管不导通,+13V电压一路通过电阻R17(10k)、R79(10k)分压,使Q7饱uC3843B的⑦脚,此电压低于UC3843B启动电压+8.5V及最低工作极限电压+7.6V,因此,UC3843B 停止工作,主电源无输出。
        电阻R76( 101)、二极管D21的作用是通过饱和导通的Q7,拉低uC3843B的①脚电压,进一步确保UC3843B无PWM脉冲输出,主电源不启动。
        二极管D14、D22,电阻R78 (4.3k), 电容C63(10pF/50V)等组成软启动电路。uC3843B 通电瞬间,C63两端电压不能突变为0V,UC3843B的①脚为低电平,uC3843B无PWM脉冲输出。当C63通过+5V基准电压R78被充电到+4.9V时,D14截止,UC3843B的①脚电平不受C63控制,UC3843B开始工作。
        D22的作用是断电后通过UC3843B的⑤脚内部电路等快速泄放C63的电荷,以便为下次通电软启动电路起作用而准备。
        电容C62 (2.2uF/50V)、C61为UC3843B VCC、VREF端电源滤波电容,起抑制开关尖峰作用。
    电容C6、C65(331kF/1kV )组成反峰抑制电路,作用是吸收Q1截止时T1的①-③绕组漏感产生的反峰高压,避免反峰高压与325V叠加,击穿Q1。电阻R82(10Ω)为Q1栅源极间限流电阻,防止GR13(10k)为泄放电阻,关机后,栅极存储电荷通过R13迅速释放,避免MOS管开机瞬间损坏。电阻R73(1.33k)、电容C60为Rt、Ct定时元件,决定uC3843B工作频率,实测此机振荡频率约为71kHzo 电阻R14(0.15Ω/2W )为过流检测电阻,其采样电压经电阻R11(910Ω)、电容C59组成的RC滤波器后,送至uC3843B的③脚。当该脚电平≥1V时,内部电流检测比较器输出高电平,复位PWM锁存器,⑥脚停止输出PWM脉冲,达到限流保护目的。
       电阻R68(47k)、C55组成误差放大器补偿网络,作用是改变uC3843B的①、②脚内部放大器闭环增益和频率响应;电容C58为斜波补偿电容,作用是将uC3843B的④脚的锯齿波电压经C58与R14上的采样电压叠加到uC3843B的③脚,防止谐波振荡现象发生,使电路工作更加稳定。
(2)稳压控制
      主电源各路输出电压的稳压由+5V、+12V两支路来控制。控制了这两路电压,其他几路输出电压也基本上保证了稳定。
      +5V、+12V稳压控制电路由光电耦合器M2 (SFH615)精密基准稳压器M6(TL431)、+5V采样电阻R28( 6.2k)、+12V采样电阻R30(15.8k)及采样分压可调电位器VR1(1k)、电阻R29(2.2k)等组成。
      当因某种原因导致+5V或+12V输出电压升高时,升高的直流电压经采样电阻分压后,将使M6 R端电压升高K端电压下降,M2的①、②脚内部的发光二极管发光强度加大,③、④脚内部的光敏三极管导通程度加深,内阻变小,UC3843B的①脚电压下降,从而使UC3843B减小⑥脚输出脉冲的占空比,降低次级绕组输出电压,使输出的直流电压稳定在+5V和+12V,达到稳压目的。反之亦然。
     -12V采用了三端稳压块L7912C-V进行稳压,+3.3V采用了由大功率场效应管Q2( P40NFO3L)精密基准稳压器M4(TL431)等组成的稳压电路。通电初期,由+5VSB通过二极管D18、R22(510Ω)进行预控制,当12V电源有输出时,12V通过二极管D17、 电阻R70(100Ω)、R22等加到Q2的栅极G,Q2导通并通过电阻R51 (10Ω)、R19 (2.37k、)、M4稳压调整自锁导通,输+3.3V电源。
(3)输出整流滤波电路
      +3.3V、+5V、+12V输出整流滤波电路由T1次级各绕组、各整流二极管D8(STPS30L45CT).D7(STPS2045CT).D6 (STPS20H100CT) 及组合扼流圈L4、各滤波电容C15(1000uF/10V)、C13 (1000uF/6.3V)、C11( 1200uF/16V )等组成。+3.3V由T1的⑦-④绕组提供;+5V由T1的⑦-⑤绕组提供,并采用了两级IC滤波电路;+12V由T1的⑦-⑤绕组与⑧-⑥绕组串联提供; -12V由组合线圈L4的③-①绕组提供,并通过三端稳压块M1(L7912C-V )稳压后提供。
      当T1次级绕组有感应电压时,此电压经各自整流二极管(L4左端处于水平位置的二极管),L4向各自电容充电,输出电压建立,当感应电压消失后,整流二极管截止,此时由于L4中的电流不能突变电压在L4中产生反激电压,极性为左负右正,此反激电压使续流二极管(L4左端处于垂直位置的二极管)导通,L4经负载、整流二极管放电,保持了在Q1关断期间负载电流的连续,提高了输出电压的稳定性。
4.PS224U芯片功能
       该电源管理芯片为4通道二级监控IC,采用16脚DIP封装,具有3.3V、5V、双12V过流、过/次压检测保护和锁定故障保护 、内置300ms电源良好输出延时、75ms欠压/过流延迟保护、38ms PSON/控制、宽电源范围(3.8V~16V)等功能。


       其内部功能框图、引脚功能见图4、图5所示。引脚功能见表2。


      采用该芯片可减少电路元件,提高保护电路可靠性。当副电源工作正常后,输出的+5VS电源通过D18给M10的13脚供电,供电电压限定在4.3V左右,一旦副电源工作不正常,+5VS输出下降,当M10的13脚供电同步下降低于3.8V时,主电源也会不工作。主电源工作后,M10的13脚供电改由+12V经二极管D17、电阻R70(101)支路提供,约10V、D18、D17起隔离作用,避免相互影响。

5.主电源唤醒控制
       主电源喚醒由计算机主板送来的PS ON信号进行控制,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。
       当按下计算机机箱面板上的POWER键或实现网络喚醒远程开机时,主板上的PS-ON信号为低电平接地,这一信号经ATX 20脚插座中的14脚(绿线)电阻R36 (100Ω)到达M10的4脚PSON/端,M10的③脚FPO/端电平变低,M3的①、②脚内部发光二极管发光,④③脚内部光敏三极管导通,Q7截止,Q5导通,+13V电压通过Q5调整后形成+9.19V电压加到UC3843B的⑦脚,电源开始工作,其⑥脚输出PWM脉冲,主电源开始工作。
      当关闭计算机时,计算机主板PS-ON信号为高电平,M10的④脚电平变高,M10的③脚(FPO/端)内部场效应管不导通,M3的①、②脚内部发光二极管截止不发光,④、③脚内部光敏三极管不导通,UC3843B的⑦脚供电不受M3控制。+13V 电压经Q7、Q5调整后形成+3.8V电压加到UC3843B的⑦脚,此电压低于uC3843B启动电压+8.5V及最低工作极限电压+7.6V,因此,UC3843B停止工作,主电源无输出。
6. P.G信号形成电路
      p.G信号为计算机开机自检启动信号,由M10的①、16脚及外围元件等组成。在通电后,T1的⑦-⑤绕组产生的电压经电阻R42(91Ω)、二极管D16等整流滤波后送入M10的①脚PGI端,如果此时各路电压正常,在经过大约300ms的延时后,从M10的16脚输出5V PGO信号,计算机主板CPU收到“电源正常"信号后,产生复位并执行BIOS自检,计算机正常启动。若各路电压异常则FPO/为高电平,PGO为低电平,主电源、计算机均停止工作。
7.保护电路
      (1)过、欠压保护
       +3.3V过、欠电压保护电路的检测输入点为M10的13脚(vS33端),其OVP点为3.8V~4.OV,典型值为3.9V,UVP点为2.8V~3.0V典型值为2.9V。+5V过、欠电压保护电路的检测输入点为M10的14脚(Vss端),其OVP点为5.6V-6.0V,典型值为5.8V,UVP点为4.2V~4.6V典型值为44V.+12V过欠电压保护电路有两个检测输入点,分别为MIO的⑧脚(VS12B端)、12脚(vs12A端),其oVP点为135V-142V,典型值为14V,UVP点为10.3V~11V ,典型值为10.8V。
     (2)过流保护
      +5V、+12V过流保护是通过外部检测元件实现的,其中:+5V过流检测电路通过R棒扼流圈L6等并接入M10的10脚(IS5端)、14脚(VS5端),+12V过流检测电路通过过流检测电阻R88等并接入M10的⑧脚(IS12A端)、12脚(VS12A端)。R88估计为锰铜丝毫欧级电阻,同样L6也为低阻值,无法用500型表精确测出,电容c47、C48为OCP保护点精确控制补偿电容,以提高抗干扰能力。
       根据电阻R45(59A/402Ω)、R44 (91A/866Ω)及M10的⑥脚RI端基准电流设置电阻R34(623),算得+5V、+12VA过流阈值分别为:0.065V、0.14V,因+5V、+12V过流偏移量为-5mV~3mV、-5mV~1mV, 因此其阈值变化范围分别为0.06-0.068V、0.135-0.141V。M10的①脚( IS33端)通过电阻R52( 102 )接13脚(VS33端),M10的⑦脚(IS12B端)通过电阻R38 (96A) 接⑧脚(vs12B端),两路均无过流检测取样电阻,因此,M10不具有+3.3V.+12VB过流保护功能。
        当上述各路出现过、 欠压/过流超过各自阈值时,M10内部保护电路起控,③脚FPO/端内部场效应管截止,M3的②脚悬空,UC3843B的⑥脚无PWM输出脉冲,主电源停止工作。
       二极管D13( IN4005)负极接+5V ,其作用除了将+3.3V最高电压钳位约+4.4V外,还有就是当+5V电压下降很多甚至短路时,如果+5V保护电路失效,同样会引起+3.3V电压下降,最终实现+3.3V欠压保护。R10(200Ω/1W )并接在+5V、+12V之间,除了预调输出电压外,也有类似作用。12V输出端对地无假负载,空载通电时主电源不工作。
     (3) Pext保护
      M10的⑨脚(Pext端)通过电阻R33(15k)、R40(39k)接+5V、-12V。当这两路输出电压异常,M10的⑨脚电压超出1.25V时,M10的③脚FPO/端内部场效应管截止,M3的②脚悬空,主电源停止工作。此脚接地时,Pext端保护功能解除。提示:实测当此脚电压约为-0.775~1.25V时,主电源可正常工作,超出此范围或该脚悬空,主电源无输出。
8.风扇转速控制电路
      由三极管Q10 (A1013)、 双电压比较器M11(LM393)、电阻R21(1.2Ω)、负温度系数热敏电阻RT(TTC103 )等组成。RT被固定在T1次级各整流管公用散热片上,常温下其阻值约为10kΩ,散热片温度越高,其阻值越低。初始状态,LM393的A比较器输出低电平,B比较器为开漏输出,Q10导通程度只受A控制;高温状态,A、B比较器输出正好相反,Q10导通程度改由B控制。
       LM393 A比较器与外围元件组成了常温下的风扇转速控制电路,转速较慢,由LM393的①脚外接电阻R59( 64.9k)、R6O( 10k)分压确定。此脚电压越高,风扇转速越快。
      B比较器与外围元件组成了高温下的风扇转速控制电路,此状态下风扇转速随温度升高而加快。温度升高时,RT阻值降低,当低于设定温度时,LM393的⑦脚电平降低,三极管Q10(A1013)导通程度加深,风扇供电电压升高,风扇转速加快。反之亦然。
二、故障检修
     故障现象:此联想扬天T6900计算机在启动或工作中,不定时地重启,用户换试过内存条无效果。分析检修:怀疑电源有问题,取下电源盒,空载通电测ATX 20脚插座中的⑨脚(紫线)、14脚(绿线)对黑线电压分别为+5V、+4.4V,此时短接绿、黑线,风扇不转,主电源各路无输出电压。怀疑副电源带负载能力差或主电源有问题,开盖观察主副电源元件一切正常。 会不会是电源空载保护?马上挂接入一硬盘通电,再短接绿、黑线,风扇转动,此时测主电源各路均有正常输出。将此电源装在另一台计算机上试运行,一切正常,这说明电源根本没问题。只知道早期PC/XT计算机电源有空载保护,此ATX电源也有空载保护还是首次碰到。后经进一步确诊计算机重启原因在于主板不稳定。TNY268PN、PS224U芯片非在路电阻值见表3、表4。