个人计算机开关电源电路解析

按：这是在职时，研究开关电源教学时的另一篇解析。第一篇对机器人电源的解析引起了不少朋友的兴趣，再把这篇发出来供同行参考。

研究个人PC电源，必须从开关电源芯片开始。这里是一个PTP-2038电源的实际应用的例子，其分析思路对电源的维修具有普遍意义。

第一部分：TL494芯片

这是一个应用极为广泛的控制器件，在个人PC电源中，很多使用的都是这个芯片。它是由TI公司生产的。

一．芯片管脚定义

TL494是16脚芯片。

图1：TL494管脚排列

1脚/同相输入：误差放大器1同相输入端。

2脚/反相输入：误差放大器1反相输入端。

3脚/补偿/PWM比较输入：接RC网络，以提高稳定性。

4脚/死区时间控制：输入0-4VDC电压，控制占空比在0-45%之间变化。同时该因脚也可以作为软启动端，使脉宽在启动时逐步上升到预定值。

5脚/CT：振荡器外接定时电阻。

6脚/RT：振荡器外接定时电容。振荡频率：f=1/RTCT。

7脚/GND：电源地。

8脚/C1：输出1集电极。

9脚/E1：输出1发射极。

10脚/E2：输出2发射极。

11脚/C2：输出2集电极。

12脚/Vcc：芯片电源正。7-40VDC。

13脚/输出控制：输出方式控制，该脚接地时，两个输出同步，用于驱动单端电路。接高电(píng)时，两个输出管交替导通，可以用于驱动桥式、推挽式电路的两个开关管。

14脚/VREF：5VDC电压基准输出。

15脚/反相输入：误差放大器2反相输入端。

16脚/同相输入：误差放大器2同相输入端。

二．基本特性

1．具有两个完整的脉宽调制控制电路，是PWM芯片。

2．两个误差放大器。一个用于反馈控制，一个可以定义为过流保护等保护控制。

3．带5VDC基准电源。

4．死区时间可以调节。

5．输出级电流500mA。

6．输出控制可以用于推挽、半桥或单端控制。

7．具备欠压封锁功能。

三．结构原理

图2给出了TL494的内部原理框图。

图2：TL494内部原理框图

芯片内部电路包括振荡器、两个误差比较器、5VDC基准电源、死区时间比较器、欠压封锁电路、PWM比较器、输出电路等。

1．振荡器：

提供开关电源必须的振荡控制信号，频率由外部RT、CT决定。这两个元件接在对应端与地之间。取值范围：RT：5-100k，CT：0.001-0.1uF。

振荡频率：f=1/RTCT。

形成的信号为锯齿波。最大频率可以达到500kHz。

2．死区时间比较器：

这一部分用于通过0-4VDC电压来调整占空比。当4脚预加电压抬高时，与振荡锯齿波比较的结果，将使得D触发器CK端保持高电(píng)的时间加宽。该电(píng)同时经过反相，使输出晶体管基极为低，锁死输出。4脚电位越高，死区时间越宽，占空比越小。

由于预加了0.12VDC，所以，限制了死区时间最小不能小于4%，即单管工作时最大占空比96%，推挽输出时最大占空比为48%。

图3：死区时间比较器单独起作用时的波形

图3给出了死区时间比较器单独作用时的工作相关波形。

3．PWM比较器及其调节过程：

由两个误差放大器输出及3脚（PWM比较输入）控制。

当3端电压加到3.5VDC时，基本可以使占空比达到0，作用和4脚类似。但此脚真正的作用是外接RC网络，用做误差放大器的相位补偿。

常规情况下，在误差放大器输出抬高时，增加死区时间，缩小占空比；反之，占空比增加。作用过程和4脚的死区控制相同，从而实现反馈的PWM调节。0.7VDC的电压垫高了锯齿波，使得PWM调节后的死区时间相对变窄。

如果把3脚比做4脚，则PWM比较器的作用波形和图3类似。然而，该比较器的占空比调节，要在死区时间比较器的限制范围内起作用。

单管工作方式时，VCK直接控制输出，输出开关频率与振荡器相同。当13脚电位为高时，封锁被取消，触发器的Q、Q非端分别控制两个输出管轮流导通，频率是单管方式的一半。

4．5VDC基准电源：

这个5VDC基准电源用于提供芯片需要的偏置电流。如13脚接高电(píng)时，及误差放大器等可以使用它。基准电源精度5%，电流能力10mA，温度范围0-70度。

5．误差放大器：

两个误差放大器用于电源电压反馈和过流保护。

这两个放大器以或的关系，同时接到PWM比较器同相输入端。反馈信号比较后的输出，送PWM比较器，以和锯齿波比较，进行PWM调节。

由于放大器是开环的，增益达到95dB。加之输出点3被引出，使用时，设计者可以根据需要灵活使用。

6．UC封锁电路：

用于欠压封锁，当Vcc低于4.9VDC，或者内部电源低于3.5VDC时，CK端被钳位为高电(píng)，从而使输出封锁，达到保护作用。

7．输出电路：

输出电路有两个输出晶体管，单管电流500mA。其工作状态由13脚（输出控制）来决定。

当13脚接低电(píng)时，通过与门封锁了D触发器翻转信号输出，此时两个晶体管状态由PWM比较器及死区时间比较器直接控制，二者完全同步，用于控制单管开关电源。当然，此时两个输出也允许并联使用，以获得较大的驱动电流。

当13脚接高电(píng)时，D触发器起作用，两个晶体管轮流导通，用于驱动推挽或桥式变换器。

第二部分：个人计算机电源电路

与一般开关电源相同，个人计算机电源也分为输入电路、变换器、输出电路及控制电路四个主体部分。

传统的计算机电源电路使用两个GTR作为功率开关器件，构成半桥电路拓补。控制电路与变换器，变换器与输出电路都采用了变压器隔离。

图4是一个典型的计算机电源的原理图。

一．输入电路

图5：个人计算机电源的输入电路

输入电路从220VAC电源接入，经过C1、R1、T1、C4、T6、C2、C3等过滤环节，以抑制高频谐波干扰及浪涌。T1、T6还有降压作用。

4管全波桥进行整流，输出直流电压。经过T(píng)波，送变换器电路。

C5、C6的中间引出线用于变换器半桥开关电路的公用主通路，C5、C6、R2、R3同时提供半桥开关交替工作时必须的电流通道。这一部分实际属于后面的变换器电路。

NTCR1为负温度系数热敏电阻，用于温度补偿。压敏电阻Z1、过流电阻Z2分别用于过压、过流保护。

上部开关230/115V用于230V和115V进口电源转换。

二．变换器电路