TL494核心的ATX電源原理及維修

張明磊 任潔

【摘要】以TL494為核心的ATX電源市場占有量較大，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，但原理大同小異。本文以比較有代表性的長城ATX-300P4-PFC電源為例，詳細分析其工作原理。原理之后，配以相關維修實例，希望能對廣大同行起到借鑒的作用。

【關鍵詞】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制電路，它包含了開關電源控制所需的全部功能，廣泛應用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關電源。TL494有SO-16和PDIP-16兩種封裝形式，以適應不同場合的要求。其主要特性如下：

1）集成了全部的脈寬調制電路；

2）片內置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個（一個電阻和一個電容）；

3）內置誤差放大器；

4）內置5V參考基準電壓源；

5）可調整死區(qū)時間；

6）內置功率晶體管可提供500mA的驅動能力；

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是：

1）失調電壓小，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）對比較信號源的內阻限制較寬；

4）共模范圍很大；

5）差動輸入電壓范圍較大，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工作原理。

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

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

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

Q3飽和后，反饋電壓經R11、R13、Q3基—射極給C29反向充電，由于R14（660K）阻值較大，經R14提供的Q3基極電流太小，不足以維持Q3的飽和導通，Q3的飽和導通狀態(tài)靠C29的反向充電來維持，C29的反向充電時間常數決定了Q3的導通時間長短，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，經過一段時間，進入放大區(qū)，Ib恢復對Ic的控制，這時由于Ib減小，Ic下降，由愣次定律可知：①～②繞組感應出上正下負的電動勢，經變壓器耦合，③～④繞組上也產生上負下正的感應電動勢。該反饋電壓經R11，C29提供反向偏置電壓，使Ib更加減小導致Ic也減小，這一反饋過程，使Q3很快進入截止狀態(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上的電壓按指數規(guī)律上升。Q3基極電位按指數規(guī)律上升。經一定時間后，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?，Q3按上述方式周而復始的工作，產生自激振蕩。

當待機時，TL494⑶腳為零電平，經R46使LM339⑼輸入低電位，LM339⒀輸出零電平，主機待機。受控啟動后，TL494⑶腳電位上升，LM339⑼腳電位也上升，當⑼腳電位大于其固定分壓比后，LM339⒀輸出高電平（5V），主機檢測到PG的高電平后，啟動系統(tǒng)。關機時，PG輸出信號比ATX電源+5V輸出電壓提前幾百毫秒消失，通知主機觸發(fā)系統(tǒng)在電源斷電前自動關閉，防止因硬盤磁頭來不及歸位而劃傷硬盤——PG信號的特點為：“晚來早走”。

主電源：待機時，主板向PS（綠色線）端輸出高電平（3.6V），經R25、R49到達LM339⑹，其⑵腳輸出高電平經D262給TL494⑷腳，使之關閉⑻、⑾兩腳的脈寬調制信號，導致B3推動變壓器、B1主電源開關變壓器停振。除+5VSB（紫色線）外，其它各路電壓均無輸出。

表1 排線功能

1 橙+3.3V 11 +3.3V橙

2 橙+3.3V 12 -12V藍

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

當開機時，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制信號（PWM），控制推動三極管Q5、Q6 C極相連接的B3初級繞組振蕩。Q5、Q6所需電源由輔助電源變壓器B2的次級經D21，D23，R61，R67供給。B3振蕩后，其次級繞組感應的電壓分別控制主電源開關管Q1、Q2進行推挽振蕩，主電源變壓器B1次級即輸出各種電壓。

三、維修實例

實例1：長城ATX-300P4-PFC電源風扇不轉，電腦主機不工作。

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)出的低電平開機信號，ATX電源接收到此開機信號后開始工作，輸出+3.3V、+5V、+12V，散熱風扇啟動。所以，即便是正常的ATX電源，如果不采取措施，單獨脫機通電的話，主電源電路不會工作，風扇不轉。在維修時，我們可以利用一導線短接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信號，以此來大致判斷故障是在ATX電源，還是在電腦主機負載。若短接綠、黑兩線后，散熱風扇啟動，有+3.3V、+5V、+12V輸出，故障一般為電腦主機負載；若短接綠、黑兩線后，散熱風扇不轉，+3.3V、+5V、+12V無輸出，則一般為ATX故障。本例經短接導線后，風扇仍不轉，也無+3.3V、+5V、+12V輸出。打開ATX電源外殼發(fā)現，保險管熔斷，且管殼玻璃壁發(fā)黑，說明發(fā)生了嚴重短路。查開關管Q1、Q2，已經短路損壞。Q1、Q2采用TO-220全塑封裝，型號為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，涂上導熱硅脂，MJE13009的固定螺栓孔用絕緣套管隔開，最后更換新保險管。通電試機，整機恢復正常。

實例2：長城ATX-300P4-PFC電源，故障現象同上例。

拆下ATX電源，用導線短接20Pin排線中的綠、黑兩線，發(fā)現風扇轉速很慢，+3.3V、+5V、+12V不同程度偏低。正當準備進一步測量時，電源風扇突然停轉，保險管熔斷且管壁發(fā)黑。筆者確信在檢修時并沒有誤操作相關電路。檢查開關管Q1、Q2，已短路損壞。查遍開關管尖峰吸收電路、穩(wěn)壓回路、開關變壓器二次側相關元件，均無異常。正在百思不得其解時，偶然發(fā)現+300V濾波電容C8頂部已鼓包。拆下測量已基本無容量。此電容工作溫度上限為85℃，考慮到該ATX電源已工作數年，為安全起見，將C8、C9都更換為工作溫度上限為105℃的產品。最后更換保險管后，整機恢復正常。

本例中，故障原因為電容老化失效，使+300V脈動變大，而其脈動的峰值使開關管Q1、Q2振蕩時，產生的反峰壓已徘徊在開關管的耐壓極限值附近，所以在檢修通電一會兒便擊穿損壞。在實踐中發(fā)現許多廠家為降低成本，經常在ATX電源中使用溫度上限為85℃的電容作為+300V濾波電容。該電容長期在高溫環(huán)境下工作易過早損壞。如果在檢修中發(fā)現其鼓包，可先行更換，往往能達到事半功倍的效果。

實例3：一臺雜牌ATX電源，也是采用TL494+LM339的結構形式。故障現象為接電腦主機負載后不能工作，風扇不轉。接修后，脫開主機負載，短接電源20pin排線中的綠、黑兩線，此時風扇啟動，各電壓輸出正常。懷疑電腦主機負載故障，為保險起見，用一正常的ATX電源代換后通電試機，電腦主機能正常工作。說明該電源帶負載能力差。拆開電源外殼，發(fā)現+300V濾波電容有一只已鼓包，測其容量已大幅下降。更換新品后，故障排除。

本例故障是因+300V濾波電容容量下降，但下降幅度比實例2的要小一些。此時空載看不出問題，但接主機負載后，因電容儲能濾波能力下降，而造成帶不動負載，以致主機不工作。本例故障較為特殊，若仍沿用慣性思維，直接判定電腦主機負載故障，將使維修陷入困境。

作者簡介：

張明磊（1974—），男，山東青島人，大學本科，二級實習指導教師，現供職于青島市技師學院，主要研究方向：電子技術。

任潔（1982—），女，山東青島人，大學本科，講師，現供職于青島市技師學院，主要研究方向：電子技術。