基于磁放大器的ATX電源的設計

1 ATX電源簡介
早期PC中的開關電源是AT電源的一統天下。AT電源的輸出功率一般為150～250W，共有四路輸出(+5V、-5V、+12V、-12V)，另外還向主板提供一個電源正常(PG，Power Good)信號。AT電源的缺點是采用切斷交流電源的方式關機，不能實現軟件關機。目前隨著ATX電源的普及，AT電源已淡出市場。
Intel在1997年推出了流行的ATX2．01電源標準。和AT電源相比，ATX電源主要是增加了3．3V輸出電壓和一個PS-ON信號。其中，3．3V電源給使用低電壓的CPU供電，大大降低了主板電路的功耗。5V電源亦稱輔助電源，只要插上220V交流電就有5V電壓輸出。PS-ON信號是主板向電源提供的電平信號，用來控制電源其他各路電壓的輸出。利用5V電源和PS-ON信號，即可實現軟件開機／關機、網絡遠程喚醒等功能。當主板向電源發送的PS-ON信號為低電平時將電源啟動，PS-ON為高電平時關閉電源。ATX電源的主要技術指標是輸出功率、安全標準(例如我國的C CEE認證)、電磁干擾(EMI)特性、 “電源發生故障”(PF，即Power Fail)及“電源正常”信號的延遲時間等。
PC開關電源的功率必須能滿足整機需要并留有一定余量。目前，PC正朝著“綠色”節能環保型的方向發展，其電源功率并非越大越好。Intel新推出的Micro-ATX標準所規定的PC電源功率只有145W，甚至可降低到90W。ATX電源現已成為PC電源的主流產品。

2 磁放大器穩壓電路的基本原理
反激式開關電源中磁放大器穩壓電路的基本原理如圖1所示。輸出電壓UO經過取樣電阻R1和R2獲得取樣電壓UQ，接誤差放大器的反相輸入端，誤差放大器的同相輸入端接基準電壓UREF，VDZ為穩壓管，R3為偏流電阻。誤差放大器將UQ與UREF進行比較后產生誤差電壓Ur，再經過二極管VD3接可控磁飽和電感器L1的右端。VD1為輸出整流管，VD2為續流二極管。C為輸出濾波電容器。L2為磁珠，用來抑制開關噪聲。U1、U2、U3，分別代表L1左端、L1右端、VD1右端的電壓。高頻變壓器一次側的上端接直流輸入高壓U1，下端接功率開關管MOSFET的漏極。輸出電壓經過反饋電路獲得的反饋信號，用來調節PWM調制器的脈沖占空比，通過改變MOSFET的通、斷狀態，即可實現穩壓目的。

當MOSFET導通時，能量儲存在高頻變壓器中，此時VD1截止。當MOSFET關斷時，儲存在高頻變壓器中的能量傳輸到二次側。此時VD1導通，磁復位電流IG從右向左流過L1，將L1磁復位。由于二次繞組電流I2方向與IG相反，因此I2必須先將IG抵消后才能流過L2。這表明二次側電流是從負值變為正值，然后迅速增大，使L2進入磁飽和狀態并呈現低阻抗。顯然，磁復位時間就是VD1開始導通的延遲時間t1。
磁放大器的時序波形如圖2(a)、(b)所示。二者所對應的磁復位時間分別為t1、t2。

由圖可見，改變t1，即可調節U2的占空比：D=t1／T，T為開關周期。具體講，當磁復位時間從t1減至t2時，D ↑→UO↑。反之，當磁復位時間從t2增加到t1時，D↓→UO↓。因磁放大器具有“二次穩壓”(一次穩壓是由PWM調制器完成)的作用，故能對UO進行精確調節，獲得高穩定度的輸出電壓。