基于磁放大器的ATX電源的設(shè)計(jì)

1 ATX電源簡(jiǎn)介
早期PC中的開(kāi)關(guān)電源是AT電源的一統(tǒng)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(gè)電源正常(PG，Power Good)信號(hào)。AT電源的缺點(diǎn)是采用切斷交流電源的方式關(guān)機(jī)，不能實(shí)現(xiàn)軟件關(guān)機(jī)。目前隨著ATX電源的普及，AT電源已淡出市場(chǎng)。
Intel在1997年推出了流行的ATX2．01電源標(biāo)準(zhǔn)。和AT電源相比，ATX電源主要是增加了3．3V輸出電壓和一個(gè)PS-ON信號(hào)。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(hào)是主板向電源提供的電平信號(hào)，用來(lái)控制電源其他各路電壓的輸出。利用5V電源和PS-ON信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)軟件開(kāi)機(jī)／關(guān)機(jī)、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程喚醒等功能。當(dāng)主板向電源發(fā)送的PS-ON信號(hào)為低電平時(shí)將電源啟動(dòng)，PS-ON為高電平時(shí)關(guān)閉電源。ATX電源的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率、安全標(biāo)準(zhǔn)(例如我國(guó)的C CEE認(rèn)證)、電磁干擾(EMI)特性、 “電源發(fā)生故障”(PF，即Power Fail)及“電源正常”信號(hào)的延遲時(shí)間等。
PC開(kāi)關(guān)電源的功率必須能滿足整機(jī)需要并留有一定余量。目前，PC正朝著“綠色”節(jié)能環(huán)保型的方向發(fā)展，其電源功率并非越大越好。Intel新推出的Micro-ATX標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的PC電源功率只有145W，甚至可降低到90W。ATX電源現(xiàn)已成為PC電源的主流產(chǎn)品。

2 磁放大器穩(wěn)壓電路的基本原理
反激式開(kāi)關(guān)電源中磁放大器穩(wěn)壓電路的基本原理如圖1所示。輸出電壓UO經(jīng)過(guò)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(zhǔn)電壓UREF，VDZ為穩(wěn)壓管，R3為偏流電阻。誤差放大器將UQ與UREF進(jìn)行比較后產(chǎn)生誤差電壓Ur，再經(jīng)過(guò)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(xù)流二極管。C為輸出濾波電容器。L2為磁珠，用來(lái)抑制開(kāi)關(guān)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(cè)的上端接直流輸入高壓U1，下端接功率開(kāi)關(guān)管MOSFET的漏極。輸出電壓經(jīng)過(guò)反饋電路獲得的反饋信號(hào)，用來(lái)調(diào)節(jié)PWM調(diào)制器的脈沖占空比，通過(guò)改變MOSFET的通、斷狀態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓目的。

當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，能量?jī)?chǔ)存在高頻變壓器中，此時(shí)VD1截止。當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)存在高頻變壓器中的能量傳輸?shù)蕉蝹?cè)。此時(shí)VD1導(dǎo)通，磁復(fù)位電流IG從右向左流過(guò)L1，將L1磁復(fù)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(guò)L2。這表明二次側(cè)電流是從負(fù)值變?yōu)檎担缓笱杆僭龃螅筁2進(jìn)入磁飽和狀態(tài)并呈現(xiàn)低阻抗。顯然，磁復(fù)位時(shí)間就是VD1開(kāi)始導(dǎo)通的延遲時(shí)間t1。
磁放大器的時(shí)序波形如圖2(a)、(b)所示。二者所對(duì)應(yīng)的磁復(fù)位時(shí)間分別為t1、t2。

由圖可見(jiàn)，改變t1，即可調(diào)節(jié)U2的占空比：D=t1／T，T為開(kāi)關(guān)周期。具體講，當(dāng)磁復(fù)位時(shí)間從t1減至t2時(shí)，D ↑→UO↑。反之，當(dāng)磁復(fù)位時(shí)間從t2增加到t1時(shí)，D↓→UO↓。因磁放大器具有“二次穩(wěn)壓”(一次穩(wěn)壓是由PWM調(diào)制器完成)的作用，故能對(duì)UO進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，獲得高穩(wěn)定度的輸出電壓。