1 ATX電源簡介

　　早期PC中的開關(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。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。

　　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。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(shí)現(xiàn)軟件開機(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”信號的延遲時(shí)間等。

　　PC開關(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，用來抑制開關(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，下端接功率開關(guān)管MOSFET的漏極。輸出電壓經(jīng)過反饋電路獲得的反饋信號，用來調(diào)節(jié)PWM調(diào)制器的脈沖占空比，通過改變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)，能量儲存在高頻變壓器中，此時(shí)VD1截止。當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，儲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L2。這表明二次側(cè)電流是從負(fù)值變?yōu)檎?，然后迅速增大，使L2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。二者所對應(yīng)的磁復(fù)位時(shí)間分別為t1、t2。

　　由圖可見，改變t1，即可調(diào)節(jié)U2的占空比：D=t1／T，T為開關(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UO進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，獲得高穩(wěn)定度的輸出電壓。

　　3  3．3V磁放大器穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)

　　PC開關(guān)電源中的3．3V磁放大器穩(wěn)壓電路如圖3所示。磁放大器由取樣電路(R24和R26)、可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器(TL43 1)、磁復(fù)位控制電路(3A／40V的PNP功率管TIP32)、可控磁飽和電感器(L4)等構(gòu)成。3．3V電壓經(jīng)過R24和R26分壓后獲得取樣電壓UO，接至TL431的輸出電壓設(shè)定端(UREF)，與TL43 1中的2．5V帶隙基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后獲得誤差電壓Ur，經(jīng)R27加到VT2的基極上，VT2的集電極電流經(jīng)過超快恢復(fù)二極管VD9(UF4002)流到L4的右端。輸出整流管和續(xù)流二極管公用一只由安森美公司生產(chǎn)的MBR2045型20A／45V肖特基對管VD7，內(nèi)含整流管VD7a和續(xù)流二極管VD7b。C14為輸出濾波電容器。由L6、C15構(gòu)成后置濾波器。

　　現(xiàn)對磁放大器的工作原理分析如下：當(dāng)單片開關(guān)電源內(nèi)部的MOSFET導(dǎo)通時(shí)，輸出整流管VD7a截止，VD7b導(dǎo)通，由儲存在C14、C15上的電能繼續(xù)給負(fù)載供電。此時(shí)L4對高頻開關(guān)電流呈高阻抗。當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，VD7a并不立即導(dǎo)通，而是經(jīng)過一段延遲時(shí)間才能導(dǎo)通。由于磁復(fù)位電流的存在，二次繞組的正向電流必須先將磁復(fù)位電流抵消掉，L2上才能流過正向電流，使L2進(jìn)入磁飽和狀態(tài)并呈現(xiàn)低阻抗，進(jìn)而VD7a導(dǎo)通。磁復(fù)位的持續(xù)時(shí)間即阻斷輸出的延遲時(shí)間。此后輸出被接通，除給負(fù)載供電之外，還有一部分能量儲存在輸出濾波電容器C14、C15中，以便在VD7a截止時(shí)能維持輸出電壓不變。

　　舉例說明，當(dāng)負(fù)載突然變輕而導(dǎo)致UO1(3．3V)輸出電壓升高時(shí)，取樣電壓UQ也隨之升高，進(jìn)而使誤差電壓Ur升高。Ur經(jīng)過VT2、VD9輸出的磁復(fù)位電流增大，使磁復(fù)位時(shí)間延長，輸出脈沖寬度減小，使UO1又降至3．3V。反之亦然。因此，磁放大器可等效于一個(gè)脈寬調(diào)制器，通過精細(xì)調(diào)節(jié)脈沖寬度，可達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。這就是磁放大器的穩(wěn)壓原理。

　　傳統(tǒng)的鐵氧體磁心采用晶態(tài)結(jié)構(gòu)的材料，其原子在三維空間內(nèi)做有序排列而形成點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。而非晶態(tài)合金是指物質(zhì)從液態(tài)(或氣態(tài))急速冷卻時(shí)，因來不及結(jié)晶而在常溫下原子呈無序排列狀態(tài)。非晶態(tài)合金的制造工序簡單，節(jié)能效果顯著，它屬于新型綠色環(huán)保材料。非晶態(tài)合金具有高磁導(dǎo)率、高矩形比、磁心損耗低、高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，這種材料適合制作可控磁飽和電感器，用于計(jì)算機(jī)的ATX電源中。

　　L4采用美國Metglas公司生產(chǎn)的MP1305P4AS型高性能非晶態(tài)合金磁環(huán)，用φ0．10mm漆包線均勻繞制7匝。常用非晶態(tài)磁環(huán)典型產(chǎn)品的主要參數(shù)見附表。MP1 305P4AS型號中的“13”代表外徑為1 3mm(標(biāo)稱值)， “5”代表高度為5mm(標(biāo)稱值)。其磁路長度為3．46cm，有效橫截面積為0．057cm2，質(zhì)量為1．50g，飽和磁通密度為0．57T，矩形比為0．86，電阻率為0．142μΩ·cm，磁心損耗為318mW，長期工作溫度<120℃，居里點(diǎn)溫度為225℃(超過此溫度時(shí)磁滯現(xiàn)象會(huì)消失)。

　　MP1 305P4AS的B-H曲線(亦稱磁滯回線)如圖4所示，B代表磁通密度(單位是T)，H代表磁場強(qiáng)度(單位是A／m)，圖中的實(shí)線和虛線分別對應(yīng)于100kHz、200kHz開關(guān)頻率。