基于PS223的ATX開關(guān)電源技術(shù)設(shè)計(jì)

開關(guān)電源以安全、可靠為第一原則，高性能大功率ATX電源設(shè)計(jì)中應(yīng)用電源管理監(jiān)控芯片實(shí)現(xiàn)防浪涌軟啟動(dòng)以及防過壓、欠壓、過熱、過流、短路、過溫等保護(hù)功能。

開關(guān)電源SPS(Switching Power Supply)利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，以小型、節(jié)能、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備。

1 ATX電源概述與電源管理監(jiān)控保護(hù)功能

Intel制定的大功率(350～900 W)ATX電源規(guī)范版本是ATXl2V 2．2，+12 V采用雙路輸出，其中一路+12 V(A)專為CPU供電，而另一路+12 V(B)則為其他設(shè)備供電，輸出到主板的接頭為24針腳，以輸出兩組+12 V。

高性能開關(guān)電源設(shè)計(jì)為主動(dòng)式功率因素校正PFC(Power Factor Correction)，采用諸如Champion公司出品的CM6800G整合型PFC／PWM控制器，為電源提供PFC及PWM功率級(jí)電路整合控制，使用諸如PS223等電源管理監(jiān)控芯片提供過壓、過流、過功率、低電壓和短路等多重保護(hù)。溫度是影響電源設(shè)備可靠性的最重要因素，根據(jù)有關(guān)資料分析表明，過熱會(huì)導(dǎo)致功率器件造成損壞，需要設(shè)置過熱保護(hù)電路。保護(hù)設(shè)計(jì)中的短路保護(hù)(SCP)、過載保護(hù)(OPP)是ATXl2V強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，在短路和各路總負(fù)載過載時(shí)觸發(fā)以保護(hù)電源；過電流保護(hù)(OCP)防止電源某路輸出過載；過溫保護(hù)(OTP)防止電源內(nèi)部過熱；過壓／欠壓保護(hù)(OVP／UVP)用于當(dāng)輸出電壓超過／低于標(biāo)準(zhǔn)值20～25％時(shí)觸發(fā)，電源若有異常便會(huì)立刻切斷輸出，各路電壓全部沒有輸出。在接通電源的瞬間，風(fēng)扇動(dòng)一下就停，電源即處于保護(hù)狀態(tài)。



圖l為開關(guān)電源轉(zhuǎn)換流程方框圖，開關(guān)電源轉(zhuǎn)換流程為交流輸入→EMI濾波電路→整流電路→功率因子修正電路→功率級(jí)一次側(cè)(高壓側(cè))開關(guān)電路轉(zhuǎn)換成脈流→主要變壓器→功率級(jí)二次側(cè)(低壓側(cè))整流電路→電壓調(diào)整電路(DC-DC轉(zhuǎn)換電路)→濾波電路→電源管理監(jiān)控→輸出。

2 PS223的功能特點(diǎn)

SiTI出品的PS223是專門為高性能、大功率開關(guān)電源設(shè)計(jì)的電源管理監(jiān)控芯片，具有控制、產(chǎn)生PG以及同時(shí)穩(wěn)定+3．3 V、+5 V、+12 V(A)、+12 V(B)3種電壓，實(shí)現(xiàn)各路輸出的UVP(低電壓保護(hù))、OVP(過電壓保護(hù))、OCP(過電流保護(hù))、SCP(短路保護(hù))，并提供一路具有自恢復(fù)功能的控制輸入端，可作為OTP(過溫度保護(hù))或-12 V UVP(低電壓保護(hù))，當(dāng)超出片內(nèi)設(shè)定值后，會(huì)關(guān)閉并鎖定控制電路，停止電源供應(yīng)器輸出，待故障排除后才可重新啟動(dòng)，內(nèi)部設(shè)計(jì)有過載保護(hù)以及防雷擊功能，可保證整個(gè)電源穩(wěn)定工作。

2．1 PS223主要性能指標(biāo)

1)過壓／欠壓保護(hù)和鎖定；2)過電流保護(hù)和鎖定；3)故障保護(hù)，關(guān)閉輸出；4)電源良好輸出及信號(hào)保護(hù)；5)內(nèi)置300 ms電源良好輸出延時(shí)；6)75 ms低電壓／過電壓延遲保護(hù)；7)38 ms抗沖擊保護(hù)；8)73μs抗噪聲保護(hù)；9)寬電源電壓范圍(90～270 V)；lO)交流電源關(guān)閉特別保護(hù)。

2．2 PS223引腳功能說明

PS223采用16引腳DIP封裝，各引腳功能如下：PGI為MAIN POWER信號(hào)輸出端；VSS為接地端；為OVP／UVP／OCP保護(hù)信號(hào)輸出端；為REMOTE CONTROL輸出端，用于開關(guān)SPS；ISl2A為12 V(A)OCP比較器V+輸入端，內(nèi)建Sink電流源，用于OCP保護(hù)工作點(diǎn)調(diào)整；RI用于通過接地電阻產(chǎn)生OCP電流源(R1：20～80 kΩ)；ISl2B用于12 V(B)OCP比較器V+輸入端，內(nèi)建Sink電流源，用于OCP保護(hù)工作點(diǎn)調(diào)整；VSl2B用于12 V(B)OCP比較器V-輸入端，12 V(B)OVP／UVP檢測；OTP為附加保護(hù)功能，可用于OTP(溫度異常保護(hù))；IS5為5 V OCP比較器V+輸入，內(nèi)建Sink電流源，用于OCP保護(hù)工作點(diǎn)調(diào)整；IS33為3．3 V OCP比較器V+輸入，內(nèi)建Sink電流源，用于OCP保護(hù)工作點(diǎn)調(diào)整；VSl2A為12 V OCP比較器V-輸入，12 V OVP／UVP檢測：VS33為3．3 V OCP比較器V-輸入，3．3 V OVP／UVP檢測：VS5為5 V OCP比較器V-輸入，5 V OVP／UVP檢測；VCC為工作電源3．8～15 V；PGO用于PW-OK，電源SPS輸出正常狀態(tài)信號(hào)。

2．3 主要控制信號(hào)說明

ATX開關(guān)電源依靠PGI(+5 VSB)、控制信號(hào)的組合來實(shí)現(xiàn)電源的開啟和關(guān)閉。

PGI(+5 VSB)是供主機(jī)系統(tǒng)在ATX待機(jī)狀態(tài)時(shí)的電源，用于網(wǎng)絡(luò)喚醒WOL(Wake-up On Lan)和開機(jī)電路、USB接口等以及開閉自動(dòng)管理的工作電源，在待機(jī)及受控啟動(dòng)狀態(tài)下，其輸出電壓均為5 V高電平，使用紫色線由ATX插頭9腳引出。

為主機(jī)啟閉電源或網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程喚醒電源的控制信號(hào)，當(dāng)按下主機(jī)面板的POWER開關(guān)或網(wǎng)絡(luò)喚醒遠(yuǎn)程開機(jī)，受控啟動(dòng)后PSON由主板的電子開關(guān)接地，當(dāng)該端口的信號(hào)電平大于1．8 V時(shí)，主電源為關(guān)；信號(hào)電平低于1．8 V時(shí)，主電源為開。使用綠色線從ATX插頭14腳輸入。

PGO(PW_OK)是供主板檢測電源好壞的輸出信號(hào)，輸出在2 V以上時(shí)，電源正常，輸出在1 V以下時(shí)，電源故障。通常待機(jī)狀態(tài)為零電平，受控啟動(dòng)電壓輸出穩(wěn)定后為5 V高電平。使用灰色線由ATX插頭8腳引出，該信號(hào)是判斷電源壽命及質(zhì)量是否合格的主要依據(jù)之一。

是UVP(低電壓保護(hù))、OVP(過電壓保護(hù))、OCP(過電流保護(hù))保護(hù)控制信號(hào)輸出端。

3 應(yīng)用電路及設(shè)計(jì)

3．1 PS223典型應(yīng)用電路

PS223典型應(yīng)用電路如圖2所示。

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對(duì)圖2說明如下：1)元件X為齊納二極管、電阻或兩者串聯(lián)使用；2)旁路電容器Cby選定值為0．1～10μF，布局時(shí)盡可能靠近VCC引腳；3)Rs12(1)、Rs12(2)、Rs5和Rs33≥0．002 Ω；4)過流保護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算：①Iref=20μA，；②Rss=0．002Ω，△V5v=0．002I+5v=8Rcc5Iref③如+5 V輸出為最大20A，則；5)溫度保護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算：①NTC(25℃～10K)， (70℃～2．2 K)②如過熱控制溫度(OTP)不超過70℃，則

3．2 PS223典型應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

3．2．1 各針腳輔助電路

1)PGI：如果輸入電壓過高可用齊納二極管箝壓，如有必要用電阻或者串聯(lián)電阻，阻值為10～100 Ω，選定值10 Ω。CPGI-1為濾波電容，取值范圍為0．1～1．0μF，選定值O．1μF。CPGI-2為濾波電容，取值范圍為0.01～1．OμF，選定值O．1μF。

2)PSON：可與地并聯(lián)0．1～1．O μF濾波電容，抑制干擾，選定值0．1μF。如需與地串聯(lián)電阻，則R<1 kΩ。

3)PGO：可與地并聯(lián)0．1～1．0 μF濾波電容或齊納二極管(Vz=6．5 V)，或兩者并用抑制干擾。

3．2．2 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1)OCP應(yīng)用：OCPRs為電阻或扼流圈，使用電阻(精度1％)比扼流圈(精度20％)更好，雜波?。籓CP保護(hù)點(diǎn)準(zhǔn)確度補(bǔ)償使用容量大于0．01μF電容并聯(lián)以提高抗干擾能力，選定值為0．1 μF。

2)使用OTP針腳作為OTP(過溫度保護(hù))或-12 V UVP(低電壓保護(hù))，也可使用VS33搭配電路實(shí)現(xiàn)相同功能，如不使用OTP針腳，可直接接地或與電阻(R>1 kΩ)串聯(lián)接地。

3)如某IS針腳不使用，可以開路，但最好是接1 kΩ電阻至對(duì)應(yīng)的VS針腳。

4)電源管理監(jiān)控電路設(shè)計(jì)不良會(huì)因靜電釋放、浪涌等原因產(chǎn)生誤動(dòng)作導(dǎo)致主機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)重啟，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在芯片VCC引腳串聯(lián)200 Ω電阻，及與GND并聯(lián)0．1μF電容。

3．2．3 調(diào)試流程圖

調(diào)試流程如圖3所示。



3．2．4 測試平臺(tái)及數(shù)據(jù)

硬件部分：處理器為Intel Core 2。Extreme QX6700 3．6GHz 1．45 V；主板為華碩P5K Premium／WiFi(P35+ICH9R)；內(nèi)存為創(chuàng)見l GB DDR2-667 D9GMHx2：顯示為鴻海8800GTS(G80)320 M；硬盤為Seagate Cheetah 36 Gx2、WD萬轉(zhuǎn)小暴龍36 Gxl、WD2000JD 200Gxl；12 cm風(fēng)扇6個(gè)，MCP-650直流水冷1套。

軟件部分為WINDOWS XP SP3、SP2004(Stress Prime2004)超頻檢測軟件，能使CPU達(dá)到接近最大功耗和發(fā)熱量，從而測試CPU的穩(wěn)定性。測試數(shù)據(jù)如表1所列。



4 產(chǎn)品特色與典型應(yīng)用

應(yīng)用PS223電源管理監(jiān)控芯片設(shè)計(jì)的開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)終極電路保護(hù)UCP(Ultimate Circuit Protection)功能，運(yùn)行安全可靠，在典型負(fù)載下的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)89％以上，超過80PLUS銀牌認(rèn)證要求，符合EPSl2V 2．92和NVIDIA SLI規(guī)范，是目前市面上最具節(jié)能、安全特色的高性能、大功率ATX電源。

目前，全漢第五元素700 W電源、多彩超霸節(jié)能版DLP500A、全漢黑旋風(fēng)450、七盟V-Force750 W等都使用PS223電源管理監(jiān)控芯片的高端ATX產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)UCP功能，嚴(yán)格符合Intel ATXl2V V2．2規(guī)范，能很好地支持最新的雙核CPU和Sli顯卡，產(chǎn)品定位在服務(wù)器用戶和發(fā)燒級(jí)玩家層次。

5 結(jié)束語

臺(tái)灣SiTI(點(diǎn)晶科技)出品的PS223電源管理監(jiān)控芯片是目前市面上保護(hù)功能最齊全且通用的IC，提供過壓、過流、過功率、低電壓和短路和過熱保護(hù)等多重保護(hù)，實(shí)現(xiàn)UCP功能，不僅可廣泛應(yīng)用于高檔次ATX 12V 2．2版開關(guān)電源，也可用于各種高性能、大功率開關(guān)電源保護(hù)設(shè)計(jì)。