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%時觸發(fā),電源若有異常便會立刻切斷輸出,,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,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保護(hù);5)內(nèi)置300 ms電源良好輸出延時,;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信號輸出端;VSS為接地端,;為OVP/UVP/OCP保護(hù)信號輸出端,;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。
2.3 主要控制信號說明
ATX開關(guān)電源依靠PGI(+5 VSB),、控制信號的組合來實(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管理的工作電源,,在待機(jī)及受控啟動狀態(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,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),,受控啟動后PSON由主板的電子開關(guān)接地,,當(dāng)該端口的信號電平大于1.8 V時,主電源為關(guān),;信號電平低于1.8 V時,,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,,輸出在2 V以上時,電源正常,,輸出在1 V以下時,,電源故障。通常待機(jī)狀態(tài)為零電平,,受控啟動電壓輸出穩(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,。
對圖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,,雜波小,;OCP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電阻至對應(yīng)的VS針腳,。
4)電源管理監(jiān)控電路設(shè)計(jì)不良會因靜電釋放,、浪涌等原因產(chǎn)生誤動作導(dǎo)致主機(jī)自動關(guān)機(jī)重啟,設(shè)計(jì)時應(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,,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)燒級玩家層次。
5 結(jié)束語
臺灣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),。