PS223在高性能ATX開關(guān)電源中的應(yīng)用

邱富杭

（閩南理工學(xué)院 信息管理系，福建 石獅 362700）

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]。開關(guān)電源以安全、可靠為第一原則[2-4]，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(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、過(guò)流、短路、過(guò)溫等保護(hù)功能。

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ATX12V 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(guò)壓、過(guò)流、過(guò)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[5]，過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致功率器件造成損壞，需要設(shè)置過(guò)熱保護(hù)電路。保護(hù)設(shè)計(jì)中的短路保護(hù)（SCP）、過(guò)載保護(hù)（OPP）是 ATX12V強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，在短路和各路總負(fù)載過(guò)載時(shí)觸發(fā)以保護(hù)電源；過(guò)電流保護(hù)（OCP）防止電源某路輸出過(guò)載；過(guò)溫保護(hù)（OTP）防止電源內(nèi)部過(guò)熱；過(guò)壓/欠壓保護(hù)（OVP/UVP）用于當(dāng)輸出電壓超過(guò)/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)[6]。

圖1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。

圖1 開關(guān)電源轉(zhuǎn)換流程方框圖

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PSON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(guò)電壓保護(hù)）、OCP（過(guò)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(guò)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(guò)載保護(hù)以及防雷擊功能，可保證整個(gè)電源穩(wěn)定工作[7]。

2.1 PS223主要性能指標(biāo)

1）過(guò)壓/欠壓保護(hù)和鎖定；2）過(guò)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(guò)電壓延遲保護(hù)；7）38 ms抗沖擊保護(hù)；8）73 μs抗噪聲保護(hù)；9）寬電源電壓范圍（90～270 V）；10）交流電源關(guān)閉特別保護(hù)。

2.2 PS223 引腳功能說(shuō)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；IS12A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(guò)接地電阻產(chǎn)生 OCP 電流源 （RI：20～80 kΩ）；IS12B 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；VS12B用于 12 V（B）OCP比較器V-輸入端，12 V（B）OVP/UVP檢測(cè)；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；VS12A為12 V OCP比較器V-輸入，12 V OVP/UVP檢測(cè)；VS33為3.3 V OCP比較器V-輸入，3.3 V OVP/UVP檢測(cè)；VS5為5 V OCP比較器V-輸入，5 V OVP/UVP檢測(cè)；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(shuō)明

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。

PGO（PW_OK）是供主板檢測(cè)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。

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。

圖2 PS223典型應(yīng)用電路

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(guò)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 0.1～1.0 μF，選定值 0.1 μF。 CPGI-2為濾波電容，取值范圍為 0.01～1.0 μF，選定值 0.1μF。

2）PSON：可與地并聯(lián) 0.1～1.0 μF 濾波電容，抑制干擾，選定值 0.1 μF。 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：OCP RS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0.01 μF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(guò)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)0.1 μF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(cè)試平臺(tái)及數(shù)據(jù)

硬件部分：處理器為Intel Core 2 Extreme QX6700 3.6 GHz 1.45 V；主板為華碩 P5K Premium/WiFi（P35+ICH9R）；內(nèi)存為創(chuàng)見1 GB DDR2-667 D9GMH×2；顯示為鴻海8800GTS（G80） 320 M；硬盤為 Seagate Cheetah 36 G×2、WD 萬(wàn)轉(zhuǎn)小暴龍 36 G×1、WD2000JD 200G×1；12 cm 風(fēng)扇 6 個(gè)，MCP-650 直流水冷1套。

圖3 調(diào)試流程

軟件部分為 WINDOWS XP SP3、SP2004（Stress Prime 2004）超頻檢測(cè)軟件，能使CPU達(dá)到接近最大功耗和發(fā)熱量，從而測(cè)試CPU的穩(wěn)定性。測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所列。

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)

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(guò)80PLUS銀牌認(rèn)證要求，符合EPS12V 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DLP-500A、全漢黑旋風(fēng)450、七盟V-Force 750 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 ATX12V 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(yǔ)

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(guò)壓、過(guò)流、過(guò)功率、低電壓和短路和過(guò)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 12 V 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)。

[1]王水平.開關(guān)穩(wěn)壓電源原理及設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2]何希才.新型開關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[3]王水平，付敏江.開關(guān)穩(wěn)壓電源—原理、設(shè)計(jì)與實(shí)用電路[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1997.

[4]劉勝利.現(xiàn)代高頻開關(guān)電源實(shí)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[5]鄒懷虛.開關(guān)電源副邊整流管尖峰干擾與抑制方法[M].北京：科學(xué)出版社，1998.

[6]21IC中國(guó)電子網(wǎng).開關(guān)電源保護(hù)電路的研究[EB/OL].2007.http：//www.21ic.com/app/power/200711/23454.htm.

[7]SiTI（點(diǎn) 晶 科 技） 公 司 .PS223 Technical data[EB/OL].2004.http：//www.siti.com.tw/product/spec/Power/PS223.pdf.