PS223在高性能ATX开关电源中的应用.docx

PS223在高性能ATX开关电源中的应用开关电源SPS(Switching Power Supply)利用现代电力电子技术，以小型、节能、轻量和高效率的特点被广泛应用 于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备。开关电源以安全、可靠为第一原则，高 性能大功率ATX电源设计中应用电源管理监控芯片实现防浪涌软启动以及防过压、欠压、过热、过流、短路、过温 等保护功能。1 ATX电源概述与电源管理监控保护功能Intel制定的大功率(350900 W)ATX电源规范版本是ATXl2V 2. 2, +12 V采用双路输出，其中一路+12 V(A)专为 CPU供电，而另一路+12 V(B)则为其他设备供电，输出到主板的接头为24针脚，以输出两组+12 V。高性能开关电源设计为主动式功率因素校正PFC(Power Factor Correction)，采用诸如Champion公司出品的 CM6800G整合型PFC/ PWM控制器，为电源提供PFC及PWM功率级电路整合控制，使用诸如PS223等电源管理监控 芯片提供过压、过流、过功率、低电压和短路等多重保护。温度是影响电源设备可靠性的最重要因素，根据有关资 料分析表明，过热会导致功率器件造成损坏，需要设置过热保护电路。保护设计中的短路保护(SCP)、过载保护(OPP) 是ATX12V强制标准，在短路和各路总负载过载时触发以保护电源；过电流保护(OCP)防止电源某路输出过载；过温 保护(OTP)防止电源内部过热；过压/欠压保护(OVP / UVP)用于当输出电压超过/低于标准值2025%时触发，电 源若有异常便会立刻切断输出，各路电压全部没有输出。在接通电源的瞬间，风扇动一下就停，电源即处于保护状 态。图1为开关电源转换流程方框图，开关电源转换流程为交流输入一EMI滤波电路一整流电路一功率因子修正电路一 功率级一次侧(高压侧)开关电路转换成脉流一主要变压器一功率级二次侧(低压侧)整流电路一电压调整电路 (DC-DC转换电路)一滤波电路一电源管理监控一输出。2, PS223的功能特点SiTI出品的PS223是专门为高性能、大功率开关电源设计的电源管理监控芯片，具有控制、产生PG以及同时稳定 +3. 3 V、+5 V、+12 V(A)、+12 V(B)3种电压，实现各路输出的UVP(低电压保护)、OVP(过电压保护)、OCP(过电 流保护)、SCP(短路保护)，并提供一路具有自恢复功能的控制输入端，可作为OTP(过温度保护)或-12 V UVP(低电 压保护)，当超出片内设定值后，会关闭并锁定控制电路，停止电源供应器输出，待故障排除后才可重新启动，内 部设计有过载保护以及防雷击功能，可保证整个电源稳定工作。3, PS223主要性能指标1) 过压/欠压保护和锁定；2)过电流保护和锁定；3)故障保护，关闭输出；4)电源良好输出及信号保护；5)内置 300 ms电源良好输出延时；6)75 ms低电压/过电压延迟保护；7)38 ms抗冲击保护；8)73p s抗噪声保护；9)宽 电源电压范围(90270 V)； lO)交流电源关闭特别保护。4, PS223引脚功能说明PS223采用16引脚DIP封装，各引脚功能如下：PGI为MAIN POWER信号输出端；VSS为接地端；为OVP / UVP / OCP 保护信号输出端；为REMOTE CONTROL输出端，用于开关SPS； ISl2A为12 V(A)OCP比较器V+输入端，内建Sink 电流源，用于OCP保护工作点调整；RI用于通过接地电阻产生OCP电流源(R1： 2080kQ )； ISl2B用于12V(B)OCP 比较器V+输入端，内建Sink电流源，用于OCP保护工作点调整；VSl2B用于12V(B)OCP比较器V-输入端，12V(B)OVP /UVP检测；OTP为附加保护功能，可用于OTP(温度异常保护)；IS5为5VOCP比较器V+输入，内建Sink电流源， 用于OCP保护工作点调整；IS33为3. 3VOCP比较器V+输入，内建Sink电流源，用于OCP保护工作点调整；VSl2A 为12 V OCP比较器V-输入，12 V OVP / UVP检测：VS33为3. 3 V OCP比较器V-输入，3. 3 V OVP / UVP检测： VS5为5 V OCP比较器V-输入，5 V OVP / UVP检测；VCC为工作电源3. 815 V； PGO用于PW-OK，电源SPS输出 正常状态信号。5, 主要控制信号说明ATX开关电源依靠PGI(+5 VSB)、控制信号的组合来实现电源的开启和关闭。PGI(+5 VSB)是供主机系统在ATX待机状态时的电源，用于网络唤醒WOL(Wake-up On Lan)和开机电路、USB接口等 以及开闭自动管理的工作电源，在待机及受控启动状态下，其输出电压均为5 V高电平，使用紫色线由ATX插头9 脚引出。为主机启闭电源或网络计算机远程唤醒电源的控制信号，当按下主机面板的POWER开关或网络唤醒远程开机，受控 启动后PSON由主板的电子开关接地，当该端口的信号电平大于1. 8V时，主电源为关；信号电平低于1. 8V时， 主电源为开。使用绿色线从ATX插头14脚输入。PGO(PW_OK)是供主板检测电源好坏的输出信号，输出在2 V以上时，电源正常，输出在1V以下时，电源故障。通 常待机状态为零电平，受控启动电压输出稳定后为5V高电平。使用灰色线由ATX插头8脚引出，该信号是判断电 源寿命及质量是否合格的主要依据之一。是UVP(低电压保护)、OVP(过电压保护)、OCP(过电流保护)保护控制信号输出端。6, 应用电路及设计PS223典型应用电路如图2所示。S, P, SeciiiKlary SideCoil o + 12Vintoi1 ot 削mn。PG1PGOCM)Vet-FPOVS5PSONVS33IS12AVSUARIisnIS12BIS5VS12BOTP +5V Output +3, 3Y Ou t pn t +12Viii Output f +12V(2)Output对图2说明如下：1)元件X为齐纳二极管、电阻或两者串联使用；2)旁路电容器Cby选定值为0. 110p F,布局 时尽可能靠近VCC引脚；3)Rs12(1)、Rs12(2)、Rs5和Rs3330. 002 Q ； 4)过流保护设计计算：Iref=20p A,；Rss=0. 002Q , V5v=0. 002I+5v=8Rcc5Iref如+5 V输出为最大20A,贝0； 5)温度保护设计计算：NTC(25°C10K),(70C2.2K)如过热控制温度(OTP)不超过70C，则7, 各针脚辅助电路1) PGI：如果输入电压过高可用齐纳二极管箝压，如有必要用电阻或者串联电阻，阻值为10100 Q ,选定值10 Q。 CPGI-1为滤波电容，取值范围为0. 11. 0p F,选定值O.川F。CPGI-2为滤波电容，取值范围为0.011. Op F, 选定值O. 1p F。2) PSON:可与地并联0. 11. O p F滤波电容，抑制干扰，选定值0. 1p F。如需与地串联电阻，则R<1 kQ。3) PGO：可与地并联0. 11. 0 p F滤波电容或齐纳二极管(Vz=6. 5 V)，或两者并用抑制干扰。3. 2. 2设计注意事项 1)OCP应用：OCPRs为电阻或扼流圈，使用电阻(精度1%)比扼流圈(精度20%)更好，杂波小；OCP保护点准确度 补偿使用容量大于0. 01p F电容并联以提高抗干扰能力，选定值为0. 1 p F。2) 使用OTP针脚作为OTP(过温度保护)或-12 V UVP(低电压保护)，也可使用VS33搭配电路实现相同功能，如不使 用OTP针脚，可直接接地或与电阻(R>1 kQ )串联接地。3) 如某IS针脚不使用，可以开路，但最好是接1 kQ电阻至对应的VS针脚。4) 电源管理监控电路设计不良会因静电释放、浪涌等原因产生误动作导致主机自动关机重启，设计时应在芯片VCC 引脚串联200 Q电阻，及与GND并联0.川F电容。8, 调试流程图9,测试平台及数据硬件部分：处理器为 Intel Core 20 Extreme QX6700 3. 6GHz 1. 45V；主板为华硕P5K Premium / WiFi(P35+ICH9R)； 内存为创见 l GB DDR2-667 D9GMHx2：显示为鸿海 8800GTS(G80)320 M；硬盘为 Seagate Cheetah 36 Gx么 WD 万转 小暴龙 36 Gxl、WD2000JD 200Gxl； 12 cm 风扇 6 个，MCP-650 直流水冷 1 套。软件部分为WINDOWS XP SP3、SP2004(Stress Prime2004)超频检测软件，能使CPU达到接近最大功耗和发热量， 从而测试CPU的稳定性。测试数据如表1所列。柔】测试费据主讥状盛怠的率炯安就助率XW助案囚r+5.3V 电压/Vt5V电压#+ 12V A电斥耳荷机867rffiLT,作编2543 1475.22Jizm运顷4J884S50.993414