AT、ATX的剖析与改造

AT电源的剖析与改造　　AT电源就是早期386、486、586电脑普遍使用的一种电源，结构相比现在家庭电脑使用的ATX电源结构简单的多，电路不太复杂，没有很复杂的多路电压复合控制、复合延时检测等等电路，很适合大家改造为大功率通讯电台电源。图1、图2为一款486电脑AT电源电路结构分析原理图。

图1 486电脑AT电源原理图

图2 486电脑AT电源结构分析原理图
　　这款AT电源也是一款以TL494为核心的开关电源，原理大同小异，可参考以上工业电源盒的原理分析，很容易理解。要改造这个电源，我们必须密切关注它独特的第一级过流保护电路、第二级过流保护电路，尤其是它的四种输出电压安全范围控制电路、POWER GOOD检测电源启动正常的P.G电路、以及关乎输出电压大小的+5V电压精密检测输入和+12V电压输入精密检测电路。
　　T3、D10、Q4、Q3、D12和R21、R22、R24、C17、C21组成第一级电源过流关机保护电路，作用于TL494的死区控制口4脚上。当高频变压器过流时，该电路使TL494的14脚内置+5V基准电压加到死区控制口4脚，关闭PWM脉冲信号，电源停止工作。显然这个电路对我们的电台电源有用，予以保留。
　　电源输出的+12V电压通过D9、R20、D17和1500Ω的R41串接在缓冲推动级的负载上，形成第二级电源过流保护电路，也称输出功率限制电路。尤其这个串接在缓冲推动级负载上的1500Ω的R41电阻，限制向后级放大级输出过大的功率，可以有效的保证Q1、Q2的安全。显然这个电路对我们的电台电源也有用，予以保留。
　　±5V、±12V输入到以Q3、Q4为核心的电源电压安全范围控制电路，作用于TL494的4脚死区控制端，当这四种输出电压欠压超压超出设定的安全范围时，该电路使TL494的14脚内置+5V基准电压被加到死区控制口4脚，关闭PWM脉冲信号，电源停止工作。该电路对我们改造的电台电源用处不大。
　　TL494的3脚为内部运算放大器的输出端，连接至Q7、Q8、Q9组成的P.G电路。当电源工作正常时，通过Q9输出一个电源状态正常的电平，提示电脑可以正常开机运行。该电路对我们改造的电台电源也用处不大。
　　+5V电压通过一个6K2的电阻R30连接至TL494的电压精密检测输入端1脚，+12V电压通过一个8200Ω的电阻R31也连接至TL494的电压精密检测输入端1脚, 保证输出电压工作在设定的指标上。从R30和R31的阻值级别可以确定，原AT电源的+5V比+12V级别高的多，其设计初衷是为了优先保证+5V电压的稳定。
　　理解了AT电源电路的工作原理，改造起来就简单多了，大体分这么几步：
　　1、给+12V输出端增加一个25V2200uF左右的滤波电容，原机电容太小。
　　2、把与TL494的电压精密检测输入端1脚相连的那个6200Ω电阻R30和+5V相连的地方断开，R30和+5V相连端断开，断开的R30端与+12V间串接一个12200Ω的电阻，以使电源完全受控于一个所需要的输出电压的输出端口。
　　给电源通电，电源可以工作在13.2V左右。但是，经过实际使用，这个电压会随着输出功率的大小跟着变化，尤其在输出功率增大时，输出电压可能会达到15V左右。有时候这个电压还会变小，变化规律是非线性的，所以很有必要继续改造。
　　值得一提的是，有些伙计不这样做，而是另外一种思路，仅仅简简单单的给TL494的1脚对地并接一个电阻，把输出拉到13.5V就完事，也是很不可取的，道理很简单，实际应用是裁判。
　　3、摩机AT电源的成败关键是，要拆除四种输出电压安全范围控制电路的部分和POWER GOOD检测电源启动正常的P.G电路的部分，最大限度的减小这些电路对TL494运放和死区的影响。
　　具体方法是拆除-12V、-5V电路以及7905稳压IC外围，拆除输出电压安全范围控制电路的Q3、R25、R26、R27、R28、R29、D11、C18元件，拆除P.G电路的Q7、Q8、Q9、D18、D19、R44、R45、R46、R47、R48、R49、R50、R51元件。
　　通过以上三个步骤的工作，AT电源主板改造完成，通电测试，输出电压13.2V非常稳定，接上100W和200W的汽车大灯几十分钟也非常稳定，电压压降范围不超过0.3V，总体来说改造成功，与SSB电台FT-80C配接的试验结果也令人满意，即便有轻微的压降，也很正常，但决不会电压上升，让人担心。

          这里有些人或许会产生疑惑，AT电源的高频变压器+12V绕组没有改动，能出这么大的电流吗?答案是肯定的。这里不得不提问如今国内电器规格的中国特色，比如一个小型的输入电源变压器功率不到10W的音响，居然可以标称800W音频功率。早期的10kVA电力变压器几乎可以带动50kW的负载，而如今安装的10KVA节能电力变压器，带动10kW不到的负载，散热机油就开始沸腾，时间稍长就GAME OVER了，够节能的吧。我还是喜欢早期的电器产品，功率余量大、劲足。
　　关于使用AT电源改造成电台电源的范例很多，也在业余段听到多个HAM诉说他们的DIY经历和过程方法，有些就直言不讳的说，虽然可以和100W的SSB电台连接使用，好像也没出什么大问题，就是心里不踏实，电压偶尔会随输出电流的不同，电压有时变大，有时变小。我想可能基于同样的原因，那就是原电压监控电路与P.G电路对取样检测运算电路产生的影响。
　　4、接下来给AT电源设置一个漂亮的外壳，增加各种电压电流显示、电源开关、内置镍铬备用电池组、一个单独的8V～20V充电电路、各种相关的控制组合开关等，做一个交直流可以迅速切换使用的AT多功能组合电源。手边有一个与FT-180A电台配套的EP-815声控话筒、RTTY电传控制盒没用，刚好可以把改装的东西以及增加的功能模块组装进去。

图3 AT通讯电源主电源、充电调压线性副电源、内置充电电池组以及实现各种快捷连接功能的面板设计

图4 AT组合电源内部模块化布局设计平面图

图5 AT多功能组合电源与FT-80C电台的实物对比
还有一种以LM339为核心的电压监控与P.G电路改装也很简单，改装思路差不多。去掉其P.G与电压监控电路相关元件，电源检测点从+5V改接到+12V，中间串接一个合适的电阻即可。

图6 电压监控与P.G以LM339为核心的AT电源改造切入点原理图
另外，还有以UC3842和单只场效应功率管组成的AT开关电源和大功率服务器电源，经实际改装效果不佳，不是改后输出电流小，脉冲干扰大，需要一定功率的负载才能工作；就是电路过于复杂，改装难度太大，还不如自己仿照DM-330制作一个开关电源方便。究其原因，或许是因为其半波放大，为防止出现磁饱和，高频变压器先天设置磁缝隙的缘故吧
ATX电源的剖析与改造
　　ATX电源比AT电源设计的更为精密，保护电路更为完善，电路结构更为复杂，改造难度比较大。要想把ATX电源改造成一个可用的电台电源，你必须吃透所改造的ATX电源的电路详细结构原理，精确到每个电阻、电容、晶体管的作用。如果你没有足够的耐心，或者只想利用别人提供的经验做灵丹妙药，比猫画虎就想成功的话，是最不可取的，注定要失败。
下面我们以比较经典的ATX电源——银河2503B开关电源为例实战改造通讯电源的方法

图7 银河2503B开关电源结构方框图

接通ATX电源的交流电，+5V副电源就启动工作，产生两路直流电压。一路为+5v SB电脑主板辅助监控供电电源，另一路为+12V左右的电压，为TL494脚12脚和ATX电源的缓冲放大提供启动电源。当TL494的12脚得电后，内部基准电源即从其输出端14脚向外提供+5V参考基准电压。需要说明的是，一旦电源正常工作，TL494脚12脚和ATX电源的缓冲放大电源改由电源输出端的+12V提供。
　　该+5V参考基准电压分两路为TL494的各控制端建立起它们各自的参考基准电平：一路经由R38、R37组成的分压电路为一个运算放大器的反相输入端2脚建立+2.5V的基准电平，另一路经由电阻R90、R40为“死区”电平控制输入端4脚建立约+0.15V的低电平；同时，该+5V参考基准电压还向PS-ON电路及过压过流保护电路、四路电压安全范围检测电路供电。
　　电脑开关电源通过改变PS-ON端的输入电平来启动和关闭整个电源。当PS-ON端高电平时，电源关闭无输出；当低电平如接地时，电源启动，各输出端正常输出直流稳压电压。PS-ON电路由TL431、Q7、Q20等元件构成，当PS-ON端开路或送入+5V高电平时，IC10即TL431由于内部基准稳压源的作用，输入端R电压为2.5V，输出端K电压为低电平，A7饱和，c极的高电平，通过R80、D25、D40将TL494的4脚上拉到高电平，TL494无脉冲输出。因Q7饱和，Q20也饱和，使得保护电路控制输入端Q5基极对地短路，禁止保护信号输入，保护电路不工作。
　　当将PS-ON端对地短路或向PS-ON端送低电平时，TL431的R极电压低于2.5V，K极输出高电平，Q7截止，D25、D40不起作用，TL494的4脚电压由R90和R40的分压决定，大约为0.15V，TL494开始输出调宽脉冲，电源启动工作。此时Q20处于截止状态，将Q5基极释放，允许其它保护信号进入保护控制电路，控制权交由保护信号控制。银河2503B开关电源的保护信号包括电源自检启动正常所产生的PW.OK信号、过流检测信号和四路电压安全范围检测信号。
　　Q21、LM393及其外围元件组成PW.OK信号产生电路。当TL494得电工作后，其3脚脚输出高电平，使Q21截止，TL494的14脚产生的+5V基准电压经过R104对C60充电延时后，发射极电压达到3.6V左右，此电压加到比较器LM393的3脚同相端，与R105和R106上的分压反相端2脚电压1.85V比较，LM393的1脚输出高电平+5V，产生电脑可以自检正常启动的PW.OK指示信号——高电平+5V.
　　另外，Q21发射极的3.6v电压，通过D51为Q20提供电压，保证PS-ON开关机电路可以正常启动。
　　过流检测信号由T1的一次绕组和D14 、R54取样，通过D19、R53、C28、R51、R52、R50、R49、ZD3加到Q5的基极，完成电源的过流、短路保护。电源正常工作时，Q5的基极电位为0V，Q5、Q6构成自锁均截止，对TL494的死区控制端4脚电位不起影响。当电源过流、短路时，T1的一次绕组和D14、R54取样电压升高，反馈到稳压二极管ZD3上的电压高于6.2V时，将使ZD3导通，由于D23、R44的正反馈作用，Q5、Q6也迅速饱和导通，通过D24将TL494的4脚电位上拉到高电平，使TL494无脉冲输出，电源停止工作, 达到过流、短路保护的目的。
　　同样道理，+3.3V、+5V输出过压保护和-5V、-12V输出欠压保护也作用于Q5的基极和正反馈作用的D23、R44，一旦四路输出电压超出安全范围，Q5、Q6也迅速饱和导通，通过D24将TL494的4脚电位上拉到高电平，使TL494无脉冲输出，电源停止工作，而达到监测保护的目的。
　　四路输出电压处于安全范围时，D22、ZD5、ZD4均截止，对自锁状态的Q5、Q6无影响。
　　输出电压的自动稳压检测取样有+5V、+12V两路。+5V通过6K2的R33、+12V通过82K的R34加到TL494的1脚，通过与TL494的运算放大器2脚进行电位比较，调节TL494输出的PWM脉冲宽度进行电源的电压自动调节与稳压。
　　通过以上原理的解析，ATX电源改造的思路就清晰了，简单的说，就是要切断多路输出电压安全范围监测电路对自锁电路的连接，保证自锁电路还受过流短路保护电路的作用；同时把自动稳压电路的+5V检测点也改接到+12V上，其它电路保留，大体经过这么几步：
　　1、去掉D22、ZD5、ZD4,也就切断了多路输出电压安全范围监测电路对自锁电路的连接。
　　2、断开R33跟连接的那一端，串一个合适的电阻连接到+12V输出电压上，使电源只对+12V起自动稳压作用。调节这个串接上的电阻阻值，使+12V输出端电压为通讯电源的电压13.5V.
　　3、如果不改动原高频变压器的绕组，+12V绕组的输出电流不大，最大一般在5A左右。必须重新绕制原高频变压器的+12V绕组，加大其线径和线股。保留+5V绕组，可以用细线径，拆掉+3.3V、-5V和-12V绕组，也可以拆掉+3.3V相关电路。
　　4、经过上面改造，原+5V输出电压比较高，可以用低阻值电阻分压或者加一个7805稳压器，为R65和LM393提供+5V工作电压。
　　5、和其它的ATX电源一样，原电源主板交流电输入退耦回路元件缺失，必须完善退耦回路，有效的消除电力输入噪波和开关电源产生的干扰噪波通过电源输入线向外辐射，不至于影响电台的接收信号。
　　至此，ATX电源主板的改造基本完成，相信大家会做的更好，在此以银河2503B开关电源的改造经验抛砖引玉，仅以一个成功改造的思路与大家分享，预祝大家把其它ATX开关电源摩机的更加完美。