PS223在高性能ATX開關電源中的應用

邱富杭

（閩南理工學院 信息管理系，福建 石獅 362700）

開關電源SPS（Switching Power Supply）利用現代電力電子技術，以小型、節能、輕量和高效率的特點被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備等幾乎所有的電子設備[1]。開關電源以安全、可靠為第一原則[2-4]，高性能大功率ATX電源設計中應用電源管理監控芯片實現防浪涌軟啟動以及防過壓、欠壓、過熱、過流、短路、過溫等保護功能。

1 ATX電源概述與電源管理監控保護功能

Intel制定的大功率 （350～900 W）ATX電源規范版本是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。

高性能開關電源設計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等電源管理監控芯片提供過壓、過流、過功率、低電壓和短路等多重保護。溫度是影響電源設備可靠性的最重要因素，根據有關資料分析表明[5]，過熱會導致功率器件造成損壞，需要設置過熱保護電路。保護設計中的短路保護（SCP）、過載保護（OPP）是 ATX12V強制標準，在短路和各路總負載過載時觸發以保護電源；過電流保護（OCP）防止電源某路輸出過載；過溫保護（OTP）防止電源內部過熱；過壓/欠壓保護（OVP/UVP）用于當輸出電壓超過/低于標準值20～25%時觸發，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，風扇動一下就停，電源即處于保護狀態[6]。

圖1為開關電源轉換流程方框圖，開關電源轉換流程為交流輸入→EMI濾波電路→整流電路→功率因子修正電路→功率級一次側（高壓側）開關電路轉換成脈流→主要變壓器→功率級二次側（低壓側）整流電路→電壓調整電路（DC-DC轉換電路）→濾波電路→電源管理監控→輸出。

圖1 開關電源轉換流程方框圖

2 PS223的功能特點

SiTI出品的PS223是專門為高性能、大功率開關電源設計的電源管理監控芯片，具有PSON控制、產生PG以及同時穩定+3.3 V、+5 V、 +12 V（A）、+12 V（B）3種電壓，實現各路輸出的 UVP（低電壓保護）、OVP（過電壓保護）、OCP（過電流保護）、SCP（短路保護），并提供一路具有自恢復功能的控制輸入端，可作為OTP（過溫度保護）或-12 V UVP（低電壓保護），當超出片內設定值后，會關閉并鎖定控制電路，停止電源供應器輸出，待故障排除后才可重新啟動，內部設計有過載保護以及防雷擊功能，可保證整個電源穩定工作[7]。

2.1 PS223主要性能指標

1）過壓/欠壓保護和鎖定；2）過電流保護和鎖定；3）故障保護，關閉輸出；4）電源良好輸出及信號保護；5）內置300 ms電源良好輸出延時；6）75 ms低電壓/過電壓延遲保護；7）38 ms抗沖擊保護；8）73 μs抗噪聲保護；9）寬電源電壓范圍（90～270 V）；10）交流電源關閉特別保護。

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保護信號輸出端；為REMOTE CONTROL輸出端，用于開關SPS；IS12A為12 V（A）OCP比較器V+輸入端，內建Sink電流源，用于OCP保護工作點調整；RI用于通過接地電阻產生 OCP 電流源 （RI：20～80 kΩ）；IS12B 用于 12 V（B）OCP比較器 V+輸入端，內建 Sink電流源，用于 OCP保護工作點調整；VS12B用于 12 V（B）OCP比較器V-輸入端，12 V（B）OVP/UVP檢測；OTP為附加保護功能，可用于OTP（溫度異常保護）；IS5為5 V OCP比較器V+輸入，內建Sink電流源，用于OCP保護工作點調整；IS33為3.3 V OCP比較器V+輸入，內建Sink電流源，用于OCP保護工作點調整；VS12A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輸出正常狀態信號。

2.3 主要控制信號說明

PGI（+5 VSB）是供主機系統在ATX待機狀態時的電源，用于網絡喚醒WOL（Wake-up On Lan）和開機電路、USB接口等以及開閉自動管理的工作電源，在待機及受控啟動狀態下，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。通常待機狀態為零電平，受控啟動電壓輸出穩定后為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量是否合格的主要依據之一。

3 應用電路及設計

3.1 PS223典型應用電路

PS223典型應用電路如圖2所示。

圖2 PS223典型應用電路

3.2 PS223典型應用電路設計

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 0.1～1.0 μF 濾波電容，抑制干擾，選定值 0.1 μF。 如需與地串聯電阻，則 R＜1 kΩ。

3）PGO：可與地并聯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 設計注意事項

1）OCP應用：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保護點準確度補償使用容量大于0.01 μF電容并聯以提高抗干擾能力，選定值為 0.1 μF。

2）使用OTP針腳作為OTP（過溫度保護）或-12 V UVP（低電壓保護），也可使用VS33搭配電路實現相同功能，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電阻至對應的VS針腳。

4）電源管理監控電路設計不良會因靜電釋放、浪涌等原因產生誤動作導致主機自動關機重啟，設計時應在芯片VCC引腳串聯200 Ω電阻，及與GND并聯0.1 μF電容。

3.2.3 調試流程圖

調試流程如圖3所示。

3.2.4 測試平臺及數據

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）；內存為創見1 GB DDR2-667 D9GMH×2；顯示為鴻海8800GTS（G80） 320 M；硬盤為 Seagate Cheetah 36 G×2、WD 萬轉小暴龍 36 G×1、WD2000JD 200G×1；12 cm 風扇 6 個，MCP-650 直流水冷1套。

圖3 調試流程

軟件部分為 WINDOWS XP SP3、SP2004（Stress Prime 2004）超頻檢測軟件，能使CPU達到接近最大功耗和發熱量，從而測試CPU的穩定性。測試數據如表1所列。

表1 測試數據

4 產品特色與典型應用

應用PS223電源管理監控芯片設計的開關電源實現終極電路保護 UCP（Ultimate Circuit Protection）功能，運行安全可靠，在典型負載下的轉換效率高達89%以上，超過80PLUS銀牌認證要求，符合EPS12V 2.92和NVIDIA SLI規范，是目前市面上最具節能、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、多彩超霸節能版DLP-500A、全漢黑旋風450、七盟V-Force 750 W等都使用PS223電源管理監控芯片的高端ATX產品，實現UCP功能，嚴格符合Intel ATX12V V2.2規范，能很好地支持最新的雙核CPU和Sli顯卡，產品定位在服務器用戶和發燒級玩家層次。

5 結束語

臺灣SiTI（點晶科技）出品的PS223電源管理監控芯片是目前市面上保護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等多重保護，實現UCP功能，不僅可廣泛應用于高檔次ATX 12 V 2.2版開關電源，也可用于各種高性能、大功率開關電源保護設計。

[1]王水平.開關穩壓電源原理及設計[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2]何希才.新型開關電源設計與應用[M].北京：科學出版社，2001.

[3]王水平，付敏江.開關穩壓電源—原理、設計與實用電路[M].西安：西安電子科技大學出版社，1997.

[4]劉勝利.現代高頻開關電源實用技術[M].北京：電子工業出版社，2001.

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

[6]21IC中國電子網.開關電源保護電路的研究[EB/OL].2007.http：//www.21ic.com/app/power/200711/23454.htm.

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