PS223在高性能ATX开关电源中的应用

   摘要：介绍点晶科技的电源管理监控芯片PS223的功能及其在高性能大功率ATX开关电源中的设计应用。PS223是目前市面上防过压、过流、欠压、短路、过载及防雷击保护功能最齐全且通用的控制芯片，应用该芯片设计的开关电源具有保护电路简单、功能齐全、节能、安全的特色，产品定位在服务器用户和发烧级玩家层次上。
关键词：电源管理监控；芯片；开关电源；PS223；ATxl2V 2．2电源

    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(350～900 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ATXl2V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20～25％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l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→EMI滤波电路→整流电路→功率因子修正电路→功率级一次侧(高压侧)开关电路转换成脉流→主要变压器→功率级二次侧(低压侧)整流电路→电压调整电路(DC-DC转换电路)→滤波电路→电源管理监控→输出。[!--empirenews.page--]

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。
2．1 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)73μs抗噪声保护；9)宽电源电压范围(90～270 V)；lO)交流电源关闭特别保护。
2．2 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(R1：20～80 kΩ)；ISl2B用于12 V(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12 V(B)OCP比较器V-输入端，12 V(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5 V OCP比较器V+输入，内建Sink电流源，用于OCP保护工作点调整；IS33为3．3 V OCP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3．8～15 V；PGO用于PW-OK，电源SPS输出正常状态信号。
2．3 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1．8 V时，主电源为关；信号电平低于1．8 V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1 V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5 V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。[!--empirenews.page--]

3 应用电路及设计
3．1 PS223典型应用电路
    PS223典型应用电路如图2所示。

    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0．1～10μF，布局时尽可能靠近VCC引脚；3)Rs12(1)、Rs12(2)、Rs5和Rs33≥0．002 Ω；4)过流保护设计计算：①Iref=20μA，；②Rss=0．002Ω，△V5v=0．002I+5v=8Rcc5Iref③如+5 V输出为最大20A，则；5)温度保护设计计算：①NTC(25℃～10K)，(70℃～2．2 K)②如过热控制温度(OTP)不超过70℃，则
3．2 PS223典型应用电路设计
3．2．1 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10～100 Ω，选定值10 Ω。CPGI-1为滤波电容，取值范围为0．1～1．0μF，选定值O．1μF。CPGI-2为滤波电容，取值范围为0.01～1．OμF，选定值O．1μF。
    2)PSON：可与地并联0．1～1．O μF滤波电容，抑制干扰，选定值0．1μF。如需与地串联电阻，则R<1 kΩ。
    3)PGO：可与地并联0．1～1．0 μF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0．01μF电容并联以提高抗干扰能力，选定值为0．1 μF。
    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 kΩ)串联接地。
    3)如某IS针脚不使用，可以开路，但最好是接1 kΩ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 Ω电阻，及与GND并联0．1μF电容。[!--empirenews.page--]
3．2．3 调试流程图
    调试流程如图3所示。

3．2．4 测试平台及数据
    硬件部分：处理器为Intel Core 2。Extreme QX6700 3．6GHz 1．45 V；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 Gx2、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。

4 产品特色与典型应用
    应用PS223电源管理监控芯片设计的开关电源实现终极电路保护UCP(Ultimate Circuit Protection)功能，运行安全可靠，在典型负载下的转换效率高达89％以上，超过80PLUS银牌认证要求，符合EPSl2V 2．92和NVIDIA SLI规范，是目前市面上最具节能、安全特色的高性能、大功率ATX电源。
    目前，全汉第五元素700 W电源、多彩超霸节能版DLP500A、全汉黑旋风450、七盟V-Force750 W等都使用PS223电源管理监控芯片的高端ATX产品，实现UCP功能，严格符合Intel ATXl2V V2．2规范，能很好地支持最新的双核CPU和Sli显卡，产品定位在服务器用户和发烧级玩家层次。

5 结束语
    台湾SiTI(点晶科技)出品的PS223电源管理监控芯片是目前市面上保护功能最齐全且通用的IC，提供过压、过流、过功率、低电压和短路和过热保护等多重保护，实现UCP功能，不仅可广泛应用于高档次ATX 12V 2．2版开关电源，也可用于各种高性能、大功率开关电源保护设计。