ATX電源適配器

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ATX電源適配器

任何用電器都不能沒有電源適配器，臺(tái)式計(jì)算機(jī)當(dāng)然也不能例外。
在臺(tái)式計(jì)算機(jī)機(jī)中，直接為其提供電能的是“ATX”電源適配器。歷史地看，ATX電源適配器實(shí)際上是在更早期的“AT”電源適配器（已被淘汰）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
通過對(duì)任意ATX電源適配器的觀察不難發(fā)現(xiàn)，ATX電源適配器實(shí)際上是以交流市電220V（有的還可通過機(jī)械開關(guān)切換為交流市電110V）為輸入，以±12V、±5V、3.3V等幾組直流輸出以及5VSB直流輸出和PG（PowerGood）、PSON（PowerSupplyON）等信號(hào)為輸出的AC/DC變換器。
隱藏于ATX（由鍍鋅板或鍍鎳板制成的長(zhǎng)方體殼體）內(nèi)部的電路需要完成兩項(xiàng)工作：一是完成從交流市電220V到±12V、±5V、3.3V、5VSB的AC/DC變換；二是提供控制ATX電源適配器啟動(dòng)與停止的PSON開關(guān)信號(hào)、在ATX電源適配器啟動(dòng)后輸出表征其各路輸出已經(jīng)正常的指示信號(hào)PG。
ATX電源適配器輸出端子上的各個(gè)引腳是按照固定順序依次編號(hào)的，并且輸出端子所使用的電纜的顏色也具有明確的含義，即特定顏色對(duì)應(yīng)特定輸出電壓或信號(hào)。ATX電源適配器輸出端子的各個(gè)引腳的排序編號(hào)以及所使用的電纜的顏色與輸出電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖所示。

引腳的排序編號(hào)及所用電纜的顏色與輸出電壓的關(guān)系

接下來，我們將通過使用萬用表實(shí)測(cè)ATX電源適配器輸出端子的各個(gè)引腳的直流電壓的方法，來初步分析一下ATX電源適配器的各路直流輸出及信號(hào)。
任意選取一個(gè)正常的ATX電源適配器，用電源適配器線將交流市電220V接入ATX電源適配器，將萬用表置于直流電壓擋后測(cè)量ATX電源適配器的20/24針輸出端子上各個(gè)引腳的直流電壓（黑表筆接3、5、7、13、15、16、17、ATX筆記本充電器外殼均可，紅表筆接其他引腳）。
通過實(shí)測(cè)不難發(fā)現(xiàn)，在遍歷測(cè)量所有除地線（黑色電纜）以外的引腳電壓的過程中，一共可以在兩個(gè)引腳上測(cè)到不為0V的直流電壓：在經(jīng)紫色電纜引出到輸出端子的第9腳（5VSB，又常被稱為“紫5V”、“待機(jī)5V”）上，測(cè)到一個(gè)約5V的電壓；在經(jīng)綠色電纜引出到輸出端子第14腳（PSON，又常被稱為“綠5V”）上，測(cè)到一個(gè)3～5V（5V居多）的直流電壓。除此之外，在其他各腳上測(cè)得的電壓均為0V。
這個(gè)實(shí)測(cè)過程能明確說明以下問題：在ATX電源適配器各路直流輸出中，5VSB是一個(gè)比較特殊的輸出。它的產(chǎn)生時(shí)間要早于±12V、±5V、3.3V。實(shí)際上，只要ATX電源適配器接入交流市電220V，5VSB就應(yīng)該產(chǎn)生。
這個(gè)實(shí)測(cè)過程還比較明確地揭示了5VSB和綠5V之間的關(guān)系：我們有充分的理由可以大膽推測(cè)，PSON上的5V直流電壓很有可能就是由5VSB直接或間接提供的（事實(shí)上的確如此）。就算是PSON與5VSB沒有直接關(guān)系，二者也應(yīng)該在在ATX電源適配器的加電時(shí)序上密切相關(guān)。因?yàn)镻SON是ATX電源適配器在接入市電后緊隨5VSB的正常而正常起作用的的控制信號(hào)。
PSON的英文全文為PowerSupplyON，其中PowerSupply指ATX電源適配器，ON指打開。按照字面意思去理解，PSON就是控制ATX是否打開的控制開關(guān)。實(shí)際上也的確如此，但PSON與通常意義上的開關(guān)有很大的不同。比如臺(tái)燈的開關(guān)，用手指打開開關(guān)，臺(tái)燈變亮，用手指關(guān)閉開關(guān)，臺(tái)燈變滅。臺(tái)燈開關(guān)作為一個(gè)看得見摸得著的實(shí)體開關(guān)，是非常容易被理解的。反觀PSON，它在物理上是一個(gè)用綠色電纜從ATX電源適配器內(nèi)部引出至ATX電源適配器輸出端子的一個(gè)引腳（14腳，上有一個(gè)3～5V的電平）。可見，就算PSON真的是ATX電源適配器的開關(guān)，那也的確是一種與臺(tái)燈開關(guān)有顯著差異的開關(guān)。
無論是看得見摸得著的臺(tái)燈機(jī)械開關(guān)，還是形如ATX電源適配器的PSON開關(guān)，我們都可以首先從直觀感性的角度出發(fā)，去設(shè)想一下是不是天底下的一切開關(guān)都應(yīng)該具有某種共性（而不論其具體物理狀態(tài)如何）。事實(shí)的確如此，天底下的一切開關(guān)都應(yīng)該具有且必須具有（至少）兩種穩(wěn)定的邏輯狀態(tài)：開關(guān)處于打開狀態(tài)；開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。
不難理解，對(duì)于看得見摸得著的臺(tái)燈開關(guān)等機(jī)械開關(guān)而言，它的狀態(tài)跟開關(guān)所處的物理位置是息息相關(guān)的。那么，具體到PSON開關(guān)，它的開關(guān)狀態(tài)的物理表現(xiàn)形式又是如何呢？
在數(shù)字電路中，電壓/電平的高低顯然對(duì)應(yīng)不同的狀態(tài)：即高電平（1）是一種狀態(tài)，低電平（0）是一種狀態(tài)。具體到PSON開關(guān)，我們能不能推測(cè)當(dāng)PSON處于高電平時(shí)，PSON開關(guān)處于一種穩(wěn)定的邏輯狀態(tài)（代表關(guān)閉）；而PSON處于低電平時(shí)，PSON開關(guān)處于另一種穩(wěn)定的邏輯狀態(tài)（代表打開），事實(shí)的確如此。

如果我們不對(duì)PSON做任何操作，令其保持高電平，那么ATX電源適配器就始終處于待機(jī)（不輸出其他直流輸出，內(nèi)置散熱風(fēng)扇不轉(zhuǎn)）的關(guān)閉狀態(tài)。我們需要對(duì)PSON進(jìn)行何種操作才能夠使ATX電源適配器打開，進(jìn)而輸出其他直流輸出呢？很簡(jiǎn)單，令PSON變?yōu)榈碗娖郊纯伞Ｒ獙⒕G5V拉低，能且只能令綠5V對(duì)地短路。換句話說，要么直接用導(dǎo)體（如鑷子、導(dǎo)線）將綠5V與輸出端子中的接地腳（ATX電源適配器外殼也可）短接，要么像臺(tái)式機(jī)主板正常啟動(dòng)時(shí)通過機(jī)箱面板上的開機(jī)按鈕經(jīng)開機(jī)三極管或其他門電路間接令PSON持續(xù)對(duì)地短路即可。
請(qǐng)讀者親手用鑷子短接PSON與其旁邊的地線腳（此操作不會(huì)損壞ATX電源適配器），觀察ATX電源適配器中的內(nèi)置散熱風(fēng)扇的狀態(tài)變化。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在用鑷子短接PSON與地線腳的那一刻，ATX電源適配器中的內(nèi)置散熱風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)置散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，是表征ATX電源適配器被打開的較直觀的可視化證據(jù)。
接下來，我們還是如法炮制，繼續(xù)通過使用萬用表實(shí)測(cè)ATX電源適配器輸出端子的各個(gè)引腳的直流電壓的方法，來歸納ATX電源適配器的各路直流輸出。
通過實(shí)測(cè)不難發(fā)現(xiàn)，此時(shí)，在橙色電纜的引腳上能夠測(cè)到約3.3V的直流電壓，在紅色電纜的引腳上已經(jīng)能夠測(cè)到約5V的直流電壓，在白色電纜的引腳上已經(jīng)能夠測(cè)到約?5V的直流電壓，在黃色電纜的引腳上已經(jīng)能夠測(cè)到約12V直流電壓，在藍(lán)色電纜的引腳上已經(jīng)能夠測(cè)到?12V的直流電壓。
特別注意，此時(shí)電源適配器供應(yīng)商在灰色電纜引出至ATX電源適配器輸出端子的第8腳（PG，又常被稱為“灰8”）上，已經(jīng)能夠測(cè)到一個(gè)約5V的直流電壓。復(fù)測(cè)PSON，因?yàn)橄惹耙呀?jīng)用鑷子將PSON直接與地線短接，此時(shí)在PSON上實(shí)際測(cè)到的是地線的電壓，0V。復(fù)測(cè)5VSB，測(cè)得的電壓和未短接PSON與地線之前的相同，仍然是5V。
然后，在將鑷子取下（即取消PSON與地線之間的短路關(guān)系）的同時(shí)，觀察ATX電源適配器內(nèi)置散熱風(fēng)扇的狀態(tài)變化。發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇開始減速并后面停轉(zhuǎn)。復(fù)測(cè)橙色電纜、紅色電纜、白色電纜、黃色電纜、藍(lán)色電纜、灰色電纜直流電壓，均為0V。
通過對(duì)鑷子短接前后ATX電源適配器的所有輸出以及內(nèi)置散熱風(fēng)扇狀態(tài)的變化進(jìn)行歸納，不難得出如下兩個(gè)結(jié)論。
（1）PSON的確是控制ATX電源適配器開啟與關(guān)閉的開關(guān)。只不過它是一個(gè)邏輯電平（而非機(jī)械）開關(guān)。當(dāng)PSON為5V的高電平時(shí)，PSON處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)PSON為0V的低電平時(shí)，PSON開關(guān)處于打開狀態(tài)。
（2）PG在有各組輸出時(shí)（PSON對(duì)地短路，ATX電源適配器打開）為接近5V的直流電壓，在無各組輸出時(shí)時(shí)（PSON浮空，ATX電源適配器待機(jī)）為0V。PG也的確是用來表征ATX電源適配器是否已經(jīng)正常輸出各組直流電壓的指示信號(hào)。
實(shí)際上，PG是在各路直流輸出達(dá)到某個(gè)具體的門限值之后才由低變高的，這中間有300ms左右的延時(shí)。此延時(shí)可能由延時(shí)電容實(shí)現(xiàn)，也可能由芯片內(nèi)部的延時(shí)門電路實(shí)現(xiàn)決定，需要具體電源適配器具體分析。PG對(duì)主板而言是一個(gè)非常重要的開啟及同步信號(hào)，其主板一側(cè)的用途已經(jīng)超出了本書的范圍，不再贅述。
綜上所述，當(dāng)ATX電源適配器接入交流市電220V后，首先產(chǎn)生5VSB。隨后，5VSB通過特定電路為PSON提供5V的直流電壓，一旦PSON得到了5V的直流電壓，ATX電源適配器就進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，時(shí)刻準(zhǔn)備著在PSON被拉低后開機(jī)。較后，輸出±12V、±5V、3.3V等各組直流電壓。ATX電源適配器的輸入與輸出的全部時(shí)序如下。
（1）接入交流市電220V。
（2）產(chǎn)生5VSB。
（3）產(chǎn)生PSON。
（4）PSON被人為或主板拉低。
（5）產(chǎn)生±12V、±5V、±3.3V等。
（6）延時(shí)300ms后發(fā)出高電平的PG。

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| 發(fā)布時(shí)間：2019.05.05 來源：電源適配器廠家

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