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，臺式計算機當然也不能例外。
在臺式計算機機中，直接為其提供電能的是“ATX”電源適配器。歷史地看，ATX電源適配器實際上是在更早期的“AT”電源適配器（已被淘汰）的基礎上發展起來的。
通過對任意ATX電源適配器的觀察不難發現，ATX電源適配器實際上是以交流市電220V（有的還可通過機械開關切換為交流市電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方體殼體）內部的電路需要完成兩項工作：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電源適配器啟動與停止的PSON開關信號、在ATX電源適配器啟動后輸出表征其各路輸出已經正常的指示信號PG。
ATX電源適配器輸出端子上的各個引腳是按照固定順序依次編號的，并且輸出端子所使用的電纜的顏色也具有明確的含義，即特定顏色對應特定輸出電壓或信號。ATX電源適配器輸出端子的各個引腳的排序編號以及所使用的電纜的顏色與輸出電壓的對應關系如圖所示。

引腳的排序編號及所用電纜的顏色與輸出電壓的關系

接下來，我們將通過使用萬用表實測ATX電源適配器輸出端子的各個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。
任意選取一個正常的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量ATX電源適配器的20/24針輸出端子上各個引腳的直流電壓（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）。
通過實測不難發現，在遍歷測量所有除地線（黑色電纜）以外的引腳電壓的過程中，一共可以在兩個引腳上測到不為0V的直流電壓：在經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5V”）上，測到一個約5V的電壓；在經綠色電纜引出到輸出端子第14腳（PSON，又常被稱為“綠5V”）上，測到一個3～5V（5V居多）的直流電壓。除此之外，在其他各腳上測得的電壓均為0V。
這個實測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是一個比較特殊的輸出。它的產生時間要早于±12V、±5V、3.3V。實際上，只要ATX電源適配器接入交流市電220V，5VSB就應該產生。
這個實測過程還比較明確地揭示了5VSB和綠5V之間的關系：我們有充分的理由可以大膽推測，PSON上的5V直流電壓很有可能就是由5VSB直接或間接提供的（事實上的確如此）。就算是PSON與5VSB沒有直接關系，二者也應該在在ATX電源適配器的加電時序上密切相關。因為PSON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。
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。實際上也的確如此，但PSON與通常意義上的開關有很大的不同。比如臺燈的開關，用手指打開開關，臺燈變亮，用手指關閉開關，臺燈變滅。臺燈開關作為一個看得見摸得著的實體開關，是非常容易被理解的。反觀PSON，它在物理上是一個用綠色電纜從ATX電源適配器內部引出至ATX電源適配器輸出端子的一個引腳（14腳，上有一個3～5V的電平）。可見，就算PSON真的是ATX電源適配器的開關，那也的確是一種與臺燈開關有顯著差異的開關。
無論是看得見摸得著的臺燈機械開關，還是形如ATX電源適配器的PSON開關，我們都可以首先從直觀感性的角度出發，去設想一下是不是天底下的一切開關都應該具有某種共性（而不論其具體物理狀態如何）。事實的確如此，天底下的一切開關都應該具有且必須具有（至少）兩種穩定的邏輯狀態：開關處于打開狀態；開關處于關閉狀態。
不難理解，對于看得見摸得著的臺燈開關等機械開關而言，它的狀態跟開關所處的物理位置是息息相關的。那么，具體到PSON開關，它的開關狀態的物理表現形式又是如何呢？
在數字電路中，電壓/電平的高低顯然對應不同的狀態：即高電平（1）是一種狀態，低電平（0）是一種狀態。具體到PSON開關，我們能不能推測當PSON處于高電平時，PSON開關處于一種穩定的邏輯狀態（代表關閉）；而PSON處于低電平時，PSON開關處于另一種穩定的邏輯狀態（代表打開），事實的確如此。

如果我們不對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（不輸出其他直流輸出，內置散熱風扇不轉）的關閉狀態。我們需要對PSON進行何種操作才能夠使ATX電源適配器打開，進而輸出其他直流輸出呢？很簡單，令PSON變為低電平即可。要將綠5V拉低，能且只能令綠5V對地短路。換句話說，要么直接用導體（如鑷子、導線）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，要么像臺式機主板正常啟動時通過機箱面板上的開機按鈕經開機三極管或其他門電路間接令PSON持續對地短路即可。
請讀者親手用鑷子短接PSON與其旁邊的地線腳（此操作不會損壞ATX電源適配器），觀察ATX電源適配器中的內置散熱風扇的狀態變化。我們會發現，在用鑷子短接PSON與地線腳的那一刻，ATX電源適配器中的內置散熱風扇開始轉動。內置散熱風扇的轉動，是表征ATX電源適配器被打開的較直觀的可視化證據。
接下來，我們還是如法炮制，繼續通過使用萬用表實測ATX電源適配器輸出端子的各個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。
通過實測不難發現，此時，在橙色電纜的引腳上能夠測到約3.3V的直流電壓，在紅色電纜的引腳上已經能夠測到約5V的直流電壓，在白色電纜的引腳上已經能夠測到約?5V的直流電壓，在黃色電纜的引腳上已經能夠測到約12V直流電壓，在藍色電纜的引腳上已經能夠測到?12V的直流電壓。
特別注意，此時電源適配器供應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，已經能夠測到一個約5V的直流電壓。復測PSON，因為先前已經用鑷子將PSON直接與地線短接，此時在PSON上實際測到的是地線的電壓，0V。復測5VSB，測得的電壓和未短接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系）的同時，觀察ATX電源適配器內置散熱風扇的狀態變化。發現風扇開始減速并后面停轉。復測橙色電纜、紅色電纜、白色電纜、黃色電纜、藍色電纜、灰色電纜直流電壓，均為0V。
通過對鑷子短接前后ATX電源適配器的所有輸出以及內置散熱風扇狀態的變化進行歸納，不難得出如下兩個結論。
（1）PSON的確是控制ATX電源適配器開啟與關閉的開關。只不過它是一個邏輯電平（而非機械）開關。當PSON為5V的高電平時，PSON處于關閉狀態；當PSON為0V的低電平時，PSON開關處于打開狀態。
（2）PG在有各組輸出時（PSON對地短路，ATX電源適配器打開）為接近5V的直流電壓，在無各組輸出時時（PSON浮空，ATX電源適配器待機）為0V。PG也的確是用來表征ATX電源適配器是否已經正常輸出各組直流電壓的指示信號。
實際上，PG是在各路直流輸出達到某個具體的門限值之后才由低變高的，這中間有300ms左右的延時。此延時可能由延時電容實現，也可能由芯片內部的延時門電路實現決定，需要具體電源適配器具體分析。PG對主板而言是一個非常重要的開啟及同步信號，其主板一側的用途已經超出了本書的范圍，不再贅述。
綜上所述，當ATX電源適配器接入交流市電220V后，首先產生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電源適配器就進入待機狀態，時刻準備著在PSON被拉低后開機。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序如下。
（1）接入交流市電220V。
（2）產生5VSB。
（3）產生PSON。
（4）PSON被人為或主板拉低。
（5）產生±12V、±5V、±3.3V等。
（6）延時300ms后發出高電平的PG。

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| 發布時間：2019.05.05 來源：電源適配器廠家

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