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文檔簡介

1、 LWT2005 TL494(KA7500)+LM339 ATX電源電路工作原理與維修 隨著電腦的逐漸普及和深入到家庭,顯示器已經(jīng)成為維修界的一個亮點,ATX開關電源又將成為維修界的一個新的亮點。本文以市面上最常見的LWT2005型開關電源供應器為例,詳細講解最新ATX開關電源的工作原理和檢修方法,對其它型號的開關電源供應器,也借此起到一個拋磚引玉的作用。 一、 概述 ATX開關電源的主要功能是向計算機系統(tǒng)提供所需的直流電源。一般計算機電源所采用的都是雙管半橋式無工頻變壓器的脈寬調(diào)制變換型穩(wěn)壓電源。它將市電整流成直流后,通過變換型振蕩器變成頻率較高的矩形或近似正弦波電壓,再經(jīng)過高頻整流濾波變成

2、低壓直流電壓的目的。其外觀圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)實物圖見圖1和圖2所示。 ATX開關電源的功率一般為250W300W,通過高頻濾波電路共輸出六組直流電壓:+5V(25A)、5V(0.5A)、+12V(10A)、12V(1A)、+3.3V(14A)、+5VSB(0.8A)。為防止負載過流或過壓損壞電源,在交流市電輸入端設有保險絲,在直流輸出端設有過載保護電路。 二、工作原理 ATX開關電源,電路按其組成功能分為:輸入整流濾波電路、高壓反峰吸收電路、輔助電源電路、脈寬調(diào)制控制電路、PS信號和PG信號產(chǎn)生電路、主電源電路及多路直流穩(wěn)壓輸出電路、自動穩(wěn)壓穩(wěn)流與保護控制電路。參照實物繪出整機電路圖,如圖3所示。

3、1、輸入整流濾波電路 只要有交流電AC220V輸入,ATX開關電源無論是否開啟,其輔助電源就會一直工作,直接為開關電源控制電路提供工作電壓。如圖4所示,交流電AC220V經(jīng)過保險管FUSE、電源互感濾波器L0,經(jīng)BD1BD4整流、C5和C6濾波,輸出300V左右直流脈動電壓。C1為尖峰吸收電容,防止交流電突變瞬間對電路造成不良影響。TH1為負溫度系數(shù)熱敏電阻,起過流保護和防雷擊的作用。L0、R1和C2組成型濾波器,濾除市電電網(wǎng)中的高頻干擾。C3和C4為高頻輻射吸收電容,防止交流電竄入后級直流電路造成高頻輻射干擾。R2和R3為隔離平衡電阻,在電路中對C5和C6起平均分配電壓作用,且在關機后,與地

4、形成回路,快速泄放C5、C6上儲存的電荷,從而避免電擊。 2、高壓尖峰吸收電路 如圖5所示,D18、R004和C01組成高壓尖峰吸收電路。當開關管Q03截止后,T3將產(chǎn)生一個很大的反極性尖峰電壓,其峰值幅度超過Q03的C極電壓很多倍,此尖峰電壓的功率經(jīng)D18儲存于C01中,然后在電阻R004上消耗掉,從而降低了Q03的C極尖峰電壓,使Q03免遭損壞。 3、輔助電源電路 如圖6所示,整流器輸出的300V左右直流脈動電壓,一路經(jīng)T3開關變壓器的初級繞組送往輔助電源開關管Q03的c極,另一路經(jīng)啟動電阻R002給Q03的b極提供正向偏置電壓和啟動電流,使Q03開始導通。Ic流經(jīng)T3初級繞組,使T3反饋

5、繞組產(chǎn)生感應電動勢(上正下負),通過正反饋支路C02、D8、R06送往Q03的b極,使Q03迅速飽和導通,Q03上的Ic電流增至最大,即電流變化率為零,此時D7導通,通過電阻R05送出一個比較電壓至IC3(光電耦合器Q817)的腳,同時T3次級繞組產(chǎn)生的感應電動勢經(jīng)D50、C04整流濾波后,一路經(jīng)R01限流后送至IC3的腳,另一路經(jīng)R02送至IC4(精密穩(wěn)壓電路TL431),由于Q03飽和導通時次級繞組產(chǎn)生的感應電動勢比較平滑、穩(wěn)定,經(jīng)IC4的K端輸出至IC3的腳電壓變化率幾乎為零,使IC3內(nèi)發(fā)光二極管流過的電流幾乎為零,此時光敏三極管截止,從而導致Q1截止。反饋電流通過R06、R003、Q0

6、3的b、e極等效電阻對電容C02充電,隨著C02充電電壓增 加,流經(jīng)Q03的b極電流逐漸減小,使反饋繞組上的感應電動勢開始下降,最終使T3反饋繞組感應電動勢反相(上負下正),并與C02電壓疊加后送往Q03的b極,使b極電位變負,此時開關管Q03因b極無啟動電流而迅速截止。 開關管Q03截止時,T3反饋繞組、D7、R01、R02、R03、R04、R05、C09、IC3、IC4組成再起振支路。當Q03導通的過程中,T3初級繞組將磁能轉(zhuǎn)化為電能為電路中各元器件提供電壓,同時T3反饋繞組的端感應出負電壓,D7導通、Q1截止;當Q03截止后,T3反饋繞組的端感應出正電壓,D7截止,T3次級繞組兩個輸出端

7、的感應電動勢為正,T3儲存的磁能轉(zhuǎn)化為電能經(jīng)D50、C04整流濾波后為IC4提供一個變化的電壓,使IC3的、腳導通,IC3內(nèi)發(fā)光二極管流過的電流增大,使光敏三極管發(fā)光,從而使Q1導通,給開關管Q03的b極提供啟動電流,使開關管Q03由截止轉(zhuǎn)為導通。同時,正反饋支路C02的充電電壓經(jīng)T3反饋繞組、R003、Q03的be極等效電阻、R06形成放電回路。隨著C41充電電流逐漸減小,開關管Q03的Ub電位上升,當Ub電位增加到Q03的be極的開啟電壓時,Q03再次導通,又進入下一個周期的振蕩。如此循環(huán)往復,構(gòu)成一個自激多諧振蕩器。 Q03飽和期間,T3次級繞組輸出端的感應電動勢為負,整流二級管D9和D

8、50截止,流經(jīng)初級繞組的導通電流以磁能的形式儲存在輔助電源變壓器T3中。當Q03由飽和轉(zhuǎn)向截止時,次級繞組兩個輸出端的感應電動勢為正,T3儲存的磁能轉(zhuǎn)化為電能經(jīng)D9、D50整流輸出。其中D50整流輸出電壓經(jīng)三端穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓,再經(jīng)電感L7濾波后輸出+5VSB。若該電壓丟失,主板就不會自動喚醒ATX電源工作。D9整流輸出電壓供給IC2(脈寬調(diào)制集成電路KA7500B)的12腳(電源輸入端),經(jīng)IC2內(nèi)部穩(wěn)壓,從第14腳輸出穩(wěn)壓+5V,提供ATX開關電源控制電路中相關元器件的工作電壓。 T2為主電源激勵變壓器,當副電源開關管Q03導通時,Ic流經(jīng)T3初級繞組,使T3反饋繞組產(chǎn)生感應電動勢(上正

9、下負),并作用于T2初級繞組,產(chǎn)生感應電動勢(上負下正),經(jīng)D5、D6、C8、R5給Q02的b極提供啟動電流,使主電源開關管Q02導通,在回路中產(chǎn)生電流,保證了整個電路的正常工作;同時,在T2初級反饋繞組產(chǎn)生感應電動勢(上正下負),D3、D4截止,主電源開關管Q01處于截止狀態(tài)。在電源開關管Q03截止期間,工作原理與上述過程相反,即Q02截止,Q01工作。其中,D1、D2為續(xù)流二極管,在開關管Q01和Q02處于截止和導通期間能提供持續(xù)的電流。這樣就形成了主開關電源它激式多諧振電路,保證了T2初級繞組電路部分得以正常工作,從而在T2次級繞組上產(chǎn)生感應電動勢送至推動三極管Q3、Q4的c極,保證整個

10、激勵電路能持續(xù)穩(wěn)定地工作,同時,又通過T2初級繞組反作用于T1主開關電源變壓器,使主電源電路開始工作,為負載提供+3.3V、5V、12V工作電壓。 4、PS信號和PG信號產(chǎn)生電路以及脈寬調(diào)制控制電路 如圖7所示,微機通電后,由主板送來的PS信號控制IC2的腳(脈寬調(diào)制控制端)電壓。待機時,主板啟動控制電路的電子開關斷開,PS信號輸出高電平3.6V,經(jīng)R37到達IC1(電壓比較器LM339N)的腳(啟動端),由內(nèi)部經(jīng)IC1的腳輸出低電平,使D35、D36截止;同時,IC1的腳一路經(jīng)R42送出一個比較電壓對C35進行充電,另一路經(jīng)R41送出一個比較電壓給IC2的腳,IC2的腳電壓由零電位開始逐漸上

11、升,當上升的電壓超過3V時,關閉IC2、11腳的調(diào)制脈寬電壓輸出,使T2推動變壓器、T1主電源開關變壓器停振,從而停止提供+3.3V、5V、12V等各路輸出電壓,電源處于待機狀態(tài)。受控啟動后,PS信號由主板啟動控制電路的電子開關接地,IC1的腳為低電平(0V),IC2的腳變?yōu)榈碗娖剑?V),此時允許、11腳輸出脈寬調(diào)制信號。IC2的13腳(輸出方式控制端)接穩(wěn)壓+5V (由IC2內(nèi)部14腳穩(wěn)壓輸出+5V電壓),脈寬調(diào)制器為并聯(lián)推挽式輸出,、11腳輸出相位差180度的脈寬調(diào)制信號,輸出頻率為IC2的、腳外接定時阻容元件R30、C30的振蕩頻率的一半,控制推動三極管Q3、Q4的c極相連接的T2次級

12、繞組的激勵振蕩。T2初級它激振蕩產(chǎn)生的感應電動勢作用于T1主電源開關變壓器的初級繞組,從T1次級繞組的感應電動勢整流輸出+3.3V、5V、12V等各路輸出電壓。 D12、D13以及C40用于抬高推動管Q3、Q4的e極電平,使Q3、Q4的b極有低電平脈沖時能可靠截止。C35用于通電瞬間關閉IC2的、11腳輸出脈寬調(diào)制信號脈沖。ATX電源通電瞬間,由于C35兩端電壓不能突變,IC2的腳輸出高電平,、11腳無驅(qū)動脈沖信號輸出。隨著C35的充電,IC2的啟動由PS信號電平高低來加以控制,PS信號電平為高電平時IC2關閉,為低電平時IC2啟動并開始工作。 PG產(chǎn)生電路由IC1(電壓比較器LM339N)、

13、R48、C38及其周圍元件構(gòu)成。待機時IC2的腳(反饋控制端)為零電平,經(jīng)R48使 IC1的腳正端輸入低電位,小于11腳負端輸入的固定分壓比,IC113腳(PG信號輸出端)輸出低電位,PG向主機輸出零電平的電源自檢信號,主機停止工作處于待機狀態(tài)。受控啟動后IC2的腳電位上升,IC1的腳控制電平也逐漸上升,一旦IC1的腳電位大于11腳的固定分壓比,經(jīng)正反饋的遲滯比較器,13腳輸出的PG信號在開關電源輸出電壓穩(wěn)定后再延遲幾百毫秒由零電平起跳到+5V,主機檢測到PG電源完好的信號后啟動系統(tǒng),在主機運行過程中若遇市電停電或用戶執(zhí)行關機操作時,ATX開關電源+5V輸出電壓必然下跌,這種幅值變小的反饋信號

14、被送到IC2的腳(電壓取樣比較器同相輸入端),使IC2的腳電位下降,經(jīng)R48使IC1的腳電位迅速下降,當腳電位小于11腳的固定分壓電平時,IC1的13腳將立即從+5V下跳到零電平,關機時PG輸出信號比ATX開關電源5V輸出電壓提前幾百毫秒消失,通知主機觸發(fā)系統(tǒng)在電源斷電前自動關閉,防止突然掉電時硬盤的磁頭來不及歸位而劃傷硬盤。 5、主電源電路及多路直流穩(wěn)壓輸出電路 如圖8所示,微機受控啟動后,PS信號由主板啟動控制電路的電子開關接地,允許IC2的、11腳輸出脈寬調(diào)制信號,去控制與推動三極管Q3、Q4的c極相連接的T2推動變壓器次級繞組產(chǎn)生的激勵振蕩脈沖。T2的初級繞組由它激振蕩產(chǎn)生的感應電動勢

15、作用于T1主電源開關變壓器的初級繞組,從T1次級繞組產(chǎn)生的感應電動勢經(jīng)D20、D28整流、L2(功率因素校正變壓器,也稱低電壓扼流線圈。以它為主來構(gòu)成功率因素校正電路,簡稱PFC電路,起自動調(diào)節(jié)負載功率大小的作用。當負載要求功率很大時,則PFC電路就經(jīng)過L2來校正功率大小,為負載輸送較大的功率;當負載處于節(jié)能狀態(tài)時,要求的功率很小,PFC電路通過L2校正后為負載送出較小的功率,從而達到節(jié)能的作用。)第繞組以及C23濾波后輸出12V電壓;從T1次級繞組產(chǎn)生的感應電動勢經(jīng)D24、D27整流、L2第繞組及C24濾波后輸出5V電壓;從T1次級繞組產(chǎn)生的感應電動勢經(jīng)D21、L2第繞組以及C25、C26、

16、C27濾波后輸出+5V電壓;從T1次級繞組產(chǎn)生的感應電動勢經(jīng)L6、L7、D23、L1以及C28濾波后輸出+3.3V電壓;從T1次級繞組產(chǎn)生的感應電動勢經(jīng)D22、L2第繞組以及C29濾波后輸出+12V電壓。其中,每兩個繞組之間的R(5/)、C(103)1/2W組成尖峰消除網(wǎng)絡,以降低繞組之間的反峰電壓,保證電路能夠持續(xù)穩(wěn)定地工作。 6、自動穩(wěn)壓穩(wěn)流控制電路 (1)+3.3V自動穩(wěn)壓電路 IC5(精密穩(wěn)壓電路TL431)、Q2、R25、R26、R27、R28、R18、R19、R20、D30、D31、D23(場效應管)、R08、C28、C34等組成+3.3V自動穩(wěn)壓電路。如圖9所示。 當輸出電壓(+

17、3.3V)升高時,由R25、R26、R27取得升高的采樣電壓送到IC5的G端,使U電位上升,U電位下降,從KG而使Q2導通,升高的+3.3V電壓通過Q2的ec極,R18、D30、D31送至D23的S極和G極,使D23提前導通,控制D23的D極輸出電壓下降,經(jīng)L1使輸出電壓穩(wěn)定在標準值(+3.3V)左右,反之,穩(wěn)壓控制過程相反。 (2)+5V、+12V自動穩(wěn)壓電路 IC2的、腳電壓取樣比較器正、負輸入端,取樣電阻R15、R16、R33、R35、R68、R69、R47、R32構(gòu)成+5V、+12V自動穩(wěn)壓電路。如圖10所示。 當輸出電壓升高時(+5V或+12V),由R33、R35、R69并聯(lián)后的總電

18、阻取得采樣電壓,送到IC2的腳和腳,與IC2內(nèi)部的基準電壓相比較,輸出誤差電壓與IC2內(nèi)部鋸齒波產(chǎn)生電路的振蕩脈沖在PWM(比較器)中進行比較放大,使、11腳輸出脈沖寬度降低,輸出電壓回落至標準值的范圍內(nèi)。 反之穩(wěn)壓控制過程相反,從而使開關電源輸出電壓保持穩(wěn)定。 (3)+3.3V、+5V、+12V自動穩(wěn)壓電路 IC4(精密穩(wěn)壓電路TL431)、IC3、Q1、R01、R02、R03、R04、R05、R005、D7、C09、C41等組成+3.3V、+5V、+12V 自動穩(wěn)壓電路。如圖11所示。 當輸出電壓升高時,T3次級繞組產(chǎn)生的感應電動勢經(jīng)D50、C04整流濾波后一路經(jīng)R01限流送至IC3的腳,

19、另一路經(jīng)R02、R03獲得增大的取樣電壓送至IC4的G端,使U電位上升,U電位下降,從而使IC4內(nèi)發(fā)光二極管流過的電流增KG加,使光敏三極管導通,從而使Q1導通,同時經(jīng)負反饋支路R005、C41使開關三極管Q03的e極電位上升,使得Q03的b極分流增加,導致Q03的脈沖寬度變窄,導通時間縮短,最終使輸出電壓下降,穩(wěn)定在規(guī)定范圍之內(nèi)。 反之,當輸出電壓下降時,則穩(wěn)壓控制過程相反。 (4)自動穩(wěn)流電路 IC2的15、16腳電流取樣比較器正、負輸入端,取樣電阻R51、R56、R57構(gòu)成負載自動穩(wěn)流電路。如圖12所示。 負端輸入端15腳接穩(wěn)壓+5V,正端輸入端16腳, 該腳外接的R51、R56、R57

20、與地之間形成回路,當負載電流偏高時,T2次級繞組產(chǎn)生的感應電動勢經(jīng)R10、D14、C36整流濾波,再經(jīng)R54、R55降壓后獲得增大的取樣電壓,同時與R51、R56、R57支路取得增大的采樣電流一起送到IC215腳和16腳,與IC2內(nèi)部基準電流相比較,輸出誤差電流,與IC2內(nèi)部鋸齒波產(chǎn)生電路產(chǎn)生的振蕩脈沖在PWM(比較器)中進行比較放大,使、11腳輸出脈沖寬度降低,輸出電流回落至標準值的范圍之內(nèi)。 反之穩(wěn)流控制過程相反,從而使開關電源輸出電流保持穩(wěn)定. 三、檢修的基本方法與技巧 計算機ATX開關電源與日常生活中彩電的開關電源顯著的區(qū)別是:前者取消了傳統(tǒng)的市電按鍵開關,采用新型的觸點開關,并且依靠

21、+5VSB、PS控制信號的組合來實現(xiàn)電源的自動開啟和自動關閉。主機在通電的瞬間,主機電源會向主板發(fā)送一個Power Good(簡稱PG)信號,如果主機電源的輸入電壓在額定范圍之內(nèi),輸出電壓也達到最低檢測電平(+5V輸出為4.75V以上),并且讓時間延遲約100ms500ms后(目的是讓電源電壓變得更加穩(wěn)定),PG電路就會發(fā)出“電源正?!钡男盘枺又鳦PU會產(chǎn)生一個復位信號,執(zhí)行BIOS中的自檢,主機才能正常啟動。+5VSB是供主機系統(tǒng)在ATX待機狀態(tài)時的電源,以及開啟和關閉自動管理模塊及其遠程喚醒通訊聯(lián)絡相關電路的工作電源,在待機及受控啟動狀態(tài)下,其輸出電壓均為5V高電平,使用紫色線由ATX插

22、頭腳引出。如圖13所示。PS為主機開啟或關閉電源以及網(wǎng)絡計算機遠程喚醒電源的控制信號,不同型號的ATX開關電源,待機時的電壓值各不相同,常見的待機電壓值為3V、3.6V、4.6V。當按下主機面板的POWER電源開關或?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡喚醒遠程開機時,受控啟動后PS由主板的電子開關接地,使用綠色線從ATX插頭14腳輸入。PG是供主板檢測電源好壞的輸出信號,使用灰色線由ATX插頭腳引出,待機狀態(tài)為低電平(0V),受控啟動電壓輸出穩(wěn)定的高電平(+5V)。 脫機帶電檢測ATX電源 ,首先測量在待機狀態(tài)下的PS和PG信號,前者為高電平,后者為低電平,插頭9腳除輸出+5VSB外,不輸出其它任何電壓。其次是將ATX開

23、關電源進行人工喚醒,方法是:用一根導線把ATX插頭14腳(綠色線)PS信號與任一地端(黑色線3、7、13、15、16、17)中的任一腳短接,這一步是檢測的關鍵(否則,通電時開關電源風扇將不旋轉(zhuǎn),整個電路無任何反應,導致無法檢修或無法判斷其故障部位和質(zhì)量好壞)。將ATX電源由待機狀態(tài)喚醒為啟動受控狀態(tài),此時PS信號變?yōu)榈碗娖?,PG、+5VSB信號變?yōu)楦唠娖?,這時可觀察到開關電源風扇旋轉(zhuǎn)。為了驗證電源的帶負載能力,通電前可在電源的+12V輸出插頭處再接一個開關電源風扇或CPU電源風扇,也可在+5V與地之間并聯(lián)一個4/10W左右的大功率電阻做假負載。然后通電測量各路輸出電壓值是否正常,如果正常且穩(wěn)定

24、,則可放心接上主機內(nèi)各部件進行使用;如發(fā)現(xiàn)不正常,則必須重新認真檢查電路,此時絕對不允許與主機內(nèi)各部件連接,以免通電造成嚴重的經(jīng)濟損失。 上述操作亦可作為單獨選購ATX開關電源脫機通電驗證質(zhì)量好壞的方法。 四、故障檢修實例 實例1 一臺LWT2005型開關電源供應器,開機出現(xiàn)“三無(主機電源指示燈不亮,開關電源風扇不轉(zhuǎn),顯示器點不亮)”。 故障分析與維修:先采用替換法(用一個好的ATX開關電源替換原主機箱內(nèi)的ATX電源)確認LWT2005型開關電源已壞。然后拆開故障電源外殼,直觀檢查發(fā)現(xiàn)機板上輔助電源電路部分的R001、R003、R05呈開路性損壞,Q1(C1815)、開關管Q03(BUT11

25、A)呈短路性損壞,如圖14所示。且R003燒焦、Q1的c、e極炸斷,保險管FUSE(5A/250V)發(fā)黑熔斷。經(jīng)更換上述損壞元器件后,采用二中的檢修方法和技巧:用一根導線將ATX插頭14腳與15腳(兩腳相鄰,便于連接)連接,并在+12V端接一個電源風扇。檢查無誤后通電,發(fā)現(xiàn)兩個電源風扇(開關電源自帶一個+12V散熱風扇)轉(zhuǎn)速過快,且發(fā)出很強的嗚音,迅速測得+12V上升為+14V,且輔助電源電路部分發(fā)出一股逐漸加強的焦味,立即關電。分析認為,輸出電壓升高,一般是穩(wěn)壓電路有問題。細查為IC4、IC3構(gòu)成的穩(wěn)壓電路部分的IC3(光電耦合器Q817)不良。由于IC3不良,當輸出電壓升高時,IC3內(nèi)部的

26、光敏三極管不能及時導通,從而就沒有反饋電流進入開關管Q03的e極,不能及時縮短Q03的導通時間,導致Q03導通時間過長,輸出電壓升高。如不及時關電,(從發(fā)出的焦味來看,Q03很可能因?qū)〞r間過長,功耗過重而損壞)又將大面積地燒壞元器件。 將IC3更換后,重新檢查、測量剛才更換過的元器件,確認完好后通電。測各路輸出電壓一切正常,風扇轉(zhuǎn)速正常(幾乎聽不到轉(zhuǎn)動聲)。通電觀察半小時無異常現(xiàn)象。再接入主機內(nèi)的主板上,通電試機2小時一直正常。至此,檢修過程結(jié)束。后又維修大量同型號或不同型號(其電路大多數(shù)相同或類似)的開關電源,其損壞的電路及元器件大多雷同。 實例2 一臺銀河YH004A型開關電源供應器,開

27、機出現(xiàn)“三無”。 故障分析與維修:先采用替換法確認該開關電源已壞。然后拆開故障電源外殼,直觀檢查機板上輔助電源電路部分,發(fā)現(xiàn)D30、ZD3、R78、Q15(開關管)燒壞。根據(jù)實物繪制關鍵電路如圖15所示,經(jīng)更換上述元器件后并按實例1方法進行通電試機,發(fā)現(xiàn)兩個電源風扇時轉(zhuǎn)時不轉(zhuǎn)。懷疑電路中有虛焊,將整個電路重新加焊一遍后,通電故障如初。維修一時陷入困境。后經(jīng)仔細分析電路圖,在電源風扇時轉(zhuǎn)時不轉(zhuǎn)的瞬間,測得開關電源輸出電壓波動很大,莫非穩(wěn)壓電路出了故障? 經(jīng)與實例1中相關電路相比較,兩種開關電源電路有較大差別,但所用的脈寬調(diào)制集成電路都是雙排8腳,前例采用的是IC2(KA7500B),本例是IC1(TL494)(有些也采用BDL494),分析、比較兩種不同標號的集成電路,得出兩者的引腳、功能完全相同,可以直接互換。以此推測出IC1(TL494)的穩(wěn)壓原理如下:IC1(TL494

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