完全分析--长城ATX300P4-PFC

会员52894

标题起的有点吹牛了，只为吸引眼球而以，大家不要见怪。
完整电路图置顶贴里有。链接在下面。可能有不同版本，我用的是余君强制作的那个。
http://www.chinafix.com.cn/thread-82456-1-1.html

长城ATX300P4 PFC 这张电路图记得在一年前刚看到时，眼前几乎一片漆黑，瞪大眼睛也看不懂几个地方。经过不断的积累，这张图的主体部分基本已能读懂了。现在把我的理解发出来，一方面供铮新的手学习，半新的手参考，另一方面恳请老鸟们加以指导。由于自己水平比较差，文中一定会有很多错误，包括一些会误人子弟的严重错误，欢迎大家拍砖，讨论。

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见图1，这部分比较简单，主要是EMI(Electric Magnetic Interference)、PFC和整流桥。
C1,C4及C7是X电容(方块形的)，又叫跨接线路滤波电容(出自yzz163老大写的贴)，其功能是滤除火线与中性线(零线)之间的电磁干扰(常态噪声)。至于为什么C1、C7的容量就定在0.22uF而放在中间位置的C4就用0.1uF的，类似这样的问题我想修理工要想理解就有一定的难度了，我曾看过一篇讲解其中理论的文章，结果是望着一串串以上下被拉升了的S打头的式子一个劲儿的蛋疼，心理纳闷儿当初高数是怎么考过的,最终放弃。看来电气工程师和修理工不是一个东西。不过我也不是贬低我们做维修的，话反过来说，你让一个搞设计的一晚上把一堆杂七杂八的的电源全都修好，他也一样翻。{:soso_e113:}
C2、C3、C5、C6是Y电容(圆饼形的)，又叫线路旁通电容，其功能是滤除火线与地、中性线与地之间的电磁干扰(共态噪声)。
L1、L2是互感滤波器(共态扼流圈)，其功能是用来消除电力在线低通共态以及射频噪声。 保险丝不说了。R1猜测是拨掉电源时放电用的。
L3是PFC(Power Factor Correction 功率因数校正)线圈，当然属于被动式PFC，其功能是提高电源对电网电能的利用效率。我以前一直以为不装这个会浪费电，会多交电费的。其实，是浪费电，但浪费的不是你家交费的电，这部分电被电源“反弹”回电网，其中一小部分消耗在电网的电线上了。 ZL1是整流桥，220的交流电过了它变为300V脉动直流电。300V电压兵分三路，一路通向主电源开关管，另二路通向副电源开关变压器及启动电阻。
在开机瞬间用于防止电流过大的负温度系数热敏电阻(NTC Negative Temperature Coefficient)和防雷击的压敏电阻(MOV metal-oxide varistor )在本电路中没有出现。

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见图2，这部分为辅助电源部分,这是一个能独立工作的单管自激式开关电源，其功能是为TL49f供电，并提供紫5VSB待机电压。
300V经过开关变压器A绕组加在开关管Q3的C极，另一路300V经过启动电阻R14加在Q3的B极，为Q3导通提供最初的电压。Q3在这个电压作用下开始由截止转为较弱的导通，绕组A中的电流变大，并感应出上正下负的电压，同时绕组B也感应出上正下负的电压，这个电压经限流电阻R11和整流二极管D7加在Q3的B极并为C29充电(左负右正)，使Q3完全导通，此时绕组A、B中的电流也最大。但绕组B产生的电压是由绕组A中的电流变大产生的，显然绕组A中的电流不能无限增大，当其电流的增速减小时，绕组B上正下负的电压必然要减弱，这个电压一弱，Q3的B极的电压降低，导通程度下降，绕组A中的电流开始减小，由于电感线圈的性质，此时绕组A两端的电压开始翻转，变为上负下正，绕组B也随着绕组A而翻转为上负下正， 这个电压与C29左负右正的电压串起来加到Q3的EB极上，使Q3转为截止。截止时，C29放电，放完电后，在启动电阻的作用下，开始新一轮的循环。可见C29有着决定Q3开关频率的作用。
D5、C31、R12组成反峰吸收电路，防止Q3关断瞬间绕组A产生的高电压把Q3击穿，保护Q3。R15起着限制Q3的B极的电位的作用，使Q3的B极的电位不至于过高。
R13是电流负反馈电阻，当电流过大时在R13上端取出的电压经过D8作用于Q4的B极，通过使Q4导通来控制Q3的导通从而限流。
WD1、光耦、Q4等元件构成电压负反馈电路，输出电压5VSB经过R20、R22分压加在WD1的R极，控制WD1的导通程度，电压越高其导通越大，其导通越大光耦内部发光越强，光耦左边导通也就越大，绕组B产生的上正下负的电压的一部分经D6整流C30滤波通过光耦的左部及R17加到Q4的B极，最终控制Q3的导通时间实现负反馈从而把输出电压稳定在一定的范围内。可见R20、R22有控制输出电压大小的作用。
从C、D绕组输出的电压经过LC整流滤波电路一路供TL494及推动管、推动变压器使用，另一路产生5VSB待机电压。WD3，稳压二极管，把5BSB钳
在5V以下。C33、R21的作用不知道，可能是消除振荡用的。

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见图3，这部分和控制主电源工作的绿线和部分PG电路有关。
TL494的4脚为死区控制，高电位(5V)时8、11脚无波形输出，低电位(0V)时有输出。半高不高的电位可能会使8、11脚输出很窄的波形。
A点电压来自494的14脚(参考电压5V)，只要494的12脚供电正常这脚就应该有5V输出。该电压经过R25为绿线提供上拉电压。当绿线悬空时，会有一个不到5V的高电位。此时，A点的电压经过R25、R27、D25、R28的分压在Q8的B极产生一个约1.5V的电压，这个电压使Q8导通并拉低Q8的C极的电位，同时也使Q7的B极处于低电位，Q7是一个PNP管，此时由于B极低于E极而导通，A点电压通过Q7、R24、D261、R23分压在在B点产生一个大于3V的高电位，此电位加到TL494第4脚，使8、11脚无波形输出。 当需要开机时，绿线被外力(电脑主板或人工)拉到地，Q8、Q7都截止， A点的电压不能通过Q7加到TL494的4脚，使该脚通过R23接地，处于低电位，8、11脚形如工作输出波形。
C36猜测它有着稳定电压的作用。但为什么要有R26和D25，实在是想不出来。
A点的电压经过R31和LM339第14脚上端的R43为该输出脚提供上拉电压。比较器不是运放，它要想输出高电位，总是需要上拉的。14脚的输出又通过R45进入11脚，另一个比较器的同相输入端，和其10脚反相端的电压比较，如果同相大于反相，将在13脚的输出端输出PG信号(灰线)。当绿线由低电平变为高电位时,Q8导通，C点的电压经D27、Q8到地，导致339第14、11脚变为低电位，最终使PG变低，这个过程相对是比较快的，而TL494的4脚要在C34的作用下“ 坚持”一小会后才会变为高电平停止工作。也就是说掉电时PG要早于其它电压先消失，这是一种保护机制。
D点通向339的5脚，猜测其有着在绿线由低翻转为高时，拉低335的5脚的电压，解除过压保护锁定的功能。

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见图4，这部分主要与TL494及推动部分有关。
辅助电源一路产生紫5VSB待机电压，另一路电压通到494的12脚，有了这个电压后，TL494第14脚产生一个5V的参考电压，同时，其内部的振荡器开始工作，产生波形送到内部的调整电路，并与4脚的电压相比较(死区控制)，如果4脚的电位低于3.5V则在8、11脚输出波形。13脚的电位决定了494的工作模式，如果是高电位(5V)则8、11脚输出相位相差180度的波形，可控制双管。如果是低电位(0V)则8、11脚输出同相位的波形可控制单管工作。5脚接振荡电容，6脚接电阻。查资料频率计算公式为  1.2/(Rt*Ct)，对此公式有些怀疑，想验证一下，见图5，

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计算时都要把单位换成国际单位制，电阻是“欧姆”，电容是“法”，图中电容是0.01uF换算成F为0.00000001F，图中电阻为12K欧姆换成欧姆为12000欧姆，代入公式为 1.2/(0.00000001*12000) = 10000，即10KHz，OK对上了。原来这个频率真不大，和电脑主板上常见频率相比差得远了，我的那个破20M的示波器也能够得上，所以再来个实际的，随手找了个7500+339的电源，打开看到7500的5脚接的102电容(1000pF)，6脚接163电阻。见图6图7

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代入公式计算 1.2/(0.000000001*16000)=75KHz
加电后用探头(这个探头效果很差，凑合用没钱买新的)在11脚测得如图8波形，配合图9，

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算得周期约为13uS，取倒数得频率约为77KHz，基本对上了。看来这个电源设计的频率比PDF中的要高些。本图中的频率算出来是66.666KHz。
494内部还有两个误差放大器，1、16脚是其同相输入端，2、15是其反向输入端，它们的公共输出端一方面通向494内部发生作用，另一方面从3脚输出。图4中，2、15两个反相脚的电位由14脚基准电压产生或通过电阻分压产生，2、5两脚的电位可看成是稳定的，为比较提供基准。1脚(通过反馈网络)接受黄12V红5V的电压反馈，16脚接受辅助电源的电压反馈。比较的结果一方面控制8、11脚波形的幅度从而稳定电压，另一方面通过3脚输出到339的9脚告诉339此时电压的大小，如果电压达到正常值，339则输出PG。
不难发现494的3、4脚都将影响8、11脚的输出波形，不同的是3脚控制的是波形的幅度，而4脚控制的是波形的宽窄，前者主要和输出电压高低相关而后者主要和输出功率限制相关。
推动部分，来自辅助电源的供电一路经D33、R61、R67为推动变压器提供能量，另一路经过R63、R64等电阻分压加在推动管B极为494波形输出提供上拉电压。D9、D10的作用应该是保护Q5、Q6。至于Q5、Q6的E极为什么要串2个二极管再并个电容到地，不懂，留请高人解答。

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见图10，这部分为主开关管及开关变压器部分，也是电源能量主要的转换部分。
这是个半桥电路。如果你还是个铮新的手，听到半桥这两个字挺新鲜，建议自己动手先搜索一些资料，从Buck、Boost等浏览式的学习一些开关电源相关的知识，还是很有好处的。半桥电路只是 开关电源电路大家族中 有变压器参与的开关电源电路 中的一种。关桥电路优点是开关管的耐压要求低，功率大，效率高，波纹小。缺点是存在开关管同时导通的隐患，电源利用率低不适合低电压场合，驱动电路复杂。
其工作是过程是，A、B两个绕组交替为开关管提供导通电压，当上管Q1导通时，上电容C8放电，下电容C9充电，回路如红线所示。当下管Q2导通时，上电容C8充电，下电容C9放电，两开关管反复交替导通使主开关变压器B1原边电流上下不停往复并在副边产生感应电压，这个电压经后级整流滤波最图输出。
C01是个耐压250V的无极性电容，其作用猜测是防止大电容击穿时出现短路，或者缓冲平衡电流的作用。
R2、R3是均压电阻，据说这两个家伙不太稳定，开路后使大电容超压损坏。D3、D4保护开关管。R6、R7为限流电阻，D1、D2整流，C10、C11可能是加速的作用，R4、R5也应该是限流的作用，与开关管BE极间并连的R6、R7起着抗干扰的作用。C12和R10是应该是吸收尖峰的。
为什么存在一个绕在推动变压器上的C绕组，不懂，留请高人解答。

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见图11，这部分为后级整流输出部分，整流方式为全波整流。
在ATX电源中，使用二极管为整流输出元件的方案其主要矛盾有二个(还有同步整等方案)，一个是整流二极管工作在较高频率和其反向恢复时间的矛盾，另一个是整流二极管的压降与工作在较大电流的矛盾。第一个矛盾不解决，二极管在正反向都会导通根本不能正常工作，第二个矛盾不解决，将造成发热过大浪费电能。所以常见的元件为肖特基(Schottky)二极管(如本图中的D14 S30SC4M)或超快恢复二极管(如本图中的D13 STPR1020CT)，它们的共同它的特点是其反向恢复时间比普通二极管要低很多，前者为几十纳秒而后者仅为几纳秒，而且肖特基二极管的压降只有0.4V，适合于工作在大电流状态。肖特基二极管在反向耐压方面不及快恢复二极管。
R73、C13等元件为阻容尖峰吸收电路。开关变压器的生的尖峰通过电阻为电容充电，并在电阻上消耗掉。L6、L8、C17、C19等滤波电感电容的作用当然是平滑波形，其中电感一般不坏，电容特别爱坏。
在这里最值得一提的就是3.3V电压的产生，开始对这段电路根本不知道，后来发贴问过，经宇光超版和yzz163老大的说明，详见
http://www.chinafix.com.cn/thread-442334-1-1.html
基本上已明白这个磁放大器电路的原理，过程如下
(((字数超长了，换楼继续)))

会员52894

继续.....................................................

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R34、R35、R33电压取样，控制WD2 431的导通程度，进而控制Q9的导通程度。当Q9导通时，C点的经过
一次整流滤波的直流电经过Q9，D23，L13、B1次级绕组到地，其中的L13是个比较特殊的电感，渡过直中的直流电的大小会决定其的电感量，而B1输出的高频方波对L13的电感量比较敏感，即通过流过L13中的直流电流来控制L13的电厂量，最终影响通过L13中的方波的宽度而控制了输出电压。我对这个电路其中的细节还是不能很好的理解，只好慢慢来了。有几张原理波形图见下面的两张图

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这张图上有几个0.5W的电阻如R69、R70、R71，放在那里白白费电，估计是防止电源空载用的。

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见图14，这部分主要和反馈网络、LM339有关。
红框内的部分，反馈网络。输出电压经这部分加到494的反馈端或339的同相比较端。但这部分为啥设计成这个样子，那就不懂了，期待有高手
讨论一下这部分元件的功能，如R76、R77、C47，WD4、D34、WD5、D35、R81及D36、D37、D38等。只能在这里大致看出来A点电压一路加到494的
1脚参与电压反馈，另一路加到D37前与C点来的电压一起加到339的5脚参与过压保护。
494的电压反馈前面说过了。339的第3、4比较器参与PG的产生，其中8脚的比较基准电压由R48、R47分压产生，10脚比较基准电压由R49、D31、R50分压产生。输出端13、14脚的上拉分由B点过R79的电压和从494的14脚经R31过来的电压提供。当输出电压达到标准后从494的3脚出来的电压过R46加到339的同相端9脚，大于8脚反相，14脚为高，进而使11脚电位大于10脚，最终从13脚输出PG。
339第1、2比较器参与过压保护,其中4、6脚的比较基准电压与10脚相同。1、2脚的上拉分别由3脚VCC经R42和R41提供。当A、C点的电压超压时，339的5脚电位大于4脚,2脚为高电位，一路经D262加到494的4脚强制关机，另一路经D29返回到5脚形成正反馈，锁定保护状态。比较器2参与辅助电源的过压保护，过程类似。C38、R40及C40猜测是消除振荡用的。
M点相右通向Q8的C极的一路有什么用呢？有点不明白，难道是在绿线由低翻转为高时，解除过压保护锁定用的？留请高人解答。


总算写完了，反正里面也有不少错，我也不检查了，大家拍砖吧。{:soso_e113:}

会员332109

顺手吧此贴做成PDF格式，方便大家保存慢慢学习！{:soso_e113:}

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2011-8-31 12:19 上传

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会员52894

春湾扬洲电脑 发表于 2012-6-21 13:51

                               
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C01 我认为只是主变压器的电流通道，因为相对于60KHz这样的频率，1UF的电容容阻是非常小的，拆了这个电 ...

C01的作用，就是隔直，切断直流通路。

会员547214

南门二饼 发表于 2011-8-30 15:52

                               
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8、11脚和Q5、Q6也不相连啊，它们是连在基极上的，通过电阻到地了。楼上说的不能理解，能否详细说一下？3 ...

Q5、Q6的发射极串入两个二极管，是为了抬高E极电位，确保Q5、Q6在494　8脚、11脚输出低电位时，能及时截止。

会员52894

rodroll 发表于 2012-1-20 21:05

                               
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今天又看了    感谢楼主    现在逐渐发觉里面有的说明不对了

看出有不对了，就别客气了，说出来大家研究。

会员489660

“但绕组B产生的电压是由绕组A中的电流变大产生的，显然绕组A中的电流不能无限增大，当其电流的增速减小时，绕组B上正下负的电压必然要减弱，”  


我认为这里有些不清楚，是因为D6+C30共同作用，限定了绕组B产生的最大电压，从而限定了Q3基极至发射机的电流，使绕组A中的电流不能无限增大。

会员2889

“功率因数校正应该就是纠正电流与电压的相位差，否则会产生无功功率”，看来你还是没有真正理解L3的作用。由电感引发的交流电电流与电压的相位差可以用电容来补偿，但这里没加电容，却是个电感？L3的真正作用是消除后级电路产生的谐波干扰（具体说就是ZL1）。

会员52894

宇光 发表于 2011-8-29 20:07

                               
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楼主，咱们论坛里有你这样细心、耐心的人不多。
不管文章里问题的确有一些，我还没仔细看完你的文章，见到 ...

终于有拍砖的了，很是期待。

超版说的有道理。

关于电费的问题，小小的坚持一下。功率因数校正应该就是纠正电流与电压的相位差，否则会产生无功功率，这个功率，家里装的有功电能表是量不到的吧？我记得这个无功功率是电业局检查工厂用电的内容之一，不达标会被罚。

会员157732

楼主，做个附件下载吧，DOC的也好啊，这样我才能打印出来研究啊
论坛的东西复制后乱码太多了

会员472208

长城系列中有一部分负电源是采用的P1014   7脚模块的，能整个出来说下不，正好手上有个这样的电源没办法修

会员137430

朋友写的不错  你都可以开发电源了  呵呵。。开个玩笑  说老实话   我修什么都没像你这么去研究过。修多了电子电路大同小异。维修只要懂看电路图 电路板 了解大概原理  电子元件应用。一般都能修好。当年学电子 老师也就讲些电子基础电子元件应用之类。看电路图  演讲的黑白电视三洋机芯  彩电讲的M11机芯 试教版  那时候修台29寸的松下500-1000元 。修小日本的电视最赚钱 保护电路完善 小问题都全盘保护不工作。  花几分钱 几元钱  就修好了。

会员387961

楼主啊  太厉害了吧  我看完都有点累了  分析的这么好？做维修多久了

会员52894

张定文 发表于 2011-8-29 15:50

                               
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朋友写的不错  你都可以开发电源了  呵呵。。开个玩笑  说老实话   我修什么都没像你这么去研究过。修多了电 ...

是啊，搞维修和高设计差的远了。发这贴也希望有相同爱好的共同探讨交流，共同提高。

会员203362

这个打上“精华”两字真不过份！能分析一个电源工作原理这么透彻，真是佩服啊！如果能整理出一份word文件出来就更好，这样可以打印出来，慢慢研究。

会员2889

楼主，咱们论坛里有你这样细心、耐心的人不多。
不管文章里问题的确有一些，我还没仔细看完你的文章，见到几个说几个吧，有不对的请大家指正。
“你让一个搞设计的一晚上把一堆杂七杂八的的电源全都修好，他也一样翻”，这话不对，真正搞设计的干起维修不是我们能比的。设计与维修之间没有一条明确的界限，很多设计过程就是维修，设计人员对产品的了解更多。
“共态”，叫共模更好，准确，标准。
“L3是PFC(Power Factor Correction 功率因数校正)线圈，当然属于被动式PFC，其功能是提高电源对电网电能的利用效率。”，这里为什么提高了利用效率你没讲。
“我以前一直以为不装这个会浪费电，会多交电费的。其实，是浪费电，但浪费的不是你家交费的电，这部分电被电源“反弹”回电网，其中一小部分消耗在电网的电线上了。”，“但浪费的不是你家交费的电”不对，浪费的电是由我家承担的，电业局不补贴我家。

会员2889

“在开机瞬间用于防止电流过大的负温度系数热敏电阻(NTC Negative Temperature Coefficient)和防雷击的压敏电阻(MOV metal-oxide varistor )在本电路中没有出现。”，这里NTC、压敏电阻为什么没出现你没讲原因。
我补充一下吧，电感L3有抑制电流突变的特性，可以部分替代NTC功能，所以很多产品中干脆偷工减料省去了NTC。
至于没有压敏电阻，应该还是偷工减料。压敏电阻多出现在有110V/220V转换开关或110V电源中，对防止误接入高压非常有必要。另外压敏电阻的作用是吸收瞬态干扰。

会员2889

“R13是电流负反馈电阻，当电流过大时在R13上端取出的电压经过D8作用于Q4的B极，通过使Q4导通来控制Q3的导通从而限流。”，R13的主要作用是对Q3的电流进行检测，负反馈是附带的，是次要的。而且也不是经D8作用于Q4的，直接控制。D8的作用我说不上来。

会员2889

“WD3，稳压二极管，把5BSB钳在5V以下”，此处有明显错误，不是钳制，是通过WD3的硬击穿，引发Q3过流，让5VSB电路处于过流保护中。WD3是过压保护的，是“牺牲小我，保大体”的。

会员2889

C33、R21的作用，应该如你所想，防止TL431自激的。

会员259017

南门二饼 发表于 2011-8-29 12:28

                               
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继续.....................................................

Q5、Q6的发射极串入两个二极管，是使494　8脚、11脚电位嵌位于3.5V的中点1.75V左右的电位，确保Q5、Q6正常工作。

会员52894

zengwww 发表于 2011-8-30 15:40

                               
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Q5、Q6的发射极串入两个二极管，是使494　8脚、11脚电位嵌位于3.5V的中点1.75V左右的电位，确保Q5、Q6正常 ...

8、11脚和Q5、Q6也不相连啊，它们是连在基极上的，通过电阻到地了。楼上说的不能理解，能否详细说一下？3.5V又是怎么来的？

会员352347

C36猜测它有着稳定电压的作用。但为什么要有R26和D25，实在是想不出来。
是放电作用。是迅速把Q7的E极电压经R26到R28到地了，D25是防止电压经过绿线放电到主板上去。
为什么存在一个绕在推动变压器上的C绕组，不懂，留请高人解答。

  A  B  组才是返电动势绕组，随着C绕组正反突变，A B 产生反电动势经D1 R4 D2 R5 加到开关管E13009 Q1 Q2轮流导通的，
纯属个人见解不对请指出。。。。。。。

会员52894

龙盛01 发表于 2011-8-31 10:12

                               
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C36猜测它有着稳定电压的作用。但为什么要有R26和D25，实在是想不出来。
是放电作用。是迅速把Q7的E极电压 ...

D25的存在是因为有R26，这点我们一致。R26是放Q7的C极的电，这个说法，有点不能理解。为啥要放电啊，难道Q7在截止的时候会漏一点电么？如果不漏，也不用放电啊

关于推动变压器C绕组的问题，在你的提醒下，现在认为它是为推动变压器助力的。即仅积靠辅助电源提供的供电能量不够，不足以另推动变压器副边产生足够的电压，所以绕组C也为推动变压器提供一分能量源。这个理解应该差不多了。

欢迎继续。