Диагностика импульсного блока питания

Видеокамеры, как и автомобили, сейчас уже перестали быть предметами роскоши и перешли в разряд необходимых приборов. Но, если сама видеокамера изготовлена качественно и выход её из строя без каких-либо внешних причин – явление нечастое, то с блоками питания к ним всё как раз наоборот – «горят» они с завидным постоянством. И если ЗУ от сотовых телефонов мы покупаем, не задумываясь, то приобретение блока питания на нужное напряжение и силу тока может вызвать некоторые проблемы.

Тем не менее, отказавший импульсный блок питания нередко можно восстановить самостоятельно.

На фото – неисправный импульсный блок питания, модель FC-2000. Выходное напряжение БП – 12 вольт при нагрузке до 2 А, что вполне достаточно для питания одной-двух видеокамер. После двух с половиной лет работы в круглосуточном режиме на его выходе напряжение пропало полностью.

Вскрыв корпус неисправного БП, мы обнаружим плату с установленными на ней деталями – среди них электролитический конденсатор ёмкостью от 10 до 47-68 мкФ и с рабочим напряжением 400-450 вольт; на его выводах даже спустя несколько минут остаётся достаточно большой заряд. Поэтому в первую очередь нужно закоротить его выводы через сопротивление номиналом в несколько кОм и мощностью выше 0,5Вт. Напрямую закорачивать выводы конденсатора нельзя, это может вывести его из строя. На фото в красном прямоугольнике – именно эта деталь. Поскольку донышко конденсатора вспучено, можно говорить о том, что первая неисправность обнаружена.

Кроме упомянутого выше конденсатора фильтра сетевого выпрямителя, проверке подлежат и такие детали, как предохранитель, выпрямительный мост (может быть установлен либо выпрямительный блок, либо четыре отдельных диода, как на фото) и транзисторный ключ – на фото они заключены в зелёные прямоугольники.

Рабочее напряжение нового конденсатора должно быть не ниже того, на которое был рассчитан заменяемый. Для проверки можно обойтись меньшей ёмкостью, но для обеспечения нормального режима работы блока питания этот параметр должен быть либо таким же, либо выше на одну позицию (т.е. ёмкость с 33 мкФ можно увеличить до 47 мкФ).

Поскольку в описываемом случае детали высоковольтного выпрямителя и транзистор оказались исправными, то подаём на его вход сетевое напряжение. Если же пришлось менять диоды или транзистор, первое включение БП следует делать через последовательно подключённую лампу накаливания мощностью 25-40 Вт – благодаря этому при наличии скрытых неисправностей величина протекающего по цепям первичного питания тока не окажется фатальной.

Подключаем к выводам вольтметр – напряжение в пределах нормы. Однако, подключив даже небольшую нагрузку, напряжение на выходе стало скачкообразно меняться от 5 до 11 вольт, что говорит о неисправности цепей стабилизации.

Дальнейшая проверка выявила неисправность ещё одного электролитического конденсатора, установленного в цепи оптрона PC 817.

Судя по фото, конденсатор потерял около 90 % своей ёмкости.

После установки новых деталей тщательно смываем ацетоном или спиртом остатки флюса (канифоли, паяльной пасты и т.п.), чтобы избежать утечек тока и возможного пробоя и выгорания материала самой платы.

Снова проверяем блок питания. На этот раз к его выводам подключена автомобильная лампа мощностью 21 Вт и током потребления около 2 ампер – БП рассчитан именно на такой номинальный рабочий ток. Как видно на фото, со своей задачей он справился на «отлично», лампочка ярко горит, к тому же удалось сэкономить 200-300 рублей и время, которое было бы потрачено на поиски нового импульсного блока питания.

В связи с широким распространением импульсных блоков питания, в различной технике, требуется в случае поломки, уметь самостоятельно выполнять их ремонт. Все это, начиная от маломощных зарядных для смартфона, со стабилизацией напряжения, блоков питания цифровых приставок, ЖК и LED ТВ и мониторов, до тех же самых мощных компьютерных блоков питания, формата ATX, простейшие случаи ремонта которых, мы уже рассматривали ранее, это все будут импульсные блоки питания.

Фото — импульсный блок питания

Также ранее было сказано, что нам для проведения большинства измерений, бывает достаточно обычного цифрового мультиметра. Но здесь есть один важный нюанс: при проверке, например измеряя сопротивление, либо в режиме звуковой прозвонки, мы можем определить только условно не рабочую деталь, по низкому сопротивлению, между ее ножками. Обычно оно составляет где-то от нуля, до 40-50 Ом, либо обрыв, но тогда для этого нужно знать, какое сопротивление должно быть, между ножками у рабочей детали, что не всегда есть возможность проверить. Но в случае проверки работоспособности ШИМ контроллера, этого обычно бывает недостаточно. Нужен либо осциллограф, либо определение его работоспособности, по косвенным признакам.

Мультиметр дешёвый DT

Сопротивление между ножками может быть и выше этих пределов, а микросхема на деле, может быть нерабочая. Но недавно столкнулся с таким случаем: разъем шлейфа питания, идущий с блока питания на скалер, сверху имел доступ для измерения только к верхнему, из двух рядов контактов на разъеме, нижний был скрыт корпусом, и доступ к нему имелся только с обратной стороны платы, что сильно затрудняет ремонт. Даже простое измерение напряжения на разъемах, в такой ситуации, бывает затруднено. Требуется второй человек, который согласится держать плату, на разъеме которой, ты будешь проводить измерения напряжения на выводах, с обратной стороны платы, причем часть деталей там, находится под сетевым напряжением, а сама плата находится на весу. Это не всегда возможно, часто люди, которых просишь подержать плату, просто боятся брать ее в руки, особенно если это платы питания, с одной стороны они правильно делают, меры предосторожности с не подготовленным персоналом, всегда должны быть более строгими.

ШИМ контроллер — микросхема

Так как же быть? Как можно быстро и без заморочек, условно проверить работу ШИМ контроллера, а если быть более точным, цепей питания, а одновременно и импульсного трансформатора, повышающего трансформатора, питающего лампы подсветки? А очень просто. Недавно нашел один интересный способ на Ю-тубе, для мастеров, автор очень доступно объяснял все. Начну издалека.

Что есть, упрощенно говоря, обычный трансформатор? Это две, или более обмоток, на одном сердечнике. Но здесь есть один нюанс, которым мы и воспользуемся, сердечник, как и сами обмотки, в теории могут быть раздельными, и просто находиться рядом, близко друг от друга. Параметры при этом сильно ухудшатся, но для наших целей, этого будет более чем достаточно. Так вот, вокруг каждого трансформатора, или дросселя, со значительным количеством витков, после включения питания схемы, присутствует магнитное поле, и оно тем больше, чем больше витков у обмотки трансформатора, или дросселя. Что же будет, если мы к обмотке трансформатора или дросселя, включенного в сеть устройства, поднесем другой дроссель, например с индуктивностью 470 мкГн, а нам для нашего пробника нужен именно такой, нагруженный светодиодом? Например такой, как на фото ниже:

Пробник для проверки импульсных бп

Другими словами, магнитное поле дросселя или трансформатора, будет пронизывать у нас, витки нашего дросселя, и на выводах его появится напряжение, которое можно будет использовать, в нашем случае, для индикации работоспособности схемы блока питания. Подносить пробник разумеется, нужно как можно ближе к проверяемой детали, и дросселем вниз. Как выглядят детали на плате, к которым нужно подносить наш пробник?

На плате обведены импульсный трансформатор красным, и трансформатор ламп подсветки зеленым. Если схема работает исправно, при поднесении пробника к ним, должен загореться светодиод. Это означает что питание на нашу, образно говоря проверяемую индуктивность, поступает. Разберем на практике. Если выходной транзистор пробит, не будет работать импульсный трансформатор.

Схема импульсного блока питания

На схеме снова выделено красным. Если пробит диод Шоттки, на выходе, после трансформатора, не будет индикации на дросселе фильтра. Но здесь есть один нюанс, если у дросселя на плате, небольшое количество витков, свечение будет либо еле заметным, либо вообще будет отсутствовать. Аналогично, если пробиты, например транзисторные ключи, или диодные сборки, через которые приходит питание на повышающий трансформатор, для ламп подсветки, LCD монитора или телевизора, не будет индикации при проверке на этом трансформаторе.

Фото дроссель для пробника

Стоимость данного дросселя в радиомагазине всего 30 рублей, также иногда они встречаются в блоках питания ATX, обычного светодиода, в стеклянной колбе 5 рублей. В результате мы имеем, простой, дешевый, и очень полезный при ремонтах прибор, который позволяет провести предварительную диагностику, импульсного блока питания, в течение буквально одной минуты. Условно говоря, данным пробником можно проверить, наличие напряжения на всех деталях, представленных на следующем фото.

Дросселя и трансформаторы

Я пользуюсь данным пробником пока всего 3-4 дня, но уже считаю, что могу рекомендовать его к использованию, всем начинающим радиолюбителям – ремонтникам, пока еще не имеющим, в своей домашней мастерской, осциллографа. Также этот пробник, может быть полезен тем, кто чинит электронную технику на выездах. Всем удачных ремонтов — AKV.

Введение.

Мы уже рассматривали классический вариант диагностики импульсного блока питания некоторые моменты мы сознательно опустили, для более простой подачи материала. Практика показала, что у части специалистов возникают вопросы даже после ознакомления с публикацией, постараемся исправить этот пробел. Материал является самостоятельным и строго ориентирован на ремонт блока питания с ШИМ UC3843 (3842,3844,3845). В качестве примера будем рассматривать уже рассмотренный блок питания D-Link JTA0302D-E (5В*2А) выполненного на ШИМ 3843 в виду его классического исполнения.

Схемотехника.

Хотя часть ремонтируемых блоков питания не имеют родных схем, большинство ремонтов блоков питания на ШИМ 3843 (3842,3844,3845) мы выполняем по нижеприведенной принципиальной электрической схеме.

Схема блока питания D-Link JTA0302D-E (5В*2А), такая схемотехника характерна для канонических вариантов схем.

Подобная схема хоть и не соответствует стандартам, но максимально приближена к каноническому варианту исполнения принципиальных электрических схем. Некоторые признаки указывают, что схема была срисована с уже готового блока питания, а значит так ее видит автор. Если бы эту схему рисовали мы, то получился бы несколько другой вариант, по которому проще ремонтировать, схема от немного другого блока питания, несколько сумбурно прорисованы цепи обратной связи, холодная и горячая земля, но все же по ней проще делать диагностику.

Схема блока питания D-Link 5В*2А, такая схемотехника характерна для наглядных пособий по ремонту.

Отличие этих двух схем в элементной базе небольшие, но есть серьёзные различия в исполнении, если первая схема ориентирована на ГОСТ, то вторая схема нарисована специалистом ранее ремонтировавшим подобный блок питания.

Терминология.

Так как материал рассчитан на специалиста, редко занимающегося ремонтом импульсных блоков питания, то поиск по сопутствующим ресурсам или ответы от более опытных коллег, иногда ставят в тупик, вместо того чтобы помочь в решении проблемы. Такое происходит от специфики терминологии используемой в среде специалистов при ремонте блоков питания. Стоит отметить терминология может меняться от региона к региону, например грифлик может называться снаббером, а пусковой конденсатор – конденсатором первого удара.

Схема блока питания D-Link 5В*2А, с небольшими корректировками, для удобства чтения.

Структурная блок схема блока питания D-Link 5В*2А

Что бы не было неоднозначности, конкретно пропишем каждые элементы блок схемы, функционал и особенности диагностики рассмотрим позже.

1.Входной фильтр

Предохранитель F1 (2.25А) тут возможно опечатка или неудачное сокращение, скорее всего имеется ввиду 2А*250В, по функционалу — не занимается фильтрацией, но мы его отнесли к цепям входного фильтра
Терморезистор TR(5 Ом) необходим для «мягкого пуска» блока питания в момент включения и хотя по функционалу — не занимается фильтрацией, мы его отнесли к цепям входного фильтра.
Х-конденсатор XC1 (100 pF*250B), тут стоит обратить внимание – это X конденсатор.
Дроссель L1 – как правило это проволочный дроссель на феррите (не пермаллой), выполненный в виде трансформатора.

2.Входной выпрямитель

Диодный мост DB1-DB4(1N4007)
Конденсатор входного выпрямителя С1(33мкф*400В)

3.Высокочастотный трансформатор

T1.1 Высоковольтная (первичная) обмотка
T1.2 Обмотка для питания ШИМ
T1.3 Низковольтная (вторичная) обмотка

4. Грифлик.

Резистор R1(39кОм) редко бывает в планарном исполнении, так как на нем рассеивается значительная мощность
Конденсатор С2(4700 пФ*2кВ) использование низковольтного конденсатора в этой цепи недопустимо.
Быстродействующий диод VD1(PS1010R) – не смотря на рабочее напряжение конденсатора 2кВ, рабочее напряжение этого диода обычно 1кВ, при хорошем токе в 1А.

5. Выходной выпрямитель.

Диод Шотки VD5-VD6 (SB340) использование диодов Шотки позволяет на малых мощностях обойтись без дополнительных элементов охлаждения.
Конденсаторы LowESR C9, C10 (680 мкФ*10В) использование обычных конденсаторов допустимо, но резко снижает ресурс блока питания, так как эти конденсаторы работают в очень жестком режиме.
Дроссель L2 выполняет двойную функцию является накопителем для конденсатора С20, а так же является элементом фильтра.
Конденсатор С20 (220мкФ*10В) – благодаря дросселю L2 работает в нормальном режиме и особых требований, кроме массогабаритных показателей, к этому конденсатору не предъявляется.
Резистор R21(220 Ом) – формально не является элементом выходного выпрямителя, а служит для быстрого разряда С9,С10, С20, L2.

6. Силовой ключ.

МОП транзистор с n-каналом VT1(P4NK60Z), полевой транзистор на работу с которым рассчитан ШИМ UC3843

7. Токовый датчик.

Резистор R2(1.5 Ом) не смотря на то, что рассеивает значительную мощность, встречается как в планарном так и проволочном исполнении. В случае планарного исполнения набирается путем параллельного соединения нескольких планарных резисторов.

Резистор R8 (300 Ом), R3(750кОм) и С4 (10нФ) мы не хотели добавлять эти элементы в раздел токовый датчик, так как они создают некоторую путаницу в терминологии, ведь под понятием токовый датчик подразумевается именно резистор R2(1.5 Ом) и только он, но слово из песни не выкинешь, так как формально эти элементы так же являются цепями токового датчика, мы вынуждены их упомянуть, тем самым создав некоторую путаницу в терминологии токового датчика.

8. Цепь запуска.

Резистор R4 (300кОм) не смотря на простоту один из самых сложных элементов блока питания, так именно он определяет возможные замены ШИМ на аналоги, именно он выглядит как неисправный элемент, так как он рассеивает значительные мощности, именно при замене этого резистора забывают посмотреть рабочее напряжение резистора, а ведь оно должно быть не менее 400 В, для примера, планарный резистор типоразмера 1206 имеет максимальное рабочее напряжение 250В.

9. Рабочее питание

T1.2 Обмотка для питания ШИМ
Резистор R9 (5.1 Ом) элемент интегрирующей цепи для гашения паразитных выбросов трансформатора, очень неоднозначный элемент – именно неудачный выбор (слишком большой номинал) этого элемента заставляет срываться блок питания на холостом ходу.
Выпрямительный диод VD2 (1N4148) – обыкновенный диод без всяких изысков.
ZD1 (BZX55C20) еще один неоднозначный элемент схемы, о нем мы поговорим попозже и рассмотрим подробнее, на данном этапе лишь укажем его характеристики 20В, 5 мА. Отметим только тот факт, что он доставляет много проблем начинающим ремонтникам.

10.Пусковой конденсатор.

Конденсатор С6 (47мкФ*25В) – без преувеличения можно назвать основным элементом импульсного блока питания. Косвенно, как только механик начинает видеть этот конденсатор только посмотрев на блок питания, можно говорить о квалификации этого ремонтника. Отметим – этот элемент всегда подлежит замене при любом ремонте импульсного блока питания, пренебрежение этой рекомендацией превращает ремонт в борьбу с ветряными мельницами.

11. ШИМ.

U2(UC3843) – не нуждается представлении, отметим только это самый простой в реализации и надежный в эксплуатации ШИМ для своего времени.

12. Драйвер силового ключа.

Резистор R5(150 Ом), рассматриваемая схема самый неудачный пример для рассматривания драйвера силового ключа, так как большинстве своем, драйвер имеет радикальное отличие от рассматриваемого, обычно это резистор номиналом 15-30 Ом.

13. Внешние цепи генератора.

Резистор R11(3кОм) и конденсатор С5(10нФ) задают частоту генерации.

14. Обратная связь.

Делитель на резисторах R22(5.25кОм) и R23(4.87 кОм)
Токоограничивающий резистор R17(470 Ом)
Оптопара гальванической развязки U1.1, U1.2
Регулируемый стабилитрон U3(KA431AZ)
Элементы коррекции цепи обратной связи конденсаторы С12 (1мкФ*50В), С3(10нФ)

Отдельно стоит отметить помехоподавляющий Y конденсатор YC2(2200пФ), но не столько из за его функционала, сколько благодаря ему можно (и нужно) отличать «горячую» и «холодную» землю.