Ремонт импульсного блока питания своими руками

В зависимости от причин и видов возникших поломок, могут потребоваться различные виды инструментов, обязательно необходимо иметь:

• набор отверток с различными типами рабочих наконечников и размерами;
• изоляционная лента;
• пассатижи;
• нож с острым лезвием;
• паяльный аппарат, припой и флюс;
• оплетка, предназначенная для удаления ненужного припоя;
• тестер или мультиметр;
• пинцет;
• кусачки;

В наиболее сложных случаях, когда не удается установить точную причину неполадок, может понадобиться осциллограф.

Ремонт основных неисправностей

После осуществления диагностики, и выявления причин некорректной работы импульсного блока питания, можно приступать к его ремонту:

1. Скопившуюся внутри блока питания пыль можно просто устранить при помощи обычного бытового пылесоса.
2. Если причина была в неисправном предохранителе, то необходимо приобрести новую деталь, которая имеется во всех соответствующих в магазинах. После этого, осуществляется удаление старого элемента и пайка нового предохранителя. Если эта последовательность действий не помогла, и блок питания так и не заработал, то остается отдать его в мастерскую для диагностики при помощи профессиональных видов оборудования, либо просто приобрести новое устройство.
3. Если проблема была в конденсаторах или диодах, то неисправность исправляется по такому же алгоритму: приобретаются новые детали и впаиваются в схему вместо старых элементов.
4. Если проблема неисправности заключалась в дросселе, то его заменять необязательно, поскольку этот элемент можно починить по довольно легкой методике. Дроссель извлекается из блока питания, после чего его потребуется разобрать и начать сматывать обгоревший провод, при этом, важно внимательно считать сматываемые витки. Затем необходимо подобрать аналогичный провод с равным диаметром и намотать его вместо испорченного проводника, осуществляя такое же количество витков, которое было смотано. После осуществления этих действий, дроссель устанавливается обратно на свое место и, если все было сделано правильно, устройство должно функционировать.
5. Термисторы ремонту не подлежат, их просто меняют на новые элементы, чаще всего это осуществляется вместе с предохранителями.
6. Для профилактики, во время ремонта можно извлечь из устройства кулер и смазать машинным маслом, после чего установить его на место.
7. Если на поверхности платы были обнаружены трещины, которые повредили соединение контактов, то их необходимо закрыть при помощи пайки. Таким же образом исправляется любое нарушение контактов в резисторе, индукторе или трансформаторе.

Устройство

структурная схема ИБП

Блоки питания подобного типа являются по своей сути разновидностью стабилизаторов напряжения, устройство которых выглядит следующим образом:

1. Сетевой выпрямитель является одним из основных элементов, который необходим для сглаживания возникающих пульсаций. Также, он требуется для поддержания заряда фильтрующих конденсаторов во включенном режиме и непрекращающейся передаче электроэнергии в нагрузку, если напряжение в главной питающей сети упало ниже допустимых для работы параметров. В его конструкцию входят особые разновидности фильтров, позволяющие подавлять большинство возникающих помех.
2. Преобразователь напряжения, основными составными частями которого являются конвертор и контроллер управляющего устройства.
3. Конвертор также имеет сложную структуру, в которую входит трансформатор импульсного типа, инвертор, ряд выпрямителей и стабилизаторов, которые обеспечивают вторичную подпитку и снабжение нагрузки напряжением. Инвертор необходим для изменения формы постоянного выходного напряжения, которое после процесса преобразования становится переменным напряжением с прямоугольной формой. Наличие трансформатора, функционирующего на высоких частотах со значением выше 20 кГц, обусловлено необходимостью поддержания рабочего состояния инвертора в автогенераторном режиме, а также получения напряжения, которое используется для подпитки контроллера, нагрузочных цепей и ряда защитных схем.
4. Контроллер выполняет функции по управлению транзисторным ключом, который входит в состав инвертора. Помимо этого, он стабилизирует параметры напряжения, подаваемого на нагрузку, и защищает устройство в целом от возможных перегрузок и нежелательных перегревов. Если в блоке питания имеется дополнительная функция, обеспечивающая дистанционное управление устройством, то за ее реализацию также отвечает контроллер.
5. Контроллер блоков питания подобного типа состоит из целого ряда функциональных узлов, таких как источник, обеспечивающий его бесперебойным питанием; защитная система; модулятор длительности импульсов; логическая схема для обработки сигналов и формирователь особого вида напряжения, предназначенного для поступления на транзисторы, располагающие в конверторе.
6. В большинстве современных моделей, присутствуют оптроны, используемые в качестве развязки. Они постепенно заменяют собой трансформаторные разновидности развязки, это происходит благодаря тому, что они занимают меньше свободного пространства и обладают возможностью передачи сигналов в гораздо более широком частотном спектре, но при этом требуют значительного количества промежуточных усилителей.

Основные неисправности и их диагностика

Иногда импульсные блоки питания ломаются и их неисправности могут носить самый разный характер, но существует ряд схожих случаев, на основе которых был составлен список наиболее часто встречающихся видов неисправностей:

1. Нежелательное попадание внутрь устройства пыли, особенно строительной.
2. Выход из строя предохранителя, чаще всего эта проблема вызывается другой неисправностью – выгоранием диодного моста.
3. Отсутствие выходного напряжения при работоспособном и исправном предохранителе. Данная проблема может быть вызвана различными причинами, наиболее часто ими является поломка выпрямительного диода, либо перегорание фильтрационного дросселя в низковольтной области схемы.
4. Выход из строя конденсаторов, чаще всего это случается по следующим причинам: потеря емкости, приводящая к плохому качеству фильтрации напряжения на выходе и повышению уровня рабочих шумов; чрезмерное увеличение параметров последовательного сопротивления; короткое замыкание внутри устройства или разрыв внутренних выводов.
5. Нарушение соединений контактов, которое чаще всего вызывается трещинами в плате.

Если блок питания по каким-либо причинам вышел из строя, то перед самостоятельным проведением любых работ по устранению неполадок необходимо провести тщательную диагностику, чтобы выявить их причины.

В зависимости от разных ситуаций, эта процедура имеет свои особенности:

1. Осмотреть блок питания в целом на наличие скопившейся в нем пыли, которая может быть причиной его некорректной работы.
2. Проверить главную плату на наличие на ее поверхности трещин.
3. Проведение визуального осмотра основной платы блока питания позволяет определить состояние предохранителей. Заметить поломку будет достаточно просто, этот элемент устройства вздуется или полностью разрушится в случае пробоя. Также рекомендуется сразу провести комплексную проверку силового моста, конденсатора фильтра и всех силовых ключей.
4. Если предохранитель находится в исправном состоянии, то необходимо проверить дроссель и электролитные конденсаторы, неисправности также элементарно выявляются визуальным методом по возникшим деформациям либо вздутиям. Сложнее осуществляется диагностика диодного моста или отдельных диодов, их потребуется выпаять из схемы и отдельно проверить при помощи тестера или мультиметра.
5. Проверка конденсатором также осуществляется визуальным методом, поскольку возникшие перегревы могли расплавить электролит и разрушить их корпусы, или при помощи специального прибора, предназначенного для измерения уровня их емкости, если внешних неисправностей выявлено не было.
6. Провести осмотр термистора, который подвержен частым поломкам из-за скачков напряжения или перегревов. Если его поверхность стала черной, а сам он разрушается от легких прикосновений, значит, причина неполадок именно в нем.
7. Проверить контакты всех оставшихся элементов (резистора, трансформатора, индуктора) на возможные нарушения соединения.

Советы

Дополнительно при осуществлении диагностики или ремонта импульсных блоков питания рекомендуется следовать следующим советам:

1. Осуществление самостоятельного ремонта подобных устройств является довольно сложным процессом, который требует определенных навыков и знаний, даже если в наличии имеются подробные инструкции. Поэтому, если отсутствует уверенность в своих силах, лучше обратиться к квалифицированному мастеру, чтобы не нанести блоку питания еще более серьезные поломки.
2. Перед началом осуществления любых действий с импульсным блоком питания, его необходимо отключить от электросети. При этом, нажатие соответствующей клавиши на самом устройстве не гарантирует полной безопасности во время ремонта, поэтому необходимо осуществить отключение силового шнура.
3. После того, как блок питания был полностью обесточен, необходимо выждать около 10-15 минут перед началом каких-либо работ. Это время требуется для полной разрядки конденсаторов на плате.
4. Если требуется проведение паяльных работ, то их необходимо осуществлять крайне осторожно, поскольку перегрев места пайки может вызвать отслоение дорожек, а также существует риск их замыкания припоем. Лучше всего, для этих целей подходят паяльные аппараты с параметром мощности, находящимся в диапазоне 40-50Вт.
5. Сбор блока питания после окончания ремонта, допускается производить только после внимательного осмотра мест пайки, в частности, требуется проверка замыкание припоем между дорожками.
6. Рекомендуется обеспечить импульсному блоку питания качественную вентиляцию и охлаждение, которые защитят его загрязнений и перегревов, что минимизирует возможные поломки. Также, не допускается перекрытие вентиляционных отверстий на устройстве.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Ремонт импульсных блоков питания своими руками

Неисправности современных импульсных блоков питания

Часто причины отказов импульсных источником напряжения кроется в некачественном сетевом напряжении. Понижение и повышение напряжения сети, скачки напряжения, отключение сети, негативно сказываются на надежности электронных компонентов схем питания.

Импульсный блок питания

Особенно болезненно переносят такие скачки и отключения сети – это силовые диоды, мощные транзисторы, ШИМ контроллеры, конденсаторы. Хорошо, когда у вас преобразователь напряжения выполнен без заливки компаундом. Ремонт таких импульсных блоков питания можно сделать своими руками.

Все чаще появляются источники напряжения, залитые компаундом. Их не берут на ремонт даже в специализированных мастерских. Для них только один вариант ремонта – это замена новым. Неправильная эксплуатация этих источников, подключение более мощных нагрузок, также могут быть причиной их выхода из строя.

Не нужно эти преобразователи сразу отдавать в ремонт, причины их отказа могут быть довольно простыми, и вы с легкостью с ними справитесь. Для более сложных неисправностей нужны некоторые познания в электронике. Опыт в ремонте приходит со временем, чем вы больше будете им заниматься, тем больше обретете знаний.

Диагностика неисправностей импульсных блоков питания

Самое главное в ремонте – это найти неисправность, а устранить ее дело техники. Схемотехнику импульсных источников питания можно разделить на входную и выходную части. К входной части относится высоковольтная схема, а к выходной низковольтная.

Простой импульсный блок питания

В высоковольтной ее части платы все элементы работают под высоким напряжением, поэтому они чаще выходят из строя, чем элементы низковольтной части. Высоковольтная схема имеет сетевой фильтр, диодные мосты для выпрямления переменного напряжения сети, ключи на транзисторах и импульсный трансформатор.

Используются ещё и небольшие развязывающие трансформаторы, которые управляются ШИМ контроллерами и подают импульсы на затворы полевых транзисторов. Таким образом, происходит гальваническая развязка сетевых и вторичных напряжений. Для такой развязки часто в современных схемах используются оптроны.

Схема импульсного блока питания на транзисторах

Выходные напряжения также имеют гальваническую развязку с сетью через силовой трансформатор.  В простых схемах преобразования вместо ШИМ контроллеров используют автогенераторы на транзисторах. Эти дешевые источники напряжения применяются для питания галогенных ламп, светодиодных ламп и т. д.

Особенностью таких схем является простота и минимум элементов. Однако простые и дешевые источники напряжения без нагрузки не запускается, выходное напряжение нестабильно и имеют повышенные пульсации. Хотя на освещение галогенных ламп эти параметры влияния не оказывают.

Диодный мост импульсного блока питания АТХ

Ремонт такого устройства очень прост из-за небольшого количества элементов. Наиболее часто возникают неисправности в высоковольтной части схемы, когда пробивается один или несколько диодов, вспучиваются электролитические конденсаторы, отказывают силовые транзисторы. Также выходят из строя диоды низковольтной схемы, перегорают дросселя выходного фильтра и предохранитель.

Неисправность этих элементов можно обнаружить мультиметром. Другие же неисправности импульсных блоков требуют применения осциллографа, цифрового мультиметра. В этом случае лучше отдать блок на ремонт в мастерскую. Предохранитель можно легко прозвонить мультиметром на наличие напряжения после предохранителя.

Предохранитель импульсного блока питания

Если перегорел предохранитель нужно внимательно визуально проверить всю схему платы, дорожки, нарушение паек, потемнение элементов схемы и участков дорожек, вспучивание конденсаторов. Если диоды плохо прозваниваются мультиметром на плате, их выпаивают, и проверяет каждый в отдельности.

Проверяются все элементы платы, неисправный меняют и только тогда включается блок в сеть для проверки. При диагностике конденсаторы тоже выпаиваются и проверяются тестером. Сгоревший дроссель можно перемотать, определив количество витков, сечение провода. Найти необходимый дроссель в продаже будет нелегко, лучше его восстановить самому.

Ремонт блоков ИБП компьютеров и телевизоров

Для ремонта источника импульсного напряжения понадобится такие инструменты как паяльник с регулировкой температуры, набор отвёрток, кусачки, пинцет, монтажный нож, обычная лампа на 100 Вт. Из материала понадобится припой, флюс, спирт для удаления канифоли кисточкой с паек платы. Из приборов нужен будет мультиметр.

Так как импульсные блоки питания (ИБП) телевизоров и компьютеров имеют стандартные схемы, то и методика обнаружения неисправностей в них будет одинакова. Нарушение работы преобразователя напряжения телевизора можно определить по отсутствию подсветки светодиода.

Блок питания компьютера АТХ

Начинают ремонт с проверки сетевого шнура, снятия блока питания с телевизора, внимательного осмотра элементов и дорожек платы. Ищут вздутые конденсаторы, потемнение дорожек, треснутый корпус алиментов, обугливание сопротивлений, нарушение целостности паек, особенно у выводов импульсного трансформатора.

Если внешних повреждений не найдено мультиметром, проверяют предохранитель, диоды, силовые транзисторы ключей, работоспособность конденсаторов. Когда вы уверены в исправности всех элементов, а устройство не работает, нужно менять микросхему генератора импульсов.

В преобразователе телевизора основные неисправности возникают в балластных резисторах, электролитических конденсаторах низкого напряжения, диодах. Прозвонить их можно не снимая с плат (кроме диодов). После устранения неисправностей припаивают лампу 100 Вт взамен предохранителя и включают.

1. Лампа загорается и гаснет, появляется свечение светодиода спящего режима. Светится экран телевизора. Тогда проверяют напряжение строчной развертки, если оно, выше нормы меняют конденсаторы.
2. Лампа загорается и тухнет, а светодиод не светится, нет растра. Причина, скорее всего в генераторе импульсов. Меряют напряжение на конденсаторе, которое должно находиться в пределах 280 – 300В. Если напряжение ниже, неисправность ищут в диодах или в утечке конденсатора. При отсутствии напряжения на конденсаторе, снова проверяют все цепи высоковольтных источников питания.
3. Лампа горит ярко при неисправности некоторых элементов. Источник напряжения проверяют заново.

С помощью лампы накаливания можно находить вероятные неисправности источника. Для ремонта источника АТХ компьютера, нужно собрать схему нагрузки как на рисунке ниже или подключить к компьютеру. Однако, если неисправность блока АТХ на устранена можно спалить материнскую плату.

Вариант нагрузки для БП компьютера

Внешнее проявление отказа блока ATX может быть, когда не включается материнская плата, вентиляторы не работают или блок пытается многократно включиться. Перед поиском неисправностей устройства нужно пылесосом и кисточкой очистить его от пыли. Также проводится визуальный осмотр элементов, дорожек платы и только после этого включается нагрузка.

Если перегорает предохранитель, тогда подключают лампу накаливания 100 Вт, как при проверке источника напряжения в телевизоре. Когда лампа загорается, но не гаснет, неисправность ищут в конденсаторе, трансформаторе и диодах моста. При целом предохранителе неисправность могла возникнуть в ШИМ контроллере, тогда необходимо заменить устройство. Также многократный запуск источника указывает на неисправность стабилизатора опорного напряжения.

Техника безопасности при ремонте импульсного блока питания

Высокая сторона устройства не имеет гальванической развязки с сетью, поэтому нельзя прикасаться к элементам этой части двумя руками. При касании одной рукой вы получите ощутимый удар током, но это не смертельно. Нельзя проверять элементы, находящиеся под напряжением отверткой, пинцетом.

Высоковольтная схема устройства обозначается широкой полосой, а внутренняя часть мелкими штрихами краски. Устройство имеет высоковольтный конденсатор, который после выключения блока держит опасное напряжение до 3 минут. Поэтому после выключения нужно ждать пока конденсаторы не разрядятся или их разрядить через резистор 3 – 5 Ком. Повысить безопасность при ремонте устройства можно с помощью трансформатора безопасности.

Схема трансформатора безопасности

Этот трансформатор имеет две обмотки на 220 В мощностью до 200 Вт (зависит от мощности ИБП). Такой трансформатор имеет гальваническую развязку с сетью. Первичная обмотка трансформатора включается в сеть, а вторичная с лампой подсоединяется к ИБП. В этом случае вы можете прикасаться к элементам высокой части устройства одной рукой, вы не получите удар током.

Ремонт импульсных блоков питания сетевых коммутаторов, схемы, принцип работы и основные неисправности

Сетевые коммутаторы фирмы СОМРЕХ достаточно часто применяется при построении офисных компьютерных сетей из-за оптимального соотношения цена — качество. В данной статье рассмотрим опробованный на практике вариант восстановления работоспособности блока питания коммутатора СОМРЕХ SXP1210.

Рис. 1. Схема блока питания коммутатора Compex SXP1210 на микросхеме ШИМ-контроллера SK8060, силовой ключ 2sk2750.

В ходе диагностики неисправностей в блоке питания коммутатора СОМРЕХ SXP1210 были выявлены следующие неисправные радиодетали (см. схему на рис. 1): микросхема ШИМ-контроллера IC2 типа SK8060, полевой транзистор Q1 типа 2SK2750 и обрывной резистор R1. Основными проблемами при ремонте данного блока питания были невозможность купить импортную микросхему SK8060 и отсутствие какой-либо технической документации (datasheet pdf). Данная микросхема ШИМ-контролера используется так же в блоке питания ACE 716C.

При анализе принципиальной схемы блока питания на микросхеме SK8060 было отмечено, что схема шим-контроллера очень напоминает схему включения широко распространенной микросхемы UC3842 фирмы UNITRODE, но, судя по всему, SK8060 является усовершенствованной модификацией UC3842, требующим меньшего количества внешних электронных компонентов. Исходя из этого, было решено произвести замену SK8060 на UC3842 или на ее аналог UC3844.

Рис. 2. Схема импульсного блока питания на микросхеме ШИМ-контроллера UC3844

Вариант схемы импульсного блока питания с использованием микросхемы UC3844 (полный аналог КА3844В) фирмы FAIRCHILD приведен на рис. 2. Из первоначальной схемы исключены элементы R1, R3 и DZ1. На рис. 1 вывод конденсатора С6 отключен от общего провода и подключен к выводу 2 микросхемы КА3844В, емкость конденсатора С6 уменьшена до 100 пФ. Выводы 3 и 4 оптрона IC1 отключены от выводов 7 и 1 микросхемы IC2 и подсоединены к выводам 8 и 2 соответственно. Соединенные вместе левый вывод резистора R6 и верхний вывод конденсатора С5 отключены от вывода 4 микросхемы IC2 и подключены к выводу 3. Верхний по схеме вывод конденсатора С7 переключен с вывода 3 микросхемы IC2 на ее вывод 4, емкость конденсатора С7 уменьшена до 2,2 нФ. Вновь введены элементы R21 (10 кОм), R22 (150 кОм), R23 (1 10кОм) и С21 (10 нФ).

Резистор R1 с надписью на корпусе fuse предохранитель, предназначенный для ограничения броска тока заряда конденсатора СЗ, был заменен обычным плавким предохранителем на ток 0,5 А.

Резистор R3 исключен, т.к. в типовой схеме включения микросхемы UC3842 отвод от первичной обмотки импульсного трансформатора Т1 не используется, по этой же причине исключен и стабилитрон DZ1.

Вновь введенный резистор R21 и конденсатор С7 являются частотозадающими элементами для внутреннего генератора микросхемы IC2. Частота генерации определяется по следующей формуле: f[кГц] = (1,72/(R21[kOм] х С7[мкФ]). Поскольку рабочий цикл микросхемы составляет 50%, то частота внутреннего генератора выбрана в два раза выше частоты преобразования (в данном случае при номиналах R21 — 10 кОм и С7 — 2,2 нФ частота генератора составляет около 78 кгц). В случае применения микросхемы UC3842 частота внутреннего генератора выбирается равной частоте преобразования. Конденсатор С21, подключенный к выходу источника опорного напряжения 5 В (вывод 8) микросхемы КА3844В, выполняет функцию блокировочного.

Элементы R22 и С6 являются компенсирующей цепью внутреннего усилителя ошибки. Вывод 2 микросхемы IC2 является отрицательным входом усилителя ошибки, и напряжение на нем определяется делителем, образованным резистором R23 и сопротивлением коллектор-эмиттер (выводы 3 и 4) фототранзистора оптрона IC1. Поскольку на положительный вход усилителя ошибки внутри микросхемы подано опорное напряжение 2,5 В, то подбором сопротивления резистора R23 необходимо установить на выводе 2 микросхемы IC2 напряжение 2,5 В при номинальном выходном напряжении блока питания 5 В. Проще всего это сделать следующим образом: подать на контакты «+5V» и «GND» разъема ТВ2 стабильное напряжение 5 В; временно отключить вывод 3 оптрона от остальной схемы, подключив его к контакту «+5V» разъема ТВ2; временно отключить верхний по схеме вывод резистора R23 (рис. 2) от общего провода сетевой части блока питания и соединить его с контактом «GND» разъема ТВ2, и далее подбором сопротивления R23 установить напряжение 2,5 В на выводе 4 IC1.

Остановимся на назначении других элементов в схеме на рис. 2. Через четыре включенных последовательно (для уменьшения рассеиваемой каждым резистором мощности) резистора R4.1 …R4.4 на вывод 7 микросхемы КА3844В поступает напряжение питания для первоначального ее запуска, в дальнейшем в штатном режиме работы питающее напряжение снимается с отдельной обмотки трансформатора Т1 и после выпрямления однополупериодным выпрямителем D2C8 подается на вывод 7. Для получения вторичного напряжения 5 В также применяется однополупериодный выпрямитель на сдвоенном диоде D3 и LC-фильтр С11L2C12. Обратная связь в схеме блока питания выполнена с использованием оптрона IC1 типа РС123 фирмы SHARP. Отслеживание уровня выходного напряжения 5 В осуществляется при помощи трехвыводного стабилитрона (регулируемого параллельного стабилизатора) IC3 типа TL431C фирмы TEXAS INSTRUMENTS, на управляющий электрод которого через резистивный делитель поступает напряжение +5 В. Рассмотрим случай, когда выходное напряжение +5 В повышается. При превышении заданного делителем уровня на управляющем выводе стабилитрона IC3 он открывается, и начинает протекать ток через светодиод оптопары. В свою очередь, это приводит к увеличению тока через фототранзистор оптопары, в результате чего увеличивается напряжение на входе усилителя ошибки (вывод 2) микросхемы КА3844В. Это вызывает увеличение скважности импульсов на выходе КА3844В и уменьшение выходного напряжения ИП. Аналогичные описанным выше, но обратные по характеру процессы происходят в импульсном блоке питания и при уменьшении уровня выходного напряжения.

Вышедший из строя n-канальный полевой транзистор Q1 2SK2750 (U_си = 600 В; I_с = 3,5 А; Р = 35 Вт; S = 3000 мА/В; корпус T0-220F) фирмы TOSHIBA можно заменить на транзистор этой же фирмы 2SK1118 (U_си = 600 В; I_с = 6 А; Р = 35 Вт; S = 3000 мА/В; корпус T0-220F).

В подобных импульсных блоках питания в случае выхода из строя полевого транзистора и ШИМ-контроллера UC3842 рекомендуется проверять также элементы, стоящие в цепи затвора транзистора силового ключа.

 

В большинстве моделей сетевых коммутаторах, блок питания выдает одно напряжение, и с точки зрения экономии сил и средств, установить вместо вышедшего из строя блока питания готовый, с требуемыми характеристиками, будет куда более правильным и оправданным решением. С другой стороны, если специалист электронщик будет часто прибегать к практике блочного ремонта, это неизбежно приведет к деградации и потери квалификации до такой степени, что метод блочного ремонта уже не будет помогать из-за неспособности не только локализовать неисправность, но и определить причину ее появления.

Импульсные блоки питания — устройство, применение, неисправности и ремонт

Среди всех блоков питания можно выделить два основных типа:

• линейные;
• импульсные (инверторные) источники.

В подавляющем большинстве случаев линейный источник питания состоит из трансформатора, преобразующего переменное напряжение, силового выпрямителя, сглаживающего фильтра и стабилизатора. Линейные блоки питания наиболее просты в схемотехническом плане и имеют низкий уровень помех.

Самый крупный недостаток — большие габариты и вес понижающего трансформатора и низкий КПД, особенно в случае большой нестабильности входного напряжения. Массивный силовой трансформатор с большой тепловой инерционностью затрудняет даже принудительное охлаждение при больших нагрузках.

Основные отличия импульсных стабилизаторов.

Импульсные источники питания тоже имеют в составе понижающий трансформатор. Только в данном случае он работает на высокой частоте и имеет несравненно меньшие габариты и массу. Малые габариты элементов облегчают отвод тепла пассивными (применение радиаторов) и активными (вентиляторы) методами.

При фильтрации и стабилизации высокочастотного напряжения с выхода импульсного трансформатора упрощается построение выходных фильтров, поскольку для фильтрации пульсаций напряжения высокой частоты нужна меньшая емкость конденсаторов.

Инверторным блокам питания присущи несколько существенных недостатков — сложное устройство, высокий уровень электромагнитных помех и, в некоторых случаях, гальваническая связь выходных и входных цепей.

Впрочем, отработанная схемотехника подобных устройств в настоящее время уже не считается сложной, а помехи снижаются путем грамотного расчета узлов и дополнительной экранировкой.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Импульсный блок питания состоит из следующих элементов:

• входной выпрямитель;
• блок конденсаторов;
• схема управления;
• выходные ключи;
• импульсный трансформатор;
• вторичные (выходные) стабилизаторы и фильтры.

За счет того, что входное напряжение сначала преобразуется в постоянное, а затем обратно в переменное, точнее, в импульсы высокой частоты, импульсный высокочастотный трансформатор имеет очень малые габариты. Трансформатор преобразует высокочастотное переменное напряжение, поступающее от мощных транзисторных выходных ключей, которые, в свою очередь управляются широтно-импульсным (ШИМ) контроллером.

Такое название схема управления получила из-за того, что изменяя частоту и ширину (длительность) импульсов, можно регулировать время открытия ключевых транзисторов, изменяя, таким образом, значение выходного напряжения.

На ШИМ — контроллер (обычно это одна специализированная микросхема), поступает напряжение обратной связи с выхода блока питания или иные управляющие сигналы. Таким образом можно получить любые алгоритмы стабилизации выходного напряжения.

Стоит отметить, что наибольшей сложностью обладают устройства, которые предназначены для формирования нескольких значений напряжения на выходе с высокими требованиями к стабильности каждого из них. Как пример можно назвать блоки питания персональных компьютеров, телевизоров и других сложных устройств.

Такие блоки питания, как зарядные устройства для мобильных телефонов или иных маломощных гаджетов содержат малогабаритные специализированные микросхемы, в которых уже интегрированы все необходимые элементы. Такие блоки содержат минимум деталей и ремонтируются только энтузиастами, поскольку стоимость отдельных элементов порой сравнима со стоимостью нового зарядного устройства.

Часто производители бытовой техники вообще не предусматривают ремонт, выполняя корпус устройства неразборным или заливая печатную плату вместе с элементами специальным компаундом.

Высокий уровень помех импульсных устройств обусловлен тем, что управляющие импульсы высокой частоты имеют практически прямоугольную форму и поэтому имеют высокий уровень гармонических составляющих в большом диапазоне частот. Мощные транзисторы в момент переключения также становятся сильными источниками электромагнитного излучения. Для снижения помех схемы обычно дополняются помехоподавляющими цепями и заключаются в экранирующий корпус.

Малые габариты устройства и наличие схемы управления позволяют дополнить схемотехнику самыми различными схемами контроля как входного, так и любых выходных цепей, включая программное управление характеристиками.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Импульсные блоки питания в настоящее время используются в подавляющем большинстве устройств мощностью от долей ватта до единиц киловатт. Верхний предел ограничен параметрами выпускаемых на текущий момент транзисторов. Это ограничение можно обойти довольно просто, соединяя несколько идентичных маломощных блоков питания параллельно.

Для одинаковой и равномерной нагрузки отдельных составляющих, они объединяются по сигналам обратной связи. Постоянное совершенствование технологии разработки и конструирования полупроводниковых приборов, создание новых классов транзисторов (IGBT, MOSFET) стимулирует создание все более мощных импульсных устройств.

Даже большое число параллельно включенных устройств по массе и габаритам значительно меньше аналогичного по мощности понижающего трансформатора стандартной частоты 50 Гц, поэтому очень часто делают некоторый избыток блоков для того, чтобы при выходе одного из них он автоматически выключался и работа устройств не нарушалась.

Сам принцип работы обеспечивает широкий диапазон допустимого входного напряжения. Например импульсные блоки питания бытовых устройств при нормальном напряжении сети 220 В, способны работать вплоть до диапазона 80 — 250 В, то есть при таких напряжениях, когда обычный линейный стабилизатор выходит из границ стабильной работы.

ТИПОВЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И РЕМОНТ

Как ни странно будет звучать, но импульсным блокам питания гораздо страшнее низкое входное напряжения, чем высокое. Верхний предел обычно ограничен номинальным напряжением электролитических конденсаторов фильтра и допустимым обратным напряжением выпрямительных диодов.

Длительная работа при пониженном входном напряжении вызывает перегрев и тепловой пробой ключевых транзисторов, поскольку, чем ниже напряжение на входе, тем больше время открытия ключей для получения нужного напряжения на выходе трансформатора.

Многие импульсные блоки питания нестабильно работают, когда нагрузка выхода имеет малое значение или вообще отсутствует. Отсутствие обратной связи на входе ШИМ контроллера приводит к тому, что транзисторные ключи полностью открываются и блок выходит из строя буквально через несколько минут. Соответствующие схемные решения позволяют избавиться от такого недостатка.

Наиболее часто неисправности импульсных блоков питания вызываются:

• выходом из строя диодов выпрямительного моста;
• электролитических конденсаторов сглаживающего фильтра;
• ключевых транзисторов.

Такое обычно происходит в случае сильно завышенного входного напряжения или длительной работы при пониженном. В подавляющем большинстве случаев даже нет необходимости в измерительных приборах — повреждения видны невооруженным глазом по разрушенным и вздувшимся элементам.

Гораздо реже выходят из строя элементы управляющей схемы (ШИМ-контроллера) и обратной связи. В данном случае без измерений не обойтись.

Крайне редки случаи повреждения импульсного трансформатора. Обычно их габариты позволяют выполнять сборку с большими запасами по току и мощности. Поэтому неисправности случаются только при некачественном выполнении.

Практика ремонтов показывает, что львиная доля неисправностей происходит по причине крайне низкого качества некоторых типов электролитических конденсаторов.

Падение емкости или большое внутреннее сопротивление конденсаторов выходных цепей может приводить к неправильной работе обратной связи, в результате чего выходное напряжение перестает соответствовать норме.

В некоторых случаях конденсаторы могут вызывать срабатывание защиты. Внешне неисправные конденсаторы могут иметь вздутие на торцах корпуса. Такие элементы следует менять на исправные, не тратя время на их проверку.

Обычно ремонт серьезных импульсных блоков питания требует несколько большей квалификации специалистов, чем ремонт традиционных схем и требует таких измерительных приборов, как осциллограф.

Внимание!

Часть элементов схемы блока питания находится под напряжением сети. Это выпрямительные диоды, конденсаторы, ключевые транзисторы и первичная обмотка импульсного трансформатора.

Ремонт таких устройств можно выполнять только при отключенном блоке с разряженными конденсаторами фильтра. В крайнем случае можно производить некоторые работы и под напряжением, но только с обязательной гальванической развязкой блока от питающей сети через разделительный трансформатор.

Для исключения попадания электромагнитных помех в питающую сеть, на входе блока обычно ставят помехоподавляющий фильтр, элементы которого соединены непосредственно с экранирующим кожухом. Таким образом, кожух оказывается гальванически связан с проводами питающей сети.

При прикосновении к корпусу прибора можно получить удар электрическим током, опасным для жизни. Для обеспечения безопасности, все импульсные блоки питания должны быть в обязательном порядке заземлены или иметь корпус из изоляционного материала.

Современное бытовое оборудование и часть промышленного позволяют производить заземление непосредственно через шнур питания. Для этого в паре розетка — вилка предусмотрены отдельные контакты для подключения заземления.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Ремонт блоков питания. Ремонт БП.

Опытный мастер по ремонту блоков питания ответит на интересующие вас вопросы Консультация по ремонту БП.

Ремонт блоков питания

Наша компания предлагает услугу ремонт блоков питания компьютеров, серверов, телевизоров, ноутбуков, нетбуков, видеокамер, различной бытовой, промышленной и медицинской аппаратуры.
Ремонту подлежат блоки питания БП, выполненные конструктивно в виде отдельной платы или модуля, через специальный разъём (или несколько разъёмов) подключающегося к аппаратуре, которые можно автономно подключить к электрической розетке или к источнику
постоянного напряжения.

Блок питания БП современной аппаратуры

Модули питания различных радиоэлектронных устройств являются одним из самых ненадёжных узлов. В БП присутствуют высокие напряжения и текут большие токи, выделяется большая мощность. Это приводит к значительному нагреву входящих в него деталей, маленькие габариты (одна из характеристик современной аппаратуры) не позволяют осуществить оптимальный теплоотвод от модуля питания. В результате перегрева аппаратура выходит из строя и необходим ремонт БП. Надёжность аппаратуры, также определяется качеством акб бесперебойных источников питания.

Современные импульсные блоки питания построены на схемах с преобразованием напряжения и широтно-импульсной модуляцией ШИМ контроля и управления выходным напряжением. Для безопасности эксплуатации, модули оснащены разноуровневыми схемами защиты от перегрузки и перегрева. Однако, при эксплуатации аппаратуры в условиях нестабильной электрической сети и частого перепада напряжения, рекомендуется производить подключение через стабилизаторы напряжения для дома, или через реле напряжения .

Ремонт импульсных блоков питания

Ремонт импульсных блоков питания чаще всего состоит из устранения следующих неисправностей: аппарат не включается, или включение происходит через значительное время, после неоднократного нажатия кнопки «Power». Нередко пользователи приспосабливаются к такому поведению аппаратуры, просто ожидая какое-то время, когда произойдёт включение. Интервал времени увеличивается, в начале он составляет десятки секунд, потом минуту, потом несколько минут, и наконец техника выходит из строя окончательно. Иногда дефект импульсного БП может проявляться в самопроизвольном выключении. И совсем редко бывает некорректная работа самого устройства из-за неисправности первичного источника питания.

Ремонт импульсных БП

Ремонт импульсных блоков питания производится проверкой элементов узлов, входящих в его устройство.
Цепи фильтрации электрической сети от импульсных помех — дроссели фильтрации являются габаритными элементами, через которые протекает весь потребляемый устройством ток. От вибрации и теплового нагрева в местах пайки возможно появление микротрещин, сопротивление контакта увеличивается, выделяется ещё большее количество тепла, что в конечном итоге приводит к образованию кольцевых непропаек и прогаров платы. Такие дефекты определяются визуальным осмотром при ремонте блоков питания.
Выпрямитель сетевого напряжения для питания узла преобразователя частоты. В этом узле также часто встречается плохая пайка элементов.
Преобразователь электрического тока высокой частоты. Преобразователь выполнен на мощных транзисторах или микросхемах, работающих на пределе своей эксплуатационной нормы, которые часто выходят из строя и подлежат замене при ремонте блока питания.
Импульсный трансформатор, передающий преобразованную электрическую энергию на цепи вторичного питания и производящий гальваническую развязку выходного напряжения от сети.
Узел выпрямления и фильтрации вторичного напряжения. В этом узле возможны пробои выпрямителей и стабилизаторов, утечка электролитических конденсаторов. Во время ремонта БП, неисправные элементы подлежат замене.
Цепи контроля выходных напряжений. Выполняются на опорных стабилизаторах.
ШИМ — широтно-импульсный модулятор, как правило выполнен на отдельной микросхеме, или встроен в микросхему преобразователя.

Основные неисправности блоков питания

Следует отметить, что очень часто стеклянный предохранитель блока не перегорает . Он обладает значительной инерционностью, и защищает электрическую цепь только в случаях самого грубого пробоя, или случайного попадания внутрь корпуса металлического предмета. Целям моментальной защиты импульсного модуля питания служат специальные полупроводниковые предохранители и разрывные сопротивления, установленные в различных внутренних цепях устройства.
Очень важный метод ремонта различной аппаратуры, в том числе и блоков питания — визуальный осмотр. При осмотре обращают внимание на качество пропайки основных токопотребляющих элементов: мощных транзисторов или микросхем раскачки, импульсных трансформаторов, выпрямительных диодов, дросселей; выявляются визуально изменённые детали ( вспучивание конденсаторов, потемнение резисторов), а также места потемнения платы, что говорит о перегреве расположенных в этой зоне блока питания деталей.

Кроме непропаек, часто выходят из строя мощные транзисторы раскачки, мощные микросхемы, фильтрующие электролитические конденсаторы.
Необходимо отметить, что поспешная замена вышедших из строя деталей и включение питания часто приводит к повторному пробою. Тщательной проверке подлежат конденсаторы первичной части блока, которые определяют оптимальный режим частоты и амплитуды управляющих импульсов и другие управляющие элементы.

Ремонт блоков питания настольных компьютеров

Импульсные блоки питания, используемые в настольных компьютерах различаются:

Выходной мощностью.
Конструктивными размерами (формфактором).
Производителем.
Дополнительными возможностями.

Блок питания современного компьютера прежде всего должен обеспечивать его необходимой мощностью. Производительность процессора, видеокарты и компьютера в целом постоянно растёт, что обуславливает необходимую мощность источников . Совсем недавно устанавливаемые в компьютер блоки питания имели мощность 150 — 300 Вт и хорошо справлялись со своими функциями. Сейчас минимальная мощность устройства 350 Вт, рекомендуемая составляет 500 Вт, а максимальная превышает 1000 Вт.

В компьютерах некоторых производителей, таких как Dell, Packard Bell и других применяются блоки питания нестандартного, как правило меньшего размера. Также конструктивным отличием является размер установленного вентилятора (80/120 мм) и их количество (один/два)

Производителями компьютерных модулей питания являются как известные брэнды, такие как Thermaltake, Zalman, Epsilon , так и малоизвестные фирмы.

К дополнительным возможностям относятся:
Возможность подключения к компьютеру только необходимых кабелей ( функция Cable Management ), наличие плотного жгута неиспользуемых кабелей значительно ухудшает циркуляцию воздуха внутри блока питания и приводит к его перегреву.
Наличие специальных разъёмов для подключения высокопроизводительных видеокарт игровых компьютеров.
Наличие в блоке схемы PFC — корректора фактора мощности, что приводит к равномерному потреблению электроэнергии и снижению нагрузки на электрическую сеть.

Ремонт блоков питания телевизоров, ноутбуков, нетбуков, принтеров, сканеров, видеокамер

Все блоки питания ноутбуков и нетбуков, а также некоторых моделей телевизоров, имеют общую конструктивную особенность: это отдельный внешний модуль, в полностью закрытом пластиковом корпусе, подключаемый одним проводом в электрическую розетку, а другим проводом к аппаратуре. Отличия таких блоков:

Конструктивные размеры и форма выходного разъёма. Уровень выходного напряжения и его мощность. Тип напряжения ( АС — переменное, DC- постоянное ). Количество выходных напряжений : одно или несколько. Полярность выходного напряжения.

Такие блоки питания могут быть взаимозаменяемы, при полном совпадении указанных параметров. Единственное исключение — выходная мощность. При абсолютно одинаковом выходном напряжении, может быть использован БП с большей выходной мощностью. Электрические параметры блоков, как правило, указаны на шильдике корпуса. Подключение блока питания от другой аппаратуры без полного совпадения параметров выходного напряжения, приведёт к выходу из строя подключаемой техники.

Ремонт блоков питания в Ростове-на-Дону

Наши преимущества — РЕМОНТИРУЕМ ЛЮБЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ

Блок питания  – это главная составляющая любого электронного устройства. БП обеспечивает преобразование напряжения из сети в ток, который нужен для полноценного функционирования всей системы, каждому элементу устройства, требуется разное напряжение именно блок питание и обеспечивает это . Разумеется, от того, насколько качественным будет передача электроэнергии к прибору, напрямую будет зависеть работоспособность этого прибора.

Стандартные неисправности в функционировании блока питания

• прибор не отвечает при запуске и не включается;
• кулер блока питания сильно шумит;
• параметры напряжения не такие, как должны быть;
• не функционируют сигнальные светодиоды и т. д.

По вышеупомянутым видам неисправностей можно понять, что необходим ремонт блока питания.

Блок питания  может поломаться по разным причинам. Давайте рассмотрим наиболее частые из них:

• Некачественные электродетали;
• Составные элементы имеют ограниченный срок службы и выработали свой ресурс;
• Детали перегрелись;
• Существенные перепады напряжения;
• Отказ микросхемы и множество других.

Низкокачественные БП зачастую ломаются быстрее всего. А вот надежное оборудование достаточно хорошо реагирует на нагрузки и срок его использования также более долгий. Если вам нужен ремонт блока питания , то наш сервисный центр с радостью вам в этом поможет.

Ремонт импульсного блока питания

Импульсные блоки питания являются самой ненадежной деталью новомодных бытовых устройств и изделий. Поскольку через импульсный блок питания проходит вся мощность, потребляющаяся схемой. При этом необходимо учитывать, что мощность, которую в нагрузку отдает блок питания, может меняться при функционировании много раз, что само по себе не очень хорошо.

Все импульсные БП работают примерно по идентичному принципу. Их отличие заключается лишь в схемных решениях и видах используемых деталей.

Блок питания ж/к телевизора

Блок питания современного телевизора (ТВ), независимо от марки его дисплея, представляет собой импульсный преобразователь напряжения с фиксированными выходными характеристиками. Их нормируемые значения определяют штатный режим работы всего устройства в целом. В случае появления каких-либо неисправностей по их изменению можно судить о характере поломки.

Устройство и принцип работы

Плата импульсного блока питания (ИБП) нередко выполняется в виде отдельного электронного модуля, что является характерной чертой ТВ с небольшой диагональю экрана. В более габаритных моделях она интегрируется в шасси приемника и находится внутри его конструкции (смотрите фото ниже).

В плату БП входят следующие обязательные составляющие:

• Импульсный трансформатор.
• Фильтр сетевого питания, собранный на основе дросселей и конденсаторов.
• Узлы дежурного и рабочего режима.
• Модуль защиты от перегрузок.
• Элементы охлаждения (радиаторы).

Принцип работы БП заключается в приведении сетевого напряжения к виду, удовлетворяющему требованиям энергоснабжения основных электронных узлов телевизора (включая его матрицу).

Дополнительная информация: Величина и форма питающих потенциалов должны соответствовать рабочим напряжениям и их эпюрам, приводимым в специальных таблицах.

Иногда они указываются непосредственно на электрической схеме конкретного устройства.

Характерные неисправности и их выявление

Типовые неисправности блока питания рассмотрим на примере телевизора с ж/к экраном марки «ViewSonic N3260W». Внешние их проявления выражаются в следующих отклонениях от нормальных режимов работы воспроизводящего устройства:

• При нажатии на кнопку «Сеть» телевизор совсем не включается.
• Индикатор светится, но ТВ не переходит из дежурного в рабочий режим.
• Изображение появляется только спустя некоторое время.
• Включить телевизор удается лишь через несколько попыток, после чего появляются нормальное изображение и звук.

Первое, с чего начинается обследование при обнаружении большинства из этих неисправностей – это тщательный визуальный осмотр платы БП при полностью отключенном от сети устройстве. Если ничего подозрительно не обнаружено – следует перейти к более подробному анализу причин их появления. Для этого потребуется демонтировать питающий модуль из корпуса телевизора, отсоединив прежде все разъемы.

Затем необходимо разрядить высоковольтный фильтрующий конденсатор цепей питания, остаточное напряжение на котором опасно для человека. В силовых блоках большинства моделей ТВ, включая эту, причинами неисправности чаще всего являются:

• Выход из строя электролитов вторичных питающих цепей.
• Некачественная пайка отдельных составляющих платы (дросселей и полупроводниковых элементов, в частности).
• Выгорание силовых (ключевых) транзисторов.
• Обрыв или пропадание контакта в подводящих разъемах.

Обратите внимание: Убедиться в том, что электролиты состарились и вышли из строя удается по их вздутой крышке (фото сверху).

Последствия плохой фильтрации напряжения вследствие их неисправности бывают самыми различными. Они проявляются либо в полной потере работоспособности БП, либо в связанных с этим повреждениях элементов инвертора. Нередко они приводят к сбою программного обеспечения в чипах памяти материнской платы и необходимости его обновления.

Остальные неисправности также выявляются визуально. При выгорании транзисторов, например, в районе их ножек явно различим черный налет гари. Периодическое пропадание контакта в разъемах определяется по его восстановлению при легком покачивании из стороны в сторону. Для проведения такой проверки потребуется тестер, включенный в режим «Прозвонка». В остальных случаях неисправности выявляются по пропаданию нужных напряжений на выходе (или отклонению их от нормы).

Прядок диагностирования и устранения неисправностей

Общий порядок диагностирования и устранения обнаруженных неисправностей сводится к следующей последовательности ремонтных операций:

1. Все конденсаторы, внешний вид которых вызывает хоть какие-то подозрения, необходимо сразу же заменить.
2. При нарушении работы блока дежурного режима следует проверить напряжения 5 Вольт на управляемом стабилитроне.
3. Если на выходе этого узла напряжение на фильтрующих конденсаторах отсутствует или его значение сильно занижено – это значит, что нарушен режим работы.
4. Для его восстановления потребуется убедиться в исправности всех линейных элементов схемы.

Дополнительная информация: Их работоспособность проверяется с помощью того же тестера без полного выпаивания из платы блока.

Для этого достаточно выпаять только один контакт «подозрительного» резистора или конденсатора. Выявленные сгоревшие элементы удаляются из платы полностью и заменяются новыми. При обнаружении некачественной пайки следует залудить это место с флюсом, а затем убедиться, что контактная ножка надежно закреплена в зоне фиксации.

О восстановлении работоспособности схемы дежурного режима свидетельствует появление напряжения 5 Вольт, а также загорание красного светодиода на лицевой панели телевизора (фото сверху).

При каждой очередной замене других «подозрительных» элементов следует сразу же проверять произошедшие на выходе БП изменения. О восстановлении функции рабочего режима, например, судят по нормальному включению телевизора и появлению на его экране изображения и звука.

В заключение обзора отметим, что выявление и устранение неисправностей импульсных блоков питания, входящих в состав современных телевизионных приемников – это совсем непростая процедура. Она требует наличия специальной измерительной аппаратуры и некоторых навыков в ремонте электронной техники. Если вы затрудняетесь самостоятельно диагностировать причину отказа телевизора – лучше всего пригласить телемастера-профессионала. При нынешней, сравнительно невысокой стоимости на ремонт телевизионной техники, это позволит сэкономить время и не расходовать попусту свои силы.

Наши группы ВКонтакте и Одноклассниках

Заходите на прикольный канал Шахан TV

Руководство по устранению неисправностей и ремонту импульсных источников питания

Поиск и устранение неисправностей импульсного источника питания
1. Перегоревший предохранитель
Обычно перегоревший силовой предохранитель указывает на проблемы во внутренних цепях. Блок питания работает под высоким напряжением и током. Колебания напряжения или скачки напряжения в электросети часто вызывают мгновенное увеличение тока, что может привести к перегоранию силового предохранителя. Пользователи должны проверить, нет ли пробоя, обрыва или повреждения выпрямительного диода, высоковольтного фильтрующего электролитического конденсатора и трубки переключателя инверсии мощности на входе.Если плавкий предохранитель перегорел, но при этом не было никаких признаков других проблем, пользователям необходимо проверить компоненты на печатной плате, чтобы убедиться, что они не сгорели из-за утечки электролита. Если такого состояния нет, пользователи должны проверить мультиметром, нет ли пробоя или короткого замыкания. Пользователи не должны запускать оборудование даже после обнаружения и замены поврежденной части, поскольку неисправные компоненты высокого напряжения могут повредить недавно замененную часть. При работе с перегоревшим силовым предохранителем пользователи должны проверить все высоковольтные компоненты на печатной плате перед запуском оборудования.

2. Отсутствует выход постоянного тока или нестабильное выходное напряжение
Если силовой предохранитель остается в идеальном состоянии, но отсутствует выход постоянного тока на различных уровнях в нагруженном состоянии, это может быть вызвано обрывом цепи, коротким замыканием, перенапряжением, перегрузкой по току, выходом из строя вспомогательного оборудования. источник питания, выход из строя колебательного контура, перегрузка источника питания, пробой выпрямительного диода в высокочастотной цепи выпрямления и сглаживания или утечка тока сглаживающего конденсатора. Если выходное напряжение остается нулевым после проверки вторичных компонентов мультиметром и устранения пробоя, перегрузки или короткого замыкания высокочастотного выпрямительного диода, это может быть подтверждением наличия проблемы с цепью управления источником питания.Если на некоторых частях есть выходное напряжение, это означает, что бортовая схема работает нормально, и это проблема высокочастотной схемы выпрямления и сглаживания. Схема высокочастотной фильтрации в основном использует выпрямительный диод и низковольтный фильтрующий конденсатор для вывода постоянного тока. Если выпрямительный диод выйдет из строя, схема не сможет выдавать напряжение. Кроме того, утечка тока через фильтрующий конденсатор приводит к нестабильному выходному напряжению. Поврежденные компоненты можно обнаружить, проверив соответствующие детали с помощью мультиметра.

3. Низкая грузоподъемность
Низкая грузоподъемность — частая неисправность. Его часто можно увидеть в традиционных источниках питания или в тех, которые работают долгие часы. Это вызвано старением компонентов, нестабильной трубкой переключателя или плохим охлаждением. Пользователи должны проверять и подтверждать состояние регулируемого диода, выпрямительного диода, сглаживающего конденсатора высокого напряжения и т. Д.

Руководство по ремонту импульсного источника питания
Ремонт импульсного источника питания можно выполнить в два этапа:
1.В случае отключения питания пользователи могут проводить техническое обслуживание путем визуальной проверки, обоняния, запроса и измерения.

• Визуальная проверка: Откройте корпус блока питания, чтобы проверить, не перегорел ли предохранитель. Проверить внутреннюю часть блока питания. Если компоненты на печатной плате сгорели, пользователи должны проверить окружающие компоненты и соответствующие компоненты схемы.
• Запах: Проверьте, нет ли запаха гари внутри блока питания и нет ли перегоревшего компонента.
• Вопрос: Спросите о повреждении источника питания и проверьте, нет ли нарушений в работе
• Измерение: используйте мультиметр для измерения напряжения на обоих концах высоковольтного конденсатора перед включением. Если импульсный источник питания не генерирует колебания или имеет неисправности, вызванные переключающей трубкой, в большинстве случаев напряжение на обоих концах конденсатора фильтра высокого напряжения не сбрасывается. Будьте осторожны, так как напряжение действительно высокое! При измерении прямого и обратного сопротивления на обоих концах линий питания переменного тока, а также при зарядке конденсатора, значение сопротивления не должно быть слишком низким, иначе внутренняя часть источника питания будет иметь короткое замыкание. Кроме того, должно быть подтверждено, что конденсатор выделяет и заряжает мощность. Затем пользователям необходимо измерить сопротивление заземления различных выходных концов после снятия нагрузки соответственно. Обычно индикатор мультиметра должен качаться при отключении питания или зарядке конденсатора. Индикатор, наконец, должен отображать сопротивление кровотока.

2. Тест при включении
Проверьте, не перегорел ли предохранитель и не загорелись ли компоненты после включения.При необходимости пользователи должны отключить питание для проведения технического обслуживания.
Измерьте наличие выходного напряжения 300 В на обоих концах сглаживающего конденсатора ВН. Если это нормально, пользователи должны проверить выпрямительный диод, сглаживающий конденсатор и т. Д.
Измерьте наличие выходного напряжения на вторичной обмотке высокочастотного трансформатора. Если это нормально, пользователи должны проверить, не повреждена ли трубка переключателя, колеблется ли трубка переключателя, работает ли защитная схема и т.д. регулирующие трубки на выходных сторонах.
Если источник питания прекращается после запуска, пользователи должны проверить, остается ли источник питания в защитном состоянии, измеряя защитное напряжение микросхемы ШИМ. Если напряжение превышает указанное значение, это означает, что источник питания находится в защитном состоянии, и пользователи должны выяснить причины защитного статуса.

Основы поиска и устранения неисправностей источников питания

Когда часть оборудования оказывается полностью разряженной, первое, на что следует обратить внимание, — это источник питания.Если для поиска неисправностей такого рода используется осциллограф, это должен быть портативный прибор с батарейным питанием, изолированный от земли, по крайней мере, вначале. Причина в том, что могут быть внутренние напряжения, которые упоминаются, но плавают над землей, состояние, которое может создавать опасные токи короткого замыкания при подключении к настольному осциллографу. Это особенно верно для импульсных источников питания (SMPS), где обе стороны цепи плавают над землей.

В SMPS возможен ряд конфигураций, в первую очередь понижающая, повышающая и инвертирующая понижающая-повышающая.В каждом из них MOSFET является главным умом. Он выполняет переключение, в то время как диод определяет направление, в котором текут носители заряда, а катушки индуктивности и конденсаторы накапливают электрическую энергию. SMPS регулирует выход, непрерывно изменяя рабочий цикл, в отличие от линейного источника питания, который регулирует выход, внося необходимые изменения, регулируя количество рассеиваемой мощности.

Понижающий преобразователь SMPS аналогичен линейному источнику питания с понижающим трансформатором.Когда переключатель замкнут, на катушку индуктивности подается напряжение. Когда переключатель разомкнут, ток через катушку индуктивности продолжает течь. Обратная связь регулирует ширину импульса с постоянной частотой повторения или регулирует частоту повторения с постоянной шириной импульса.

Повышающий преобразователь SMPS аналогичен линейному источнику питания с повышающим трансформатором. Когда переключатель замкнут, ток индуктора увеличивается. Когда переключатель выключается, возникают скачки напряжения, поскольку индуктор пытается поддерживать постоянный ток, чего он не может сделать, поскольку индуктор использует всю доступную энергию для создания своего магнитного поля.В этом месте диод проводит, и ток от катушки индуктивности течет в конденсатор. Это объясняет более высокое выходное напряжение по сравнению с входным.

В SMPS транзистор, переведенный в область насыщения, периодически прикладывает нерегулируемый постоянный ток на входе к катушке индуктивности, которая функционирует как запоминающее устройство. Во время каждого импульса его магнитное поле увеличивается до тех пор, пока переключатель не будет выключен. Затем накопленная энергия фильтруется. Опорное напряжение сравнивается с выходным сигналом в цепи обратной связи, изменение ширины импульса или частоты. SMPS может работать с частотным входом сети переменного тока или с нерегулируемым входом постоянного тока.

В типичном SMPS питание от сети поступает на питание через сетевой фильтр. Затем мощность выпрямляется и сглаживается до высокого постоянного напряжения (несколько сотен вольт). Затем один или несколько транзисторов (или полевых МОП-транзисторов) включают и выключают это высокое постоянное напряжение, чтобы управлять первичной обмоткой трансформатора. (Хотя некоторые топологии SMPS бестрансформаторные.) Напряжение выпрямляется и фильтруется на вторичной стороне трансформатора.

Регулировка выхода осуществляется путем переключения транзисторов через схему управления, которая определяет выходное напряжение (и входной ток) и соответственно регулирует время включения и выключения транзистора. Эта схема управления часто находится на первичной стороне и может получать питание от дополнительной обмотки трансформатора. Образец выходного напряжения обычно возвращается через оптрон. (Опять же, некоторые конструкции SMPS реализуют обратную связь без использования оптопары.) В некоторых случаях схема управления находится на вторичной стороне и управляет переключателем через небольшой дополнительный трансформатор.

Следует отметить, что у ИИП есть стороны высокого и низкого напряжения (первичная и вторичная стороны). Трансформатор изолирует первичную и вторичную стороны. (Опять же, существуют бестрансформаторные ИИП, в которых не реализована изоляция.) Часто, если заземление выхода не подключено к заземлению сети, небольшой высоковольтный конденсатор соединяет эти два заземления на высокой частоте.

Поскольку половина компонентов SMPS напрямую подключается к сетевому напряжению, на первичной стороне источника питания есть опасные напряжения.Накопительный конденсатор большой емкости заряжается при высоком напряжении и может сохранять опасное напряжение даже при отключенном питании от сети. SMPS часто включают в себя истекающие резисторы для рассеивания этого напряжения, но эти резисторы можно сломать, чтобы конденсаторы могли оставаться заряженными. Следовательно, лучше всего разряжать конденсаторы через подходящий резистор (обычно несколько кОм) через изолированные щупы, как на мультиметре. Затем измерьте напряжение, чтобы убедиться, что оно равно нулю, прежде чем продолжить. Также имейте в виду, что радиаторы часто не заземлены и могут находиться под напряжением сети.

Аналогичным образом убедитесь, что все конденсаторы разряжены. Многие неисправные электролитические конденсаторы деформируются или раздуваются. Другие визуальные индикаторы включают сгоревшие черные резисторы и компоненты, которые пахнут горелым, особенно трансформатор. У трансформатора, который пахнет горелым, возможно короткое замыкание. Если это так, часто лучше просто заменить SMPS.

Хотя это может показаться очевидным, поиск неисправности при пропадании питания начинается с проверки сетевого предохранителя. Перегоревший предохранитель обычно означает наличие множества неисправных компонентов; исправный предохранитель может означать, что проблема была вызвана одним компонентом.

Состояние предохранителя тоже полезно. То, что горело медленно, означает, что отказ не был катастрофическим. Аварийный предохранитель подразумевает сильный ток, повредивший множество компонентов. К сожалению, некоторые предохранители заполнены песком и скрывают, что произошло.

Одна уловка для первого испытания источника питания с перегоревшим предохранителем — это временно заменить предохранитель на лампочку. Лампа должна иметь примерно такую ​​же мощность, что и SMPS. Это предотвращает более катастрофические отказы и позволяет избежать неудобств, связанных с многократной заменой предохранителей.Если все в порядке, лампочка должна мигать долю секунды, а затем слегка светиться. Если короткое замыкание все еще есть, лампочка будет ярко светиться — пора искать причину.

Разомкнутый предохранитель сигнализирует о том, что с источником питания действительно что-то пошло не так, например, короткое замыкание. Типичные проблемы включают закороченные силовые транзисторы или выпрямительные диоды, особенно в первичной обмотке. Диодная функция мультиметра может помочь обнаружить короткие замыкания. Также может быть полезно найти техническое описание микросхемы регулятора в SMPS, если она используется.Многие SMPS имеют схему, близкую к эталонным проектам, указанным в таблице данных.

Если предохранитель исправен, но нет выхода, это может вызывать подозрение на ограничитель пускового тока (NTC). Также следует проверить мощные резисторы на первичной стороне. Если номинал резистора не совпадает с его цветовым кодом или схемным значением, распаяйте одну клемму и проведите повторные измерения. Замените новым, если значения не совпадают.

В первую очередь необходимо проверить резисторы, включенные последовательно с силовыми транзисторами.Иногда первичная обмотка включает в себя резистор большой мощности, включенный последовательно со стабилитроном. Проверьте все диодные переходы с помощью диодной функции мультиметра. ИС регулятора могут быть неисправными, но обычно это не так.

Неисправный силовой транзистор увеличивает вероятность выхода из строя других компонентов. Часто SMPS включают компоненты защиты, такие как дополнительный резистор или стабилитрон, чтобы ограничить повреждение в случае катастрофического отказа.
Один из приемов проверки микросхемы контроллера — отключить ее от небольшого внешнего источника постоянного тока и проверить наличие импульсов на базе (или затворе) транзистора.Но некоторые ИС не будут работать без высокого напряжения на переключение, и это может быть указано в таблице данных.

Еще одно замечание: мертвые полупроводники следует заменять точно такими же деталями. Альтернативы хороши, только если оригинал недоступен или слишком дорогой. Для диодов также проверьте время переключения — замена диодов должна быть как минимум такой же или более быстрой, чем старые. Аналогичным образом заменяемые транзисторы должны иметь одинаковое усиление и частоту отсечки. Практическое правило состоит в том, что частота среза должна быть как минимум в десять раз выше частоты переключения. Для полевых МОП-транзисторов емкость затвора не должна превышать емкость старого компонента, а пороговое напряжение затвора должно быть близко к таковому у старого устройства.

Иногда SMPS работает только частично. Он может запуститься, а затем выключиться, или он может пульсировать, пытаясь запустить каждые несколько секунд, или может выдавать неправильное выходное напряжение. Скорее всего, силовые полупроводники хороши, но конденсаторы подозрительны. Или может быть проблема с цепью обратной связи.

Один из приемов состоит в том, чтобы подать внешнее регулируемое постоянное напряжение на выход SMPS, предварительно убедившись, что SMPS не подключен к сети.Когда напряжение постоянного тока постепенно увеличивается, цепь обратной связи должна работать, когда постоянное напряжение приближается к номинальному выходному напряжению. Здесь нет опасного линейного напряжения, поэтому осциллограф может помочь в диагностике цепи обратной связи. Другой способ — снабдить ИС контроллера тем же источником низкого напряжения и изучить, что происходит на другой стороне оптрона.

Электролитические конденсаторы часто вызывают проблемы с ИИП. В менее дорогих конструкциях SMPS они часто работают слишком близко к своим пределам тепловыделения.Их жидкий электролит имеет свойство испаряться и изменять свои рабочие характеристики. Очевидно, что колпачки, которые деформированы физически, — это плохо. Но некоторые могут быть плохими и не иметь проблем с внешним видом. Полезно просто измерить емкость, но простого измерения недостаточно. Лучше измерить эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и сравнить его с сопротивлением заведомо исправного конденсатора. К сожалению, для этого нужен измеритель ESR (или мост RLC). Электролитические конденсаторы бывают версий 85 ° C и 105 ° C.Если есть возможность, разумно выбрать более высокую температуру.

Ремонт импульсных блоков питания

В этой статье Скотт Дорси рассказывает нам, как ремонтировать импульсные блоки питания. Как он объясняет, «существует множество книг и статей о том, как разработать импульсный источник питания, но не так много об их ремонте. Поскольку переключаемые источники питания становятся повсеместным явлением в электронных устройствах сегодня, становится гораздо важнее понять, как они работают и, что не менее важно, как они терпят неудачу.»Эта статья была первоначально опубликована в audioXpress, январь 2018 года.

Есть много книг и статей о том, как разработать импульсный источник питания, но не так много об их ремонте. Поскольку импульсные источники питания становятся повсеместными в электронных устройствах сегодня, они становится гораздо более важным понимать, как они работают, и, что не менее важно, как они терпят неудачу.

Вся суть переключателя заключается в том, что он выпрямляет линию питания переменного тока в постоянный ток, а затем прерывает постоянный ток генератором с переменной скважностью на очень высокой частоте, так что можно использовать крошечный понижающий трансформатор.Трансформаторам, работающим на высоких частотах, не нужны большие сердечники или много обмоток для получения большой мощности, поэтому их можно сделать крошечными и с небольшими затратами. Рабочий цикл генератора можно регулировать с помощью обратной связи, так что регулирование может выполняться без потери мощности в процессе. Таким образом, вы можете получить одновременно хорошее регулирование и хорошую эффективность.

В этой статье речь пойдет о расходных материалах обратного хода с линейным приводом. Существуют и другие преобразователи топологии, которые популярны, когда изоляция линий не требуется, но когда вы посмотрите на то, что происходит между входом переменного тока и шинами постоянного тока на элементе электронного оборудования сегодня, это основная используемая топология, потому что она дает хорошие результаты. эффективность и изоляция линии.

Рисунок 1: Этот образец импульсного источника питания взят из таблицы данных UC2842 и использует общую микросхему контроллера ШИМ UC2842. (Оригинальная схема любезно предоставлена ​​Texas Instruments)
Как работают коммутаторы
На рис. 1 показан образец импульсного источника питания (любезно предоставлен Texas Instruments). Это взято из таблицы данных UC2842 и использует общую микросхему контроллера PWM UC2842. (Таблицу данных можно найти в разделе «Дополнительные материалы» на веб-сайте audioXpress, ссылку см. В «Файлы проекта».Обратите внимание, что эта конструкция, как и обычно, имеет полную изоляцию между первичной и вторичной сторонами цепи. Вы можете провести в своей голове линию через сердечник трансформатора и оптрон и разбить схему на две электрически изолированные половины. Это важный момент, и вы увидите это почти во всех источниках питания любого размера, поскольку изоляция от линии электропередачи является основной проблемой безопасности.

Электропитание переменного тока отключается от сети и выпрямляется через мостовой выпрямитель DBRIDGE.Выход заряжает большой конденсатор фильтра на первичной стороне CIN, который обеспечивает отфильтрованное (но почти без пульсаций) постоянное напряжение на первичную обмотку трансформатора NP, а также напряжение для запуска микросхемы широтно-импульсной модуляции (PWM). через резистор RSTART.

RSTART подает только небольшой ток для запуска устройства, поэтому, как только первый импульс проходит через полевой транзистор (FET), ток из третьей обмотки трансформатора используется для обеспечения питания для запуска генератора.В этом суть NA и DBIAS. Вы можете не увидеть эту третью обмотку, вы можете просто увидеть, что вся рабочая мощность потребляется через резистор сброса большей мощности вместо RSTART. Но использование третьей обмотки значительно повышает эффективность.

Когда генератор ШИМ работает, он посылает постоянные импульсы с выходного контакта. Это включает большой переключающий полевой транзистор QSW, который генерирует импульс тока, проходящего через трансформатор. Когда это происходит, ток индуцируется во вторичной обмотке трансформатора, выпрямляется и фильтруется с помощью DOUT и COUT, а ток течет по выходу.

Поскольку генератор ШИМ работает очень быстро, трансформатор и конденсатор фильтра на вторичной стороне могут быть очень маленькими. Хотя этот предел 2200 мкФ может показаться большим, если генератор работает на частоте 60 кГц, он в тысячу раз эффективнее того же значения на линии 60 Гц.

Рисунок 2: На этой схеме показан типичный небольшой импульсный источник питания, использующий микросхему 3845 PWM. Обратите внимание, что выход Vaux связан с входной землей. Оптоизолятор U2 состоит из двух частей.U3 является эталоном для сравнения линии 5 В.
Регулировка источника питания
Итак, как работает регулирование? Все остальное на вторичной обмотке приводит к включению светодиода в оптоизоляторе, когда выходное напряжение превышает 12 В. UC2842 обеспечивает небольшое количество регулируемых 5 В (сделанных с помощью внутреннего линейного регулятора), и это напряжение на VREF используется для запитать выходной каскад оптоизолятора. Он подает переменное напряжение на вход VFB, чтобы обеспечить обратную связь с UC2842 о том, что напряжение правильное, и немного снизить коэффициент заполнения выходного сигнала.

Оптоизолятор не должен быть очень линейным, чтобы рабочий цикл UC32842 оставался на грани, чтобы выходное напряжение всегда было идеальным. Вход ISENSE измеряет падение напряжения на RCS, то есть измеряет ток, потребляемый через этот переключающий полевой транзистор. UC2842 спроектирован таким образом, что если оно превышает 1 В, он отключает схему ШИМ. Итак, это схема защиты по току.

Обычно мы видим резистор и конденсатор, RRT и CCT, подключенные к выводу RT / CT и обеспечивающие постоянную времени для генератора ШИМ.В этом случае мы также усиливаем линейный сигнал ШИМ с помощью транзистора и подаем его на вход ISENSE через CRAMP и IRAMP, чтобы схема была стабильной в течение очень длительных рабочих циклов. Это называется «компенсацией наклона», и способ ее выполнения кратко объясняется в таблице данных TI для микросхемы UC2842, но не в таблицах данных других производителей.

А что насчет другого транзистора с CSS и RSS? Это небольшая схема, которая сужает ширину импульса при первом включении устройства и немного замедляет запуск, чтобы было меньше ударов по компонентам.Теперь вы увидите другие варианты этой базовой схемы.

Вы увидите, что для обеспечения обратной связи используется дополнительная обмотка трансформатора вместо оптоизолятора. Вы увидите, что ИС с ШИМ подключается непосредственно к линии переменного тока, а не с обмоткой NA. Вы увидите несколько вторичных цепей и цепей лома. Но это базовая конструкция, которую вы увидите внутри любого переключателя, поэтому ваша задача — точно выяснить, какие изменения от этой базовой конструкции существуют в вашей схеме.

Рисунок 3: Вот еще один вариант конструкции небольшого импульсного источника питания.Этот коммутатор использует регулировку на шине 5 В, а шина 12 В регулируется только в том смысле, что она отслеживает шину 5 В. Четвертая обмотка питает микросхему ШИМ.
Как определить, что у вас есть
Плохая новость заключается в том, что в большинстве случаев у вас не будет документации для коммутатора. Хорошая новость заключается в том, что большую часть времени коммутатор будет очень близок к образцу схемы из таблицы данных микросхемы ШИМ (см. Рисунок 2). Не всегда и не для расходных материалов более высокого уровня, но в большинстве случаев получение таблицы данных микросхемы скажет вам 90% того, что происходит со схемой.

Похоже, что в подавляющем большинстве более качественных расходных материалов китайского производства используются контроллеры ШИМ серии C2842 / UC2843 / UC3842 / UC3843. Они производятся дюжиной разных компаний, включая Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor, TI и STMicroelectronics, и у каждой из этих компаний есть немного разные таблицы данных с немного разными схемами образцов. Так что, если вы не видите схему, с которой столкнулись, в таблице данных, получите другую таблицу от другого производителя, и, вероятно, вы ее увидите (см. Рисунок 3).

Fairchild KA7552 обнаруживается в ряде устройств (см. Фото 2). Это был дизайн Samsung, который теперь продается Fairchild с тех пор, как они приобрели производственные мощности и линейку продуктов Samsung. Он отдаленно похож на UC2842, но с другой распиновкой.

Иногда вы увидите ШИМ-контроллер TL594 от ON Semiconductor. Опять же, для этого есть пара других поставщиков, поэтому вам следует проверить несколько таблиц данных. Одна очень популярная ИС, которую вы найдете в устройствах с одним выходом с низким энергопотреблением, — это микросхемы серии TOP242, производимые Power Integrations.Это встроенные генераторы ШИМ на одной подложке с мощным полевым транзистором. Добавьте трансформатор, пару выпрямителей и оптоизолятор, и вы получите полный импульсный блок питания в коробке. Конечно, они часто выходят из строя, но их довольно легко диагностировать.

Однако эти микросхемы имеют десятки вариантов мощности и корпусов, поэтому вы не всегда можете держать их все под рукой. Аналогичное, но менее популярное устройство — MC33374. Многие менее дорогие продукты китайского производства будут использовать управляющую ИС AP3021, и этот чип производится и продается под десятками разных наименований десятками различных компаний в Китае.Документация по нему оставляет желать лучшего, но если вы когда-нибудь столкнетесь с загадочно выглядящим ШИМ-контроллером, где контакт № 6 не используется, скорее всего, это AP3021 или его копия. Таблицы данных на английском языке для этого продукта в лучшем случае скудны, но как только вы получите некоторое представление о распиновке и о том, как она работает, вы сможете понять, что происходит.

Фото 2: Fairchild KA7552 использовался в нескольких устройствах.
Столкновение с неожиданностью
Не каждый источник питания представляет собой отдельный импульсный источник питания в коробке.Иногда вы встретите системы с несколькими переключателями в одном корпусе, обеспечивающими несколько выходных напряжений, каждый из которых регулируется. Чаще встречается несколько напряжений на одном трансформаторе с одним выходным напряжением, используемым для контура управления, но для некоторых приложений требуется хорошее регулирование с сильно изменяющейся нагрузкой.

Иногда используется второй «всегда включенный» источник питания, который обеспечивает резервное напряжение, используемое для работы процессора, который управляет основным питанием. Это очень распространено для таких вещей, как видеомониторы и компьютеры.Часто этот источник питания находится на небольшой дочерней плате, поскольку он требует хорошей гальванической развязки от остальной электроники, но не требует большой мощности.

Если вы видите повсюду множество маленьких дискретных транзисторов, можно предположить, что они задействованы в системах автоматического отключения, чтобы отключиться в случае высокого или низкого напряжения или тока в одном или нескольких местах. Поиск и устранение неисправностей в этих схемах без руководства может быть настоящим кошмаром, поскольку бывает сложно определить, при каком напряжении срабатывают отдельные части.

Время от времени для аудио или других приложений с низким уровнем шума вы будете видеть линейные регуляторы серии для небольшого дополнительного сглаживания, расположенные после переключения источника питания. Поскольку они могут перегреться, они являются частым источником проблем, но их довольно легко диагностировать, поскольку вы можете видеть, как в них поступает и выходит напряжение.

Устранение проблемы
Если у вас есть документация на блок питания, половина работы сделана за вас. Если нет, то вы знаете основную блок-схему и можете вручную разрабатывать отдельные части внутри каждого блока.Получение таблицы данных для микросхемы PWM скажет вам очень многое, поскольку большинство схем PWM, а иногда и целые расходные материалы просто скопированы из таблиц данных производителей. Часто микросхема ШИМ имеет несколько источников. Например, общий ШИМ-контроллер 2842 можно приобрести как минимум у четырех разных производителей. У всех есть разные таблицы данных, и если вашей схемы нет в одной, она может быть в другой.

Если источник питания включается, но сразу ломаются, первое, что нужно сделать, это проверить или заменить все конденсаторы фильтра на вторичной стороне трансформатора.Это может быть вызвано и другими вещами, такими как негерметичный выпрямитель на вторичной обмотке или неисправный резистор в цепи измерения тока, но они встречаются гораздо реже.

Иногда крышки бывают настолько негерметичными, что источник питания запускается без нагрузки, но не работает с какой-либо нагрузкой. Вы склонны винить нагрузку в том, что она потребляет слишком большой ток, но это не всегда нагрузка. Если сомневаетесь, замените колпачки, а затем снимите диагностику.

Во многих источниках питания используется «пусковой конденсатор» для подачи тока для запуска.Это не показано в приведенном выше примере, но это довольно распространенная конфигурация. Если блок питания работал, был отключен, но не перезапускался вообще, замените пусковой конденсатор. Если документации нет, скорее всего, это будет электролитический блок от 25 до 50 В очень небольшого значения (1 мкФ или 2 мкФ), расположенный рядом с микросхемой ШИМ.

Высоковольтный конденсатор (иногда два конденсатора) на первичном источнике питания, который напрямую фильтрует линию, в США редко выходит из строя.Однако в Европе, где линейное напряжение в два раза больше и где используются те же источники питания с несколькими входами, эти конденсаторы часто оказываются неисправными. Европейские поставщики, поведение которых меняется в зависимости от нагрузки, должны сначала проверить их.

Конденсаторы, расположенные рядом с радиаторами или под ними, имеют тенденцию очень быстро перегорать и являются частыми источниками отказов. Фактически, поскольку подавляющее большинство сбоев, с которыми вы сталкиваетесь, связаны с конденсаторами, очень удобно иметь эквивалентный тестер последовательного сопротивления (ESR) для проведения быстрых тестов в цепи. Тем не менее, я часто склонен просто заменять все электролиты сомнительных производителей, даже если они хорошо проходят испытания, просто потому, что мне нужен более длительный срок службы источника питания, чем предполагаемый расчетный срок службы.

Если проблема не в конденсаторе, очень распространенной неисправностью является силовой транзистор или полевой транзистор (см. QSW на рисунке 1). Обычно они могут быть легко обнаружены по большим отверстиям в плате, где раньше был полевой транзистор, по всем трем контактам полевого транзистора, имеющим непрерывность между ними, или по очевидным сбоям диодов или резисторов в цепи рядом с полевым транзистором.Если полевой транзистор не «протерт» (это означает, что все три контакта имеют целостность и звуковой сигнал на тестере целостности), возможно, стоит проверить его вне цепи.

Однако, если полевой транзистор «очищен», все, что управляет затвором этого полевого транзистора, вероятно, было разрушено в результате сбоя. Часто это микросхема ШИМ, и хорошо иметь общие микросхемы ШИМ в корзине запчастей.

Хорошее правило состоит в том, что в случае отказа переключающего транзистора или полевого транзистора следует заменить защитный диод на базе или затворе транзистора.Даже если он хорошо проверит, может и не быть. Также необходимо проверить демпфирующий диод DCLAMP. Полевые транзисторы выходят из строя без видимой причины, но чаще всего они выходят из строя из-за перенапряжения (из-за плохих ограничивающих диодов) или перегрузки по току (из-за плохих и протекающих конденсаторов) или высоких температур (из-за плохих разработчиков).

Если эти простые вещи не решают вашу проблему, пора приступить к реальной диагностике. Достаньте измеритель и начните смотреть на контакты микросхемы ШИМ. Вы видите приемлемое входное напряжение на VCC? Вы видите 5 V опорное напряжение от VREF? Вы видите на ISENSE меньше вольт или больше? Осциллятор вообще колеблется? Сначала убедитесь, что входы на микросхему ШИМ исправны, а затем — что на выходе микросхемы ШИМ исправны. Если у вас есть форма волны на выходном контакте, но у вас нет выхода, обратите внимание на переключающий полевой транзистор или транзистор, демпфирующий диод вокруг него и так далее. Если осциллятор не колеблется, чего ему не хватает?

Точные значения будут варьироваться в зависимости от используемой микросхемы ШИМ, но таблица рекомендуемых рабочих условий в таблице данных микросхемы ШИМ сообщит вам, какими они должны быть.

Правила для конденсаторов
Правило 1: Большинство отказов импульсного источника питания происходит из-за плохих электролитических конденсаторов.Даже отказы полевого транзистора часто являются долгосрочными последствиями первоначальной проблемы с конденсатором.

Правило 2: Никто никогда не ошибся, заменив дешевые бытовые электролитические конденсаторы на промышленные 105C более высокого класса. Это может не решить сиюминутную проблему, но, вероятно, повысит надежность электроснабжения в долгосрочной перспективе. Так что не тратьте много времени на то, чтобы решить, неисправен ли конденсатор, просто замените его. Ваше время стоит больше, чем электролит.

Правило 3. Покупайте конденсаторы у законных поставщиков, таких как Digi-Key, Newark / element14, Allied / RS, Mouser и т. Д.На рынке много поддельных конденсаторов, которые не были поставлены производителем на банке.

Правило 4: Электролитические конденсаторы выходят из строя из-за возраста и плохой инженерной надежности, но когда другие типы конденсаторов выходят из строя, это происходит потому, что они вышли из строя из-за чего-то другого.

Правило 5: Танталовые конденсаторы на самом деле являются электролитическими. Химический состав немного отличается от химического состава алюминиевых электролитических колпачков, но долговременная надежность и проблемы, связанные с температурой, такие же.Обратите внимание, что более распространенные танталы с «сухой пробкой» (эти типы, покрытые эпоксидной смолой) имеют тенденцию выходить из строя, и это может облегчить их идентификацию в случае отказа. К сожалению, это также означает, что отказ может привести к серьезному сопутствующему ущербу.

Перорация
Не бойтесь работать на оборудовании со встроенными коммутационными блоками. Чтобы разобраться в том, как они работают, и в наиболее распространенных режимах отказов может потребоваться много времени, но как только вы это сделаете, их, как правило, нетрудно исправить.

Если вы хотите научиться конструировать коммутационные блоки (а вам следует это сделать, потому что это тоже полезный навык), позвольте мне порекомендовать «Замечание по применению линейной технологии 25: Импульсные регуляторы для поэтов», написанное 30 лет назад великий Джим Уильямс. В то время переключение источников питания было причудливой новой вещью, с которой дизайнеры только начинали разбираться, а доступные ИС были гораздо более ограниченными и грубыми, поэтому описание Уильямса должно было быть подробным. Это прекрасный документ, доступный во многих местах в Интернете.B

Файлы проекта
Чтобы загрузить техническое описание Texas Instruments UC2842, посетите audioXpress-Supplementary-Material

Resource
Дж. Уильямс, «Примечание 25 по применению линейной технологии: переключение регуляторов для поэтов», сентябрь 1987 г.

Эта статья была первоначально опубликована в audioXpress, январь 2018 г.

Об авторе
Скотт Дорси имеет степень в области электротехники, во время которой он работал в сфере радиовещания и звукозаписи.Проработав несколько лет в крупной студии, он устроился на работу к подрядчику по защите. Это оставило ему время для записи живых концертов акустической музыки, а также для разработки и создания аудиоустройств для личного использования по контракту с несколькими производителями и импортерами аудио. Скотт регулярно пишет в нескольких аудиожурналах. Он публикует обзоры оборудования и проекты DIY с середины 1980-х годов. Он, вероятно, наиболее известен в аудио-сообществе своими модернизированными электронными конструкциями недорогих микрофонов Oktava, AKG и Feilo.

Пять основных причин выхода из строя блоков питания — и что можно с этим сделать.

Данные по источникам питания были проанализированы из источников на всех рынках, от недорогих до чрезвычайно дорогих приложений.

Автор: KEVIN PARMENTER
VP NA Разработка приложений
Excelsys Technologies
www.excelsys.com

Источники питания являются основой любой электронной системы. В этой статье я использую отраслевые исследования и свой многолетний опыт, чтобы представить пять причин выхода из строя блоков питания.Он также предложит необходимые меры предосторожности, которые вы, как инженеры-проектировщики, должны предпринять, чтобы избежать сбоев системы.

Анализ данных

Данные по источникам питания, проанализированные в этой статье, частично основаны на исследованиях, проведенных Excelsys во многих приложениях по всему миру, а также на североамериканской компании по ремонту и восстановлению источников питания Power Clinic. С 1987 года Power Clinic собрала данные о сбоях в электроснабжении более 12 000 различных моделей, присланных более чем 1600 различными компаниями.Сюда входят данные от более чем 1700 устройств, отправленных им только в 2015 году, что дает вам представление о том, сколько неработающих источников питания наблюдается на регулярной основе.

Чтобы охватить все сегменты электроэнергетики, эта статья также опирается на анализ исследования, проведенного доктором Рэем Ридли из Ridley Engineering на основе данных его группы LinkedIn «Источники питания». В группе более 6000 участников, которые взвешивают эту тему.

Данные, проанализированные из этих источников, охватывают все рынки и приложения, включая промышленность, медицинскую электронику, военное дело, телекоммуникации, передачу данных, вычислительную и научную сферы.Он включает в себя наиболее распространенные приложения силовой электроники, от недорогих до чрезвычайно дорогих, включая имитаторы полета, цифровые вывески, испытательное и измерительное оборудование для медицинского оборудования и полупроводниковое оборудование.

Источники питания или продукты, такие как блоки питания ATX или продукты, предназначенные для сверхдешевых приложений, не анализировались, поскольку трудно получить данные о возвратах, предназначенных для одноразового использования.

Основные причины сбоев в электроснабжении

Фундаментальный закон физики состоит в том, что на каждые 10 ° C, которые вы можете поддерживать в окружающей среде источника питания ниже 40 ° C, вы удваиваете среднее время наработки на отказ (MTBF).И наоборот, на каждые 10 ° C повышения температуры окружающей среды вашего блока питания среднее время безотказной работы сокращается вдвое (то есть блок питания становится вдвое менее надежным). Многие, но не все, механизмы отказа в этом списке связаны с температурой.

Мы все чаще и чаще видим использование пластмассовых шасси оконечного оборудования по сравнению с металлическими шасси, которые использовались с незапамятных времен, что влияет на термические характеристики, а также на ЭМС. Все, что вы можете сделать для улучшения управления температурой вокруг источника питания в системе, имеет решающее значение.

1. Вентиляторы

Вентиляторы — это механизм отказов номер один в источниках питания, что было обнаружено военными симуляторами наработки на отказ, а также стандартами Belcore, а также смоделировано и продемонстрировано на практике. Как единственная электромеханическая подвижная часть, встроенная в блоки питания, вентиляторы подвержены выходу из строя даже в наиболее правильно спроектированных блоках питания. Часто мы видим требование об отсутствии вентиляторов для блока питания только для того, чтобы конечный пользователь добавил вентиляторы, чтобы избавиться от тепла всей системы.Но такой подход просто переносит проблему с одного места на другое.

Еще одна проблема в отрасли — распространение поддельных вентиляторов в цепочке поставок. В одном известном мне случае покупатель обнаружил заменяющий вентилятор, который они купили, который был неотличим от оригинала — за исключением того, что он перемещал на 30% меньше воздуха и потреблял иную мощность, чем оригинал. Важно убедиться, что у вашего партнера по энергоснабжению есть процессы, предотвращающие попадание контрафактных деталей в цепочку поставок; в противном случае дешевый источник питания очень быстро станет дорогим.

Безвентиляторную систему можно герметизировать, что также устраняет другие проблемы, в том числе попадание влаги. В случае наружных применений, таких как цифровые вывески, герметичная система может защищать от листьев, насекомых, веток и птичьих гнезд, а также от дождя и влаги, а в случае использования на море — от соли и тумана.

Удаление вентилятора увеличивает надежность на 25% и является лучшим решением для предотвращения сбоев. Хорошая конструкция, обеспечивающая достаточно высокий КПД блока питания, делает ненужными вентиляторы.

Ключ к хорошему дизайну силовой электроники: « не нужен вентилятор, если вы можете ему помочь». Чтобы удовлетворить эту потребность, Excelsys недавно представила модульный источник питания с конвекционным охлаждением, который обеспечивает выходную мощность 600 Вт без использования охлаждения с помощью вентилятора (см. , рис. 1, ).

Рис. 1. Безвентиляторные блоки питания серии CoolX 600 обладают очень высокой потребляемой мощностью и встроенной устойчивостью к скачкам напряжения.

2. Конденсаторы

Несмотря на распространенное мнение, с каждым годом в конденсаторных технологиях наблюдается большой прогресс; однако они склонны к отказу при чрезмерном напряжении или при производстве заменителей или путем подделки.

Конденсаторы

, особенно электролитические, могут выйти из строя во многих различных состояниях отказа, включая вздутие, утечку, взрыв, короткое замыкание, пониженную емкость или повышенное ESR в цепи. Иногда избыточное тепло вызывает повреждение конденсатора. Из электролитических конденсаторов могут протекать химические вещества, что может вызвать дальнейшее повреждение в результате коррозии, разъедания следов печатной платы и других проблем (см. Рис. 2 ).

Рис. 2: В этом примере показано повреждение, вызванное утечкой электролитического материала из конденсатора.

Для предотвращения сбоев используйте качественные конденсаторы известных производителей. Кроме того, снизьте номинальные характеристики. Держите конденсаторы в как можно более холодном состоянии и следите за токами пульсаций, чтобы убедиться, что они не подвергаются чрезмерной нагрузке. Важно знать, что срок хранения электролитических конденсаторов ограничен двумя годами без подачи питания на источник питания, на что обычно не обращают внимания. Как проектировщики электропитания мы по возможности избегаем электролитических конденсаторов, но если мы не можем избежать их, мы получаем лучшее из того, что можем найти.(Мы указываем максимум два года хранения без питания, чтобы избежать воздействия на электролит длительного хранения без питания.)

3. Силовые компоненты

Компоненты переключения питания, или МОП-транзисторы, на которые приходится основная нагрузка от источника питания, могут иногда вызывать отказ, если теплоотвод недостаточен, или если перенапряжение стока, избыточный ток стока, перенапряжение затвора или внутренний антипараллельный диод перенапрягаются. .

Правильная конструкция и снижение номинальных характеристик компонентов будут иметь большое значение для того, чтобы MOSFET имел долгую жизнь в приложении.Правильная конструкция, внимание к схемам управления, тестирование контуров и снижение номинальных характеристик могут обеспечить надлежащую работу и долгий срок службы этих компонентов.

Силовые диоды также могут выйти из строя из-за неправильного теплоотвода или управления температурой, воздушного потока и т. Д. Диоды Шоттки могут быть повреждены перенапряжением в индуктивных цепях возбуждения. Они не так просты, как полевые МОП-транзисторы, при перенапряжениях. Кроме того, коммутационные потери в выпрямителях могут быть большим источником тепла. Хвосты TRR могут возникать, когда время переключения немного увеличивается с температурой, вызывая повышение тепла, и может возникнуть петля положительной обратной связи, и деталь может быть повреждена.Эта потенциальная проблема должна быть тщательно рассмотрена при проектировании, чтобы снизить рассеяние. Правильный дизайн, выбор компонентов и характеристика, а также снижение номинальных характеристик творит чудеса.

4. Управляющие ИС

Управляющие ИС

часто имеют необычную область работы и, если их неправильно понять или неправильно использовать, могут привести к отказу. Это включает в себя неправильную работу часов или неправильную компоновку печатной платы, что делает управляющую ИС чувствительной к шуму или колебаниям. Все ИС контроллеров имеют собственное уникальное поведение и должны быть хорошо поняты в приложении, включая обходные пути и «недокументированные функции» для предполагаемого приложения.

Чтобы избежать сбоев с коммерческими ИС управления, необходимо понимать условия запуска. Ограничение тока, режимы плавного пуска, правильный привод затвора, расстояние и измерение контуров управления — все должно быть сделано для обеспечения стабильной работы во всех условиях. Управляющие ИС должны работать безупречно каждый раз; в противном случае, скорее всего, будут видны повреждения полевых МОП-транзисторов, потому что они принимают на себя основной удар энергии, когда управляющая ИС выходит из строя или становится нестабильной. Поскольку цифровые контроллеры все чаще используются в конструкциях силовой электроники, мы видим, что программное обеспечение и управляющие ИС являются одной проблемой, а иногда именно управляющая ИС выходит из строя; однако обычно вынимаются переключающие полевые МОП-транзисторы.

5. Причины, связанные с окружающей средой

Проблемы с окружающей средой из-за попадания влаги иногда наблюдаются в медицинской электронике, когда оборудование очищается дезинфицирующими растворами, которые попадают в вентиляционные отверстия источника питания и порты вентиляторов (еще одна причина отказаться от вентиляторов). Влага разъедает электронику и в конечном итоге приводит к поломке. К другим видам отказов в среде пользователя относятся скачки и переходные процессы, которые значительно превышают номинальные значения и многие стандарты IEC, которые обычно повреждают полупроводниковые компоненты в входном конце источника питания.Некоторые из этих экологических проблем можно контролировать с помощью дизайна в приложении, а некоторые нет.

Другими экологическими проблемами являются удары молнии и другие индуцированные скачки и переходные процессы в линиях электропередач (см. Рис. 3 ). Ущерб от этих причин можно свести к минимуму путем тщательного проектирования и тестирования источника питания, а также путем добавления внешних компонентов защиты. Например, есть отличные устройства защиты от перенапряжения от Littelfuse, такие как серия LSP10240, которые могут обрабатывать огромные переходные процессы и скачки напряжения для защиты входа переменного тока в систему.В новых источниках питания предусмотрена встроенная защита от перенапряжения, а некоторые из них также рассчитаны на работу с напряжением 300 В переменного тока в течение пяти секунд, поскольку стабильность линии электропередачи в глобальном масштабе не является гарантией.

Рис. 3: На этой фотографии показаны сгоревшие конденсаторы в результате дуги на открытом воздухе от удара молнии.

Другими факторами воздействия на окружающую среду являются нагрузки — реактивные нагрузки, такие как рекуперативные двигатели, зарядка аккумуляторов, суперконденсаторы и многое другое. Следует учитывать нагрузки и, возможно, можно добавить схемы защиты, такие как диоды.В вашем приложении это может помешать подаче 250 В от генератора с мотором на выходы 24 В вашего источника питания.

Во многих приложениях, с которыми я работаю, которые имеют реактивную нагрузку, проблема решается модулями реактивной нагрузки, такими как модули XGR и XGT от Excelsys. В этих модулях используются обходные диоды и встроенная блокирующая схема, что устраняет необходимость в каких-либо внешних схемах для защиты источника питания от обратной ЭДС. Такой подход часто творит чудеса.

Извлеченные уроки

Существуют и другие условия, которые могут привести к отказу источников питания, но, согласно исследованиям, описанные мною случаются наиболее часто. При проектировании системы главное правило — в первую очередь учитывать сам источник питания, а не в последнюю очередь.

Инженеры должны попытаться устранить вентилятор, используя безвентиляторный источник питания, если это возможно. Они также должны использовать допустимые компоненты и создавать хорошо спроектированную и надежную систему.Также важно выбрать партнера по источникам питания, который предлагает расширенную гарантию, чтобы гарантировать, что они знают, что делают. Но понимание гарантии инженеру также жизненно важно. Например, если ваш дешевый блок питания выходит из строя, это может означать, что когда вы разместите свой следующий заказ MOQ на 1000 единиц из далекой страны, вам будет отправлен новый блок питания. Однако это решение еще не окупает стоимость отказа.

Компания по производству высококачественной энергии извлечет уроки, извлеченные из опыта, и включит их в новые проекты, чтобы повысить надежность и уменьшить количество проблем на местах.А предоставление долгосрочной гарантии означает, что у вас не возникнет никаких проблем в полевых условиях.

Чтобы узнать больше об упрощении схем питания, зарегистрируйтесь на бесплатный веб-семинар , «Упростите схемы питания с помощью микромодулей», спонсируемый Analog Devices

Подробнее об Excelsys

Импульсный источник питания: преимущества использования и принцип работы | Статья

.

СТАТЬЯ ОБРАЗОВАНИЯ

Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Что такое блок питания?

Источник питания — это электрическое устройство, которое преобразует электрический ток, исходящий от источника питания, в значение напряжения, необходимое для питания нагрузки, такой как двигатель или электронное устройство.

Существует два основных исполнения источников питания: линейный источник питания и импульсный источник питания.

• Линейный: В линейных источниках питания используется трансформатор для понижения входного напряжения. Затем напряжение выпрямляется и превращается в напряжение постоянного тока, которое затем фильтруется для улучшения качества формы сигнала. В линейных источниках питания используются линейные регуляторы для поддержания постоянного напряжения на выходе. Эти линейные регуляторы рассеивают лишнюю энергию в виде тепла.
• Коммутация: Импульсный источник питания — это новая методология, разработанная для решения многих проблем, связанных с конструкцией линейного источника питания, включая размер трансформатора и регулировку напряжения. В схемах импульсных источников питания входное напряжение больше не снижается; вместо этого он исправляется и фильтруется на входе. Затем напряжение проходит через прерыватель, который преобразует его в серию высокочастотных импульсов. Прежде чем напряжение достигнет выхода, оно снова фильтруется и выпрямляется.

Как работает импульсный источник питания?

На протяжении многих лет линейные источники питания переменного / постоянного тока преобразуют мощность переменного тока из электросети в напряжение постоянного тока для работы бытовой техники или освещения. Потребность в источниках меньшего размера для мощных приложений означает, что линейные источники питания стали использоваться в конкретных промышленных и медицинских целях, где они все еще необходимы из-за их низкого уровня шума. Но на смену им пришли импульсные источники питания, потому что они меньше, более эффективны и способны выдерживать большую мощность. На рис. 1 показано общее преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC) в импульсном источнике питания.

Рисунок 1: Изолированный импульсный источник питания переменного / постоянного тока

Выпрямление входа

Выпрямление — это процесс преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямление входного сигнала — это первый шаг в импульсных источниках питания переменного / постоянного тока.

Принято считать, что постоянное напряжение — это прямая, непоколебимая линия постоянного напряжения, подобная той, которая выходит из батареи.Однако то, что определяет постоянный ток (DC), — это однонаправленный поток электрического заряда. Это означает, что напряжение течет в одном направлении, но не обязательно постоянно.

Синусоидальная волна представляет собой наиболее типичную форму волны переменного тока, которая является положительной для первого полупериода, но отрицательной для остальной части цикла. Если отрицательный полупериод реверсируется или устраняется, то ток перестает меняться и становится постоянным. Этого можно добиться с помощью процесса, называемого исправлением.

Выпрямление

может быть достигнуто с помощью пассивного полумостового выпрямителя для устранения отрицательной половины синусоидальной волны с помощью диода (см. Рисунок 2) . Диод позволяет току течь через него во время положительной половины волны, но блокирует ток, когда он течет в противоположном направлении.

Рисунок 2: Полумостовой выпрямитель

После выпрямления результирующая синусоида будет иметь низкую среднюю мощность и не сможет эффективно обеспечивать питание устройств.Гораздо более эффективным методом было бы изменить полярность отрицательной полуволны и сделать ее положительной. Этот метод называется двухполупериодным выпрямлением, и для него требуется только четыре диода в конфигурации моста (см. Рисунок 3) . Такая конструкция поддерживает стабильное направление тока независимо от полярности входного напряжения.

Рисунок 3: Мостовой выпрямитель

Полностью выпрямленная волна имеет более высокое среднее выходное напряжение, чем напряжение, создаваемое полумостовым выпрямителем, но это все еще очень далеко от постоянной формы волны постоянного тока, необходимой для питания электронных устройств.Хотя это волна постоянного тока, ее использование для питания устройства было бы неэффективным из-за формы волны напряжения, которая очень быстро и очень часто меняет значение. Это периодическое изменение напряжения постоянного тока называется пульсацией — уменьшение или устранение пульсаций имеет решающее значение для эффективного источника питания.

Самым простым и наиболее часто используемым методом уменьшения пульсаций является использование большого конденсатора на выходе выпрямителя, называемого накопительным конденсатором или сглаживающим фильтром (см. Рисунок 4) .

Конденсатор накапливает напряжение во время пика волны, а затем снабжает нагрузку током до тех пор, пока его напряжение не станет меньше, чем сейчас нарастающая волна выпрямленного напряжения. Результирующая форма волны намного ближе к желаемой форме и может считаться постоянным напряжением без составляющей переменного тока. Этот окончательный сигнал напряжения теперь можно использовать для питания устройств постоянного тока.

Рисунок 4: Полномостовой выпрямитель со сглаживающим фильтром

Пассивное выпрямление использует полупроводниковые диоды в качестве неуправляемых переключателей и является самым простым методом выпрямления волны переменного тока, но не самым эффективным.

Диоды — относительно эффективные переключатели; они могут быстро включаться и выключаться с минимальными потерями энергии. Единственная проблема с полупроводниковыми диодами заключается в том, что они имеют падение напряжения прямого смещения от 0,5 В до 1 В, что снижает эффективность.

Активное выпрямление заменяет диоды управляемыми переключателями, такими как MOSFET или BJT-транзисторы (см. Рисунок 5) . У этого есть два преимущества: во-первых, выпрямители на основе транзисторов устраняют фиксированное падение напряжения от 0,5 В до 1 В, связанное с полупроводниковыми диодами, поскольку их сопротивление может быть произвольно малым и, следовательно, иметь небольшое падение напряжения.Во-вторых, транзисторы представляют собой управляемые переключатели, что означает, что частоту переключения можно контролировать и, следовательно, оптимизировать.

Обратной стороной является то, что активные выпрямители требуют более сложных схем управления для достижения своей цели, что требует дополнительных компонентов и, следовательно, делает их более дорогими.

Рисунок 5: Активный выпрямитель с полным мостом

Коррекция коэффициента мощности (PFC)

Второй этап в конструкции импульсного источника питания — это коррекция коэффициента мощности (PFC).

Цепи

PFC имеют мало общего с фактическим преобразованием мощности переменного тока в мощность постоянного тока, но являются важным компонентом большинства коммерческих источников питания.

Рисунок 6: Осциллограммы напряжения и тока на выходе выпрямителя

Если вы посмотрите на форму волны тока накопительного конденсатора выпрямителя (см. Рисунок 6) , вы увидите, что зарядный ток течет через конденсатор в течение очень короткого промежутка времени, в частности, с точки, где напряжение на входе конденсатор больше, чем заряд конденсатора до пика выпрямленного сигнала.Это вызывает серию коротких всплесков тока в конденсаторе, что создает значительную проблему не только для источника питания, но и для всей электросети из-за большого количества гармоник, которые эти всплески тока вводят в сеть. Гармоники могут создавать искажения, которые могут повлиять на другие источники питания и устройства, подключенные к сети.

В схеме импульсного источника питания цель схемы коррекции коэффициента мощности — минимизировать эти гармоники путем их фильтрации.Для этого есть два варианта: активная и пассивная коррекция коэффициента мощности.

• Пассивные схемы коррекции коэффициента мощности состоят из пассивных фильтров нижних частот, которые пытаются устранить высокочастотные гармоники. Однако источники питания, особенно в приложениях с большой мощностью, не могут соответствовать международным нормам по гармоническому шуму с использованием только пассивной коррекции коэффициента мощности. Вместо этого они должны применять коррекцию активной мощности.
• Активная коррекция коэффициента мощности изменяет форму кривой тока и заставляет ее следовать за напряжением.Гармоники перемещаются на гораздо более высокие частоты, что упрощает их фильтрацию. Наиболее широко используемой схемой для этих случаев является повышающий преобразователь, также называемый повышающим преобразователем.

Изоляция: изолированные и неизолированные импульсные источники питания

Независимо от того, присутствует ли схема PFC, последний этап преобразования мощности — это понижение выпрямленного напряжения постоянного тока до нужной величины для предполагаемого применения.

Поскольку форма входного переменного тока выпрямлена на входе, выходное напряжение постоянного тока будет высоким: если нет коррекции коэффициента мощности, выходное напряжение постоянного тока выпрямителя будет около 320 В.Если есть активная схема PFC, на выходе повышающего преобразователя будет постоянное постоянное напряжение 400 В или более.

Оба сценария чрезвычайно опасны и бесполезны для большинства приложений, которые обычно требуют значительно более низких напряжений. В таблице 1 показаны некоторые аспекты преобразователя и приложения, которые следует учитывать при выборе правильной топологии изоляции.

	Изолированные источники питания переменного / постоянного тока	Неизолированные источники питания переменного / постоянного тока
Топология	Обратный преобразователь	Понижающий преобразователь
Безопасность	Гальваническая развязка обеспечивает повышенную безопасность пользователя	Возможные утечки тока могут причинить значительный вред пользователям или нагрузкам
Размер и эффективность	Трансформаторы увеличивают размер и вес	Требуется только один индуктор, схема гораздо меньшего размера
КПД	Потери в трансформаторной стали и меди влияют на КПД	Одна катушка индуктивности намного эффективнее, чем целый трансформатор
Сложность	Схема управления необходима как для

Таблица 1: Изолированные vs.Неизолированные источники питания переменного / постоянного тока

При выборе метода понижения главное внимание уделяется безопасности.

Источник питания подключается к сети переменного тока на входе, что означает, что в случае утечки тока на выходе, поражение электрическим током такой степени может серьезно повредить или вызвать смерть, а также повредить любое устройство, подключенное к выходу.

Безопасность может быть достигнута за счет магнитной изоляции входных и выходных цепей источника питания переменного / постоянного тока, подключенного к сети.Наиболее широко используемые цепи в изолированных источниках питания переменного / постоянного тока — это обратноходовые преобразователи и резонансные LLC-преобразователи, поскольку они включают гальваническую или магнитную изоляцию (см. Рисунок 7) .

Рисунок 7: Обратный преобразователь (слева) и LLC-резонансный преобразователь (справа)

Использование трансформатора означает, что сигнал не может быть постоянным напряжением. Вместо этого должно быть изменение напряжения и, следовательно, изменяющийся ток, чтобы передавать энергию от одной стороны трансформатора к другой через индуктивную связь.Следовательно, как обратный преобразователь, так и LLC-преобразователи «прерывают» входное постоянное напряжение в виде прямоугольной волны, которая может быть понижена с помощью трансформатора. Затем выходная волна должна быть снова выпрямлена перед выходом.

Обратные преобразователи в основном используются для приложений с низким энергопотреблением. Обратный преобразователь представляет собой изолированный повышающий-понижающий преобразователь, что означает, что выходное напряжение может быть как выше, так и ниже входного напряжения, в зависимости от соотношения витков трансформатора между первичной и вторичной обмотками.

Обратный преобразователь работает аналогично повышающему преобразователю.

Когда переключатель замкнут, первичная катушка заряжается входом, создавая магнитное поле. Когда переключатель разомкнут, заряд в первичной катушке индуктивности передается на вторичную обмотку, которая вводит ток в цепь, питающую нагрузку.

Обратные преобразователи

относительно просты в проектировании и требуют меньшего количества компонентов, чем другие преобразователи, но не очень эффективны из-за значительных потерь из-за жесткого переключения при принудительном включении и выключении транзистора произвольно (см. Рисунок 8).Это очень пагубно сказывается на жизненном цикле транзистора и приводит к значительным потерям мощности, особенно в приложениях с высокой мощностью, поэтому обратноходовые преобразователи лучше подходят для приложений с низким энергопотреблением, обычно до 100 Вт.

Резонансные LLC-преобразователи чаще используются в приложениях с высокой мощностью. Эти цепи также имеют магнитную изоляцию через трансформатор. Преобразователи LLC основаны на явлении резонанса, которое представляет собой усиление определенной частоты, когда она совпадает с собственной частотой фильтра.В этом случае резонансная частота LLC-преобразователя определяется последовательно включенными катушкой индуктивности и конденсатором (LC-фильтр) с дополнительным эффектом первичной катушки индуктивности трансформатора (L), отсюда и название LLC-преобразователь.

Резонансные преобразователи

LLC предпочтительны для приложений большой мощности, поскольку они могут производить переключение при нулевом токе, также известное как мягкое переключение (см. Рисунок 8) . Этот метод переключения включает и выключает переключатель, когда ток в цепи приближается к нулю, сводя к минимуму потери переключения транзистора, что, в свою очередь, снижает электромагнитные помехи и повышает эффективность.К сожалению, за это улучшение рабочих характеристик приходится платить: сложно спроектировать LLC-резонансный преобразователь, который может обеспечить плавное переключение для широкого диапазона нагрузок. С этой целью компания MPS разработала специальный инструмент для проектирования LLC, который помогает убедиться, что преобразователь работает точно в правильном резонансном состоянии для оптимальной эффективности переключения.

Рисунок 8: Жесткое переключение (слева) в сравнении с потерями при мягком переключении (справа)

Ранее в этой статье мы обсуждали, почему одним из ограничений источников питания переменного / постоянного тока являются размер и вес входного трансформатора, который из-за низкой рабочей частоты (50 Гц) требует больших катушек индуктивности и магнитных сердечников, чтобы избежать насыщения. .

В импульсных источниках питания частота колебаний напряжения значительно выше (как минимум выше 20 кГц). Это означает, что понижающий трансформатор может быть меньше, потому что высокочастотные сигналы генерируют меньше магнитных потерь в линейных трансформаторах. Уменьшение размеров входных трансформаторов позволяет миниатюризировать систему до такой степени, что весь блок питания помещается в корпус размером с зарядные устройства для мобильных телефонов, которые мы используем сегодня.

Существуют устройства постоянного тока, которым не требуется изоляция, обеспечиваемая трансформатором.Это обычно наблюдается в устройствах, к которым не нужно напрямую прикасаться пользователю, таких как освещение, датчики, IoT и т. Д., Потому что любые манипуляции с параметрами устройства выполняются с отдельного устройства, такого как мобильный телефон, планшет или компьютер.

Это дает большие преимущества с точки зрения веса, размера и производительности. Эти преобразователи снижают уровни выходного напряжения с помощью понижающего преобразователя высокого напряжения, также называемого понижающим преобразователем. Эту схему можно описать как инверсию повышающего преобразователя, описанного ранее.В этом случае, когда транзисторный ключ закрыт, ток, протекающий через катушку индуктивности, создает напряжение на катушке индуктивности, которое противодействует напряжению от источника питания, уменьшая напряжение на выходе. Когда переключатель размыкается, индуктор высвобождает ток, который течет через нагрузку, поддерживая значение напряжения на нагрузке, пока цепь отключена от источника питания.

В импульсных источниках питания переменного / постоянного тока используется высоковольтный понижающий преобразователь, поскольку полевой МОП-транзистор, который действует как переключатель, должен выдерживать большие изменения напряжения (см. Рисунок 9) .Когда переключатель замкнут, напряжение на полевом МОП-транзисторе близко к 0 В; но когда он открывается, это напряжение возрастает до 400 В для однофазных приложений или до 800 В для трехфазных преобразователей. Эти большие резкие изменения напряжения могут легко повредить нормальный транзистор, поэтому используются специальные высоковольтные полевые МОП-транзисторы.

Рисунок 9: Неизолированный импульсный источник питания переменного / постоянного тока с активным PFC

Понижающие преобразователи

гораздо проще интегрировать, чем трансформаторы, потому что требуется только один индуктор.Они также намного более эффективны при понижении напряжения с нормальным КПД выше 95%. Такой уровень эффективности возможен, потому что транзисторы и диоды почти не имеют потерь мощности при переключении, поэтому единственные потери происходят от катушки индуктивности.

Одним из примеров неизолированного выходного стабилизатора переменного / постоянного тока является семейство MPS MP17xA. Это семейство может управлять множеством различных топологий преобразователей, таких как понижающий, повышающий, понижающий-повышающий или обратноходовой. Его можно использовать для напряжений до 700 В, то есть он предназначен для однофазных источников питания.У него также есть опция зеленого режима, в котором частота переключения и пиковый ток уменьшаются пропорционально нагрузке, повышая общую эффективность источника питания. На рисунке 10 показана типичная прикладная схема MP173A, в которой он регулирует понижающий преобразователь, состоящий из катушки индуктивности (L1), диода (D1) и конденсатора (C4). Резисторы (R1 и R2) образуют делитель напряжения, который обеспечивает напряжение обратной связи (вывод FB), замыкая контур управления.

Рисунок 10: Типовая прикладная схема MP173A

Импульсные блоки питания переменного / постоянного тока

предлагают повышенную производительность при небольшом размере, что и сделало их такими популярными.Обратной стороной является то, что их схемы значительно сложнее, и они требуют более точных схем управления и фильтров шумоподавления. Несмотря на дополнительную сложность, MPS предлагает простые и эффективные решения, облегчающие разработку вашего источника питания переменного / постоянного тока.

Сводка

Импульсные блоки питания

AC / DC в настоящее время являются наиболее эффективным способом преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Преобразование мощности происходит в три этапа:

1. Входное выпрямление: в этом процессе напряжение сети переменного тока преобразуется в выпрямленную волну постоянного тока с помощью диодного моста.На выходе моста добавлен конденсатор для уменьшения напряжения пульсаций.
2. Коррекция коэффициента мощности (PFC): из-за нелинейного тока в выпрямителе гармоническая составляющая тока довольно велика. Есть два способа решить эту проблему. Первый — это пассивная коррекция коэффициента мощности, использующая фильтр для ослабления влияния гармоник, но он не очень эффективен. Второй вариант, называемый активным PFC, использует импульсный повышающий преобразователь, чтобы форма волны тока соответствовала форме входного напряжения.Активная коррекция коэффициента мощности — единственный метод проектирования преобразователя мощности, отвечающий современным стандартам размера и эффективности.
3. Изоляция: Импульсные источники питания могут быть изолированными или неизолированными. Устройство изолируется, когда вход и выход источника питания физически не соединены. Изоляция осуществляется с помощью трансформаторов, которые гальванически изолируют две половины цепи. Однако трансформаторы могут передавать электроэнергию только при изменении тока, поэтому выпрямленное постоянное напряжение преобразуется в высокочастотную прямоугольную волну, которая затем передается во вторичную цепь, где снова выпрямляется и, наконец, передается на выход.

При проектировании импульсного источника питания необходимо учитывать множество различных аспектов, особенно связанных с безопасностью, производительностью, размером, весом и т. Д. Цепи управления для импульсных источников питания также более сложны, чем в линейных источниках питания, поэтому многие Разработчики считают полезным использование интегрированных модулей в своих источниках питания.

MPS предлагает широкий спектр модулей, которые могут упростить проектирование импульсных источников питания, таких как преобразователи мощности, контроллеры, выпрямители и т. Д.

_________________________

Вы нашли это интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылайте их раз в месяц!

Источники питания — Restarters Wiki

На этой странице описаны источники питания: различные типы и принцип их работы, способы диагностики и возможные способы их устранения.

Сводка

Многие части электронного оборудования включают в себя блок питания (часто сокращенно PSU) для преобразования исходной электроэнергии из сети или батареи в необходимую форму.На этой странице мы объясняем несколько этапов этого процесса преобразования и различные способы их достижения, а также способы распознавания связанных компонентов.

Источникам питания часто поручено управление и преобразование относительно большого количества энергии в довольно небольшом пространстве, и некоторая часть этой мощности неизбежно будет потрачена впустую в виде тепла. Этот нагрев может привести к сбоям.

Безопасность

Работать с источниками питания с питанием от сети может быть опасно, если вы полностью не понимаете, что делаете.Они часто содержат конденсаторы большой емкости, которые могут сохранять опасное напряжение даже после отключения от сети.

Зачем нужен блок питания?

Источник питания выполняет некоторые или все из следующих целей:

• Преобразование напряжения или ограничение тока : Электропитание от сети составляет 240 В, что слишком много для большинства электронных устройств и опасно, если пальцы могут попасть в него, поэтому может потребоваться снижение напряжения.В некоторых случаях (например, микроволновая печь или питание импульсной лампы фотоаппарата) требуется преобразование на более высокое напряжение. Некоторым устройствам, таким как люминесцентные лампы и светодиоды, требуется определенный ток, а не напряжение. Устройство или схема, которая обеспечивает это, часто называют балластом.
• Изоляция : Даже несмотря на то, что напряжение может снизиться, если остается прямой электрический путь к сети, это все равно может быть опасно. Профессиональные электроинструменты, особенно если они используются на открытом воздухе, часто получают питание через изолирующий трансформатор, чтобы прервать этот путь.
• Выпрямление : Питание от сети переменного тока, что означает, что он меняет направление 100 раз в секунду (или 120 раз в США и некоторых других странах). Хотя это нормально для обогрева, некоторых видов освещения и большинства электродвигателей, для электроники обычно требуется постоянный ток, который идет только в одном направлении. Ректификация — это технический термин, обозначающий преобразование переменного тока в постоянный.
• Сглаживание : Исправленный и сглаженный ACAC мгновенно падает до нуля при изменении направления на противоположное, и если вы просто исправите его, он все равно будет падать до нуля 100 раз в секунду.Это может быть нормально, например, если вы просто используете его для зарядки аккумулятора, но электронное оборудование обычно не справляется с этим. Например, в звуковом оборудовании это вызовет очень громкое жужжание, которое заглушит музыку. Сглаживание сохраняет электрическую энергию, чтобы заполнить промежутки и сгладить поток, немного похоже на то, как глушитель на автомобиле сглаживает поток выхлопных газов, чтобы сделать его тише.
• Правило : Если входное сетевое напряжение изменяется, выпрямленный и сглаженный выходной сигнал будут пропорционально изменяться.И если не используются большие и дорогие сглаживающие компоненты, останется определенная «рябь», которая может вызвать раздражающий гул в звуковом оборудовании. Если питание осуществляется от батареи, ее напряжение будет падать по мере разряда. Выходное напряжение также может падать по мере того, как вы потребляете все больше и больше тока. Электронное оборудование часто нуждается не только в очень плавном, но и с достаточно точным напряжением, чтобы можно было оптимизировать конструкцию. Регламент это предусматривает. Есть два вида регуляторов напряжения:
  • В линейном регуляторе избыточная входная мощность просто поглощается и превращается в тепло, немного, если избыток небольшой, или больше, если он больше.Это немного похоже на то, как положить кирпич на акселератор вашего автомобиля и контролировать скорость с помощью тормоза. Это расточительно, но дешево, тем не менее, этого может быть достаточно для устройств с низким энергопотреблением, если им не нужно выжать максимум из батареи.
  • В импульсном регуляторе питание включается и выключается до нескольких миллионов раз в секунду, при этом время включения постоянно регулируется для компенсации изменений входной мощности или мощности, потребляемой нагрузкой. Это похоже на комнатный термостат, который работает большую часть времени, чем холоднее на улице, чтобы поддерживать примерно постоянную температуру в помещении.Так же, как тепловая инерция помещения сглаживает колебания температуры при включении и выключении термостата, необходимо сглаживать выход импульсного регулятора. Однако сглаживающие компоненты могут быть намного меньше, чем требуется для сглаживания выпрямленной сети, поскольку они обычно должны накапливать энергию только в течение нескольких миллионных долей вместо сотых долей секунды. Используется небольшой конденсатор, а в некоторых конфигурациях небольшая катушка также хранит энергию в виде магнетизма.

Хорошо спроектированный импульсный стабилизатор можно сделать очень эффективным, но это сложнее.Раньше это означало, что импульсные источники питания были дороже, но теперь это уже не так. Стоимость железа и меди в сетевом трансформаторе остается высокой, но стоимость дополнительной электроники в импульсном блоке питания за последние годы резко упала.

Имея небольшой опыт, как правило, легко определить, является ли источник питания линейным или переключаемым, даже не открывая его, просто взвесив его в руке. Линейный источник питания будет содержать сетевой трансформатор с довольно тяжелым железным сердечником, тогда как импульсный источник будет намного легче.

Импульсный источник питания, используемый с портативным компьютером или в зарядном устройстве для телефона, обычно включает в себя все вышеперечисленные элементы, но не в том же порядке. Необработанный входной сигнал сети выпрямляется и примерно сглаживается, давая сетевое напряжение постоянного тока. Затем он поступает в импульсный регулятор. Импульсный стабилизатор включает трансформатор для обеспечения изоляции, а также для снижения напряжения до более управляемого уровня. Поскольку трансформатор работает с очень высокой скоростью переключения, он может быть намного меньше, чем сетевой трансформатор, работающий с той же мощностью, поскольку он преобразует мощность в гораздо меньшие блоки.Без громоздкого сетевого трансформатора, содержащего много железа и меди, импульсный источник питания можно сделать намного легче и компактнее.

Линейные блоки питания

Операция

На анимации выше показаны различные уровни сложности линейного источника питания. Линейные источники питания, предназначенные для работы от сети, содержат трансформатор с железным сердечником, обеспечивающий изоляцию и снижение напряжения, а также другие компоненты по мере необходимости.

• Блок питания переменного тока содержит только трансформатор и, возможно, предохранитель (показан на входе трансформатора).Трансформатор имеет 2 обмотки: первичная подключена к сети, а вторичная подключена к выходу и, как правило, обеспечивает гораздо более низкое напряжение. Вы редко встретите такой простой источник питания, как этот, поскольку большинству низковольтного оборудования нужен постоянный, а не переменный ток.
• В блоке питания постоянного тока добавлен выпрямитель, обычно состоящий из 4 диодов (возможно, в одном корпусе с 4 выводами), образующих мостовой выпрямитель. Выходной сигнал далеко не постоянный, но, по крайней мере, он идет только в одном направлении, поэтому его достаточно для очень простого зарядного устройства.

• В сглаженном источнике питания добавлен конденсатор, который накапливает электрический заряд во время пиков и доставляет его в промежутки между циклами, поэтому его часто называют резервуарным конденсатором. Это всегда будет оставлять пульсацию на выходе, но достаточно большой конденсатор может сделать его достаточно маленьким.
• Стабилизированный источник питания дополнительно содержит линейный регулятор. Это не только устраняет пульсации, но и дает довольно точное выходное напряжение, даже если напряжение в сети меняется.

На фото показан сглаженный блок питания, который был взломан с добавлением линейного регулятора.

Иногда можно встретить блок питания, разделенный на две части, например, настенный куб, подключенный к сетевой розетке и содержащий сглаженный блок питания, и линейный регулятор в самом оборудовании.

Поиск неисправностей

Поиск неисправностей в линейном источнике питания прост, если вы понимаете, как он работает. Вы можете выполнить следующие логические шаги:

• Сначала произведите визуальный осмотр.Сетевая вилка и шнур в хорошем состоянии, без признаков потрескавшейся или поврежденной изоляции? Есть ли видимые признаки перегрева или возгорания, особенно трансформатора? Проверьте резервуарный конденсатор на наличие каких-либо признаков вздутия или утечки. Был ли запах гари или перегрева, когда он перестал работать?
• Проверьте предохранитель и проверьте целостность цепи от каждого из токоведущих и нейтральных контактов вилки сетевого шнура до трансформатора.
• Проверить каждый из 4 диодов с помощью измерительного прибора на диодном диапазоне.В случае диодного моста в одном корпусе проверьте между каждым из входов переменного тока и каждым из положительных и отрицательных выходов.
• Если можете, проверьте резервуарный конденсатор. Вы можете проверить его в цепи с помощью тестера конденсаторов, но вы получите более надежный результат, если сможете распаять его. (Некоторые измерительные приборы имеют диапазон емкости.)
• Подключите блок питания, предварительно убедившись, что никто не прикоснется к незащищенной электросети со стороны электросети трансформатора.Выполните следующие тесты:
  • С помощью измерительного прибора в диапазоне переменного напряжения проверьте напряжение на вторичной обмотке трансформатора (или на входе мостового выпрямителя). Оно должно быть больше (до двух раз) номинального выходного напряжения источника питания. В противном случае трансформатор может быть неисправен или иметь разрыв соединения.
  • С помощью измерительного прибора в диапазоне постоянного напряжения проверьте напряжение на выходе мостового выпрямителя или на накопительном конденсаторе. Это должно быть около 1.В 4 раза больше переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора. В противном случае неисправен мостовой выпрямитель.
  • С помощью измерительного прибора в диапазоне постоянного напряжения проверьте выход линейного регулятора напряжения. Это должно быть номинальное выходное напряжение источника питания. В противном случае, вероятно, неисправен линейный регулятор.

Импульсные источники питания

Операция

В импульсном источнике питания первичная сеть переменного тока выпрямляется с помощью мостового выпрямителя, а затем сглаживается накопительным конденсатором, обеспечивая постоянное напряжение около 300 В (пиковое напряжение сети переменного тока).Он используется для управления генератором, который преобразует ток обратно в переменный или очень часто просто включает и выключает его, обычно с частотой 50 кГц — 1 МГц. Затем он питает первичную обмотку трансформатора, служа двойной цели: снижение напряжения и изоляция от сети. Когда трансформатор приводится в действие постоянным током, а не переменным током, он обеспечивает в основном однонаправленный двухпозиционный выход на вторичной обмотке. В этом случае мостовой выпрямитель не требуется, и вместо него в качестве выпрямителя можно использовать одиночный диод, в основном просто для предотвращения обратного протекания тока через трансформатор от накопительного конденсатора во время полупериодов выключения.

Усилитель ошибки сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением и подает напряжение, пропорциональное разнице, обратно в генератор через оптоизолятор. Таким образом, если выходное напряжение слишком высокое, это заставляет генератор генерировать более короткие импульсы или импульсы с более низкой частотой или, возможно, даже на мгновение отключает генератор, и наоборот, если выходное напряжение слишком низкое. Оптоизолятор состоит из светодиода и светочувствительного транзистора в едином корпусе, электрически изолированном друг от друга.Вместе с трансформатором это позволяет полностью изолировать выход от сети.

На практике вы часто встретите незначительные вариации на тему. Усилитель ошибки может не существовать как таковой; часто схема использует тот факт, что светодиод (как в оптоизоляторе) не работает на всех, пока вы не применять определенное минимальное напряжение, и поэтому это напряжение эффективно используются в качестве опорного напряжения.

Генератор обычно представляет собой интегральную схему, но очень часто он управляет отдельным силовым транзистором, чтобы фактически включать и выключать ток, подаваемый на трансформатор.

Часто между входом сети и мостовым выпрямителем имеется фильтр, состоящий из конденсатора и / или катушки индуктивности. Это предотвращает утечку любых высоких частот из генератора в сеть и создание помех для другого оборудования.

Ноутбуки неизменно поставляются с отдельным импульсным блоком питания и зарядным устройством, работающим, как указано выше, и подающим напряжение 15–20 В. Внутри самого портативного компьютера это будет управлять несколькими дополнительными импульсными источниками питания, чтобы генерировать несколько напряжений, требуемых внутри.Они работают примерно так же, за исключением того, что мостовой выпрямитель и накопительный конденсатор не нужны, поскольку они питаются от зарядного устройства постоянным током. Кроме того, нет необходимости в изоляции, поскольку эту функцию уже выполняет зарядное устройство, и поэтому вместо трансформатора используется простой индуктор.

Лампочки с низким энергопотреблением часто содержат импульсный источник питания, который также не требует изоляции и поэтому может не содержать трансформатора.

Обозначение компонентов

Импульсный источник питания — вверху Импульсный блок питания — снизу

На фотографиях вид сверху и снизу импульсного блока питания от настенного куба.

Внизу отчетливо видны мостовой выпрямитель, интегральная схема генератора и оптоизолятор. Последняя занимает очень четкое разделение на печатной плате между частями высокого и низкого напряжения. Любой импульсный источник питания, с которым вы сталкиваетесь без этого разделения (например, некоторые дешевые дальневосточные зарядные устройства), потенциально опасен и должен быть утилизирован. (Этот источник питания имеет выбираемое выходное напряжение, желтая часть является переключателем напряжения.)

Вверху четко видны накопительный конденсатор и трансформатор, которые, как и оптоизолятор, перекрывают делитель высокого / низкого напряжения.Переключающий транзистор, управляемый генератором, выполняет тяжелую работу по включению и выключению тока. Также имеется сетевой фильтр на входе.

Поиск неисправностей

Выявление неисправности импульсного источника питания может быть ограничено визуальным осмотром. Кроме того, это намного сложнее линейного из-за большей сложности. Кроме того, преобладание компонентов для поверхностного монтажа значительно затрудняет ремонт.

Портативный компьютер и некоторые другие блоки питания типа «настенный куб» или отдельно стоящие блоки питания имеют герметичные корпуса и обычно не предназначены для открывания.Если вы действительно откроете корпус, маловероятно, что вы сможете повторно запечатать его в соответствии со стандартом, который прошел бы тест на электробезопасность. Если бы он открылся во время использования, вполне вероятно, что очень опасные металлические части под напряжением будут обнажены.

Обратите внимание, что обычно очень опасно пытаться найти неисправность регулятора режима переключения, проверяя напряжения при его включенном состоянии, поскольку обычно невозможно обнажить сторону низкого напряжения, не открывая также сторону высокого напряжения, которая непосредственно подключен к сети.В любом случае неисправности более вероятны в цепях высокого напряжения, которые часто более сложные.

Перед поиском неисправности отключите его от сети. Также обратите внимание, что даже в этом случае накопительные конденсаторы на стороне сети могут сохранять опасный заряд в течение длительного времени, что потенциально может вызвать смертельный удар электрическим током.

На стороне высокого напряжения может быть несколько накопительных конденсаторов — убедитесь, что все они разряжены. Иногда большая часть заряда конденсаторов уходит через присоединенную к ним схему или из-за утечки, но вы не хотите обнаруживать, что он не разрядился, получив электрический ток , поэтому начните с предположения, что они не разрядились. t разряжено.

Перед тем, как продолжить, убедитесь, что вы знаете, как безопасно разрядить конденсаторы.

Теперь вы можете безопасно выполнить визуальный осмотр на предмет каких-либо признаков перегрева, а также протекания или вздутия электролитических конденсаторов.

Проверьте целостность цепи от вилки до мостового выпрямителя. Это будет включать предохранитель в вилке, возможно, другой предохранитель на печатной плате, и часто входной сетевой фильтр.

Проверьте каждый из 4 диодов, составляющих мостовой выпрямитель.Если можете, проверьте резервуарный конденсатор.

Помимо этого, тестирование становится все труднее. Генератор часто представляет собой интегральную схему, которую сложно протестировать, но иногда он может содержать один или два транзистора, которые вы можете распаять и протестировать. Проверьте маркировку транзисторов и найдите их в Google. Если они не сработали, есть большая вероятность, что вы найдете замену.

Распространенные проблемы с блоком питания, часть 1

Введение

Спроектировать блоки питания — непростая задача, особенно с импульсными регуляторами.Это требует детального знания

.

• Аналоговая схема
• Магнетикс
• Пассивные и активные компоненты
• Теория управления
• EMI, ESD, EFT

Поставщики, которые производят ИС импульсного стабилизатора, предлагают руководства по проектированию, помогающие пользователю разрабатывать блоки питания для их конечного использования. Эти руководства по проектированию могут быть просто предложениями в техническом описании для инструментов онлайн-моделирования, которые спроектируют для вас источник питания и сгенерируют полную спецификацию.

Будь то просто питание ПЛИС на цифровой плате или изготовление OEM-источника питания, сам источник питания должен быть надежным, чтобы удовлетворить потребности конечного пользователя. Однако руководства по проектированию, предлагаемые поставщиками микросхем, не всегда помогают выбрать наиболее подходящий компонент на основе надлежащей практики проектирования. В большинстве случаев руководства по проектированию сообщают вам значение компонента, такое как емкость, но не требуемое напряжение или номинальный ток пульсации RMS.

Эта серия официальных документов охватывает то, на чем остановились поставщики микросхем.Вот список основных постоянно возникающих проблем, которые уже почти 30 лет занимаются разработкой источников питания, анализом отказов и анализом конструкции.

Стабильность

Любая цепь, имеющая петлю обратной связи, может быть подвержена риску нестабильности. Некоторые поставщики ИС дают уравнения или рекомендации для компенсационной сети, чтобы стабилизатор переключения оставался стабильным. Вы хотели бы иметь запас по фазе 60 градусов или более, чтобы он был хорошо демпфирован и оставался стабильным при колебаниях компонентов. Однако не всегда полагайтесь на их рекомендации.Для некоторых топологий в уравнениях могут быть неточности. Кроме того, выбранные вами компоненты могут иметь характеристики, отличные от тех, которые предполагал поставщик микросхем. Поэтому всегда измеряйте стабильность схемы с помощью контура обратной связи, создавая график Боде или ступенчато изменяя нагрузку на выходе и наблюдайте, как откликнется выходное напряжение. Система с хорошим демпфированием провалится во время переходного процесса нагрузки и вернется в точку регулирования. Нет, серьезный выброс и звон в течение нескольких циклов, прежде чем напряжение стабилизируется.

Имейте в виду, что даже простые устройства, такие как линейные регуляторы, имеют петли обратной связи для поддержания регулирования напряжения. В правильно составленном техническом описании будет информация о том, какой диапазон емкости и ESR требуется для выхода для поддержания стабильной системы. В частности, старые линейные регуляторы, которые были скомпенсированы для конденсаторов с высоким ESR, таких как алюминиевые электролитические и танталовые конденсаторы. Керамический конденсатор может привести к их нестабильности.

Сегнетоэлектрический эффект для керамических конденсаторов

Керамические конденсаторы высокой плотности страдают сегнетоэлектрическим эффектом.Это похоже на поведение ферромагнетика, когда индуктивность больше не увеличивается с увеличением поля H. Вместо этого накопленный заряд не увеличивается с увеличением напряжения, что эффективно снижает емкость с увеличением напряжения. Это не имеет ничего общего с диэлектрическими материалами, такими как Y5V или Z5U, где емкость падает с напряжением смещения. Этот эффект можно увидеть с материалом X7R, который сам по себе не сильно зависит от напряжения. Например, конденсатор 10 мкФ, рассчитанный на 10 В с использованием диэлектрика X7R и в корпусе 1210, может упасть до 9 мкФ при 5 В.Тот же конденсатор в корпусе 0603 может упасть до 5 мкФ при 5 В. Этот эффект также будет варьироваться от поставщика к поставщику. Поэтому при проектировании блока питания нужно это учитывать. Это повлияет не только на переходную характеристику преобразователя, но и на стабильность.

Номинальное напряжение резисторов

В автономных преобразователях входное напряжение может находиться в диапазоне от 85 до 265 В (среднеквадр.). Чтобы измерить это напряжение для ИС, необходимо разделить высокое напряжение. Для этого обычно требуется цепочка резисторов.Количество необходимых резисторов зависит от напряжения пробоя выбранного физического размера резистора. Это будет варьироваться от поставщика к поставщику. Например, от одного поставщика их 0603 может обрабатывать 75 В, 0805 → 150 В и 1206 → 200 В, в то время как другой, их 0603 обрабатывает только 50 В. Для надежности необходимо снизить максимальное номинальное напряжение как минимум на 80%. Если вы проектируете переменный / постоянный ток с максимальным среднеквадратическим напряжением 265 В, это 375 В пик. При снижении рейтинга на 80% вам понадобится три 1206 для проектирования.

Если на резисторе будет превышено напряжение, он не выйдет из строя немедленно.Это может занять до нескольких месяцев. К тому времени у вас может быть большое количество юнитов в поле.

Пробой затвор-исток силового полевого МОП-транзистора

Обычно напряжение пробоя VGS, напряжение затвор-исток, составляет ± 20 В. Обычно вы управляете VGS до ± 12 В, это точка, в которой RDSON силового MOSFET будет минимальным, и больше не будет усиления, идущего к более высокому напряжению возбуждения. Это позволит получить скачки напряжения до 8 В без выхода из строя устройства.

В последнее время снова появляются силовые полевые МОП-транзисторы с напряжением пробоя VGS до ± 8 В.Для этого поставщики силовых полевых МОП-транзисторов уменьшили толщину оксида, и это помогает уменьшить RDSON для данного размера кристалла, при этом емкость осталась прежней. Это значительное улучшение.

Однако возникло несколько проблем с этими устройствами:

• Я обнаружил, что некоторые дизайнеры вставляют эти детали в свою схему привода 12 В, не понимая, что напряжение пробоя VGS составляет менее 20 В. Со временем эти детали начнут выходить из строя.
• Пороговое значение VGS на этих силовых полевых МОП-транзисторах меньше 1 В.Большинство интегральных схем управления затвором для топологий Buck используют схему защиты от прострела, чтобы определить, что силовой MOSFET выключен, когда его VGS составляет менее 1–2 В, прежде чем позволить другому включиться. Это нормально для устройств, которые обычно имеют напряжение пробоя ± 20 В, поскольку их пороговое напряжение составляет от 2 до 4 В. С этими низковольтными устройствами пробоя силовой полевой МОП-транзистор может оставаться включенным, даже если цепь защиты от прострела обнаруживает, что он выключен. Затем он позволяет другому силовому полевому МОП-транзистору включиться и вызвать проблему со сквозным прохождением.Затем устройства нагреются и, возможно, выйдут из строя.
• Эти низковольтные силовые полевые МОП-транзисторы с пробоем не оставляют много места для скачков напряжения, если они управляются трансформаторами управления затвором. С более тонким оксидом они также могут быть более склонны к выходу из строя из-за электростатического разряда.

Высоковольтные диоды Шоттки

Диоды Шоттки

имеют защитное кольцо PN, которое помогает от всплесков высокого напряжения и электростатических разрядов. Фактически, защитное кольцо PN параллельно диоду Шоттки и в том же направлении.Они оба находятся на одном кремниевом кристалле. Диод Шоттки обычно имеет более низкое прямое напряжение (0,3 В), чем защитное кольцо PN (0,7 В). Поэтому, когда диод проводит ток в прямом направлении, защитное кольцо PN не проводит.