Книга: Устройства импульсного электропитания для альтернативных энергоисточников
Назад: 1.2. Схемотехника защиты и формирования служебных сигналов
Дальше: Глава 2 Современные возможности конструирования и схемотехники ИИП
1.3. Рекомендации по выявлению неисправностей ИИП
Все предварительные проверки функционирования отдельных узлов импульсного преобразователя должны производиться только от внешних источников питания. Применение иных источников питания и особенно подключение преобразователя непосредственно к сети переменного тока 220 В может привести к дальнейшему повреждению тестируемого прибора.
Для рекомендаций по поиску неисправностей и ремонту обратимся непосредственно к электрической схеме на рис. 1.3.
1.3.1. Проверка каскада ШИМ-преобразователя
Если в процессе функционирования источника питания отмечены отклонения от его нормального режима работы или произошел полный его отказ, проверку работоспособности преобразователя следует производить поэтапно, последовательно включая узлы схемы. Последовательная проверка необходима как для локализации неисправности, так и для обеспечения максимальной личной безопасности.
Для облегчения собственной работы по проверке функционирования каскадов формирования ШИМ-последовательностей следует предварительно выяснить следующие ключевые моменты:
• какой способ подачи питания на ШИМ-преобразователь применяется в данном изделии;
• какая схема защиты используется; при этом необходимо определить цепи микросхемы TL494, к которым подключаются каскады защиты.
Правильная идентификация типа схемы позволит правильно подключить внешние источники питания и измерительные приборы.
На начальном этапе целесообразно проконтролировать корректность процесса генерации импульсных последовательностей на выходах микросхемы IC1 и формирования сигналов внешнего возбуждения промежуточным усилителем на транзисторах Q3 и Q4.
Для проверки работоспособности этих узлов достаточно двух источников стабилизированных положительных напряжений, а также любого осциллографа.
При подключении оборудования электропитания все приборы должны быть обесточены. Схема подключения стабилизированных источников питания к узлу ШИМ-преобразователя для проверки его функционирования приведена на рис. 1.16.
Рис. 1.16. Схема подключения стабилизированных источников питания к узлу ШИМ-преобразователя
Позиционные обозначения элементов соответствуют их обозначению на принципиальной схеме, представленной на рис. 1.3.
На схеме показано, что диод D4 исключен из цепи, в которой он установлен. Это сделать необходимо, иначе во время проверки в отсутствие вторичных напряжений будет происходить срабатывание защиты и возникнет блокировка выходных каскадов микросхемы TL494. Остальные элементы преобразователя не окажут влияния на ход проверки.
Внимание, важно!Отключение системы защиты необходимо произвести при работе с любым преобразователем. Предварительно следует определить тип схемы защиты, элементы, входящие в ее состав, чтобы при отключении не внести изменений в работу каскада ШИМ-преобразователя.
Напряжение питания, подаваемое от внешнего стабилизированного источника 1, должно составлять +22…+25 В.
Уровень напряжения на источнике 2 должен быть равен +5 В.
Оба внешних источника питания должны включаться одновременно. После включения источника 1 напряжение будет подано на микросхему IC1 и промежуточный усилитель на транзисторах Q3 и Q4. После подачи питания микросхема IC1 перейдет в режим автоматической генерации импульсных последовательностей на своих выходах IC 1/8 и IC 1/11.
Измерение параметров сигналов и контроль режимов работы элементов следует проводить относительно общего провода вторичной цепи (отрицательный полюс внешнего источника). Прохождение импульсных сигналов в данном режиме питания схемы преобразователя можно проверить через согласующий трансформатор ТЗ, также их можно найти в базовых цепях силовых транзисторов усилителя мощности.
Характеристики импульсов в базовой цепи транзистора Q5 измеряются относительно эмиттера Q5.
Точно так же все измерения в базовой цепи Q6 производятся относительно эмиттера Q6. Источник питания 2 имитирует работу выходных цепей вторичного канала +5 В. Изменением (в небольших пределах) напряжения этого источника проверяется функция слежения ШИМ-преобразователя за уровнем вторичного канала. При понижении уровня напряжения источника 2 положительные импульсы на коллекторах транзисторов Q3 и Q4 должны расширяться. При повышении напряжения источника выше номинального значения длительность положительных импульсов сокращается.
1.3.2. Безопасная проверка функционирования силового каскада
Если при проверке функционирования каскадов ШИМ-преобразователя и промежуточного усилителя не обнаружено отклонений от нормального режима, можно подключать питающее напряжение к усилителю мощности. Для этого отрицательный полюс источника питания 1 следует соединить с эмиттерной цепью транзистора Q6, а положительный полюс этого же источника подключить к коллекторной цепи транзистора Q5. При этом все соединения, выполненные для проверки ШИМ-преобразователя, должны быть сохранены.
После одновременного включения обоих внешних стабилизированных источников питания должна запуститься микросхема IC1.
Если в каскаде усилителя мощности нет поврежденных элементов, то в точке соединения конденсаторов сетевого фильтра СЮ и СИ уровень напряжения будет равен половине напряжения источника 1.
На коллекторе транзистора Q6 должен наблюдаться трехуровневый импульсный сигнал, полный размах которого равен напряжению питания усилителя мощности. Измерения режимов работы усилителя мощности следует проводить относительно эмиттерной цепи транзистора Q6.
При использовании внешних низковольтных источников постоянного напряжения на вторичных обмотках силового трансформатора Т4 будут присутствовать импульсные колебания с пониженными уровнями, а именно: трехуровневые колебания с паузой, наблюдаемой при переходе сигнала через нулевой уровень.
На выходах выпрямителей появятся униполярные импульсы. По частоте их следования можно оценить правильность работы каждого из диодов выпрямителя. В указанном режиме подключения источников питания импульсы на выходе выпрямителя канала +5 В будут отсутствовать.
По окончании проверки необходимо отключить все источники питания от преобразователя, а также восстановить все соединения, нарушенные в процессе подготовки к проведению диагностики.
1.3.3. Завершающий этап проверки ИИП
Завершающий этап контроля параметров импульсного источника питания следует выполнять только после предварительного прогона отдельных узлов от дополнительных внешних источников постоянного напряжения. На последней стадии все каскады преобразователя проверяются при подключении к источнику переменного напряжения номинального уровня, поэтому все неисправности должны быть устранены в процессе предварительной проверки.
Проведение проверки работоспособности всех функциональных узлов и проведение измерений с применением осциллографа следует выполнять при подключении тестируемого изделия к первичной сети через развязывающий трансформатор (ЛАТР).
Схема, демонстрирующая такое подключение, приведена на рис. 1.17.
Трансформатор VT первичной обмоткой соединен с первичной сетью 220 В. К вторичной обмотке подключен тестируемый импульсный источник питания.
Рис. 1.17. Схема подключения ИИП для проверки через «развязывающий» трансформатор
Напряжение вторичной обмотки трансформатора должно укладываться в допуск на входное напряжение ИИП. При соблюдении этого условия вторичные напряжения будут иметь номинальные уровни напряжений, все пороговые устройства системы защиты будут корректно работать.
Измерения с помощью осциллографа можно производить относительно любой точки схемы.
Внимание, важно!Несмотря на наличие развязывающего трансформатора, все работы следует выполнять, соблюдая общепринятые меры предосторожности.
Будьте предельно внимательны, так как действующие напряжения первичной цепи преобразователя имеют уровни, превышающие 310 В. Когда источник находится под напряжением питания, категорически запрещается трогать руками элементы первичной сети.
Кроме того, проведение ремонтных работ любого электронного устройства в большинстве случаев имеет комплексный характер. Поиск неисправности, ее локализация и устранение проводятся с помощью контрольно-диагностических измерительных приборов.
После любого вида ремонтно-восстановительных работ необходимо проводить тщательную предварительную проверку функционирования узлов блока питания по методике, приведенной в предыдущем разделе.
В некоторых случаях постепенная проверка каскадов позволяет обнаружить дефекты, не выявленные ранее, и проконтролировать правильность проведенных замен элементов. Все операции по измерению электрических режимов работы элементов силового каскада следует проводить согласно рис. 1.17 при подключении источника питания к сети через трансформатор развязки.
При проведении диагностики основных полупроводниковых приборов необходимо проверять и пассивные элементы, задающие электрические режимы функционирования активных компонентов.
Нередко дефект, вызванный отказом именно пассивных элементов, является причиной потери работоспособности узла на активных приборах. Перед принятием окончательного решения по поводу замены того или иного элемента убедитесь в нормальном состоянии печатных проводников платы и пассивных элементов (проведя их визуальный внешний осмотр).
В качестве рекомендаций по проведению ремонтных работ особо отмечаю необходимость всестороннего анализа причин, которые могли привести к появлению дефекта или отказу работоспособности.
При выявлении причины нужно восстановить логику действий, вызвавших тот или иной отказ, на основании которых легче спрогнозировать возможные неисправности элементов и локализовать их. Если возникает необходимость замены элементов, ее следует проводить с использованием оригинальных компонентов или самых близких функциональных аналогов.
При этом подборе элементов в первую очередь учитываются параметры, наиболее критичные для функционирования в конкретных условиях.
К ним относятся тепловые режимы, максимальные величины тока или напряжения используемого прибора.
Локализовать неисправный узел можно по внешним признакам проявления дефекта и, соответственно, наметить план действий по выявлению возникшей неисправности.
Далее разберем несколько возможных (часто встречающихся) неисправностей ИИП.
1.3.4. Анализ и способы локализации часто встречающихся неисправностей ИИП
При включении блока питания сгорает предохранитель
Возможная причина: в каскаде усилителя мощности неисправны силовые транзисторы.
Алгоритм поиска неисправности:
1. При отключенном электропитании импульсного преобразователя тестером провести проверку целостности внутренней структуры силовых транзисторов Q5 и Q6. Дополнительно проверить отсутствие электрического контакта корпусов этих транзисторов с радиатором. Во время проверки транзисторов следует учитывать, что во внутренней структуре мощных полупроводниковых приборов могут быть включены дополнительные диоды между эмиттером и коллектором или между эмиттером и базой (что оказывает влияние на замер сопротивлений между переходами).
2. Если требуется замена транзисторов, то аналоги должны соответствовать оригинальным приборам по рабочим уровням напряжений, тока, а также по частотным характеристикам. Выход из строя силовых транзисторов может повлечь за собой отказ пассивных элементов, установленных в базовых цепях транзисторов Q5 и Q6. Перед проведением контрольных прогонов при подключенном напряжении питания эти элементы также должны быть предварительно проверены.
Возможная причина: выход из строя элементов, обеспечивающих режим «медленного» запуска источника питания.
Алгоритм поиска неисправности:
1. Убедиться в целостности печатных проводников, соединяющих элементы R16 и С6 с соответствующими выводами микросхемы IC1.
2. Обязательно проконтролировать соответствие обозначенных на элементах номиналов реальным параметрам, а также отсутствие повреждений на них.
3. Влияние указанных элементов на неисправность можно объяснить следующими обстоятельствами. При подключении источника питания к сети конденсаторы вторичных каналов разряжены и находятся в состоянии «КЗ». На начальном этапе запуска схемы преобразователя включается узел принудительного ограничения длительности импульсов управления. Работа узла основана на постепенном заряде конденсатора С6, включенного в дифференцирующую цепь последовательно с резистором R16. Принцип работы узла «медленного» запуска описан выше.
4. Если произошло нарушение соединения конденсатора С6 и резистора R16, то в начальный момент включения источника на выводе IC 1/4 спадающий положительный импульс появляться не будет. При отсутствии этого напряжения на IC 1/4 компаратор «мертвой зоны» DA1 не будет оказывать влияния на параметры последовательности импульсов. Длительность импульсов возбуждения усилителя мощности будет максимальна, так как источник питания работает практически на короткозамкнутую нагрузку.
Возможная причина: переключатель S1 установлен неправильно, вследствие чего уровень входного напряжения не соответствует номиналу.
Алгоритм поиска неисправности:
1. Если селектор входного напряжения S1 установлен в положение, соответствующее 115 В, то выпрямитель и сетевой фильтр сконфигурированы для работы по схеме удвоителя напряжения. Включение такого источника в сеть 220 В приведет к повышению постоянного напряжения на усилителе мощности до уровня, превышающего 600 В, и повреждению оксидных конденсаторов СЮ и СИ, транзисторов Q5 и Q6 и элементов в базовых цепях силовых транзисторов.
2. После замены неисправных элементов перед включением источника в реальную сеть питания проведите полный комплекс проверок функционирования усилителя мощности – в соответствии с методикой, изложенной выше.
После подачи питания запуска ИИП не происходит
Возможная причина: неисправность в цепи фильтрации импульса начального питания.
Алгоритм поиска неисправности:
1. В схеме с самовозбуждением узел начального питания ШИМ-преобразователя IC1 подключается к выходу выпрямителя канала + 12 В. В схеме на рис. 1.3 это диод D18 и RC-фильтр на С17, С18 и R31. Если есть повреждение в цепи, связывающей указанные элементы, то начальный импульс не дойдет до микросхемы IC1. Если же существуют повреждения конденсаторов в цепи фильтрации, то импульс, действующий на IC 1/12, будет очень коротким, и внутренняя логика микросхемы не успеет выработать импульсы возбуждения усилителя мощности.
2. Для проверки работы цепи подачи первичного питания на микросхему IC1 при подключении источника питания к сети переменного тока проконтролируйте появление положительного импульса на конденсаторе С18, его сглаживание на С17 и подачу этого напряжения на вывод IC 1/12. Контроль появления импульса начального питания, его преобразование в цепи выпрямления и фильтрации и прохождение положительного напряжения на IC 1/12 проводить относительно общего провода вторичной цепи.
Возможная причина: отказ элементов каскада задержки включения защиты на транзисторе Q2.
Алгоритм поиска неисправности:
1. В начальный момент включения источника питания вследствие появления импульса положительной полярности на базе Q2 транзистор открывается и шунтирует каскад датчиков перегрузки вторичных цепей на Q1. Если импульс не появляется или неисправен транзистор Q2, шунтирование не происходит. В отсутствие вторичных напряжений транзистор Q1 закрыт и на его коллекторе устанавливается напряжение, равное по уровню опорному, выработанному на IC 1 /14. Высокий уровень напряжения через диод D4 поступит на IC 1/4 и вызовет блокировку ШИМ-преобразователя.
2. Контроль срабатывания каскада на транзисторе Q2 необходимо проводить при подключении источника питания к сетевому питающему напряжению. Измерения осуществлять относительно общего провода вторичной цепи питания. При нормальной работе каскада на Q2 после появления импульса начального питания на IC 1/12 через конденсатор С5 проходит положительный импульс, уровень которого делится на резисторах R4 и R5. Напряжение, пропорциональное соотношению этих сопротивлений, поступает на базу Q2 и открывает его. Транзистор переходит в состояние насыщения. По мере перезаряда конденсатора С5 напряжение на базе Q2 снижается, и синхронно с ним закрывается транзистор Q2. Для выявления неисправного элемента необходимо проверить логику срабатывания элементов в каскаде на транзисторе.
3. Если обнаружено, что в базовой цепи Q2 присутствуют отказавшие пассивные компоненты, замените их на элементы, аналогичные по параметрам, так как их номиналы задают временные характеристики начального шунтирования цепи защиты. В случае отказа транзистора Q2 его можно заме нить я-^-тг-транзистором малой мощности, к примеру КТ3102, в пластиковом корпусе с любым буквенным индексом.
Возможная причина: после включения происходит блокировка ШИМ-преобразователя.
Алгоритм поиска неисправности:
1. Блокировка ШИМ-преобразователя может возникать из-за сигналов, поступающих на входы IC 1/15 и IC 1/4. Ложное срабатывание защиты по входу IC 1 /15 может возникнуть, если нарушены связи между резисторами R13-R15. Если из трех резисторов с IC 1 /15 соединен только один R14, то на этом выводе будет отрицательное напряжение, поступающее от датчика длительности импульсов управления на трансформаторе ТЗ. Напряжение на IC 1/15 будет ниже уровня общего провода, к которому подключен вывод IC 1/16. При таком соотношении напряжений на указанных входах произойдет блокировка импульсных последовательностей на выходах IC 1.
2. Для проверки данного узла следует при выключенном источнике питания проверить все соединения элементов, подключенных к IC 1/15, на соответствие принципиальной схеме. Если обнаружены повреждения печатных проводников, их следует восстановить. В случае повреждения элементов их необходимо заменить.
Возможная причина: происходит ложное срабатывание защиты из-за нарушения электрических связей между элементами в эмиттерной цепи Q1.
Алгоритм поиска неисправности:
1. При нормальном режиме работы источника питания транзистор Q1 находится в проводящем состоянии. Уровень напряжения на его коллекторе близок к потенциалу общего провода. Если транзистор Q1 неисправен или нарушены связи между элементами, подключенными к его эмиттеру, напряжение на коллекторе имеет положительный уровень. Через диод D4 оно подается на вывод IC 1/4 и приводит к блокировке ШИМ-преобразователя. После подачи питания отключение преобразователя в случае неисправности элементов каскада на Q1 происходит довольно быстро, поэтому обычными измерительными приборами зафиксировать момент появления положительного напряжения на аноде D4 достаточно сложно.
2. Чтобы убедиться в исправности этого каскада, нужно при выключенном питании проверить правильность соединений элементов, подключенных к эмиттеру Q1. Проверить сам транзистор Q1. Если обнаружен неисправный элемент, его заменяют на аналогичный по параметрам. Так транзистор Q1 можно заменить на отечественный аналог КТ3107 с любым буквенным индексом.
Возможная причина: отказ микросхемы ШИМ-преобразователя или элементов промежуточного усилителя.
Алгоритм поиска неисправности:
1. При отсутствии воздействий по входам IC 1/4 и IC 1/15, приводящим к блокировке ШИМ-преобразователя, микросхема IC1 функционирует сразу после подачи питания на ее вывод 12. Проверку исправности микросхемы IC1 следует проводить, предварительно отключив все элементы, воздействующие на входы блокировки работы ШИМ-преобразователя. Все нагрузки каналов вторичных напряжений должны быть отсоединены. Для отключения элементов защиты по выводу IC 1/4 нужно отпаять один из выводов диода D4. При этом останутся включенными элементы, обеспечивающие процесс «медленного» запуска. Отпаяйте также один из выводов резистора R14, при этом будет отключен датчик контроля длительности импульсов возбуждения силового каскада.
2. Включите источник питания. Проверьте генерацию импульса начального питания по появлению положительного напряжения на выводе IC 1/14. На выводе IC 1/12 должно появиться напряжение +5 В. Появление пилообразного напряжения на выводе IC 1/5 свидетельствует о нормальном запуске внутреннего генератора.
3. Если все предыдущие проверки дали положительный результат, проконтролируйте появление импульсов на выводах IC 1/11 и IC 1/8. Кратковременное появление импульсов на выходах микросхемы может служить признаком нормального ее запуска, но затем она может отключаться вследствие появления сигнала блокировки.
4. Если такой эффект наблюдается, проверьте работоспособность всех элементов, подключенных к выводам IC 1/1,2,4,15. Полное отсутствие переменных сигналов на сигнальных выводах и напряжения +5 В на IC 1 /14 указывает на отказ микросхемы и необходимость ее замены.
5. После проведения необходимых замен элементов все соединения восстановите.
6. Окончательное тестирование отремонтированного источника питания должно проводиться при полной комплектации с подключением всех узлов защиты.
Возможная причина: выход из строя резисторов смещения в базовых цепях силовых транзисторов.
Алгоритм поиска неисправности:
1. Если в результате проверок предыдущих пунктов обнаружено отсутствие импульса начального питания микросхемы IC1, необходимо проверить исправность элементов в базовых цепях силовых транзисторов. Отсутствие положительного смещения в базовых цепях Q5 и Q6 приведет к нарушению условий генерации начального импульса питания и к невозможности запуска.
2. Проверку проводить при отключенном напряжении питания.
Возможная причина: выход из строя резисторов в делителе на R7 и R8.
Алгоритм поиска неисправности:
1. Если неисправен резистор R7, то вывод IC 1/1 постоянно подключен к общему проводу через R8. На входах усилителя ошибки DA3 (схема на рис. 1.5) постоянно будет присутствовать сигнал рассогласования, заставляющий ШИМ-преобразователь увеличивать длительность импульсов управления силовыми транзисторами. В результате напряжения во вторичных каналах будут чрезмерно возрастать, и включится защита по каналу +12 В. Либо от датчика на трансформаторе ТЗ на микросхему IC1 поступит сигнал, свидетельствующий о слишком большой длительности импульсов управления, что также вызовет блокировку ШИМ-преобразователя.
2. Отказ резистора R8 приведет к тому, что во вторичных каналах уровни напряжений не будут повышаться до номинальных значений. Сопротивления резисторов в плечах делителей на R7, R8 и R9, RIO должны быть примерно одинаковы. Проверьте правильность соединений этих резисторов и их номиналы.
3. Неисправные резисторы несложно выявить на плате даже визуальным осмотром.
1.3.5. Особенные неисправности ИИП
В этом разделе рассмотрим сложные неисправности источников питания ПК, связанные с выходом из строя внутренних узлов.
Короткое замыкание в канале с отрицательным напряжением не вызывает блокировки источника
Возможная причина: нарушение электрических связей в канале защиты от перегрузки на Q1.
Алгоритм поиска неисправности:
1. Такой эффект может возникнуть при КЗ в канале -5 В, если неисправен диод D2 или он не подсоединен к выходу этого канала. Проверьте исправность диода и корректность его подключения в электрической цепи.
Вторичные напряжения в норме, но с данным блоком питания компьютер не включается
Возможная причина: нарушение работы узла формирования сигнала «питание в норме».
Алгоритм поиска неисправности:
1. Каскад на транзисторе Q7 вырабатывает сигнал высокого логического уровня с задержкой относительно времени установления вторичных напряжений. При включении источника питания и появлении вторичного напряжения +5 В на базе Q7 возникает положительный импульс, открывающий транзистор. На его коллекторе устанавливается напряжение, близкое к потенциалу общего провода. Постепенно положительный заряд на отрицательной обкладке конденсатора С22 спадает, и транзистор Q7 закрывается. На коллекторе появляется напряжение, уровень которого равен значению, установившемуся во вторичном канале +5 В. В отсутствие этого сигнала не произойдет инициализации логики компьютерной системы.
2. Для того чтобы идентифицировать неисправность в каскаде формирования сигнала «питание в норме», при включении источника проследите срабатывание элементов, подключенных к транзистору Q7, и самого транзистора. Отказавший элемент замените.
В одном из вторичных каналов напряжение не достигает номинального уровня
Возможная причина: отказ одного из диодов выпрямителя или отсутствие у него электрической связи со вторичной обмоткой
Алгоритм поиска неисправности:
1. Если произошел отказ выпрямительного диода, то в контролируемый канал будет поступать энергии в два раза меньше номинального уровня.
2. Проверьте электрические соединения выпрямительных диодов и их исправность. В случае отказа замените на аналогичные по параметрам.
Назад: 1.2. Схемотехника защиты и формирования служебных сигналов
Дальше: Глава 2 Современные возможности конструирования и схемотехники ИИП
