Усунення несправностей блоку живлення перемикача режиму

Вступ

Блоки живлення в режимі перемикання (SMPS) зараз є стандартними для більшості наших побутових приладів. Старомодні лінійні джерела живлення на основі мережевих трансформаторів частоти зникають, головним чином через їх вартість, їх великі розміри та вагу. Тут ми беремо інформацію про джерела напруги мережі (скажімо, 120 В або 230 В змінного струму) потужністю від декількох ват до декількох сотень ват.

Блоки живлення в режимі перемикання є скрізь; ось декілька фотографій їхніх кишок. Великі компоненти високої потужності та малі тепловідводи типові для ДЗПО.

Ці пристрої неймовірно надійні, але дуже часто постійно залишаючись живими (навіть коли їх навантаження вимкнено), вони все ще є слабкою ланкою. Компоненти живляться високою напругою, вони нагріваються, швидко старіють через повний робочий час, і коли спостерігається сплеск напруги, ДМПС є першим відповідним етапом. Багато проблем із нашими побутовими приладами виникають через несправності ДМПС.

На жаль, SMPS трохи складно ремонтувати, і мене часто запитують про пораду. Отже, я підсумував на цій сторінці основні ідеї та прийоми, якими користуюсь найбільше.

Тут, я припускаю, у вас є ідеально розроблена схема, яка раніше працювала ідеально і раптом вийшла з ладу. Якщо ви намагаєтеся налагодити власний дизайн, все ж застосовуються деякі з цих прийомів, але вам, ймовірно, знадобиться набагато більше, ніж просто ця стаття.

Структура СМПС

Спочатку давайте розглянемо загальну блок-схему SMPS. Мережеве живлення надходить у ланцюги через лінійний фільтр, воно випрямляється і згладжується, отримуючи високу постійну напругу (кілька сотень вольт). Деякі випрямлячі мають перемикач, що робить їх подвоєнням напруги при роботі з мережею змінного струму 120 В або просто випрямлячем при роботі з напругою 230 В. Деякі інші призначені для роботи від, скажімо, 100 до 240 В змінного струму без перемикачів, а решта виконує все . Ця висока напруга постійного струму перемикається одним або декількома транзисторами (або MOSFET-транзисторами) для керування первинним ферритовим трансформатором. На вторинній стороні напруга виправляється і фільтрується. Комутаційні транзистори приводяться в дію ланцюгом управління, який визначає вихідну напругу (і вхідний струм) і відповідно регулює. Ця схема управління дуже часто знаходиться на первинній стороні і часто живиться від додаткової обмотки на трансформаторі. Зразок вихідної напруги подається назад через оптовідгалужувач. У деяких випадках схема управління розташована на вторинній стороні і приводить в дію транзистор (и) через невеликий додатковий трансформатор. Усі конфігурації мають деякі додаткові схеми, що дозволяють контролеру запускатися при включенні.

Структура СМПС.

Завжди існує дуже чітке розділення сторін високої та низької напруги (первинної та вторинної сторін). Ви можете спостерігати це на нижній (мідній) стороні друкованої плати як більший відстань між доріжками. Інколи в цій області видаляється лак з припойною маскою або є отвори та прорізи для збільшення ізоляції. На малюнках на цій сторінці цей розділ часто позначається штриховою червоною лінією.

Цей SMPS використовує класичні (наскрізні отвори) компоненти. Сторона високої напруги знаходиться зліва від пунктирної червоної лінії.

Цей SMPS використовує сучасні компоненти поверхневого монтажу (SMD). Тут контролер використовує технологію SMD і встановлений на нижній стороні. Великий діод SMD є випрямлячем низької напруги. Сторона високої напруги знаходиться вище штрихової червоної лінії.

Первинна і вторинна сторони повністю ізольовані постійним струмом від трансформатора. Дуже часто, якщо земля на виході не підключена до мережі, невеликий конденсатор високої напруги з'єднує ці дві основи на високій частоті.

Світло-блакитний конденсатор на цьому малюнку - це конденсатор високої напруги, що з'єднує землю низької напруги з мережею. Звичайно, є ізоляція постійного струму.

Безпека перш за все

Перед початком роботи я просто хочу нагадати, що SMPS є небезпечними ланцюгами: половина компонентів безпосередньо підключена до напруги мережі. Великий накопичувальний конденсатор заряджається при високій напрузі і може бути небезпечним навіть при відключенні електромережі. Не всі SMPS включають резистори для кровотечі (або вони можуть бути пошкоджені), тому конденсатори можуть залишатися зарядженими протягом тривалого часу. Завжди переконайтесь, що весь конденсатор повністю розряджений, перш ніж торкатися схеми. Щоб розрядити конденсатори, не замикайте їх викруткою, замість цього використовуйте відповідний резистор (кілька кОм і кілька Вт), підключений до двох ізольованих щупів, таких як мультиметр. Потім виміряйте напругу та переконайтеся, що вона дорівнює нулю, перш ніж продовжувати. Майте також на увазі, що тепловідводи дуже часто не заземлені, і вони цілком можуть бути під напругою мережі. Обережно вживайте заходів за допомогою осцилографа: осцилографи заземлені на електромережі (і погано їх плавати), і ви можете зробити короткий замикач із землею (це також небезпечно для вашого осцилографа). Таким чином, ремонт системи SMPS призначений для досвідчених та кваліфікованих фахівців; якщо ви точно не знаєте, що робите, тримайтеся подалі від ДЗПО.

Цей SMPS не має протікаючого резистора на конденсаторі фільтра високої напруги. Будь ласка, зверніть увагу на 330 кОм резистора, припаяний на нижній стороні друкованої плати під час ремонту, щоб автоматично розрядити конденсатор за розумний час і уникнути потенційних ударів. Сторона високої напруги знаходиться праворуч від пунктирної червоної лінії.

Візуальний огляд

Зазвичай я починаю з візуального огляду, щоб отримати уявлення. Звичайно, спочатку я відключаю SMPS і переконуюсь, що всі конденсатори розряджені. Багато несправних електролітичних конденсаторів, коли вони не вибухають, можна легко помітити, оскільки вони "надуваються", а їх верхня (або нижня) сторона стає куполоподібною (див. Нижче). Згорілий резистор також можна помітити за їх чорним кольором і неприємним запахом. Погляд на феритовий трансформатор дуже важливий: якщо він виглядає вигорілим і погано пахне, я, як правило, відмовляюся, оскільки, можливо, у нього короткі оберти, і це кошмар для ремонту або пошуку замінної деталі. Якщо трансформатор несправний, я вважаю за краще замінити цілі СМПС і заощадити багато часу. Деякі компоненти нагріваються, і з часом вони, як правило, стають трохи коричневими (те саме стосується і дошки біля них): це не обов'язково проблема; трохи коричневого - це нормально, чорного і смердючого - ні.

Якщо ваш SMPS має регуляторну ІС, спробуйте знайти його таблицю даних в Інтернеті: багато SMPS мають принципову схему, дуже подібну до прикладів, поданих у таблицях даних. Якщо це станеться, ви заощадите багато часу.

Почніть з перегляду запобіжника магістральної мережі SMPS (цей хороший).

Почніть з перегляду мережевого запобіжника: це дасть вам хороші підказки про причину несправності. Перегорів запобіжник зазвичай означає багато несправних напівпровідників; здоровий - це, мабуть, лише один компонент.

Три запобіжники Ø5 × 20 мм: той, що зліва, хороший, той, що в середині, підірвався помірним струмом, а той, що справа, - великим.

Також подивіться, як виглядає запобіжник: якщо він лише повільно горів, то несправність не була катастрофічною, але якщо запобіжник майже "вибухнув", коли він підірвався, був великий струм, і ви можете очікувати багато пошкоджених компонентів (особливо напівпровідників ). Це не означає, що ви не можете виправити це, а просто те, що вам доведеться замінити багато компонентів: якщо ви виявите лише несправний, слід перевірити ще раз. На жаль, деякі запобіжники заповнені піском, і ви не можете побачити, що сталося.

Немає виходу, хороший запобіжник

SMPS може виходити з ладу різними способами, найпоширенішим є відсутність вихідної потужності взагалі. У цьому випадку я починаю з перевірки вхідного запобіжника. Якщо запобіжник хороший, але немає вихідного сигналу, можливо, всі напівпровідники хороші, і це може бути легко виправити. Майте на увазі, що зазвичай напівпровідники підривають коротке замикання, а резистори (а часто і конденсатори) розриваються.

Хорошим кандидатом є обмежувач пускового струму (NTC). Потім я перевіряю резистори високої потужності, особливо на первинній стороні: я вимірюю їх опір по одному в ланцюзі. Якщо значення не збігається із написаним (або кольоровим кодом) на компоненті, я відпаюю один термінал і вимірюю знову: якщо значення неправильне, я замінюю його новим.

Першими перевіряються резистори, що мають послідовність з силовими транзисторами, як правило, менше одного Ома. Іноді регулятор живиться від високоефективного резистора високої потужності послідовно зі стабілітроном: якщо резистор хороший, можливо, стабілітрон закорочений, тому я перевіряю всі діодні з'єднання з діодною функцією мультиметра (більшість випадків, Ви можете зробити це в ланцюзі). Чим я перевіряю конденсатори (див. Нижче). Несправні регулятори IC можуть траплятися, але це не дуже часто.

Немає виходу, перегорів запобіжник

З іншого боку, якщо запобіжник розімкнувся, то в схемі щось пішло не так. Поки не замінюйте запобіжник, він би просто перегорів ще раз: десь є коротке замикання, яке вам доведеться виправити спочатку. Типові проблеми - підірвані силові транзистори або випрямні діоди, особливо на первинній стороні. Просто використовуйте діодну функцію мультиметра і перевірте місця з'єднання: шорти легко помітити. Більше компонентів може бути несправними одночасно, і якщо ви не заміните їх усі, вони можуть знову підірватися, тому будьте обережні. Потім я також перевіряю несправність резисторів, як зазначено вище, та несправних конденсаторів (див. Нижче).

Якщо силовий транзистор (або один з них) мертвий, існує ймовірність того, що багато інших компонентів теж мертві. Часто SMPS включають компоненти захисту, такі як додатковий резистор або стабілітрони, щоб зменшити пошкодження у разі поломки, але не завжди. Перш ніж заходити далеко до заміни, переконайтеся, що ви перевірили всі деталі. Наприклад, перевірте, чи все ще працює мікросхема контролера. Потужність від мережі за допомогою невеликого зовнішнього джерела постійного струму та перевірка імпульсів на базі транзистора (або затворі) є гарною ідеєю. Але деякі мікросхеми не працюють, якщо немає високої напруги для перемикання: спочатку перевірте таблицю даних. Якщо занадто багато компонентів мертві, можливо, простіше замінити цілі SMPS.

Замінюючи напівпровідники, я спочатку намагаюся отримати саме ту саму деталь. Якщо він недоступний (або занадто дорогий), я шукаю альтернативи. Звичайно, новий напівпровідник повинен показувати принаймні однакові характеристики напруги, струму та потужності, або бути ще кращим. Для діодів також перевірте час перемикання: вам потрібен діод, щонайменше такий же швидкий, як старий, або швидший. Для транзистора перевірте коефіцієнт підсилення та частоту відсікання: ви хочете отримати подібний коефіцієнт підсилення (не надто низький і не надто високий) і частоту відсікання принаймні в десять разів більшу, ніж частота перемикання. Для МОП-транзисторів перевірте ємність затвора, яка не повинна перевищувати потужність старого компонента, і порогову напругу затвора, яка повинна бути подібною до старого пристрою.

Після заміни несправних компонентів дуже добре використовувати фокус з лампочкою (див. Нижче) для першого включення: це обмежить збитки, якщо проблема не буде повністю усунена.

SMPS частково працює

Іноді SMPS працює лише частково: він може запуститися на частку секунди, а потім вимкнутись, або може пульсувати, намагаючись запуститися кожні кілька секунд і вимкнути через частку секунди, або це може призвести до неправильної вихідної напруги . Тут, мабуть, усі силові напівпровідники хороші, тому перше, що потрібно перевірити, це конденсатори (див. Нижче).

Потім, може бути щось не так із ланцюгом зворотного зв'язку: хороший фокус полягає у застосуванні зовнішньої регульованої напруги постійного струму до виходу SMPS (SMPS не підключений до мережі). При поступовому збільшенні постійної напруги ви повинні побачити, як працює ланцюг зворотного зв'язку, коли ви перетинаєте поріг поблизу номінальної вихідної напруги. Оскільки, проводячи це тестування, немає ніяких небезпечних напруг, ви можете легко використовувати осцилограф для діагностики схеми зворотного зв'язку. Можливо, вам також доведеться поставити мікросхему контролера (на первинній стороні) тим же джерелом низької напруги, щоб побачити, що відбувається на іншій стороні оптрони.

SMPS, що живиться на своєму виході від зовнішнього лабораторного джерела постійного струму, для перевірки ланцюга зворотного зв'язку.

Перевірка конденсатора

Електролітичні конденсатори дуже часто є причиною проблем SMPS. У дешевих конструкціях, де тепловіддача занадто близька до межі, а вибір компонентів занадто орієнтований на витрати, електролітичні конденсатори - це реальні бомби сповільненого дії, які з часом виходять з ладу (іноді буквально вибухаючи). Рідкий електроліт всередині цих компонентів має тенденцію випаровуватися і висихати, повністю змінюючи характеристики.

Два сині електролітичні конденсатори на цьому малюнку є фільтрами низької напруги. Ці в хорошій формі.

Великим коричневим електролітичним конденсатором на цьому малюнку є конденсатор фільтра високої напруги. Цей у хорошій формі.

Коли електролітичні конденсатори вибухають, вони викидають корозійні (і погано пахнуть) виступи. Вибухлі компоненти легко помітити, але перед тим, як рухатись далі, слід перевірити стан решти ланцюга: якщо його неможливо очистити або він вже занадто корозійний, найкращим варіантом є заміна цілого SMPS, оскільки корозійні компоненти або мідь Доріжки друкованої плати з часом вийдуть з ладу.

На щастя, вибухає дуже мало електролітичних конденсаторів, більшість з них просто мовчки виходять з ладу. Подивіться на всі конденсатори, їх форму та сусідство. Якщо вони вже не циліндричні, «накачані», мають куполоподібну верхню або нижню сторону (замість того, щоб бути плоскими) або мають витік, вони несправні. Не турбуйтеся їх вимірюванням: якщо це візуально погано, воно на 100% несправне і потребує заміни.

Два електролітичні конденсатори: той, що знаходиться ліворуч, «надутий» порівняно з новим праворуч. Не потрібно вимірювати: надутий конденсатор потрібно замінити.

Але деякі електролітичні конденсатори можуть бути поганими і все одно виглядати гідно. Єдиний спосіб виявлення несправних - це їх вимірювання. Просто вимірювання ємності може допомогти, але цього недостатньо. Набагато краще виміряти еквівалентний послідовний опір (ESR) і порівняти його з таким, як у відомого хорошого конденсатора. Погана новина полягає в тому, що вам потрібен електромір ESR (або мост RLC); хороша новина полягає в тому, що він працює більшу частину ланцюга, не виймаючи конденсатори (якщо у вас кілька паралельно).

Для заміни використовуйте лише нові конденсатори. Виберіть хорошу марку і майте на увазі, що хороші конденсатори дорогі, але виправити SMPS досить складно і повністю виправдовує додаткові витрати. Електролітичні конденсатори існують у двох варіантах: 85 ° C та 105 ° C. Я завжди вибираю більш високу температуру, тому що вони тримаються довше.

Фокус з лампочкою

Після заміни всіх несправних деталей все ще існує обгрунтований ризик їх повторного продування, особливо якщо запобіжник спочатку перегорів. Отже, для першого тесту я замінюю запобіжник на лампочку потужністю 100 Вт (або я кладу лампочку послідовно на лінію електромережі). Приблизно така ж потужність лампочки SMPS є хорошою відправною точкою, але це зовсім не критично. Це обмежує потужність на випадок, якщо коротке замикання ще не виправлено, запобігає більш катастрофічним збоям і не змушує мене нервувати при заміні запобіжників знову і знову. Носіння захисних окулярів - теж дуже хороша ідея.

Помістіть лампочку послідовно з лінією змінного струму, щоб запобігти пошкодженню при першому включенні SMPS.

Коли ви вмикаєте живлення (без навантаження), ви побачите, що лампочка блимає на частку секунди, а потім вимикається (або трохи світиться). Якщо у вас все ще є коротке замикання, лампочка буде світитися яскраво і стабільно: просто швидко вимкніть живлення, розрядіть усі конденсатори і почніть шукати проблему знову.

Перегляньте фільм, що демонструє цей фокус на здоровому SMPS: lightbulb-trick-video.mp4 (3215292 байта, 4 с, H264, 854 x 480, 24 кадрів в секунду).

У наведеному вище відео для того, щоб лампочка світилася цим SMPS низької потужності, була використана лампочка потужністю 15 Вт, оскільки 100 Вт взагалі не світилася. Спочатку лампочка вимкнена; спалах відбувається через пусковий струм при увімкненні SMPS (зарядка конденсатора фільтра високої напруги), ніж яскравість падає, показуючи невеликий струм. Звичайно, якщо ви завантажите вихід, лампочка буде світитись яскравіше.

Висновок

Було пояснено кілька ідей щодо виправлення SMPS, не з метою вичерпного керівництва з усунення несправностей, а скоріше як збірник прийомів, які можуть вам виявитися корисними. Я намагався узагальнити те, як я зазвичай працюю, і поділитися своїм досвідом; у інших людей цілком може бути інший підхід. Оскільки SMPS може вийти з ладу різними способами, можливо, ви все одно не знайдете правильної підказки на цій сторінці, але я щиро сподіваюся, що ви знайдете тут корисну інформацію і що ваш SMPS найближчим часом знову почне працювати.