Диагностика импульсного блока питания. Часть I, используемые определения

Коротко об устройстве

Структура импульсного БП.
По сравнению с обычным БП, импульсник имеет достаточно сложную схемотехнику. Сетевое напряжение проходит через фильтр, выпрямляется и сглаживается. Постоянное напряжение поступает на инвертор, где из него транзисторными ключами «нарезаются» импульсы амплитудой около 300 вольт и частотой в несколько килогерц или десятков килогерц. Ключи управляются специальной схемой, выполненной в виде генератора.

Если источник нерегулируемый и нестабилизированный, то генератор просто формирует импульсы определенной частоты. Если нужна стабилизация и регулировка выходного напряжения, это делается способом широтно-импульсной модуляции (PWR, ШИМ). Импульсы следуют с постоянной частотой, а напряжение регулируется путем изменения их длины. Тем же способом можно ограничивать выходной ток, а также выполнить защиту от перегрузки или КЗ. С этой целью предусмотрены цепи регулировки (обратной связи) – постоянные или с возможностью оперативной настройки.

Преобразованные во вторичную обмотку импульсы выпрямляются обычным способом, проходят через сглаживающий фильтр и подаются потребителю. За счет высокой частоты преобразования, габариты импульсного трансформатора невелики. Также невелика емкость (и размеры) сглаживающих конденсаторов в выходном фильтре – за счет этого и получается выигрыш импульсника в массогабаритных показателях.

Более подробно здесь: Описание работы и устройство импульсного блока питания

МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ.

Александр Столовых

В настоящей статье автор знакомит читателей с несколькими способами проверки импульсных, разделительных и строчных трансформаторов. В статье приводится способ усовершенствования осциллографов С1-94, С1-112 и им подобных для более удобной диагностики трансформаторов. При ремонте телевизоров, видеомагнитофонов и другой электронной техники очень часто возникает необходимость проверки трансформаторов. Существует множество методов, позволяющих с определенной вероятностью отбраковать неисправные трансформаторы. В этой статье рассмотрены способы проверки трансформаторов, импульсных блоков питания, разделительных трансформаторов строчной развертки телевизоров и мониторов, а также трансформаторов строчной развертки (ТДКС).

СПОСОБ 1 Для проверки потребуется звуковой генератор с частотным диапазоном 20. 100 кГц и осциллограф. На первичную обмотку проверяемого трансформатора через конденсатор емкостью 0,1 . 1 мкФ подают синусоидальный сигнал амплитудой 5. 10 В. На вторичной обмотке наблюдают сигнал с помощью осциллографа. Если на каком-либо участке частотного диапазона удается получить неискаженную синусоиду, можно сделать вывод об исправности трансформатора. Если синусоидальный сигнал искажен, трансформатор неисправен. Схема подключения показана на рис. 1, а форма наблюдаемых сигналов – на рис. 2, соответственно. СПОСОБ 2 Для проверки трансформатора параллельно первичной обмотке подключаем конденсатор ёмкостью 0,01. 1 мкФ и подаем на обмотку сигнал амплитудой 5 10 В с генератора сигналов звуковой частоты. Меняя частоту генератора, пытаемся вызвать резонанс в получившемся параллельном колебательном контуре, контролируя амплитуду сигнала с помощью осциллографа. Если закоротить вторичную обмотку исправного трансформатора, колебания в контуре исчезнут. Из это­го следует, что короткозамкнутые витки срывают резонанс в контуре. Следовательно, если в проверяемом трансформаторе есть короткозамкнутые витки, мы не сможем добиться резонанса ни на какой частоте. Схема подключения показана на рис. 3. СПОСОБ 3 Принцип проверки трансформатора тот же, только вместо параллельного используется последовательный контур. Если в трансформаторе есть короткозамкнутые витки, при частоте резонанса происходит резкий срыв колебаний, и достичь резонанса будет невозможно. Схема подключения показана на рис 4. СПОСОБ 4 Первые три способа больше подходят для проверки трансформаторов питания и разделительных трансформаторов, а оценить исправность трансформаторов ТДКС можно только приблизительно. Для проверки строчных трансформаторов можно воспользоваться следующим способом. На коллекторную обмотку трансформатора подаем прямоугольные импульсы с частотой 1. 10 кГц небольшой амплитуды (можно использовать выход сигнала калибровки осциллографа). Туда же подключаем вход осциллографа и по полученной картинке делаем заключение. На исправном трансформаторе амплитуда полученных продифференцированных импульсов должна быть не меньше амплитуды исходных прямоугольных. Если ТДКС имеет короткозамкнутые витки, тогда мы увидим короткие продифференцированные импульсы амплитудой в два и более раз меньше исходных прямоугольных. Этот способ очень рационален, так как позволяет при проверке обойтись только одним измерительным прибором, но, к сожалению, не каждый осциллограф имеет выход генератора, предназначенный для калибровки. В частности, такие популярные осциллографы, как С1-94, С1-112, не имеют отдельного генератора калибровки. Предлагаю изготовить простой генератор на одной микросхеме и разместить его прямо в корпусе осциллографа, что поможет быстро и эффективно производить проверку строчных трансформаторов. Схема генератора показана на рис. 5. Собранный генератор можно расположить в любом удобном месте внутри осциллографа, а питание подвести от шины 12 В. Для включения генератора удобно использовать сдвоенный тумблер (П2Т-1 -1 В), его лучше расположить на передней панели прибора в свободном месте не далеко от входного разъема осциллографа. . При включении генератора через пару контактов тумблера подается питание, а другая пара контактов соединит выход генератора с входом осциллографа. Таким образом, для проверки трансформатора достаточно обычным сигнальным проводом соединить обмотку трансформатора с входом осциллографа. СПОСОБ 5 Этот способ позволяет проверить ТДКС на межвитковое замыкание и обрыв в обмотках без применения генератора. Для проверки трансформатора отсоединяем вывод ТДКС от источника питания (110 . 160 В). Коллектор выходного транзистора строчной развертки замыкаем перемычкой на общий провод. Блок питания по цепи 110. 160 В нагружаем лампочкой 40. 60 Вт, 220 В. Находим на вторичных обмотках трансформатора блока питания напряжение 10. 30 В и через резистор сопротивлением примерно 10 Ом подаем его к отсоединенному выводу ТДКС. С помощью осциллографа контролируем сигнал на резисторе. Если в трансформаторе есть межвитковое замыкание, картинка будет иметь вид «грязно-пушистого прямоугольника», и почти все напряжение упадет на резисторе. Если замыканий нет, прямоугольник будет чистый, и падение напряжения на резисторе будет составлять доли Вольта. Контролируя сигнал на вторичных обмотках, можно определить их неисправность. Если прямоугольник есть – обмотки исправны, если нет – оборваны. Далее убираем резистор 10 Ом и вешаем нагрузку (0,2. 1,0 кОм) на каждую вторичную обмотку ТДКС. Если картинка на выходе с нагрузкой практически повторяет входную, можно сделать вывод, что ТДКС исправен, и смело возвращать все на место. Таким образом, воспользовавшись одним из приведенных способов, можно без труда определить неисправность подозрительного трансформатора.

Читать также: Поделки на токарном станке по металлу

МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ТРАН СФОРМАТОРОВ

М. Г. РЯЗАНОВ

Хочу поделиться простым и надежным (100% !) методом проверки сплит трансформаторов в ТВ, мониторах и т.д. Для этого используем коллекторную обмотку трансформатора. На нее подаем прямоугольные импульсы 1. 10 кГц небольшой амплитуды. Я использую для этого выход сигнала калибровки осциллографа С1-114. Туда же подключаем вход осциллографа, и по полученной картинке делаем заключение. При исправном трансформаторе максимальный размах амплитуды полученных продифференцированных импульсов должен быть не меньше амплитуды исходных прямоугольных. Если сплит трансформатор имеет короткозамкнутые витки, тогда мы увидим короткие продифференцированные импульсы амплитудой в два и более раз меньше исходных, прямоугольных. При небольшом опыте этим методом также можно определять неисправность трансформаторов сетевых импульсных блоков питания. Метод работает и без выпаивания трансформатора. Естественно, надо убедиться в отсутствии КЗ во вторичных цепях окружения.

Очень удобный и простой пробник для проверки ТДКС и строчных катушек ОС в телевизорах.

Романов. М., г. Лод, Израиль.

Я пользуюсь им уже 6-7 лет, и за это время практически все неисправные ТДКСы были задефектованы именно им. Надежность диагностики подтверждает практика его использования. Основной показатель при проверке выпаянного ТДКС — это звук, раздающийся в пьезокерамическом излучателе с частотой 15 кГц, который легко услышать при исправном трансформаторе или ОС. При проверке ТДКС подключается только коллекторная обмотка. Детали. Излучатель пьезокерамический (например, от китайского будильника), транзисторы КТ315 или подобные, диоды 1N4148. Резисторы, стоящие в коллекторах транзисторов, включающих светодиоды (R5, R8), придется подобрать по четкому срабатыванию LED1 при подключении любого проводника и LED2, только при подключении исправного ТДКС.

Пользоваться данным устройством очень просто: подключить два конца коллекторной обмотки испытуемого трансформатора к точкам LX1, если ТДКС исправен, загорается светодиод LED1-слышен писк 15 кГц, если писка нет — ТДКС неисправен. Также проверяется отклоняющая система, только вместо писка, загорается светодиод LED2. Любой короткозамкнутый виток или пробитый диод в высоковольтной обмотке проверяемого строчного трансформатора или отклоняющей системы срывают резонанс, и звук отсутствует или ослабляется до такой степени, что его еле-еле слышно.

Примечание: информация с сайта Ремонт TV по-русски

С чего начать как найти нужную схему

Самый лучший вариант ремонта – если имеется схема на конкретный блок питания. На самом деле все несколько сложнее. Производители не прикладывают к документации на блоки питания принципиальных схем. Приходится их искать в интернете. Проблема в том, что даже известные изготовители не проявляют энтузиазма в выкладывании напоказ своих разработок, а небольшие фирмы из Юго-Восточной Азии вообще не имеют своих сайтов. Приходится собирать по всей сети то, что нашли и выложили энтузиасты. И если для компьютерных блоков питания схему найти относительно просто, то для импульсников, предназначенных, например, для питания LED-лент, дело обстоит сложнее.

ИИП SKS-320.

Так, для блока питания SKS-320 при запросе схемы известная поисковая система выдает только одну адекватную картинку (явно нарисованную добровольцем из Китая). На примере этого устройства далее и будет описан алгоритм поиска неисправности.

Принципиальная схема ИБП SKS-320.

Для других источников схемы может не найтись вовсе. В таком случае лучший выход – срисовать схему с платы самостоятельно. Это требует определенной квалификации – надо, как минимум, знать, как выглядят электронные компоненты, а также приблизительно представлять ожидаемый результат. Для этого надо знать, по какой схемотехнике выполняются блоки питания. В целях облегчения работы можно на плате пометить маркером дорожки питания и пронумеровать элементы (если они уже не пронумерованы).

Другой путь – найти подобную схему, которая может полностью и не совпасть с реальным блоком, но это лучше, чем ничего.

Основные неисправности импульсного блока питания

Внешние проявления неисправности могут быть такими:

• посторонний шум, запах дыма, горелой изоляции при включении (на холостом ходу или под нагрузкой);
• импульсный блок питания при включении не запускается – нет индикации включения, отсутствует выходное напряжение (или все напряжения);
• отсутствует одно из выходных напряжений (если у БП есть несколько каналов);
• нестабильное выходное напряжение;
• повышенное или пониженное напряжение на выходе.

Отдельно надо выделить неисправность, когда не включается вентилятор у блока с принудительным охлаждением. Сама по себе проблема на работоспособность не влияет, но в ближайшем будущем это может привести к перегреву и поломке.

Если наблюдается первая по списку проблема, блок питания надо немедленно обесточить и до устранения неисправности в сеть 220 вольт не включать.

Как можно проверить ИБП

Если есть сомнения, можно проверить работу ИБП. Для этого его надо включить под нагрузкой – некоторые источники на холостом ходу просто не запускаются. В качестве эквивалента можно применить автомобильные лампочки, если блок рассчитан на выходное напряжение 12 вольт, или другие лампочки накаливания, соединяя их последовательно и параллельно для создания требуемой нагрузки. Если подходящих ламп нет, можно составить нагрузку из резисторов необходимого сопротивления и потребной мощности.

Лампочка в качестве нагрузки блока питания.

Для простой проверки работоспособности ток через лампы должен быть хотя бы 5..10% от номинала ИБП. Если источник с принудительным охлаждением, надо нагрузить его так, чтобы ток составил не менее половины максимально допустимого (а лучше – ближе к верхнему пределу). Это нужно, чтобы заставить сработать реле температуры для проверки включения вентилятора.

Конструкция преобразователя

Перед тем как приступить непосредственно к проверке импульсного трансформатора (ИТ), желательно знать, как он устроен, понимать принцип действия и различать существующие виды. Такое импульсное устройство используется не только как часть блока питания, его задействуют при построении защиты от короткого замыкания в режиме холостого хода и в качестве стабилизирующего элемента.
Импульсный трансформатор используется для преобразования величины тока и напряжения без изменения их формы. То есть он может изменить амплитуду и полярность различного рода импульса, согласовать между собой различные электронные каскады, создать надёжную и устойчивую обратную связь. Поэтому главным требованием, предъявляемым к нему, является сохранение формы импульса.

Добиваются этого снижением паразитных величин, таких как межвитковая ёмкость и индуктивность, путём использования небольших сердечников, расположением витков, уменьшением числа обмоток. Основными характеристиками трансформатора являются: мощность и рабочее напряжение. Конструктивно устройство может быть выполнено в следующем виде:

• стержневом — магнитопровод такого трансформатора выполняется из П-образных пластин, обхваченных обмотками;
• броневом — используются Ш-образные пластины, а обмотки располагаются в катушках, образуя своеобразную броню;
• тороидальном — его вид напоминает геометрическую фигуру тор, при этом он не имеет катушек, а обмотка наматывается на сердечник;
• смешанном (бронестержневом) — собирается из четырёх катушек и магнитопровода совмещённого типа.

Магнитопровод в трансформаторе выполняется из пластин электротехнической стали, кроме тороидальной формы, в которой он сделан из рулонного или ферромагнитного материала. Каркасы катушек размещаются на изоляторах, а провода используются только медные. Толщина пластин подбирается в зависимости от частоты.

Расположение обмоток может быть выполнено спиральным, коническим и цилиндрическим видом. Особенностью первого типа является использование не проволоки, а широкой тонкой фольгированной ленты. Второго — выполняются с различной толщиной изоляции, влияющей на напряжение между первичной и вторичной обмотки. Третьего же типа представляют собой конструкции с намотанной проволокой на стержень по спирали.

Методика ремонта блоков питания

Те, кто занимается восстановлением работоспособности электронной техники, знают, что 90+ процентов ремонта сводится к поиску неисправности. Замена найденного вышедшего из строя элемента в большинстве случаев занимает немного времени и не требует особых навыков.

Второй момент – у импульсников одного типа бывают конструктивные слабые места, ведущие к характерным проблемам, но в целом поиск неисправности – процесс творческий, и пошаговую в буквальном смысле инструкцию дать невозможно. Но привести общую методику поиска вполне реально, хотя надо понимать, что она ничего не стоит без достаточной квалификации и наличия приборов. Как минимум, потребуются мультиметр и осциллограф.

Визуально можно лишь определить вздувшиеся и потекшие оксидные конденсаторы. Даже если при осмотре видны обугленные элементы, их замена может ничего не дать – причиной выгорания могут быть другие комплектующие.

Вздувшиеся оксидные конденсаторы обнаруживаются визуальным осмотром.

Поиск неисправности

Диагностирование неисправного устройства надо начать с анализа. Для первых прикидок достаточно знания структурной схемы БП и внешнего проявления неисправности.

Расположение основных элементов на плате ИИП SKS-320.

Если при включении ИБП совсем не подает признаков жизни (не нагревается, нет индикации напряжения, не слышен едва уловимый писк, нет выходного напряжения) или его выходное напряжение меньше номинального, то первое, что надо проверить – исправность предохранителя (поз.1 на рисунке). Если он в порядке, надо проверить уровень напряжения на конденсаторе С5 (поз. 2, точка 1 на схеме). На нем должно быть около 300 вольт. Если напряжение отсутствует, можно предположить неисправность высоковольтного выпрямителя. Но сначала надо убедиться, что до него доходит ~220 вольт. Если нет – надо искать, где оно исчезает.

Дальше надо проверить работу ШИМ контроллера. В данном случае он реализован на микросхеме TL494 (поз.3). Функционал и нумерация ее выводов сведены в таблицу.

Осциллографом надо проверить, что на выходах 8,11 микросхемы присутствуют противофазные импульсы. Если их нет, надо проверить наличие напряжения питания на выводе 12 (поз.4) TL494.

Форма импульсов на выводах 1 и 11 микросхемы.

При его отсутствии, надо найти причину потери. Если питание есть, а импульсов нет, надо проверить обвязку микросхемы.

При наличии генерации надо осциллографом убедиться в наличии импульсов на первичной обмотке трансформатора Т1 (точки 3,4 на рисунке). Их амплитуда должна быть около 150 вольт. Если нет – надо проверить исправность конденсаторов делителя С5, С6. Для этого очень полезен ESR-метр.

Измерение параметров конденсатора с помощью ESR-метра.

Если у одного или обоих конденсаторов низкое качество изоляции, их надо заменить. Если ESR-метра нет, можно замерить напряжение в точке 2. Там должно быть около 150 вольт – половина от напряжения в точке 1. Если оно значительно отличается, это тоже говорит о неисправности одной или двух емкостей. Если там все в порядке, проверяется исправность транзисторов Q4, Q5 (поз.5), трансформатора Т2 (поз.7), транзисторов Q1, Q2 (поз.6), а также всех диодов в схеме драйвера и выходного каскада инвертора.

Если все в порядке, и импульсы на первичной обмотке есть, а на вторичной отсутствуют, надо проверить трансформатор T1 (поз.8), вызвонив целостность всех обмоток.

Если на вторичной обмотке импульсы присутствуют, надо проверить элементы выпрямителя – сборку вторичного выпрямителя D3 (поз.9). Если она неисправна полностью, то выходного напряжения не будет. Если вышел из строя только один диод – на выходе будет меньшее напряжение.

Также причиной повышенного и пониженного напряжения может быть неисправность цепей обратной связи. На схеме ОС по напряжению выполнена на операционном усилителе U1. На плате нет ничего похожего на ОУ, следовательно, имеется небольшое несоответствие модификации блока питания и найденной схемы. К этому надо быть готовым, а справляться с такой ситуацией надо самостоятельно, разобравшись в особенностях схемотехники. ОС по току организована через дроссель L1 (поз.10) и шунт 680 Ом. Измерением температуры на этом дросселе организована автоматика включения вентилятора, датчик установлен в непосредственной близости к дросселю. Проверить включение кулера при отсутствии соответствующей нагрузки, можно нагревом датчика с помощью, например, фена. Если вентилятор не запускается, надо искать неисправность.

Проверка ТВС на межвитковое и обрыв без генератора.

М. Г. РЯЗАНОВ.

Если есть подозрение на ТВС и есть осциллограф, то: отрезаем ножку ТВС от питания(+115 В,+160 В и т.д.); находим на вторичных БП выход В на 10. 30 и подключаем через R-10 Ом к отрезанному выводу ТВС; любуемся осциллограммой:

а) на R=10 Ом. Если межвитковое замыкание — грязно-пушистый «прямоугольник», почти все напряжение садится на нём, если межвиткового нет — то доли вольта;

б) на вторичных обмотках — если где то нет — то обрыв;

в) убираем R=10 Ом, вешаем нагрузку (0,2. 1,0 кОм) на каждую вторичную обмотку ТВС, если картинка на выходе с нагрузкой практически повторяет входную — ТВС жив-здоров; возвращаем все на место.

Александр Омельяненко

Автор считает, что методы проверки импульсных трансформаторов сигналами низкого уровня без выпаивания из схемы недостоверны. Он предлагает два простых метода тестирования трансформаторов в режиме, близком к рабочему. Конечно, требуется их демонтаж, но зато достоверность результатов проверки гарантируется! Импульсные трансформаторы блоков питания и строчных разверток выходят из строя чаще всего по причине перегрева обмоток. При пробое силовых ключей резко повышается ток в обмотке, что приводит к ее локальному разогреву с последующим нарушением изоляции обмоточного провода. Чаще это происходит в малогабаритных трансформаторах, намотанных тонким проводом, например, в блоках питания современных видеомагнитофонов, видеоплееров и строчных трансформаторах (ТДКС) телевизоров. В результате перегрева обмоточного провода возникают межвитковые замыкания, резко снижающие добротность трансформатора, что нарушает режим работы автогенератора импульсного источника питания (ИИП) или каскада строчной развертки. Проверка импульсных трансформаторов блоков питания и ТДКС – тема достаточно актуальная, методов обнаружения межвитковых замыканий описано немало. Результаты тестирования импульсных трансформаторов методами измерения резонансной частоты, индуктивности или добротности обмотки недостоверны. Резонансная частота трансформатора, в частности, зависит от числа витков, емкости между слоями обмоток, свойств материала сердечника и высоты зазора. Межвитковые замыкания не устраняют резонанс, а только повышают резонансную частоту и снижают добротность катушки. Форма тестового синусоидального напряжения закороченными обмотками не искажается, а применять прямоугольные импульсы вообще неразумно по причине возникновения импульсов ударного возбуждения. На этом принципе тоже существуют приборы, но они малоэффективны. Влиять на форму импульса может насыщение сердечника, но в этом случае нужен генератор большой мощности. Видимо, по этим причинам эффективность известных способов очень низка, а результаты проверки малодостоверны. Ниже предлагаются простые достоверные методы проверки импульсных трансформаторов в режиме, близком к рабочему. В качестве генератора сигнала используется выходной каскад строчной развертки телевизора или его импульсный источник питания (ИИП). Предлагаемые методы позволяют безопасно обнаружить места пробоя изоляции корпуса ТДКС, так называемые «свищи». Для проверки по первому методу необходим исправный телевизор, строчная развертка которого используется в качестве генератора. Проверяемый ТДКС необходимо демонтировать, и его накальную обмотку подключить к выводам напряжения накала на плате кинескопа, как показано на рис. 1. Для второго метода в качестве генератора используется исправный ИИП, можно даже от ремонтируемого телевизора. Для проверки ТДКС обмотка, предназначенная для подключения строчного транзистора, подсоединяется ко вторичной обмотке трансформатора ИИП, предназначенной для формирования напряжения 110. 140 В (рис. 2).

Проверяемый ТДКС Рис. 1. Подключение тестируемого ТДКС через накальную обмотку

В обоих случаях ТДКС оказывается в режиме, близком к рабочему, и критерием его исправности можно считать появление на анодном выводе высокого напряжения, способного «пробить» 2. 3 см воздушного пространства. Для изготовления разрядника можно использовать провод с двумя зажимами типа «крокодил». Один «крокодил» подключается к отрицательному выводу анодной обмотки, а второй вешается на «присоску», где и образуется разрядник. Наличие короткозамкнутых витков легко опре­деляется по перегрузке генератора (строчной развертки или ИИП) и отсутствию разрядов в высоковольтной цепи. Подозрительные трансформаторы ИИП можно проверять по второму методу, подключая к выходу генератора обмотку, предназначенную для силового ключа. Признаком наличия в тестируемом трансформаторе короткозамкнутых витков служит перегрузка ИИП, срыв генерации и срабатывание защиты. Напоследок напоминание : работая с высокими напряжениями, помните о правилах техники безопасности!

«Ремонт электронной техники»№1,2003

Когда лучше обратиться в сервис

Если нет минимально необходимого приборного парка, лучше обратиться в специализированную организацию, которая занимается ремонтом импульсных источников питания. Без минимума приборов затея в 99% случаев обречена на провал. Также не стоит надеяться отремонтировать устройство при отсутствии схемы (хоть в каком-либо виде) и при недостаточной квалификации. Нет большого смысла браться за ремонт (да и нести в сервис) и в ситуации, когда часть элементов выгорело. Их можно заменить, но вот изоляционные свойства участка платы, покрытого сажей, будут далеки от заявленных производителем, и новой неисправности долго ждать не придется.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

А в целом, ремонт импульсников — дело неблагодарное и не очень рентабельное. Не так они и дорого стоят, чтобы затевать кропотливый поиск неисправности. Но если другого выхода нет или сам процесс доставляет удовольствие, то материалы обзора окажутся полезными.