Практический ремонт блока питания D Link, замена пускового конденсатора.

В статье «TL494, что это за «зверь» такой?», мы рассматривали шим-контроллер TL494. В этой статье мы рассмотрим не менее, а наверное даже может быть более распространённые шим-контроллеры серии 184х, 284х, 384х. Все эти шим-контроллеры предназначены для построения импульсных источников питания РЭА, с регулированием по току и напряжению, для управления ключевым каскадом на n-канальном МОП транзисторе. В принципе это одни и те же контроллеры, отличающиеся лишь диапазоном рабочих температур, в котором эти контроллеры надёжно работают.

Самый большой диапазон рабочих температур у контроллеров серии 184х, который достигает -55…+125оС. Контроллеры серии 284х имеют диапазон рабочих температур -40…+85оС, что тоже не плохо и естественно все они будут дороже контроллеров серий 384х, так как самый маленький диапазон рабочих температур, как раз у контроллеров серии 384х, который равен 0…+70оС, то есть эти контроллеры предназначены в основном для установки в аппаратуру, работающую в помещениях. Отечественные аналоги для этих контроллеров следующие;

Для контроллеров х842 — КР1033ЕУ10, К1033ЕУ15А, 1114ЕУ7/ИМ.

Для контроллеров х843 — К1033ЕУ15Б, 1114ЕУ8/ИМ.

Для контроллеров х844 — КР1033ЕУ11, К1033ЕУ16А, 1114ЕУ9/ИМ.

Для контроллеров х843 — К1033ЕУ16Б, 1114ЕУ10/ИМ.

Диапазон рабочих температур отечественных аналогов следующий; Для контроллеров серии 1033ЕУхх — составляет от -10 до +70оС. В некоторых «даташитах» нижний рабочий порог этих контроллеров указывается от 0оС. То есть эта серия является полным аналогом контроллеров серии 384х. Для контроллеров серии 1114ЕУхх, диапазон рабочих температур составляет от -60 до +125 °С

По традиции давайте посмотрим, что у него имеется внутри.

Состав.

В его составе имеется:

— источник опорного напряжения на 5В с внешним выводом 8; — схема защиты от снижения напряжения питания (UVLO). — генератор пилообразного напряжения (генератор); — компаратор тока, используется в основном по сигналу ограничения тока; — усилитель ошибки, используется в основном по напряжению; — схема управления работой выходного каскада;

Микросхемы UCx844 и UСx845 имеют встроенный счетный триггер (обозначенный пунктиром), который служит для получения максимального рабочего цикла (шим-заполнения), равного 50%. Поэтому для задающих генераторов этих микросхем, нужно установить частоту переключения вдвое выше необходимой. Генераторы микросхем UCх842 и UCх843 устанавливаются на необходимую частоту переключения. Максимальная рабочая частота задающих генераторов контроллеров семейства UCх842/3/4/5, может достигать 500 кГц. Чем ещё отличаются друг от друга эти микросхемы. Это разным напряжением питания для этих микросхем. Смотрим таблицу ниже;

Ещё микросхемы с суффиксом «А», например UC3842A, имеют в два раза меньший ток запуска — 0,5 мА. Микросхемы без суффикса «А» имеют пусковой ток около 1,0 мА. Да, ещё совсем забыл про корпуса микросхем. Мы здесь рассматриваем в основном микросхемы в восьми-выводном корпусе DIP-8 (может быть суффикс «N», так же может быть керамический CERDIP-8 корпус (суффикс «J»), или SOIC-8 корпус (суффикс «D8»). Цоколёвки восьми-выводных микросхем полностью совпадают. Так же микросхемы могут выпускаться и в 14-ти выводном «SOIC-14» корпусе, с суффиксом «D», и могут быть и в корпусе «PLCC-20» (суффикс «Q»). Цоколёвки микросхем в этих корпусах отличаются. Отечественные микросхемы серии 1114, выполнены в корпусе Н02.8-2В. Это десяти-выводной металлокерамический корпус (ниже на рисунке) по пять выводов с каждой стороны, средние выводы из которых, являются просто технологической перемычкой и не учитываются. То есть получаются те же восемь выводов.

Теперь по маркировке можно определить, что это за микросхема, например UC3843AD; — это шим-контроллер с пониженным током запуска (500 мкА), с включением в работу при достижении напряжения питания 8,4 вольта и выключением при достижении порога напряжения питания 7,6 вольта, с рабочим циклом до 100% и выполнена в корпусе «SOIC-14».

Основные проблемы ШИМ-преобразователей

При работе любого устройства полностью исключить вероятность поломки невозможно, и преобразователей это тоже касается. Сложность конструкции при этом не имеет значения, проблемы в эксплуатации может вызвать даже известный ШИМ-контроллер TL494. Неисправности имеют различную природу – некоторые из них можно выявить на глаз, а для обнаружения других требуется специальное измерительное оборудование.

Чтобы узнать, как проверить ШИМ-контроллер, следует ознакомится со списком основных неисправностей приборов, а лишь позже – с вариантами их устранения.

Назначение выводов микросхемы.

Давайте теперь кратко рассмотрим назначение выводов и работу микросхемы (её блоков), а потом посмотрим это практически;

1. CMP — выход усилителя ошибки. Служит для коррекции АЧХ усилителя ошибки, с этой целью между выводами 1 и 2 обычно подключается конденсатор емкостью около 100 пФ. С помощью этого вывода, можно установить коэффициент усиления усилителя ошибки с помощью дополнительного резистора, который подключается к этим же выводам, что и конденсатор, а так же ещё и управлять работой контроллера. Если на этом выводе уменьшить напряжение ниже 1-го вольта, то на выходе микросхемы (вывод 6) будет уменьшаться длительность импульсов, уменьшая при этом выходное напряжение (мощность) БП.

2. VFB — вход обратной связи усилителя ошибки. Используется в основном для регулировки (стабилизации) выходного напряжения. Если напряжение на этом выводе превысит 2,5 вольта (подаётся с внутреннего источника на не инвертирующий вход усилителя ошибки), то длительность (скважность) выходных импульсов начнёт уменьшаться, уменьшая тем самым выходное напряжение БП.

3. IS — сигнал обратной связи по току. Этот вывод обычно присоединен к резистору в цепи истока ключевого транзистора. В момент перегрузки МОП транзистора, напряжение на резисторе увеличивается и при увеличении его более 1-го вольта, импульсы на выходе 6 прекращаются и выходной транзистор закрывается.

4. RC — это вход генератора пилообразного напряжения и сюда подключается задающая RC- цепочка, для установки частоты внутреннего генератора. Резистор от этого вывода подключается к выводу 8 — это вывод опорного напряжения 5 вольт, а конденсатор к общему проводу. В основном на практике частота задающего генератора выбирается в диапазоне 35…85 кГц, и в RC-цепочке не рекомендуется использовать керамические конденсаторы. Частота генератора рассчитывается по следующей формуле; — 1,72/R(кОм) * С(мкФ).

5. GND — общий вывод для первичной цепи. Этот вывод не должен быть напрямую соединён с общим выводом вторичных цепей схемы.

6. OUT — выход ШИМ–контроллера, подключается к затвору ключевому транзистору через резистор или параллельно соединенные резистор и диод (анодом к затвору).

7. VCC — вход питания ШИМ-контроллера, на этот вывод микросхемы подаётся напряжение питания в диапазоне от 16 вольт до 34. Более 34 вольт на микросхему подавать не рекомендуется, так как микросхема обладает защитой от перенапряжения, и если напряжение питания на ней превысит 34 вольта — микросхема отключится.

8. REF — выход внутреннего источника стабильного опорного напряжения 5 вольт, ток его нагрузки может достигать 50 мА.

Составляющие схемы блоков питания с ШИМ-контроллерами

Типовая схема состоит из генератора импульсов, в основе которого лежит ШИМ-контроллер. Широтно-импульсная модуляция дает возможность собственноручно контролировать амплитуду сигнала на выходе ФНЧ, изменяя при необходимости длительность импульса или его скважность. Сильная сторона ШИМ – высокий КПД усилителей мощности, в особенности звука, что в целом обеспечивает устройствам довольно обширную сферу применения.

ШИМ-контроллеры для блоков питания могут использоваться в схемах с различными мощностями. Для реализации относительно маломощных схем необязательно включать в их состав большое число элементов – в качестве ключа может выступать обычный полевой транзистор.

ШИМ-контроллеры для источников питания большой мощности могут иметь также элементы управления выходным ключом (драйверы). В качестве выходных ключей рекомендуется использовать IGBT-транзисторы.

Как это всё работает.

Микросхема работает в диапазоне напряжений, от порога выключения до 30 В. Для её запуска требуется первоначальное превышение питающего напряжения над порогом включения. Пока напряжение питания не достигнет порога включения, микросхема не работает и потребляет незначительный ток: менее 500 мкА. Как только напряжение превысит порог включения микросхемы, она запускается и начинают работать все её узлы. Ток потребления микросхемой возрастает до 10-12 мА. При понижении питающего напряжения до порога отключения — микросхема отключается, ток её потребления опять падает. Напряжение на выводе VCC ограничивается встроенным стабилитроном на уровне 34 В. Это дает возможность запустить микросхему от источника высокого напряжения, например выпрямленного сетевого напряжения через высокоомный резистор Rin, что позволяет организовать первоначальный запуск микросхемы (без дежурного блока питания), как показано на рисунке ниже.

Теперь давайте посмотрим на практике, как работает эта микросхема. Для этого на макетной плате соберём вот такую схему. Это более, чем достаточно для проверки её функциональности.

Запитывать нашу конструкцию будем от регулируемого блока питания, выходное напряжение выставим в районе 14-16 вольт, что вполне достаточно. Контроль выходных напряжений и сигналов будем производить с помощью осциллографа.

Выходной сигнал будем контролировать на выводе 6 микросхемы. Сначала поставим на макетную плату микросхему UC3843 и посмотрим работу генератора пилообразного напряжения, и что у неё на выходе. Первый луч осциллографа подключим на выход МС (вывод 6), второй к генератору пилообразного напряжения (вывод 4). Движки переменных резисторов вниз по схеме, чтобы не оказывалось влияния на работу микросхемы.

Видим, что с каждым импульсом генератора пилообразного напряжения, на выходе присутствует один импульс с коэффициентом заполнения около 100% (несколько процентов мёртвое время). То есть выходная частота соответствует частоте генератора. Возьмём теперь микросхему UC3845, и сравним выходное напряжение с 3843.

Что мы видим? На один выходной импульс приходится два импульса генератора пилообразного напряжения. То есть выходная частота этой микросхемы будет в два раза меньше частоты задающего генератора. Коэффициент заполнения выходных импульсов здесь около 50%. Посмотрим теперь как работает токовая защита. Для этого второй луч подключаем к выводу 3 микросхемы (первый на выходе МС и нулевой уровень этого луча на втором делении снизу). Нулевой уровень второго луча находится внизу экрана ниже нулевого уровня первого луча (луч на уровне одного деления).

Чувствительность второго луча ставим 0,5 вольт на деление. На выводе 3 входное напряжение пока отсутствует и импульсы на выходе (вывод 6) присутствуют. Начинаем поднимать входное напряжение на выводе «3», имитируя увеличение тока через выходной транзистор.

Что мы видим? Как только входное напряжение на выводе «3» достигло порога в 1,0 вольт (луч поднялся на два деления), на выходе микросхемы импульсы прекратились. Давайте посмотрим теперь, как происходит регулировка выходного напряжения блока питания микросхемой. Второй луч для этого теперь подключим к выводу «2» микросхемы.

На выводе «2» входное напряжение отсутствует. На выводе «6» имеются выходные импульсы. Чувствительность второго луча (нижнего) установлена 1,0 вольт на деление, он в самом низу экрана. Начинаем потихоньку переменным резистором поднимать входное напряжение на выводе «2» микросхемы до тех пор, пока не будет какого либо изменения на выходе. Нижний луч начал подниматься вверх.

Что мы видим? Как только входное напряжение на выводе «2» поднялось до 2,5 вольт, может чуть повыше (нижний луч поднялся вверх на два с половиной деления), выходные импульсы на выводе «6» прекратились. Давайте посмотрим теперь, что будет происходить на выходе усилителя ошибки при такой-же ситуации, то есть на выводе «1» микросхемы. Второй луч подключаем к выводу «1», Чувствительность луча выставим 0,5 вольт на деление, напряжение на входе (вывод «2») опять уменьшаем.

Включаем питание, входное напряжение на выводе «2» минимально, на выводе «1» выходное напряжение в районе 2,5 вольт (нижний луч поднят на пять делений). Начинаем переменным резистором постепенно увеличивать напряжение на «2» выводе микросхемы. Верхний луч пополз вниз, то есть напряжение на выводе «1» начало уменьшаться. Увеличиваем переменным резистором ещё больше входное напряжение на выводе «2», до каких либо изменений в выходном напряжении на выводе «6».

Всё, импульсы на выходе микросхемы прекратились, первый луч на своей нулевой отметке (второе деление снизу), напряжение на выводе «1» около 0,7 вольта (второй луч поднят чуть больше одного деления от своей нулевой линии).

Теперь всё, что мы увидели на практике, постараюсь теоретически изложить ниже. В этой микросхеме стабилизация напряжения и токовая защита, происходит не так, как в ранее рассмотренной нами микросхеме TL494. Здесь мы не увидим плавное изменение ширины выходных импульсов от изменения входного напряжения на входе усилителя ошибки (вывод «2»), или на входе компаратора тока (вывод «3»), так как выходными импульсами микросхемы (выходным каскадом) управляет компаратор (компаратор тока), и он при превышении каких либо порогов, просто выключает выходной каскад, а потом при нормализации напряжений и токов — включает. Инвертирующий вход этого компаратора внутренне смещён на 1,0 вольт. Ограничение (отключение) выходных импульсов происходит, если на выводе «3» компаратора превысить этот порог в 1,0 вольт, или если на выводе «1» уменьшить напряжение так, чтобы оно не превышало падения напряжения на двух последовательно включенных диодах ( у нас получилось около 0,7 вольт). Напряжение на этом выводе достигает такой величины, если входное напряжение на входе усилителя ошибки (вывод «2») превысит 2,5 вольта, потому что на не инвертирующий вход этого усилителя ошибки по внутренним цепям подаётся напряжение 2,5 вольт, то есть что-то похоже на работу TL-431. Ещё вывод «1» можно использовать, как второй контур регулирования выходного напряжения, если к этому выходу, например подключить транзистор, управляемый светодиодом (оптрон), который связан с выходом БП. Можно так же по этому входу блокировать (аварийно отключить) микросхему, замыкая его транзистором, или ещё чем либо на общий провод.

Если объяснить более понятным языком, то управление выходным напряжением (током) осуществляется здесь тоже усилителями ошибки, как и в ТЛ494, только в той разнице, что в ТЛ494 изменяется скважность выходных импульсов, а здесь управление происходит пачками выходных импульсов. То есть при включении БП, и на выходе МС появляются импульсы. Напряжение на выходе БП начинает расти, и при достижении установленного порога (например 12 вольт), когда до этого напряжения зарядится конденсатор фильтра — импульсы на выходе МС прекращаются. Подключенная нагрузка потребляет ток и конденсатор разряжается. Выходное напряжение начинает понижаться и в этот момент (после определённого порога) включается МС и на выход опять поступают импульсы. После нескольких импульсов (пачки импульсов) конденсатор снова подзаряжается до установленного порога и импульсы опять прекращаются. Если ток нагрузки небольшой, то для подзаряда конденсатора хватает нескольких импульсов (короткая пачка) и соответственно проходит больше времени для подачи на выход следующей пачки импульсов (больше расстояние между пачками импульсов). При увеличении тока нагрузки, соответственно нужно большее кол-во импульсов в пачке (длинная пачка), чтобы зарядить конденсатор, и соответственно также уменьшается время и между пачками импульсов. Если мы представим, что пачка импульсов — это один импульс (который может быть и уже и шире), а время (расстояние) между пачками — это время между каждым импульсом — здесь получается полный аналог ШИМ , как и ТЛ494.

Выходной каскад микросхемы выполнен по полу-мостовой схеме и рассчитан на средний ток около 200 мА, пиковый же ток может достигать 1,0 А и на этом уровне ограничивается микросхемой. Выходной каскад может управлять, как мощным полевым, так и биполярным транзистором.

Ну вот по этим микросхемам, в принципе всё, что хотел сказать. В интернете очень много по ним написано, и есть много технической документации. Если хотите узнать по ним что-то большее и более углубленно, поисковик Вам в руки.

Что такое ШИМ?

Для получения на выходе сигнала требуемой формы силовой ключ должен открываться всего лишь на определенное время, пропорциональное вычисленным показателям выходного напряжения. В этом и заключается принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM). Далее сигнал такой формы, состоящий из импульсов, разнящихся по своей ширине, поступает в область фильтра на основе дросселя и конденсатора. После преобразования на выходе будет практически идеальный сигнал требуемой формы.

Область применения ШИМ не ограничивается импульсными источниками питания, стабилизаторами и преобразователями напряжения. Использование данного принципа при проектировании мощного усилителя звуковой частоты дает возможность существенно снизить потребление устройством электроэнергии, приводит к миниатюризации схемы и оптимизирует систему теплоотдачи. К недостаткам можно причислить посредственное качество сигнала на выходе.