К счастью, силовые импульсные трансформаторы необратимо выходят из строя довольно редко, что объясняется их высокой надежностью, которая заложена в технологии их изготовления, т.к импульсный трансформатор является одним из самых ответственных элементов схемы ИБП.
Рассмотрим теперь основные особенности построения трансформаторов тока, которые используются во многих схемах ИБП в качестве датчика схемы токовой защиты.
Характерной особенностью трансформатора тока в отличие от трансформатора напряжения является то, что вторичная обмотка его должна быть обязательно замкнута на нагрузку, сопротивление которой не превышает определенного значения.
Разомкнутое состояние вторичной обмотки является аварийным режимом. Поясним это подробнее.
Т.к. ток первичной обмотки не изменяется при разрыве цепи вторичной обмотки, в отличие от трансформатора напряжения, то переменный магнитный поток в сердечнике имеет очень большую амплитуду из-за того, что отсутствует встречный компенсирующий магнитный поток, порождаемый током вторичной обмотки.
Скорость изменения магнитного потока при смене полярности тока, протекающего через первичную обмотку, также очень велика.
Поэтому будет очень велика ЭДС, наводимая этим потоком на разомкнутой вторичной обмотке. Величина этой ЭДС такова, что может привести к пробою изоляции.
Для безопасности работы в случае повреждения изоляции между первичной и вторичной обмотками, вторичная обмотка должна быть обязательно заземлена.
Кроме того, большая амплитуда переменного магнитного потока в сердечнике приводит к значительному возрастанию потерь на его перемагничивание. Поэтому трансформатор начинает сильно перегреваться.
В схеме ИБП PS-6220C, например, функцию нагрузки вторичной обмотки трансформатора тока Т4 выполняет резистор R42 (470 Ом) Трансформатор тока в рассматриваемом классе ИБП в основном имеет две конструктивные реализации. В одном варианте он представляет собой трансформатор на Ш-образном ферритовом сердечнике, на среднем керне которого расположен каркас с намотанной на него вторичной обмоткой. Первичная обмотка расположена поверх вторичной и представляет из себя один виток монтажного провода в пластмассовой изоляции (рис.14, а, б).
Рис.14. Встречающиеся на практике конструкции трансформатора тока на Ш-образном (а) и на кольцевом (б, в) сердечнике.
В другом варианте вторичная обмотка наматывается на кольцевой ферритовый сердечник, а первичной обмоткой является вывод конденсатора, который включен последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора (рис.14, в).
Однако встречаются и другие варианты конструктивного исполнения трансформатора тока.
Дроссели выходных фильтров (кроме дросселя групповой стабилизации) представляют собой катушки индуктивности с однорядной намоткой из медного провода большого сечения на незамкнутом ферритовом сердечнике цилиндрической формы (ферритовые стержни).
Большое сечение провода объясняется значительной величиной выходных токов ИБП, а незамкнутая форма сердечника - работой дросселя с большим током подмагничивания.
Замкнутая форма сердечника в этом случае привела бы к вхождению его в магнитное насыщение и потере дросселем фильтрующих свойств.
Неисправности индуктивных элементов можно подразделить на:
обрыв в обмотке;
межвитковое замыкание;
межобмоточное замыкание (только для трансформаторов), замыкание (пробой) обмотки на сердечник;
потеря сердечником магнитных свойств (из-за перегрева, механических повреждений и т.д.).
Выход из строя выходных дросселей фильтров в ИБП явление крайне редкое из-за их высокой надежности.
Выход из строя трансформаторов часто можно определить при внешнем осмотре по потемнению отдельных участков наружной изоляции, появлению пузырьков воздуха под изоляцией, вспениванию и выделению из под изоляции пропиточного компаунда.
Целостность обмоток на "обрыв", а также наличие межобмоточного замыкания и замыкания какой-либо из обмоток на сердечник легко проверяются с помощью омической "прозвонки".
Остальные из перечисленных выше неисправностей поддаются обнаружению крайне сложно, так как омическое сопротивление обмоток трансформатора очень мало (единицы и даже доли Ом!).
Если есть подозрение на межвитковое замыкание или на потерю сердечником магнитных свойств, то трансформатор нуждается в замене на аналогичный.
Диоды, применяемые в рассматриваемом классе ИБП, можно условно подразделить на:
силовые выпрямительные низкочастотные (диоды входного сетевого моста и схемы пуска);
силовые выпрямительные высокочастотные вторичной стороны;
высоковольтные высокочастотные (рекуперационные диоды транзисторного инвертора);
низковольтные высокочастотные (применяемые в согласующем каскаде и сигнальных цепях защиты, а также схеме образования сигнала PG).
Выпрямительные низкочастотные диоды для входного выпрямительного моста выбираются при замене по следующим основным параметрам:
постоянному обратному напряжению Uo6p. (не менее 400В);
среднему прямому току Iпр. (не менее 2-4А в зависимости от мощности блока);
импульсному прямому току Iи. пр. (не менее 70-100А).
Для силовых выпрямительных высокочастотных диодов, кроме того, важным параметром служит время восстановления обратного сопротивления диода teoc, которое определяет длительность режима "сквозных токов" в схеме выпрямления. Это увеличивает коммутационные потери не только в диодах выпрямителя, но и в транзисторах инвертора. При этом элементы источника оказываются в режиме короткого замыкания, что создает условия для коммутационных выбросов на фронтах переключения, ведущих к отказу источника. Время teoc. должно быть в три-четыре раза меньше времени выключения транзистора и соответствовать teoc. = 0,3 - 0,5мкс. Вторым важным параметром этих диодов является прямое падение напряжений Unp., от значения которого зависит КПД выпрямителя. Это напряжение должно быть по возможности меньшим.
Сравнительно меньшее значение Unp. получается у диодов с барьером Шоттки. У данного типа диодов Unp. составляет 0,4-0,6В при токах до 100А, а время восстановления не более 0,1мкс. Недостатком диода является большой обратный ток и малое допустимое обратное напряжение (20 - 40В).
Для остальных диодов определяющим параметром является teoc.
Мощные выпрямительные диоды в каналах выработки +5В и +12В стоят на радиаторах, т.е. для обеспечения температурного режима работы этих диодов надо обеспечить хороший теплоотвод!
Характерной ошибкой ремонтников при замене вышедших из строя зарубежных диодов является незнание одной характерной особенности. Исторически сложилось так, что у диодов, выпускаемых отечественной промышленностью метка, как правило, наносится со стороны анода. Зарубежные диоды, как правило, имеют метку у катода.
Поэтому ремонтник, извлекая неисправный диод из платы, устанавливает на его место диод отечественного производства, стараясь при этом сохранить расположение метки.
В результате диод оказывается запаян "наоборот", что приводит к выводу ИБП из строя.
Однако необходимо отметить, что и для зарубежных, и для отечественных диодов расположение меток может быть и противоположным.
Поэтому необходимо перед установкой диода на плату разобраться в расположении выводов с помощью омметра, не доверяясь справочникам, в которых иногда встречаются досадные ошибки! Иногда ошибки при маркировке диодов бывают допущены на заводе изготовителе.
Практически встречающиеся неисправности диодов можно разделить на:
обрыв;
короткое замыкание (пробой);
уменьшение обратного сопротивления (утечка);
увеличение прямого сопротивления.
Все эти неисправности легко обнаруживаются при помощи омметра после выпаивания диода из схемы.
Обращаем Ваше внимание на то, что иногда утечка диода проявляется только под напряжением!
Большие сложности возникают при выходе из строя стабилитронов и тиристоров в ИБП, которые обычно являются пороговыми и исполнительными элементами различных защитных схем.
Определение их типов и параметров часто бывает затруднено из-за отсутствия справочной информации и принципиальных схем на ИБП.
Произвольный подбор этих элементов чреват выходом из строя элементов ИБП, которые еще не "сгорели". Поэтому при таких сложных случаях необходимо "снять" принципиальную схему с печатной платы ИБП и тщательно проанализировать принцип ее работы, после чего попробовать подобрать элемент со сходными параметрами, либо попытаться достать аналогичный зарубежный элемент.
Транзисторы, применяемые в рассматриваемом классе ИБП, можно условно подразделить на:
силовые высокочастотные (большой мощности);
сигнальные высокочастотные (малой мощности).
Силовые высокочастотные транзисторы применяются в качестве ключей полумостового инвертора и рассчитаны на работу со значительными токами и напряжениями.
Сигнальные транзисторы используются во всех остальных функциональных узлах схемы ИБП.
Во всех схемах рассматриваемого класса ИБП в качестве силовых ключей используются исключительно биполярные транзисторы обратного типа проводимости (n-p-п).
В качестве сигнальных используются транзисторы как прямого (p-n-р), так и обратного типа проводимости. При замене сигнальных транзисторов следует учитывать не только цифровое обозначение транзисторов, но и буквенные обозначения, которые нанесены на корпус. Транзисторы с разными буквенными обозначениями имеют различные параметры (прежде всего - коэффициент усиления по току)!
Практически встречающиеся неисправности транзисторов можно разделить на:
обрыв одного или обоих переходов;
короткое замыкание (пробой) по одному или обоим переходам;
уменьшение обратного сопротивления (утечка) одного или обоих переходов;
пробой по участку коллектор-эмиттер при целостности переходов коллектор-база и эмиттер-база. Все эти неисправности легко обнаруживаются при помощи омметра после выпаивания транзистора из схемы, т.к. каждый из переходов транзистора аналогичен диоду.
Рис.15. Интегральные линейные регуляторы напряжения LM7805, LM7812.
Эти микросхемы содержат встроенную защиту от перегрузки по току и тепловую защиту от максимально допустимой температуры кристалла (175°С), что существенно повышает надежность микросхем.
Типовая схема включения этих стабилизаторов приведена на рис.17.
Конденсатор С1 - обычный фильтрующий конденсатор, который должен иметь емкость 1000мкф на 1А тока нагрузки.
Конденсатор С4 используется для сглаживания переходных процессов при внезапных повышениях потребляемого тока и должен иметь емкость примерно 100мкф на 1А тока нагрузки.
Рис.16. Выход ИМС 7805 на режим стабилизации при подаче входного напряжения.
Рис.17. Типовые схемы включения трехвыводных интегральных стабилизаторов положительного (а) и отрицательного (б) напряжений.
В рассматриваемом классе ИБП используются, в основном, для стабилизации отрицательных выходных напряжений трехвыводные интегральные стабилизаторы напряжения типа 7905, 7912 или 7805, 7812.
Структурная схема трехвыводных интегральных стабилизаторов 7805 (К142ЕН5А) и 7812 (К142ЕН8Б) приведена на рис.14.
Основные параметры этих стабилизаторов напряжения приведены в табл.6.
Входной конденсатор С2 устраняет генерацию при скачкообразном включении входного напряжения (Uex), которая возникает в стабилизаторе из-за влияния монтажных емкости и индуктивности соединительных проводов, образующих паразитный колебательный контур (рис.15),
Выходной конденсатор СЗ служит для защиты от переходных помеховых импульсов.
Обычно С2 и СЗ имеют емкость от 0,1 до 1 мкф и должны монтироваться как можно ближе к корпусу стабилизатора. Амплитуда высокочастотных колебаний может превышать максимально допустимое входное напряжение, что приводит к пробою микросхемы, поэтому наличие и исправность С2 является обязательным условием для работы схемы.
Иногда между входом и выходом интегрального стабилизатора включается диод (рис.16). В его отсутствии после выключения из сети ИБП конденсатор, стоящий на выходе стабилизатора разрядится через стабилизатор, что может привести к выходу его из строя.
Минимальное входное напряжение интегрального стабилизатора должно превышать выходное на 2,5В, т.е. для стабилизатора с фиксированным выходным напряжением +5В, например, минимальное входное напряжение составляет +7.5В.
Цоколевка корпусов интегральных стабилизаторов этих серий приведена на рис.80.
Наибольшее распространение в схемотехнике источников питания мониторов получил импульсный источник питания, содержащий стабилизатор напряжения, регулирующий элемент которого работает в ключевом режиме.
Использование этого режима позволяет значительно улучшить ряд показателей формирователей питающих напряжений.
Так, импульсный источник питания, по сравнению с линейным, обладает высоким коэффициентом полезного действия (0,7...0,8), меньшей рассеиваемой мощностью выходного транзистора, а, следовательно, и облегченным тепловым режимом всего монитора в целом, малыми размерами импульсного трансформатора и сглаживающего фильтра.
К достоинствам импульсных источников питания относится и возможность групповой стабилизации одновременно нескольких источников питания, а также способность работы в широких пределах изменения сетевого напряжения (от 100 до 260 В).
Недостатками импульсных источников питания считают: высокий уровень радиопомех при функционировании и отсутствие гальванической развязки от сети переменного тока.
Источник питания монитора представляет собой сложное радиоэлектронное устройство, ремонт которого необходимо осуществлять, точно представляя его работу и владея навыками нахождения и устранения дефектов.
При ремонте рекомендуется комплексное использование всех доступных способов поиска неисправностей. При ремонте ИБП необходимо использовать следующие методы:
Метод анализа монтажа.
Б. Метод измерений
В. Метод исключения.
Г. Метод электропрогона.
Д. Метод воздействия.
Е. Метод эквивалентов.
Характерными причинами возникновения аварийных режимов в схеме ИБП являются: "броски" сетевого напряжения, вызывающие увеличение амплитуды импульса на коллекторе ключевого транзистора; короткое замыкание в цепи нагрузки; лавинообразное нарастание тока коллектора из-за насыщения магнитопровода импульсного трансформатора, например, из-за изменения характеристики намагничивания магнитопровода при перегреве или случайного увеличения длительности импульса, открывающего транзистора.
Одной из самых характерных неисправностей является "пробой" диодов выпрямительного моста или мощных ключевых транзисторов, ведущий к возникновению КЗ в первичной цепи ИБП. Пробой диодов выпрямительного моста может привести к ситуации, когда на электролитические сглаживающие емкости сетевого фильтра будет непосредственно попадать переменное напряжение сети. При этом электролитические конденсаторы, стоящие на выходе выпрямительного моста, взрываются.
1. Чальз Брукс и др. Аттестация А+. Москва. 2002.
2. Марк Минаси. Ваш ПК. Петербург. 2004
3. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. - СПб.: "Питер", 2000. - 816 с: илл
4. Мураховский В.И., Евсеев Г.А. Железо ПК - 2002. Практическое руководство. - Москва: "ДЕСС КОМ", 2002. - 672 с: илл.
Периодические издания:
5. Компьютерра. Компьютерный еженедельник: 2001-2005. Компьютерра. Спецвыпуски: 2005.
6. HARD'nSOFT. Ежемесячный журнал: 2001-2005.
7. CHIP. Журнал информационных технологий: 2001-2005.
8. Мир ПК 2000-2005
9. Компьютер Пресс 2000-2005
10. Хакер 2002-2005
11. UPGRADE 2000-2005
Интернет-издания:
12. 3DNews.ru
13. 3DVelocity.com
14. AMDNow.ru
15. BoogleTech.com
16. Сontroler Reviews.com
17. DigitalWare.ru
18. HomeToys.com
19. iXBT.com
20. Motherboards.org
21. NVMax.ru
22. PCGuide.com
23. ReactorCritical.ru
24. Sandpile.org
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
