Ремонт импульсного блока питания свитча PLANET модели FGSW-2620

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Ремонт блоков питания

Опубликовано: 23.03.2017 20:36

Просмотров: 4090

Н.П. Власюк, г. Киев
Свитч (коммутатор) модели PLANET FGSW-2620, показанный на рис. 1, китайского производства. Он имеет 24 порта и предназначен для соединения всех компьютеров (терминалов) офиса в единую сеть. Обычно он установлен в серверной комнате и постоянно включен в электросеть -220 В.

Это предъявляет повышенные требования к его импульсному блоку питания (ИБП), который годами не выключается. ИБП расположен внутри металлического корпуса свитча на отдельной плате размерами 77x48x30 мм (рис.2), крепится к корпусу тремя болтами.
 
Технические характеристики ИБП: допустимый интервал входного напряжения -100...240 В при токе 0,8 А; выходное стабилизированное напряжение +3,3 В при максимально допустимом токе нагрузки 7 А, частота преобразования 64 кГц.
БП расположен на основной монтажной плате размерами 77x48 мм, нижняя часть которой показана на рис.3.
 
 Электропитание +3,3 В с БП на главную плату свитча подается через колодку разъема (рис.3).
Так как сам ИБП сконструирован компактно, то все его навесные радиоэлементы не разместились на основной монтажной плате, и конструкторы применили вспомогательную плату, припаяв ее с помощью штырей перпендикулярно к основной плате (рис.3 и рис.4).
 
 Номера штырей на ней пронумерованы автором. Вспомогательная плата с двух сторон показана на рис.4, в ней следует различать две части: высоковольтную и низковольтную. Все радиоэлементы на монтажных платах размещены навесным монтажом без ЧИП элементов.
Принципиальная схема БП, нарисованная автором из осмотра монтажных плат, показана на рис.5.
 
 Почти все элементы на ней обозначены так, как и на монтажной плате, а там, где они не обозначены, автор обозначил сам (IC1, Т1, R12). К сожалению, конструкторы применили одинаковые обозначения радиоэлементов на основной и вспомогательной монтажных платах, например, R2 -R2; С1 - С1 и т.д., поэтому автору пришлось при описании радиоэлементов все время указывать, откуда они взяты: «осн. плата», «всп. плата».
Схема ИБП является типовой для импульсных блоков питания. Основные элементы ИБП: выпрямитель BD, C1, микросхема IC1, ключ Q1, высокочастотный трансформатор на ферритовом сердечнике Т1, диод Шотки D3.
Принцип работы импульсных блоков питания ИПБ прост. Переменное напряжение электросети -220 В поступает через сетевой фильтр на низкочастотный выпрямитель, где выпрямляется до напряжения +310 В. С помощью контроллера (микросхемы) и транзисторного ключа это напряжение преобразуется в импульсное напряжение порядка 20... 100 кГц и подается на первичную обмотку импульсного трансформатора, осуществляющего развязку между первичной сетью и потребителем.
Работа ИБП на высокой частоте существенно снижает массу и габариты ИБП в основном за счет снижения массы и габаритов трансформаторов, дросселей и конденсаторов.
Напряжение, снимаемое с вторичной обмотки, выпрямляется и сглаживается фильтрами, его величина зависит от количества витков этой обмотки.
Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Это метод управления, основанный на изменении отношения длительности включенного состояния ключа к выключенному при постоянной частоте. В обратноходовом преобразователе длительность включенного состояния больше длительности выключенного состояния, для того чтобы большее количество энергии было запасено в трансформаторе и передано в нагрузку.
Назначение радиоэлементов ИБП показано на рис.5:
•  предохранитель F1 2А защищает электросеть и блок от токов, превышающих 2 А, которые могут появиться при повреждениях (пробоях) в схеме, кстати, он не защищает схему от скачков напряжения питающей электросети, для этого предназначены варисторы, но они в схеме почему-то не установлены;
•  TR1 - термистор 5,2 Ом, ограничивающий пусковой ток;
•  СЗ, R1, L1  (осн. плата) - заградительный фильтр, предотвращающий проникновение в электросеть импульсных помех, возникающих в блоке питания;
•  BD, C1 (47 мкФ / 400 В, осн. плата) - выпрямительный мост электросети -220 В и сглаживающий конденсатор, выпрямляющие напряжение электросети в +310 В. Естественно, если питающее напряжение изменяется в допустимых пределах -100...240 В, то выпрямленное напряжение на С1 будет принимать значения в 1,41 раза больше этих значений, т.е. +141...+338 В;
•  IC1 типа UC3842BN в корпусе DIP-8 (ее аналог КР1033ЕУ10/11, всп. плата) - широко распространенная 8-выводная микросхема (однотактный ШИМ-контроллер) предназначена для импульсных блоков питания (ИБП). Ее стоимость около 0,35 USD. Назначение выводов (рис.5): 1 - вход компаратора; 2 -вход обратной связи; 3 - вход контроля тока нагрузки на ИБП; 4 - частотозадающая часть; 5 - общий; 6 - выход импульсов на затвор ключа Q1 (их амплитуда около 10 В); 7 - напряжение питания микросхемы, допустимые пределы +10...+16 В, номинальное значение +12 В; 8 - опорное напряжение +5 В;
•  Q1 типа К2996 (600 В; 10 А, осн. плата) - полевой N-канальный транзистор, главный ключ преобразователя, внутри его встроен диод, включенный обратно приложенному напряжению сток-исток, его назначение - поглощение выбросов, возникающих при работе ключа. Номинальное значение входных импульсов напряжения на затворе около 10 В;
•  R6 (22 Ом, всп. плата), R6 (1 кОм, осн. плата) - ограничители входного пикового тока на затворе Q1;
•  Т1 - импульсный ферритовый трансформатор с тремя обмотками: 1 - первичная, принимающая на себя импульсы от работы ключа Q1; 2 -обмотка обратной связи, обеспечивающая питание микросхемы в рабочем режиме; 3 - вторичная, выдает импульсное напряжение на выпрямитель и сглаживающий фильтр для напряжения +3,3 В;
•  R2 (100 кОм, осн. плата) - резистор, осуществляющий первоначальный запуск микросхемы при включении ИБП в электросеть. Снимаемое с конденсатора С1 (47 мкФ / 400 В) напряжение через резистор R2 подается на вывод 7 IC1, при достижении на этом выводе напряжения +16 В микросхема запускается. В дальнейшем, в рабочем режиме, питание микросхемы на вывод 7 подается от обмотки обратной связи 3 трансформатора Т1, при этом номинальное напряжение на этом выводе составляет+12 В; •  R3 (0,69 Ом, 2 Вт), R7 (1 кОм, осн. плата), C4 (470, всп. плата) - цепочка, образующая обратную связь по току, где резистор R3 - датчик тока. Снимаемое с резистора R3 импульсное напряжение через R7 (1 кОм) подается на вывод 3 микросхемы. Микросхема автоматически регулирует скважность импульсов на ключ Q1 в зависимости от нагрузки на ИБП, т.е. с увеличением нагрузки снимаемое с резистора R3 напряжение увеличивается (подается на вывод 3 IC1), что приводит к увеличению длительности импульсов на выводе 6 микросхемы, следовательно, и на затворе ключа Q1. Длительность открытого состояния Q1 увеличивается, в итоге количество энергии, отдаваемое на трансформатор, также увеличивается. Если нагрузка на ИБП уменьшилась, то все происходит наоборот.
Если же в нагрузке будет превышен максимально допустимый ток или произойдет короткое замыкание, ток через резистор R3, следовательно, и напряжение на нем превысят пороговое значение, которое подается на вывод 3 IC1, и микросхема прекратит подачу управляющих импульсов на затвор Q1, ИБП выключится.
•  С6 (0,01 мкФ / 1 кВ), D1 (BYV95CPH; 600 В; 1,5 А; 250 нc), R12 (56 кОм; 2 Вт), все на осн. плате, демпферная цепочка, препятствующая выбросам напряжения на ключе в момент его запирания. Эти выбросы могут превышать напряжение сети в 3-4 раза. Характерно, что на основной монтажной плате вместо резистора R12 (обозначенного автором) конструкторы предусмотрели установку стабилитрона и обозначили ZD1, но вместо него изготовители установили резистор 56 кОм мощностью 2 Вт;
•  С1, СЗ, С9, R2 (всп. плата) - элементы, задающие частоту работы преобразователя микросхемы. В данном ИБП частота преобразования составляет около 64 кГц.
•  D2 (BYV95CPH), С5 (47 мкФ/35 В, осн. плата) -выпрямитель и сглаживающий конденсатор, питающие микросхему (вывод 3) в рабочем режиме ИБП, R4 (10 Ом) - гасящий резистор в этой цепи;
•  D3 (мощный диод Шотки LT344D с алюминиевым радиатором), С7, С8 (2200 мкФ / 6,3 В), L2 (осн.  плата) -- выпрямитель и сглаживающий фильтр во вторичной цепи +3,3 В. Применение радиатора к диоду D3 позволяет ИБП отдавать в нагрузку ток до 7 А;
•  R8, С9 (осн. плата) - RC-цепочка, подавляющая высокочастотные «звоны»;
•  ZD2 (осн. плата) - стабилитрон, предназначенный для предохранения потребителя напряжения +3,3 В, а именно главной платы свитча, от случайных скачков напряжения, могущих возникнуть при сбоях в блоке питания. Его значения, как правило, выбирают на 20% больше выходного напряжения ИБП, т.е. для данного стабилитрона+3,9...+4,1 В;
•  R11 (20 Ом, 2 Вт, осн. плата) - нагрузочный резистор, нагружающий ИБП при его включении на «холостом ходу»;
•  С10(680мкФ/ 10 В, осн. плата) - сглаживающий конденсатор;
•  петля обратной связи, предназначенная для автоматического поддержания выходного напряжения +3,3 В в заданных пределах.
Составные элементы обратной связи (рис.5): РС1 (L0408, всп. плата) - оптрон, основной регулирующий элемент петли, при этом он развязывает высоковольтную и низковольтную части ИБП; TL1 (TL431DC, всп. плата) - управляемый стабилитрон, создающий опорное напряжение; резисторы R9 (осн. плата), R9, R11 (всп. плата) -делитель напряжения для управляемого стабилитрона TL1 ; R7 (всп. плата) - гасящий резистор; R8, 06 (всп. плата) - помехоподавляющая цепочка; 07, 012 (всп. плата) - помехоподавляющие конденсаторы; R4, R5 (всп. плата) - делитель напряжения, через который осуществляется изменение потенциала на выводе 2101, а следовательно, и регулирование скважности ШИМ. Естественно, в этой петли обратной связи регулирующими элементами являются и микросхема 101, и ключ Q1, и трансформатор Т1.
Принцип работы петли обратной связи заключается в изменении скважности (длительности) импульсов, подаваемых микросхемой IC1 в первичную обмотку импульсного трансформатора Т1, в зависимости от изменения величины напряжения +3,3 В.
Если это напряжение уменьшилось, то уменьшается и свечение светодиода оптрона, что вызывает увеличение сопротивления фототранзистора оптрона, отчего уменьшается напряжение на выводе 2 IC1, и микросхема увеличивает длительность импульсов на выводе 6, т.е. на затворе ключа Q1. Ключ Q1, более длительное время находясь в открытом состоянии, больше отдает энергии на обмотку 1 трансформатора Т1, отчего напряжение на вторичной обмотке 2 (в низковольтной цепи) увеличивается до установленной нормы +3,3 В.
Если напряжение +3,3 В увеличилось, то весь процесс регулирования происходит наоборот. Таким образом, управление скважностью импульсов осуществляется микросхемой через изменения потенциала на ее выводе 2.
Ремонт поврежденного ИБП начинают с внешнего осмотра, при котором выявляют поврежденные детали, целость токоведущих дорожек, отсутствие трещин в пайках. Необходимо отметить, что трещины в пайках возникают в местах, подверженных большим токам и периодическим нагревам-остываниям, если свитч у вас включен постоянно, то нагрева-остывания места пайки не происходит, и ИБП трещин не должен иметь.
Выявленные при осмотре поврежденные детали заменяют новыми. Затем, подключив омметр к входу -100...240 В, проверяют отсутствие короткого замыкания в высоковольтной цепи, а после, переключив омметр к выходу напряжения +3,3 В, и в низковольтной цепи.
Далее нагружают цепь +3,3 В лампой 3,5 В, 0,28 А, которая осуществляет нагрузку ИБП и является индикатором его работы, и включают в сеть -220 В через последовательно включенную лампу 220 В, 100 Вт. Эта лампочка защитит ИБП от повреждений радиоэлектронных элементов при возможных замыканиях в ИБП. Если после включения в сеть, ИБП не заработал, то проверяют наличие напряжения порядка+310 В на конденсаторе С1 (47 мкФ/400 В) - рис.5. При его отсутствии, проверяют исправность F1, TR1, NF. Если напряжение на С1 есть, а схема не работает, то проверяют элементы обвязки микросхемы IC1 и в первую очередь емкость конденсатора С5 (47 мкФ, 35 В, осн. плата). В блоке питания, попавшему автору в ремонт, емкость С5 составляла 12 мкФ, при норме 47 мкФ. После замены, БП заработал. Если же вы выявите, что емкость конденсатора С1 (47 мкФ / 400 В, осн. плата) уменьшилась на 50% и более, то это может повлиять на отдаваемою ИБП мощность, т.е. при полной нагрузке могут быть сбои в работе ИБП, поэтому такой конденсатор необходимо заменить.
При необходимости замены датчика тока R3 0,69 Ом, 2 Вт (осн. плата), новый резистор должен иметь точно такое значение и мощность.
Если возникает необходимость проверки исправности микросхемы IC1 (UC3842BN), необходимо (рис.5) на время проверки закоротить перемычкой резистор R2 (100 кОм, осн. плата), далее к «вывод 6 и корпус» подключить осциллограф, а высоковольтный вход «220 В» подключить к регулируемому источнику постоянного или переменного напряжения 0...30 В (желательно через резистор 100...300 Ом). Далее, начиная с О В, постепенно увеличивать напряжение. При его значении +16 В на выводе 7 исправная микросхема должна запуститься и продолжать работать при снижении до +12 В (номинальное значение). При этом осциллограф должен показать импульсы частотой 20.. .70 кГц и амплитудой 10В. После окончания проверки не забудьте снять перемычку.
Проверку работоспособности оптрона производят следующим образом: к его транзисторной части подключают омметр, а на светодиод подают питание 3 В от двух соединенных последовательно батареек (с прямой полярностью для светодиода), при этом омметр должен показать изменение сопротивления. Для удобства ремонта на рис.5 показана цоколевка полевого транзистора Q1 (К2996) и управляемого стабилитрона TL431.
При ремонте ИБП следует помнить, что его высоковольтная часть находится под опасным для жизни фазным напряжением, поэтому при ремонте следует проявлять осторожность. Чтобы обезопасить себя от поражения фазного напряжения (при случайном прикосновении), техника безопасности рекомендует применять силовой разделительный трансформатор -220 В /-220 В.
Для надежной и долговечной работы ИБП свитча необходимо питать его от блока бесперебойного питания ИБП, гарантирующего на выходе стабильное напряжение -220 В, и имеющего защиту от скачков (выбросов) напряжения сети [5; 6]. Безусловно, это не гарантирует, что ИБП никогда не повредится.
Литература
1.  Власюк Н.П. Ремонт зарядного устройства мобильного телефона // Радиоаматор. - 2004. -№4. - С.54.
2.  Власюк Н.П. Зарядное устройство мобильного телефона LG // Радиоаматор. - 2005. - №4. - С.54.
3.  Власюк Н.П. Блок питания ноутбука//Радиоаматор. - 2005. - №5. - С.28.
4.  Власюк Н.П. Импульсный блок питания факсимильного аппарата Panasonic KX-FT76 // Радиоаматор. - 2005. - №7. - С.52.
5.  Власюк Н.П. Грозозащита информационных сетей и радиоэлектронной аппаратуры // Радиоаматор. - 2006. - №12. - С.5.
6.  Власюк Н.П. Что делать, если от аварии в электросети у вас вышла из строя бытовая техника // Радиоаматор. - 2005. - №9. - С.27.
7.  Зарядное устройство мобильного телефона Nokia АС-ЗЕ // Радиоаматор. - 2009. - №1. - С.32.
8. Зарядное устройство цифрового аппарата Canon IXUS 8515// Радиоаматор. - 2009. - №2. - С.24.
9.  Кучеров Д.П. Источники питания ПК//Наука и Техника, 2005.
РА 6'2010