Introducere

Sursele de alimentare cu comutare (SMPS) sunt acum standard pentru majoritatea aparatelor noastre casnice. Sursele de alimentare liniare de modă veche bazate pe transformatoare de frecvență de rețea dispar, în principal din cauza costului lor, a dimensiunii și greutății lor mari. Luăm aici despre surse de alimentare cu tensiune de rețea (să zicem 120 V sau 230 V c.a.) cu o putere de la câțiva wați la câteva sute de wați.

comutatorului

Sursele de alimentare cu comutare sunt peste tot; iată câteva imagini cu curajul lor. Componentele mari de mare putere și micile radiatoare sunt tipice pentru SMPS.

Aceste dispozitive sunt incredibil de fiabile, dar fiind foarte des lăsate alimentate tot timpul (chiar și atunci când încărcarea lor este oprită), ele sunt încă veriga slabă. Componentele sunt alimentate cu tensiune ridicată, se încălzesc, îmbătrânesc rapid din cauza funcționării cu normă întreagă și atunci când există o supratensiune, SMPS este prima etapă în cauză. Multe probleme cu aparatele noastre electrocasnice se datorează defecțiunilor SMPS.

Din păcate, SMPS-urile sunt cam greu de reparat și de multe ori mi se solicită sfaturi. Așadar, am rezumat în această pagină ideile de bază și trucurile pe care le folosesc cel mai mult.

Aici, presupun că aveți un circuit perfect conceput, care a funcționat perfect și a eșuat brusc. Dacă încercați să vă depanați propriul design, încă se aplică câteva dintre aceste trucuri, dar probabil veți avea nevoie de mult mai mult decât doar acest articol.

Structura SMPS

În primul rând, să aruncăm o privire la diagrama bloc generică a unui SMPS. Puterea de rețea intră în circuite printr-un filtru de linie, este rectificată și netezită pentru a obține o tensiune DC ridicată (câteva sute de volți). Unele redresoare au un comutator care le face să fie un dublor de tensiune atunci când funcționează cu rețea de 120 V c.a. . Această tensiune DC ridicată este comutată de unul sau mai multe tranzistoare (sau MOSFET-uri) pentru a acționa primarul unui transformator de ferită. Pe partea secundară, tensiunea este rectificată și filtrată. Tranzistoarele de comutare sunt acționate de un circuit de control care detectează tensiunea de ieșire (și curentul de intrare) și reglează corespunzător. Acest circuit de control este foarte des pe partea primară și este alimentat adesea de o înfășurare suplimentară pe transformator. Un eșantion de tensiune de ieșire este readus printr-un opto-cuplaj. În unele cazuri, circuitul de comandă este situat pe partea secundară și acționează tranzistorul (transistorii) printr-un transformator suplimentar mic. Toate configurațiile au un circuit suplimentar pentru a permite controlerului să înceapă la pornire.


Structura unui SMPS.

Există întotdeauna o separare foarte clară între laturile de înaltă și joasă tensiune (laturile primare și secundare). Îl puteți observa pe partea de jos (cupru) a PCB-ului ca o distanță mai mare în șenile. Uneori, lacul pentru masca de lipit este îndepărtat în această zonă sau există găuri și fante pentru a crește izolațiile. Pe imaginile din această pagină, această separare este adesea marcată cu o linie roșie punctată.


Acest SMPS utilizează componente în stil clasic (prin gaură). Partea de înaltă tensiune este în stânga liniei roșii punctate.


Acest SMPS utilizează componente moderne de montare pe suprafață (SMD). Aici, controlerul utilizează tehnologia SMD și este montat pe partea inferioară. Dioda mare SMD este redresorul de joasă tensiune. Partea de înaltă tensiune este deasupra liniei roșii punctate.

Latura primară și secundară sunt complet izolate în curent continuu de către transformator. Foarte des, dacă pământul ieșirii nu este conectat la pământ, un condensator mic de înaltă tensiune conectează aceste două pământuri la frecvență înaltă.


Condensatorul de culoare albastru deschis din această imagine este condensatorul de înaltă tensiune care leagă masa de joasă tensiune de masa. Desigur, există izolație DC.

Mai întâi siguranța

Înainte de a începe, vreau doar să reamintesc că SMPS sunt circuite periculoase: jumătate din componente sunt conectate direct la tensiunea de rețea. Un condensator mare de stocare este încărcat la tensiune înaltă și poate fi periculos chiar și atunci când alimentarea de la rețea este deconectată. Nu toate SMPS-urile includ rezistențe de sângerare (sau ar putea fi rupte), astfel încât condensatoarele să poată rămâne încărcate mult timp. Asigurați-vă întotdeauna că toate condensatoarele sunt complet descărcate înainte de a atinge circuitul. Pentru a descărca condensatorii, nu le scurtați cu șurubelnița, utilizați în schimb un rezistor adecvat (câțiva kΩ și câțiva wați) conectat la două sonde izolate, precum cea a unui multimetru. Apoi, măsurați tensiunea și asigurați-vă că este zero înainte de a continua. Rețineți, de asemenea, că dissipatoarele de căldură foarte des nu sunt împământate și pot fi foarte bine la tensiunea rețelei. Aveți grijă să luați măsuri cu un osciloscop: osciloscoapele sunt împământate la rețeaua de alimentare (și este o idee proastă să le flotați) și puteți face un scurtcircuit cu cablul de la sol (acest lucru ar fi periculos și pentru osciloscopul dvs.). Pe scurt, repararea SMPS este pentru tehnicieni experimentați și calificați; dacă nu știi exact ce faci, stai departe de SMPS-uri.


Acest SMPS nu are rezistor de purjare pe condensatorul filtrului de înaltă tensiune. Vă rugăm să remarcați rezistența de 330 kΩ lipită pe partea inferioară a PCB-ului în timpul operației de reparații pentru a descărca automat condensatorul într-un timp rezonabil și pentru a evita șocurile potențiale. Partea de înaltă tensiune se află în dreapta liniei roșii întrerupte.

Inspectie vizuala

De obicei încep cu o inspecție vizuală pentru a-mi face o idee. Desigur, mai întâi deconectez SMPS și mă asigur că sunt descărcate toate condensatoarele. Multe condensatoare electrolitice defecte, atunci când nu sunt explodate, pot fi ușor detectate deoarece se "umflă" și partea lor superioară (sau inferioară) devine în formă de cupolă (vezi mai jos). Rezistența arsă poate fi, de asemenea, reperată de culoarea lor neagră și de mirosul urât. O privire asupra transformatorului de ferită este foarte importantă: dacă pare ars și miroase urât, în general renunț pentru că este posibil să aibă curbe scurte și este un coșmar să repari sau să găsești o piesă de schimb. Dacă transformatorul este defect, prefer să înlocuiesc întregul SMPS și să economisesc mult timp. Unele componente sunt calde și, pe măsură ce trece timpul, tind să devină puțin maronii (același lucru este valabil și pentru placa de lângă ele): aceasta nu este neapărat o problemă; puțin maro este ok, negru și mirositor nu.

Dacă SMPS-ul dvs. are un circuit regulator IC, încercați să găsiți fișa tehnică pe internet: multe SMPS au o diagramă schematică foarte similară cu exemplele raportate în fișele tehnice. Dacă da, veți economisi mult timp.


Începeți prin a privi siguranța de rețea SMPS (aceasta este bună).

Începeți prin a privi siguranța de rețea: aceasta vă va oferi indicii bune despre originea eșecului. O siguranță arsă înseamnă de obicei multe semiconductoare defecte; unul sănătos este probabil doar o singură componentă.


Trei siguranțe Ø5 × 20 mm: cea din stânga este bună, cea din mijloc a explodat cu un curent moderat și cea din dreapta a explodat cu un curent mare.

De asemenea, uitați-vă la aspectul siguranței: dacă a ars încet, defecțiunea nu a fost catastrofală, dar dacă siguranța este aproape „explodată”, a existat un curent mare când a explodat și vă puteți aștepta la o mulțime de componente deteriorate (în special semiconductori). Nu înseamnă că nu îl puteți remedia, ci doar că veți avea multe componente de înlocuit: dacă găsiți doar unul defect, ar trebui să verificați din nou. Din păcate, unele siguranțe sunt umplute cu nisip și nu puteți vedea ce s-a întâmplat.

Fără ieșire, siguranță bună

SMPS poate eșua în multe moduri diferite, cel mai frecvent fiind lipsa puterii de ieșire. În acest caz, încep prin verificarea siguranței de intrare. Dacă siguranța este bună, dar nu există ieșire, probabil că toți semiconductorii sunt buni și ar putea fi ușor de remediat. Rețineți că, de obicei, semiconductorii explodează în scurtcircuit și rezistențele (și adesea condensatoarele) se deschid.

Un candidat bun este limitatorul de curent de intrare (un NTC). Decât verific rezistențele de putere mare, în special pe partea primară: le măsur rezistența pe rând, în circuit. În cazul în care valoarea nu se potrivește cu ceea ce este scris (sau codificat prin culoare) pe componentă, anulez un singur terminal și măsoară din nou: dacă valoarea este greșită, o înlocuiesc cu una nouă.

Primele rezistențe verificate sunt cele din serie cu tranzistoarele de putere, de obicei mai puțin de un Ohm. Uneori, regulatorul este alimentat de un rezistor de înaltă putere de mare putere în serie cu o diodă Zener: dacă rezistența este bună, poate că Zener este scurtcircuitat, așa că verific toate joncțiunile diodei cu funcția diodei multimetrului (de cele mai multe ori, puteți face acest lucru în circuit). Decât verific condensatorii (vezi mai jos). Regulatorul defect IC se poate întâmpla, dar nu este foarte frecvent.

Fără ieșire, siguranță suflată

Pe de altă parte, dacă siguranța este deschisă, atunci ceva nu a funcționat foarte bine în circuit. Nu înlocuiți încă siguranța, ar arunca din nou: există un scurtcircuit undeva pe care trebuie să îl remediați mai întâi. Problemele tipice sunt tranzistoarele de putere sau diodele redresoare, în special pe partea primară. Folosiți doar funcția diodă a unui multimetru și verificați joncțiunile: pantalonii scurți sunt ușor de observat. Mai multe componente pot fi defecte în același timp și, dacă nu le înlocuiți pe toate, ar putea să sufle din nou, așa că aveți grijă. Mai mult, verific și rezistențele defecte precum cele de mai sus și condensatoarele defecte (vezi mai jos).

Dacă tranzistorul de putere (sau unul dintre ele) este mort, este posibil ca și alte componente să fie moarte. Adesea SMPS includ componente de protecție precum rezistență suplimentară sau diode Zener pentru a reduce daunele în caz de defecțiune, dar nu întotdeauna. Înainte de a înlocui mult, asigurați-vă că verificați toate piesele. De exemplu, verificați dacă IC-ul controlerului funcționează în continuare. Alimentarea acestuia off-line cu o mică sursă de alimentare externă DC și verificarea impulsurilor de pe baza tranzistorului (sau poartă) este o idee bună. Dar unele IC nu vor funcționa dacă nu există o tensiune înaltă pentru a comuta: verificați mai întâi fișa tehnică. Dacă prea multe componente sunt moarte, este probabil mai ușor să înlocuiți întregul SMPS.

Când înlocuiesc semiconductorii, încerc mai întâi să obțin exact aceeași parte. Dacă nu este disponibil (sau prea scump), caut alternative. Desigur, noul semiconductor trebuie să prezinte cel puțin aceleași caracteristici de tensiune, curent și putere sau să fie chiar mai bun. Pentru diode verificați și timpul de comutare: doriți o diodă care este cel puțin la fel de rapidă ca cea veche sau mai rapidă. Pentru tranzistor, verificați câștigul și frecvența de întrerupere: doriți un câștig similar (nu prea mic și nici prea mare) și o frecvență de întrerupere de cel puțin zece ori mai mare decât frecvența de comutare. Pentru MOSFET-uri verificați capacitatea porții care nu trebuie să o depășească pe cea a componentei vechi și tensiunea pragului porții care trebuie să fie similară cu dispozitivul vechi.

După înlocuirea componentelor defecte, este o idee foarte bună să folosiți trucul becului (a se vedea mai jos) pentru prima testare la pornire: acest lucru va limita daunele în cazul în care problema nu este complet remediată.

SMPS funcționează parțial

Uneori, SMPS funcționează doar parțial: poate porni o fracțiune de secundă și apoi se oprește, sau poate pulsa încercând să pornească la fiecare câteva secunde și oprindu-se după o fracțiune de secundă, sau poate produce o tensiune de ieșire greșită . Aici, probabil, toți semiconductorii de putere sunt buni, așa că primul lucru de verificat sunt condensatorii (vezi mai jos).

Deci, poate exista ceva în neregulă cu circuitul de feedback: un truc bun este să aplicați o tensiune externă reglabilă la ieșirea SMPS (SMPS nefiind conectat la rețea). Când creșteți treptat tensiunea DC, ar trebui să vedeți circuitul de reacție funcționând atunci când treceți un prag în apropierea tensiunii nominale de ieșire. Deoarece, în timp ce faceți acest test, nu există tensiuni periculoase implicate, puteți utiliza cu ușurință un osciloscop pentru a diagnostica circuitul de feedback. Este posibil să fie necesar să furnizați controlerului IC (pe partea primară) cu aceeași sursă de joasă tensiune pentru a vedea ce se întâmplă pe cealaltă parte a optocuplatorului.


Un SMPS este alimentat la ieșirea sa de o sursă de alimentare externă de curent continuu de laborator pentru a verifica circuitul de feedback.

Verificarea condensatorului

Condensatoarele electrolitice sunt foarte des cauza problemelor SMPS. În proiectele ieftine, în care disiparea termică este puțin prea aproape de limită și o gamă de componente prea orientată spre costuri, condensatoarele electrolitice sunt bombe cu timp real care vor eșua în cele din urmă (uneori prin explozie literală). Electrolitul lichid din interiorul acestor componente tinde să se evapore și să se usuce complet modificând caracteristicile.


Cei doi condensatori electrolitici de culoare albastră din această imagine sunt condensatori de filtru de joasă tensiune. Acestea sunt în formă bună.


Condensatorul electrolitic maro mare din această imagine este condensatorul filtrului de înaltă tensiune. Acesta este în formă bună.

Când condensatorii electrolitici explodează, ei aruncă proiecții corozive (și cu miros urât). Componentele explodate sunt ușor de observat, dar înainte de a merge mai departe, ar trebui să verificați starea restului circuitului: dacă nu poate fi curățat sau este deja prea corodat, înlocuirea întregului SMPS este cea mai bună opțiune, deoarece componentele corodate sau cuprul Piesele PCB vor eșua în cele din urmă.

Din fericire, doar foarte puțini condensatori electrolitici explodează, majoritatea dintre ei doar eșuează în tăcere. Uită-te la toate condensatoarele, forma și vecinătatea lor. Dacă nu mai sunt cilindrice, sunt „umflate”, au partea superioară sau inferioară în formă de cupolă (în loc să fie plate) sau au scurgeri, sunt defecte. Nu vă deranjați să le măsurați: dacă este vizual rău, este 100% defect și trebuie înlocuit.


Două condensatoare electrolitice: cel din stânga este „umflat” în comparație cu unul nou din dreapta. Nu este nevoie să măsurați: un condensator umflat trebuie înlocuit.

Dar unii condensatori electrolitici pot fi răi și încă arata decent. Singura modalitate de a le găsi pe cele defecte este prin măsurarea lor. Doar măsurarea capacității poate ajuta, dar nu este suficient. Este mult mai bine să măsurați rezistența echivalentă a seriei (ESR) și să o comparați cu una a unui condensator bun cunoscut. Vestea proastă este că aveți nevoie de un contor ESR (sau un pod RLC); vestea bună este că funcționează de cele mai multe ori în circuit fără a scoate condensatoarele (cu excepția cazului în care aveți mai multe în paralel).

Pentru înlocuire, utilizați numai condensatori noi. Alegeți un brand bun și rețineți că condensatorii buni sunt scumpi, dar repararea unui SMPS este suficient de dificilă și justifică complet costul suplimentar. Condensatoarele electrolitice există în două variante: 85 ° C și 105 ° C. Intotdeauna aleg temperatura mai mare pentru ca dureaza mai mult.

Trucul becului

După înlocuirea tuturor pieselor defecte, există încă un risc rezonabil de a le sufla din nou, mai ales dacă siguranța a fost inițial arsă. Deci, pentru primul test, înlocuiesc siguranța cu un bec de aproximativ 100 W (sau am pus becul în serie cu linia de rețea). Aproximativ aceeași putere a becului SMPS este un bun punct de plecare, dar nu este deloc critic. Acest lucru limitează puterea în cazul în care scurtcircuitul nu este încă fix, previne eșecuri mai catastrofale și nu mă face să fiu nervos înlocuind siguranțele din nou și din nou. Purtarea ochelarilor de siguranță este, de asemenea, o idee foarte bună.


Puneți un bec în serie cu linia de rețea CA pentru a preveni deteriorarea la prima pornire a unui SMPS.

Când porniți alimentarea (fără sarcină), veți vedea becul clipind o fracțiune de secundă și apoi se stinge (sau luminează ușor). Dacă aveți în continuare un scurtcircuit, becul va străluci strălucitor și constant: pur și simplu opriți rapid alimentarea, descărcați toți condensatorii și începeți să căutați din nou problema.


Urmăriți un film care arată acest truc pe un SMPS sănătos: lightbulb-trick-video.mp4 (3.215.292 octeți, 4 s, H264, 854 x 480, 24 fps).

În videoclipul de mai sus, pentru a face becul să strălucească cu acest SMPS de putere redusă, a fost utilizat un bec de 15 W, deoarece unul de 100 W nu strălucea deloc. Becul este inițial oprit; blițul se datorează curentului de pornire la pornirea SMPS-ului (încărcarea condensatorului filtrului de înaltă tensiune), decât luminozitatea scade, arătând curent redus. Desigur, dacă încărcați ieșirea, becul va străluci mai strălucitor.

Concluzie

Au fost explicate mai multe idei pentru remedierea SMPS, nu cu intenția de a fi un manual exhaustiv de depanare, ci mai mult ca o colecție de trucuri pe care le-ați putea găsi utile. Am încercat să rezum modul în care procedez de obicei și să împărtășesc o parte din experiența mea; alte persoane pot avea o abordare diferită. Deoarece SMPS poate eșua în mai multe moduri diferite, este posibil să nu găsiți în continuare indicii potrivite în această pagină, dar sper cu adevărat că veți găsi aici informații utile și că SMPS-ul dvs. va reveni în curând în afaceri.