Oprava pulsních napájecích zdrojů: školení v Bgacenter

UPS je navržena tak, aby převáděla síťové napětí 220 V na napětí nezbytná pro stabilní provoz spotřebičů, které jsou k němu připojeny. PSU také zajišťuje stabilizaci výstupních napětí, poskytuje ochranu proti zkratu a dodává požadovaný výkon v závislosti na připojené zátěži.

Tento materiál byl zpracován učiteli Bgacenter, v rámci kurzu – oprava spínaných zdrojů.

Obsah skrýt

Spínaný zdroj

Pro napájení zátěže elektronických zařízení se používají UPS různých kapacit. Článek podrobně pojednává o návrhu spínaného zdroje.

Konstrukce UPS APW7 zahrnuje:

• pouzdro – vyrobeno ze stíněné kovové krabice
• Deska s plošnými spoji UPS má nainstalované rádiové komponenty
• Chladicí systém se skládá z nuceného ventilátoru
• vodiče potřebné k připojení zátěže.

Hlavní funkci plní deska s prvky na ní umístěnými.

Prvky umístěné na desce plošných spojů UPS:

1. FUSE pojistka
2. Varistor
3. Kondenzátor síťového filtru
4. Dvě tlumivky
5. Blokovací kondenzátory
6. Vyhlazovací kondenzátor
7. Filtrační kondenzátory
8. Výkonové tranzistory
9. Konektor ventilátoru
10. Vyhlazovací kondenzátory synchronního usměrňovače
11. Výstupní transformátor
12. Dioda
13. PFC tranzistor
14. NTC termistory
15. Relé
16. PFC obvodová tlumivka
17. Diodový most

Jak UPS funguje?

Spínaný zdroj APW7 tedy funguje na následujícím principu:

1. Obvod ochrany proti přepětí a zkratu. Obvod se skládá z varistoru a pojistky v teplem smrštitelné bužírce. Když napětí překročí 350 V, dojde k aktivaci varistoru (přerušení), přepálení pojistky, která chrání desku UPS před zvýšeným napětím. V tomto případě oprava spočívá ve výměně pojistky.
2. Dalším blokem je síťový filtrační obvod. Zahrnuje kondenzátor, dvě tlumivky, další kondenzátor a řadu blokovacích kondenzátorů určených k eliminaci rušení sítě a emisí hluku z napájecího zdroje do sítě. Při menších napěťových rázech se induktor snaží zvětšit své magnetické pole, v důsledku čehož na něm náhle zhasne veškeré zvýšené napětí přicházející ze sítě. Kondenzátory vyhlazují emise z provozu pulzního měniče a zabraňují průniku do sítě.
3. Za přepěťovou ochranou jsou záporné odporové termistory (NTC), které snižují odpor při zahřívání. To je nutné pro omezení proudového signálu přes diodový můstek v počátečním okamžiku nabíjení vyhlazovacích filtračních kondenzátorů umístěných za diodovým můstkem.
4. Dále je zde usměrňovací diodový můstek, na kterém získáme konstantní napětí ze střídavého. Toto napětí je zpočátku vyhlazeno vysokokapacitními filtračními kondenzátory 470 μF při 450 V každý. V tomto okamžiku se na kondenzátorech objeví napětí asi 315 V.
5. Protože UPS má kromě činného výkonu jalový výkon, který negativně ovlivňuje provoz. Konstrukčně to eliminuje obvod PFC (Power Factor Correction). V tomto UPS je navržen na pulzním hlavním mikroobvodu a tranzistoru s efektem pole. Před tranzistorem je instalována výkonná vysokoindukční tlumivka. V důsledku činnosti tohoto obvodu vzroste napětí na filtračních kondenzátorech na 390 Voltů a je nyní hlavním pro napájení obvodů DC-DC měniče.
6. Chcete-li ovládat PWM regulátor, musíte použít konstantní napětí +12 voltů. Toto napětí je generováno na pomocném transformátoru a usměrňováno diodami. Toto napětí je také nutné pro napájení chladicího systému (ventilátoru).
7. 12V pomocný zdroj napájí obvod regulátoru PWM, který generuje impulsy pro DC-DC měnič sestávající z výkonového transformátoru a dvou tranzistorů s efektem pole. Pulzy jsou dodávány z PWM regulátoru do hlavního oscilátoru. A z hlavního oscilátoru přicházejí impulsy na brány tranzistorů, které řídí výkonový transformátor.
8. Impulsní napětí získané na sekundárním vinutí transformátoru v důsledku činnosti jednocyklového přímého měniče je přiváděno do obvodu synchronního usměrňovače. Kde je napětí vyhlazeno synchronním filtrem postaveným na kondenzátorech a přiváděným na výstupní svorky pro napájení zátěže. Zpětná vazba a stabilizace napětí se provádí prostřednictvím obvodu regulátoru PWM.
9. Synchronní usměrňovač je řízen ze stejnosměrného budicího obvodu.

Poruchy UPS

Pro spínané zdroje jsou typické následující poruchy:

• porucha diodového můstku
• Porucha tranzistoru PFC
• rozpad výkonových tranzistorů
• zkratované závity výkonového transformátoru nebo jeho rozbití
• vyhoření synchronního usměrňovače
• změna jmenovité kapacity filtru synchronního usměrňovače
• absence spouštěcích impulsů v PWM regulátorech, pomocném 12V zdroji a hl
• porucha relé (je slyšet cvaknutí, ale UPS se nezapne)
• spálení koncových kontaktů připojené zátěže
• neudrží zátěž
• Chladicí systém nefunguje, když je v provozu pomocný zdroj 12 V
• přerušení SMD rezistorů napájejících PWM čipy
• nefunkčnost SMD tranzistorů v odpovídajících stupních

Diagnostika UPS

Oprava zdroje APW7 začíná vnější kontrolou. Je třeba věnovat pozornost přítomnosti mechanického poškození a dříve provedeným opravám. Soudě podle nedostatku tmelu a tavidla, které nebylo smyto, lze předpokládat, že opravy byly dříve provedeny – deska byla pájena. Začneme diagnostikovat desku tím, že najdeme kondenzátory výkonového filtru. Zpravidla jsou velké. Podívejme se na jeho hodnocení, jak můžeme vidět z nápisu na kondenzátoru, má parametry 450V 470 uF každý.

Pro další opravy je nutné jej vybít bez ohledu na dobu jeho nefunkčnosti. Pomocí testeru v režimu měření stejnosměrného napětí se přesvědčíme, že na svorkách kondenzátorů není žádné napětí. K tomu připojíme zařízení ze strany desky plošných spojů. Pokud je napětí, vybijeme kondenzátor pomocí 60W žárovky a znovu zkontrolujeme testerem na nepřítomnost napětí.

Teprve po tomto postupu lze provádět další opravy. Pro usnadnění odstraňování závad nepřímo ověřujeme, že nedochází ke zkratu v hlavním napájecím obvodu synchronního usměrňovače podél hlavního obvodu +12V.

K tomu přiložíme černou sondu na svorku umístěnou dole a červenou sondu na svorku umístěnou nahoře, měli bychom vidět provozuschopné tranzistory s efektem pole (odečty multimetru MS-319 (šipka) by měly být asi 20 ohmů).

Vyměníme sondy, kondenzátory se nabijí a odpor se zvyšuje, což svědčí o provozuschopnosti usměrňovače.

Pokračujeme v opravách a začínáme diagnostikovat silovou část. Pomocí testeru z napájecího konektoru sítě v režimu vytáčení zkontrolujeme vstup jednoho vodiče do diodového můstku (vstup s proměnným označením). Tester by měl ukazovat 0 (nebo vydávat jakýsi zvukový signál), což okamžitě indikuje provozuschopnost jednoho indukčního filtračního obvodu a neporušenost vodiče tištěného spoje a pojistky.

Druhý vodič kontrolujeme stejným způsobem, ale k jiné svorce diodového můstku. To indikuje provozuschopnost druhého vodiče.

Oprava je nutná, pokud multimetr ukazuje hodnoty jiné než nula. V tomto případě hledáme přestávku a eliminujeme ji. V tomto případě je vše v pořádku.

Dále zkontrolujeme odpor mezi dvěma testovacími body vstupu do sítě. Měla by být vysoká (tester v režimu MOhm). Měření v tomto případě ukázalo vysoký odpor. To indikuje nepřítomnost zkratu na vstupu a provozuschopnost varistoru. Po ujištění, že je vstupní jednotka v dobrém stavu, zkontrolujeme diodový můstek.

Metoda testování diodového můstku je standardní, v režimu spojitosti diod. Poté, co jsme se ujistili, že funguje správně, prozkoumáme jednotku PFC a její obvody. Kontrola MOSFETu (tranzistor s efektem pole). Mezi hradlo a zdroj umístíme sondy, dále hradlo a odtok – odpor by měl být vysoký a tester nám nic neukazuje. To je správné.

Dále zkontrolujeme Drain-Source. Když přiložíme červenou sondu ke zdroji a černou sondu k kolektoru, uvidíme pokles napětí na diodě řádově 0.470 mV. Při obrácené aplikaci sond neuvidíme žádné kapky. Došli jsme k závěru, že tranzistor funguje správně.

Pro měření řídicích impulsů na hradle tohoto tranzistoru je potřeba použít osciloskop. Pokud existují pulsy, docházíme k závěru, že mikroobvod funguje správně a puls je odeslán do brány tranzistoru s efektem pole.

Dále zkontrolujeme obvod pomocného napájecího zdroje +12V, namontovaného na mikroobvodu ICE2QR4765 uvedeném ve schématu zapojení. Za tímto účelem v režimu spojitosti diody umístíme jednu sondu na + vysokonapěťového kondenzátoru a druhou na pin 4 tohoto PWM čipu a přesvědčíme se, že vinutí transformátoru pomocného zdroje je neporušené.

Opravy je nutné provádět s vybitým vysokonapěťovým kondenzátorem a UPS odpojeným od sítě!

Poté zkontrolujeme činnost hlavního PWM a jeho napájecích obvodů podle schématu elektrického zapojení. Dále zkontrolujeme polomůstkový obvod pomocí MOSFET tranzistorů. Kontrolují se pomocí multimetru v režimu testování diod. Zpočátku pro každý tranzistor kontrolujeme přechod Gate-Source, multimetr by měl ukazovat OL, což znamená, že přechod funguje správně (není rozbitý).

Dalším krokem je kontrola Gate-Source v režimu měření odporu. Zároveň kontrolujeme odpor odpovídajícího driveru. Odpor pracovního výstupu by měl být od 10 do 20 Ohmů.

Jak je patrné z měření, nepřímo to svědčí o provozuschopnosti tranzistorů. Pokud existují pochybnosti o provozuschopnosti tranzistorů, je třeba je vyjmout a zkontrolovat samostatně. Pro kontrolu tranzistorů se používá digitální měřič LCR-T4.

Poté zkontrolujeme spojení Drain-Source, zda nedošlo ke zkratu. Chcete-li to provést, nainstalujte červenou sondu multimetru na zdroj a černou sondu připojte k odtoku. Pokles napětí v režimu spojitosti diody by měl být 0,434 V. To indikuje provozuschopnost tranzistoru s efektem pole.

Při přiložení sond v opačném směru ukazuje multimetr OL.

Kak prorit block pitania

Po úspěšné identifikaci závad a opravě poškozených prvků je nutné jednotku otestovat. K tomu je UPS připojena přes oddělovací transformátor k síťovému napájení. Poté se k PSU připojí elektronická zátěž požadovaného výkonu, aby se otestovala funkčnost. Testování se provádí po dobu 1-2 hodin. Aby se předešlo opakovaným opravám, nedoporučuje se zapínat UPS bez připojené zátěže.

Napájecí zdroje pro pájení

Během opravy UPS je nutné zkontrolovat prvky. K tomu je třeba odpájet odpovídající prvek z desky plošných spojů. Je důležité provádět pájení opatrně pomocí páječky požadovaného výkonu:

• od 80 Watt – pro opravy výkonových prvků: transformátor, výkonové tranzistory, výstupní diody, diodový můstek, vyhlazovací kondenzátory;
• do 60 Watt (nebo horkovzdušná pájecí stanice) – pro opravy součástek s nízkým a středním výkonem.

Pokud UPS fungovala v rozporu s teplotními podmínkami (přehřívala se), mohou se při odstraňování sloučeniny SMD součástky odlepit od desky plošných spojů. Je důležité na to pamatovat a při dalších opravách obnovit zapojení k desce.

Při opravách UPS se slitina Rose používá ke snížení teploty tovární pájky a zabránění poškození napájecích vodičů.

Při instalaci je nutné připájet:

• pájecí pasta s bodem tání 183 stupňů Celsia – nízkopříkonové prvky
• POS 61-63 (Pb 61-63/ Sn 40) – výkonové elektronické součástky.

Po opravě, před měřením tranzistorů, je důležité snížit teplotu UPS, protože v zahřátém stavu jsou klíče otevřené.

Před pájením nově osazených součástek (tranzistorů) je nutné očistit a pocínovat jejich vývody.

Po pájení je nutné omýt lihem nebo jiným čističem místa, kde bylo pájení provedeno.

Zařízení pro opravy UPS

Zařízení a spotřební materiál používaný během opravy UPS:

• sada šroubováků
• kleště
• výbojka
• multimetr
• osciloskop
• LCR-T4
• Tester SMD 3910
• páječka od 80 wattů
• Horkovzdušná sušička Quick 857DW+
• mikroskop SM0745
• vrtací stroj
• pinzety
• zubní sonda (dřevěná párátka)
• pájecí tavidlo
• BGA pasta
• Čistič desek Falcon 530
• zubní kartáček
• měděné opletení o šířce 1,5 a 3,0 mm
• Růžová slitina
• aceton pro odstranění laku

Závěry:

• UPS je komplexní elektronické zařízení. Oprava spínaného zdroje v případě poruchy musí být provedena se znalostí principu jeho součástí a základny prvků
• Chcete-li zjistit poruchu UPS, je důležité dodržovat bezpečnostní opatření, protože existují nebezpečná napětí od 300 do 400 V, v závislosti na konstrukci jednotky (bez PFC 300V s PFC 390V)
• Opravy jsou někdy komplikovány přítomností obtížně odstranitelného povlaku odolného proti vlhkosti. UPS má ve své konstrukci výkonné napájecí transformátory. K jeho pájení je zapotřebí páječka s větším výkonem. Při opravách je třeba dbát na to, aby nedošlo k poškození vodivých cest
• Po dokončení oprav musí být UPS zapnuta pod zátěží pro testování. Při odpojené zátěži mohou selhat vypínače
• Abyste se naučili, jak opravit spínané zdroje, zveme vás na příslušný kurz v Bgacenter