В статье приведены технические характеристики, принцип работы, монтажная и принципиальная схемы, назначение радиоэлементов и ремонт импульсного блока питания DS0-0121-03B, коммутатора LS-3124A фирмы LG.
Коммутатор или свитч (китайского производства) показан на фото. Он имеет 24 порта и предназначен для объединения компьютеров офиса в единую компьютерную сеть.
Питается коммутатор от импульсного блока питания (ИБП) модели DSO-0121-03B, который выполнен на отдельной плате (рис.1), размещается внутри его корпуса, крепится к нему тремя винтами и предназначен для длительной работы от питающей сети ~220 В. Выходное стабилизированное напряжение ИБП +3,3 В.
Рис. 1
Технические характеристики ИБП:
- допустимый интервал питающего напряжения ~100…240 В;
- выходное стабилизированное напряжение +3,3 В;
- максимально допустимый ток нагрузки 4 А.
Принципиальная схема ИБП
Размеры монтажной платы ИБП составляют 45×75 мм (рис.1). Питающее напряжение ~220 В подается на БП через 2-контактный разъем (CON1), а +3,3 В снимается с 4-контактного разъема (CON2) (рис.2). На основную плату свитча +3,3 В подается через соединительные провода. Радиоэлементы на монтажной плате размещены как навесными, так и SMD элементами, а токопроводящие дорожки размещены только с одной стороны платы.
Рис. 2
Так как автор не смог найти принципиальную схему этого ИБП, то нарисовал ее по монтажной плате. Все элементы на схеме обозначены так, как и на монтажной плате ИБП. Так как величины емкости на SMD конденсаторах не наносят, то автор измерял их величину прибором DT-6013A. Типы большинства диодов так и не удалось установить, поэтому на схеме они не указаны.
Основные элементы ИБП:
- выпрямитель BD1 со сглаживающим конденсатором С7;
- обратноходовой преобразователь напряжения на транзисторах Q2, Q1, трансформаторе с ферритовым сердечником Т1;
- вторичный выпрямитель на диод Шотки D7;
- цепь стабилизации выходного напряжения на оптроне IC1 и регулируемом стабилитроне IC
Назначение элементов ИБП
F1 2А — предохранитель.
С1, L1 — заградительный фильтр, предотвращающий проникновение в электросеть импульсных помех, возникающих в ИБП в процессе его работы.
R1, R2 — SMD резисторы, разряжающие конденсатор С1, после выключения ИБП.
BD1 и С7 — выпрямляют напряжение питающей сети в постоянное +310 В. Если питающее напряжение изменяется в допустимых пределах ~100… 240 В, то выпрямленное напряжение на С7 изменяется в пределах +141…+338 В.
Q2 — полевой N-канальный транзистор типа 2SK1402, коммутирующий транзистор и обратноходовой генератор с положительной обратной связью с обмотки II Т1. Внутри Q2 встроены защитные элементы, диод и два стабилитрона, повышающие надежность его работы.
Q1 — регулирующий транзистор структуры n-p-n типа 2SC1815, который выполняет две функции:
- находясь в открытом состоянии, от положительного импульса с R9, закрывает Q2, и этим прекращает импульс тока через Q2 и Т1;
- приоткрываясь от изменения сопротивления оптрона IC1 (выв. 3-4), участвует в стабилизации выходного напряжения +3,3 В.
R5, R6 (SMD резисторы 100 Ом), СЗ (SMD конденсатор 0,02 мкФ) — цепочка положительной обратной связи, задающая работу генератора на Q2.
R9 (1,5 Ом 2 Вт) — датчик тока.
D4 — развязывающий SMD диод.
R7D3 — цепочка, предназначенная для закрытия транзистора Q1, для этого используется отрицательный импульс с обмотки II трансформатора Т1.
D5C4 — корректирующая цепочка.
C6D6, R8 (100 кОм; 2 Вт) — цепочка подавления выбросов на ключе Q2 в момент его запирания. Эти выбросы могут превышать напряжение питания в 2-3 раза.
R3C2 — цепочка (SMD элементы), подающая положительные импульсы с датчика тока R9 на базу транзистора Q1.
D1 — SMD диод, закрывает Q1 через R9.
R4 — SMD элемент, R10 (100 кОм 1 Вт) — элементы, обеспечивающие необходимый начальный потенциал на затворе транзистора Q2.
D2 — SMD защитный диод.
D3 — мощный диод Шотки типа SBL2040CT, выпрямитель в цепи +3,3 В.
С8 — накопительный конденсатор во вторичной цепи +3,3 В.
L2C9 — сглаживающий фильтр во вторичной цепи +3,3 В.
D8 — регулируемый стабилитрон, увеличивающий ток через светодиод оптрона IC1 при повышении выходного напряжения ИБП, т.е. стабилизирующий это выходное напряжение.
R17 (220 Ом) — SMD резистор, создающий минимальную нагрузку на цепь +3,3 В (без него ИБП может издавать писк).
Петля обратной связи, предназначена для автоматического поддержания выходного напряжения +3,3 В в заданных пределах, т.е. для стабилизации выходного напряжения. Основными элементами петли обратной связи (ОС) являются оптрон IC1 (типа L0222 817с) и регулируемый стабилитрон IC2 (рис.2). Оптрон, работает в высоковольтной (первичной) и низковольтной (вторичной) цепях ИБП, передавая сигнал из вторичной в первичную цепь ИПБ.
Работа устройства
В ИБП, в его высоковольтной части конструкторы применили однотактный, обратноходовой преобразователь с самовозбуждением. Работает он следующим образом. После включения питания приоткрывается коммутирующий транзистор Q2, и по первичной обмотке I трансформатора Т1 начинает протекать ток. В обмотке обратной связи II трансформатора Т1 наводится ЭДС, которая по цепи положительной обратной связи C3R5R6 подается на затвор транзистора Q2. В результате чего развивается лавинообразный процесс, который приводит к полному открыванию Q2, и в трансформаторе Т1 накапливается энергия. Напряжение с датчика тока R9 через D1, R3, С2 воздействует на базу вспомогательного транзистора Q1, открывает его, и затвор Q2 шунтируется на «корпус». Транзистор Q2 закрывается, и начинается обратный процесс. В этот момент открывается диод Шотки D7, и энергия, накопленная в трансформаторе Т1, передается в накопительный конденсатор С8.
Работа системы стабилизации выходного напряжения
Выходное напряжение +3,3 В может выходить за установленные пороги, из-за изменения нагрузки и напряжения питающей электросети. Поэтому в ИБП необходима система стабилизации выходного напряжения.
Если выходное напряжение на С8 превысит допустимый уровень, то оно превысит установленное делителем (R11+R12 — R13, R14) напряжение на управляющем электроде IC2, и регулируемый стабилитрон IC2 открывается. Через него и включенный последовательно с ним светодиод оптрона IC1 (выв. 1-2) протекает ток. Излучение светодиода приоткрывает фототранзистор оптрона (выв. 3-4), в результате приоткрывается вспомогательный транзистор Q1, который шунтирует затвор обратноходового генератора Q2 и уменьшает длительность его открытого состояния. Отчего уменьшается количество запасенной в трансформаторе энергии, выходное напряжение уменьшается и приходит в норму (+3,3 В). Вся эта регулировка происходит очень быстро.
Если выходное напряжение понизится ниже установленного порога, ток через регулируемый стабилитрон IC1 уменьшается (а может и вовсе прекратится в зависимости от величины падения напряжения), светодиод оптрона уменьшает своё излучение, и его фототранзисторная часть призакрывается. Транзистор Q1 также призакрывается, и длительность открытого состояния Q2 увеличивается, и увеличивается количество энергии, накапливаемой в трансформаторе Т1 — выходное напряжение приходит в норму.
Ремонт поврежденного ИБП
Его начинают с внешнего осмотра, при котором, как показывает практика, находят до 80% неисправностей. При осмотре выявляют вздутые электролитические конденсаторы, трещины в пайках и токопроводящих дорожках, почерневшие радиоэлементы. Неисправные радиоэлементы заменяют, а трещины пропаивают.
Затем омметром проверяют исправность предохранителя F1. Если он сгорел, то причиной тому могут быть пробитые: транзистор Q2, диоды моста BD1 и конденсатор С7.
Причиной пробоя Q2 могут быть:
- скачек напряжения питающей электросети, например, из-за молнии;
- обрыв элементов цепочки подавления выбросов на ключе Q2 — С6, R8, D6;
- заводские дефекты этого транзистора.
При пробое Q2 обычно сгорает и датчик тока R9 (1,5 Ом 2 Вт). При замене R9 новый резистор должен иметь точно такую же величину и мощность.
После замены Q2, переключив омметр к выходу +3,3 В, проверяют его сопротивление, оно должно быть около 220 Ом. При обрыве нагрузочного резистора R17, ИБП, конечно, не выйдет из строя, но может издавать писк.
При обнаружении короткого замыкания в цепи +3,3 В (CON2) замените поврежденные элементы.
Из практики известно, что годами работающие электролитические (ЭЛ) конденсаторы уменьшают свою емкость. Поэтому при ремонте их величину необходимо проверять специальным прибором, если она уменьшилась более чем на 30%, то ЭЛ конденсаторы подлежать замене. Правильно делают те мастера, которые при ремонте ИБП сразу устанавливают новые ЭЛ конденсаторы, этим они обеспечивают долговечную работу ИБП после ремонта. Из-за заниженной емкости ЭЛ конденсаторов С7, С8, С9, ИБП может не обеспечивать в нагрузке ток 4 А.
После замены элементов нагружают цепь +3,3 В лампочкой 3,5 В 0,28 А и включают в сеть ~220 В через последовательно включенную лампочку накаливания 220 В 60… 100 Вт. Эта лампочка защитит ИБП от повреждений электронных элементов при возможных замыканиях в ИБП.
Если после включения в сеть ИБП не заработал, то проверяют наличие напряжения порядка +310 В на конденсаторе С7. При его отсутствии, проверяют на обрыв элементы F1, L1, BD1.
Если напряжение на С7 есть, а ИБП не работает, то необходимо проверить исправность транзисторов Q1, Q2 и элементов их обвязки, а также демпфирующую цепочку С6, R8, D6.
Так как IC1 и IC2 отвечают за стабильность выходного напряжения +3,3 В, то при его завышенных или заниженных значениях необходимо проверить исправность не только их, но и элементов их обвязки: R11, R12, R13, R14, R15, С10, С11, D4. Работоспособность оптрона проверяют следующим образом: к его транзисторной части подключают омметр, а на светодиод подают напряжение 3 В через резистор 100 Ом в прямой полярности для светодиода. При этом омметр должен показать изменения сопротивления.
Для удобства ремонта, на принципиальной схеме (рис.2) показана цоколевка транзисторов Q2 (2SK1420), Q1 (2SC1815) и регулируемого стабилитрона IC2 (АР431).
Так как коммутаторы (свитчи) годами работают в офисах и не выключаются, то для надежной и долговечной работы их необходимо питать от блока бесперебойного питания (ББП), который гарантирует на выходе стабильное и защищенное от выбросов напряжение ~220 В.
Автор: Николай Власюк, г. Киев
Источник: журнал Электрик №11-12, 2014