Методика ремонта импульсного источника питания

КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «МДК.04.01 Методы технического обслуживания и эксплуатации различных видов радиоэлектронной техники»

Методика ремонта импульсного источника питания Специальность «Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники»

Пермь — 2014

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
• 2. ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ИИП
• 3. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА ДЛЯ ИИП
• 4. ДИАГНОСТИКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ И РЕМОНТ ИИП
• 5. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РЕМОНТЕ ИИП
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
• ПРИЛОЖЕНИЕ
• ВВЕДЕНИЕ
• Аналоговые источники питания обладают достаточно высокой надежностью, низким уровнем помех, гальванической развязкой основной схемы от сети. Данные источники питания, как и все остальное, имеют свои недостатки: наличие габаритного, дорогостоящего силового трансформатора; использование электролитических конденсаторов высокой емкости; невысокий КПД (не выше 60%); необходимость стабилизации нескольких напряжений.
• На смену аналоговым источникам пришли импульсные источники питания (ИИП), которые на данный момент широко используются в радиоэлектронной аппаратуре. Применение таких источников позволило преодолеть недостатки аналоговых и улучшить энергетические показатели. Достоинства импульсных источников питания: сниженная материалоемкость, высокий КПД, наличие возможности стабилизации выходных напряжений.
• Ввиду достоинств импульсных источников питания и их широкого распространения, вопрос их ремонта весьма актуален.
• 1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
• Рассмотрим обобщенную структурную схему ИИП на рисунке 1.
• Рисунок 1. Структурная схема ИИП
• Основными функциональными частями ИИП являются: входная цепь, преобразователь, выходные выпрямители.
• ИИП является инверторным устройством, т.к. в нем задействованы преобразования вида AC/DC и DC/AC. В нем происходит тройное преобразование напряжения. Во входной цепи переменное напряжение сети преобразуется в постоянное напряжение, которое служит питанием управляющей схемы. Далее происходит преобразование постоянного напряжения в высокочастотные импульсы прямоугольной формы, поступающие на импульсный трансформатор (ИТ). Трансформатор служит для понижения амплитуды напряжения и гальванической развязки. Выходные выпрямители (ВВ) выпрямляют и сглаживают импульсы обратно в постоянное напряжение, которое поступает на выход ИИП. При этом специальная схема отслеживает отклонение выходного напряжения и в зависимости от этого отклонения управляет широтно-импульсным модулятором (ШИМ).
• Для регулировки выходных напряжений в ИИП используется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ), который заключается в том, что изменяется длительность импульсов и пауз между ними при неизменной частоте преобразования. Соотношение между длительностью импульса и паузы зависит от уровня выходных напряжений и автоматически изменяется таким образом, чтобы поддерживать выходные напряжения на номинальном уровне. При увеличении ширины импульсов выходное напряжение увеличивается, а при уменьшении — уменьшается.
• Благодаря преобразованию сетевого напряжения в импульсы высокой частоты, уменьшаются размеры трансформатора. ИИП характеризуются высоким КПД (более 70%), малым весом и небольшими габаритами.
• Однако ИИП является источником импульсных высокочастотных помех, что предъявляет к его схеме высокие требования в части электромагнитной совместимости с остальной схемой, а также с другими бытовыми электронными устройствами. Рассмотрим построение основных частей ИИП.
• Входная цепь (рисунок 2) служит для преобразования напряжения переменного тока сети в напряжение постоянного тока.
• Рисунок 2. Схема входной цепи
• Выполняется по безтрансформаторной схеме, гальванической развязки нет. Состоит из элементов: FU1 — плавкий предохранитель, элемент защиты; катушки L1 и конденсатор C1 образуют фильтр нижних частот, подавляющий электромагнитные помехи; диодный мост VD служит для выпрямления переменного напряжения сети, а электролитический конденсатор C2 для его сглаживания; терморезистор (или мощный низкоомный) R1 является ограничителем пусковых токов. Результат работы входной цепи — наличие на его выходе положительного постоянного напряжения +300 В, которое используется для работы импульсного преобразователя.
• Преобразователь служит для конвертирования постоянного напряжения с выхода входной цепи в высокочастотные импульсы прямоугольной формы. Преобразователи бывают, в зависимости от количества импульсных ключей, однотактными и двухтактными; а так же автоколебательными и с принудительным возбуждением.
• Структурная схема преобразователя автоколебательного типа представлена на рисунке 4.
• Рисунок 4. Структурная схема автоколебательного преобразователя
• ИК — импульсный ключ, выполненный на биполярном или полевом транзисторе. Преобразует постоянное напряжение в прямоугольные импульсы, поступающие на его нагрузку — обмотку намагничивания импульсного трансформатора. ШИМ — широтно-импульсный модулятор, являющийся управляющим устройством. ИТ — импульсный трансформатор, понижающий амплитуду импульсов до нужного значения. ОС — обратная связь, поступающая с выходных выпрямителей на ШИМ. ВВ — выпрямители выходных напряжений.
• Достоинство данного способа заключается в его простоте.
• К недостаткам можно отнести малую мощность и устойчивую работу только при постоянной нагрузке.
• Преобразователи с принудительным возбуждением (рисунок 5) отличаются тем, что вместо обмотки задействован генератор. Генератор питается с цепи запуска и создает импульсы, необходимые для работы преобразователя.
• Рисунок 5. Структурная схема преобразователя с принудительным возбуждением
• Такой преобразователь имеет высокую устойчивость работы и, в отличие от преобразователей с самовозбуждением, способен питать любую нагрузку, не только постоянную. В импульсных блоках питания стабилизация напряжения обеспечивается посредством отрицательной обратной связи. Обратная связь позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне вне зависимости от колебаний входного напряжения и величины нагрузки. Существует несколько способов создания обратной связи в импульсных источниках питания: с помощью одной из выходных обмоток импульсного трансформатора или при помощи оптрона.
• При первом способе обратная связь создается за счет дополнительной обмотки импульсного трансформатора. Эта обмотка так же может быть использована для питания ШИМ. Схема изображена на рисунке 6.
• Рисунок 6. Создание ОС с помощью дополнительной обмотки.
• Во втором случае используется оптрон, работающий в импульсном режиме. Частота работы оптрона равна частоте работы импульсного ключа. Схема построения ОС показана на рисунке 7.
• Если светодиод в оптроне не горит — блок питания работает на полную мощность.
• Если светодиод горит, то транзистор открыт, и блок питания либо останавливается, либо выходные напряжения занижаются.
• Рисунок 7. Создание ОС с помощью оптрона.
• Оптрон управляется регулятором напряжения (Рн), который включает в себя источник опорного напряжения (ИОН) и схему сравнения (СС).
• Выходные выпрямители являются последним основным узлом в структурной схеме ИИП. Их основная задача — выпрямление и сглаживание выходных напряжений, поступающих с вторичных обмоток импульсного трансформатора. Выпрямители строятся по однополупериодной схеме или со средней точкой. Схемы изображены на рисунках 8 и 9.
• Рисунок 8. Однополупериодная схема вторичного выпрямителя.
• Рисунок 9. Схема вторичного выпрямителя со средней точкой.
• При мостовой схеме невозможна реализация широтно-импульсной модуляции, поэтому данный тип в ИИП не используется.
• В силу того, что преобразователь работает с высокими частотами, в выходные цепи и нагрузку могут проникать наводки. По этой причине в схеме могут присутствовать фильтры нижних частот, обеспечивающие устранение ВЧ составляющих из выходных напряжений.
• 2. ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ИИП
• Источник питания импульсного типа телевизора «SANYO CEM 2130 PV-20» служит для формирования вторичных питающих напряжений: 180В; 130В; 24В; 15В; 14В; 12 В, а также тока размагничивания для петли размагничивания.
• Стабилизация напряжения — групповая. Вторичный источник 12 В содержит содержит интегральный стабилизатор IC351. Для питания схемы управления телевизором имеется маломощный сетевой трансформатор T371 и однополупериодный выпрямитель VD371. Этот источник формируе напряжение питания 5 В. Отключение основного источника питания в дежурном режиме осуществляется схемой управления через оптоэлектронный ключ IC315.
• Принцип работы источника питания состоит в преобразовании выпрямленного сетевого напряжения в импульсное напряжение прямоугольной формы с изменяемой частотой и скважностью, с последующей трансформацией и выпрямлением этого напряжения во вторичных цепях.
• Сетевое напряжение поступает на выпрямитель VD301-VD304, собранный по мостовой схеме. Помехоподавляющие цепи собраны на элементах: C301, C302, C303−306, C333, L306. FU301 — плавкий предохранитель. Сглаживающий фильтр — электролитический конденсатор C307. Резистор R302 выполняет роль токоограничителя. Выпрямленное напряжение 290 В подается на преобразователь напряжения, собранный на высоковольтном ключевом транзисторе VT313 и импульсном трансформаторе T311, являющемся одновременно разделительным и понижающим. Резистор R325 и конденсатор C316 являются демпферной цепочкой, которая включена в цепь коллектора транзистора VT313.
• Запуск преобразователя после включения в сеть осуществляется за счет выпрямленного сетевого напряжения, обеспечивающего базовый ток VT313 через цепь запуска R320, R322.
• Преобразователь напряжения построен по автоколебательной схеме. Положительная обратная связь (ПОС) снимается с обмотки 4−3. Элементы R319, R324, VD317 и C314 являются элементами цепи ПОС.
• Схема стабилизации служит для групповой стабилизации в режиме ШИМ. Измерительное напряжение снимается со вспомогательной обмотки 2−3 трансформатора Т311 через диод VD312.
• Схема сравнения выполнена на биполярном транзисторе VT311 и элементах R313, VD311, R311, VR311, R312, R314. Резистор VR311 является переменным. С помошью него осуществляется регулировка выходных напряжений ИИП.
• Биполярный транзистор VT312 и элементы R315, R317, R324, R326, VD316, C315 обеспечивают ШИМ.
• Вторичные выпрямители ИИП выполнены на элементах: VD362, C366 (+160 В, обмотка 14−12); VD361, C362 (+130 В, обмотка 13−12); VD353, C356 (+15 В, обмотка 10−11); VD353, IC351−1 (+12 В, обмотка 10−11); VD352, C354 (+24 В, обмотка 9−12); VD351, C352 (+14 В, обмотка 8−11).
• 3. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА ДЛЯ ИИП
• Все операции с электронными компонентами выполняются на надежном электромонтажном столе, конструкция которого приспособлена для удобной и комфортной работы. Электромонтажный стол выполняется из прочного материала и устойчив, так как на нем крепятся вспомогательные приспособления, которые могут находиться под напряжением. Металлические элементы стола должны быть покрыты специальными порошковыми красками, рассеивающими заряд. При установке такого стола на линолеум или специальный антистатический коврик заряд стекает по ножкам стола и дополнительного заземления не требуется. В процессе электромонтажных работ может возникнуть необходимость паяльных работ, в ходе которых выделяются вредные для здоровья вещества. Поэтому рабочее место оснащается эффективным дымоуловителем. Дымоуловитель представляет собой вытяжку с системой очистки воздуха с применением фильтров, абсорбирующих примеси и запахи. Входящий в систему дымоприемник имеет возможность фиксации в любом положении относительно места пайки и должен быть установлен таким образом, чтобы он удалял паяльный дым до того, как его почувствует человек.
• Размеры электромонтажного стола варьируются в зависимости от производимых на нем действий и потребностей специалиста. Обычно размеры рабочего стола подбираются индивидуально. В комплектацию рабочего стола входят полки и ящики, в которых хранятся инструменты. Довольно часто комплектация рабочего стола дополняется специальными навесными приспособлениями.
• Важную роль в организации рабочего места играет оптимальное освещение. Осветительные системы должны обеспечивать равномерность освещения, правильную передачу цветов и хорошее подавление бликов. Блестящие металлические предметы, с которыми работает электромонтажник (контакты, выводы и т. п.) отражают свет лампы прямо ему в глаза. Что приводит к ухудшению зрения, поэтому точечные источники света на рабочем месте использовать нельзя. Площадь источника света должна быть большой, с возможностью фиксации его в любом положении. При выполнении особо точных работ и работ с очень мелкими деталями рабочий стол должен быть оборудован специальной оптикой. Для этого существуют специальные светильники с линзой с различной степенью увеличения, достигающей 17 диоптрий, что дает увеличение изображения на 500%.
• Причиной отказов электронного изделия очень часто становится электростатический заряд, поэтому обеспечение на рабочем месте полной электростатической безопасности является обязательным условием. К методам обеспечения антистатической защиты относится выделение антистатической рабочей зоны. В зоне рабочего места пол должен быть покрыт антистатическим линолеумом, стол также должен имеет настольный заземленный коврик с проводящим заряд верхним слоем и рассеивающим нижним слоем. Электромонтажник должен обязательно иметь антистатический браслет, который подключен к розетке настольного коврика.
• Основные радиоизмерительные приборы, необходимые для регулировки параметров и ремонта являются:

1. Осциллограф 1-канальный малогабаритный 5МГц С1−73

2. Вольтметр универсальный портативный В7−58А

3. Эквивалент нагрузки — набор мощных проволочных резисторов: С5−35В-50, С5−35В-80, С5−35В-100, С5−35В-160

4. Источник питания АТН-1063

Технические характеристики приборов:

1. Осциллограф 1-канальный малогабаритный 5МГц С1−73

· Полоса пропускания 0…5 МГц

· Чувствительность 10 мВ/дел

· Режим внешней развертки (Х — Y выход)

· Малогабаритный (ЭЛТ 60×40 мм)

· Питание ~ 220 В

· Масса 3,2 кг

· Предназначен для работы в стационарных и полевых условиях

2. Вольтметр универсальный портативный В7−58А

· Измерение постоянного/переменного напряжения и тока, сопротивления постоянному току

· Измерение среднеквадратичного значения переменного напряжения и тока произвольной формы В7−58

· Измерение средневыпрямленного значения переменного напряжения и тока В7−58

· Измерение тока до 20А

· Высокая базовая точность по постоянному току (от 0,15%)

· Высокая разрешающая способность (0,1мВ/0,1мкА/0,1Ом)

· Защита от перегрузки

· Возможность питания от блока батарей 9 В постоянного тока В7−58

· Цифровой ЖК-дисплей с индикацией 3 разряда

· Компактный, легкий, прочный корпус

· Низкая стоимость

3. Набор резисторов

· Проволочные резисторы

· Номинальное сопротивление 6,8 Ом.

· Номинальные мощности: 50Вт, 80Вт, 100Вт, 160Вт

4. Источник питания АТН-1063

· 3-х разрядный цифровой дисплей

· Защита от короткого замыкания

· Возможность последовательного подключения

· Установка ограничения по току

· Точность установки 0,01 А и 0,1 В

· Количество каналов 1

· Выходные параметры: 0,1… 60 В / 0,01… 3 А

· Шаг регулировки выходного напряжения 0,1 В, тока 0,01 А

· Питание 220 В

· Масса 10 кг

· Габариты 275×315×485 мм

4. ДИАГНОСТИКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ И РЕМОНТ ИИП

Поиск неисправности при ремонте ИИП может осуществляться различными методами. Рассмотрим эти методы.

Метод внешних проявлений. Этот метод основан на том, что по внешним признакам работы устройства можно сделать предположение о том неисправном узле или элементе. Целесообразно применять на первой стадии поиска неисправности в комплексе с другими методами.

Метод внешнего осмотра. С его помощью можно обнаружить дефекты монтажа, неисправный элемент по изменению внешнего вида (цвета, формы, размеров и т. д.). При этом могут быть выявлены и связанные с данной неисправностью дефекты. Этот метод очень эффективен, и его целесообразно применять в двух случаях: на ранних стадиях поиска неисправностей, особенно если аппарат работает в аварийном режиме; на более поздних этапах, когда область поиска неисправностей определена другим методом.

Метод измерений. При данном методе производят измерения параметров сигнала и электрических цепей для сравнения результатов с заданными параметрами. Можно применять на ранней стадии поиска неисправностей для определения области их нахождения или на более поздних для установления неисправного элемента. Данный метод требует умений и навыков работы с КИА.

Метод замены. Суть метода заключается в замене проверяемого узла или элемента на исправный. Его целесообразно применять на средних стадиях поиска неисправностей для сужения найденной другими методами области поиска или на поздних этапах для установления дефектного элемента. Этот метод особенно эффективен в сочетании с другими методами, когда дефект проявляется только под напряжением или периодически пропадает.

Метод исключения. При этом методе исключаются из работы отдельные узлы устройства. Можно применять на начальной стадии поиска для определения неисправного узла.

Метод воздействия. Воздействие на различные участки схемы с целью выявления реакций аппарата. Такими воздействиями могут быть: изменение положения регуляторов и переключателей, замыкание выводов у некоторых радиоэлементов.

Метод простукивания. Этот метод используют, когда при механических воздействиях на устройство изменяются его выходные параметры. К механическим воздействиям относят: простукивание, нажатие, изгиб печатных плат, радиоэлементов.

Метод теплового удара. Данный метод применяют, если дефект обнаруживается после длительной работы аппарата. Суть способа состоит в том, чтобы нагреть элемент принудительным способом через теплопроводящий изолирующий материал. Это ускоряет проявление неисправности и указывает на неисправный элемент.

Метод электропрогона. Этот метод применяют при пропадающих дефектах, как правило, в комплексе с другими методами. Электропрогон также применяют после замены радиоэлементов и после настройки устройства.

Рассмотрим типичные неисправности источника питания от телевизора SANYO СЕ14 2130PV-20.

Телевизор не включается, перегорает сетевой предохранитель FU301.

Неисправность нужно тискать в: сетевом фильтре, системе размагничивания, сетевом выпрямителе. Отсоединить петлю размагничивания, отключить плюсовой вывод конденсатора С307 от вывода 5 трансформатора Т311. Проверить омметром элементы: L301, С301, С302, Т371, СЗОЗ — С306, С307, С309, VD301 — VD304. Если данные элементы исправны, подсоединить петлю размагничивания. Если при включении телевизора опять перегорает предохранитель FU301 — неисправность следует искать в системе размагничивания. В этом случае следует проверить следующие элементы: L901, С310, PS301.

Если неисправен ключевой преобразователь, то проверяем элементы: VT313, VT312, R326, R324, С316, R322, VD315, VT311, VD311, VD314, VD316, VD317.

Телевизор не включается, индикатор дежурного режима не светится.

Неисправен канал питания +5 В, проверить элементы: Т371, VD371, VT371, С371, С372, VD375.

Телевизор включается. Все напряжения на выходе блока питания занижены. Большая нагрузка по одному из каналов блока питания. Омметром проверить нагрузки каналов блока питания. Неисправен один из выходных выпрямителей БП. Проверить элементы: VD362, VD361, VD352, VD351, С366, VD353, С362, С356, IC351−1, С354, С352. Проверить обмтки трансформатора Т311.

Неисправности, связанные с отсутствием одного из выходных напряжений блока питания: если нет напряжения +130 В, то нет запуска строчной развертки, нет высокого напряжения; если нет напряжения +180 В, то экран засвечен белым цветом; если нет напряжения +12 В, то телевизор не включается (дежурный режим работает); если нет напряжения +24 В, то нет запуска строчной развертки; если нет напряжения +14,8 В, то нет звука; если нет напряжения +5 В, то телевизор не включается (не работает дежурный режим).

5. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РЕМОНТЕ ИИП

При ремонте ИИП следует строго выполнять правила электробезопасности, основные положения которых сводятся к следующему.

ИИП строго запрещается ремонтировать в сырых помещениях и помещениях с цементными и другими токопроводящими полами, а так же вблизи заземленных конструкций. Выполнение всех манипуляций при включенном ИИП должно осуществляться только одной рукой. Одежда с длинными рукавами, нарукавниками, инструмент с изолированными ручками уменьшают вероятность поражения электрическим током. Категорически запрещается проводить пайку на включенном ИИП.

Ремонт ИИП разрешается проводить лишь при отключении его от питающей сети для анализа монтажа, прозвонки и замены вышедших из строя элементов. Сложный ремонт ИИП, требующий работы под напряжением, должен производиться при включении его в сеть только через разделительный трансформатор.

После выключения ИИП (при его ремонте) необходимо разряжать электролитические конденсаторы его схемы.

принципиальная схема импульсный блок питания

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе курсовой работы, был рассмотрен импульсный источник питания. Описаны его принципиальная и структурная схемы, основные параметры и технические характеристики.

Подобрана необходимая измерительная аппаратура с кратким техническим описанием, для надлежащей проверки.

Рассмотрены основные проверки и ремонта ИИП.

1. Артюшенко В. И. Монтаж радиоаппаратуры. Пособие. К.: 1978;

2. Баркан В. Ф, В. К. Жданов. Радиоприемные устройства. Москва;

3. Бобровников. Л. З. Радиотехника и электроника. М.: Недра, 1974;

4. Боровик. С.С., Бродский М. А. Ремонт и регулировка бытовой радиоэлектронной аппаратуры. — Минск: Высшая школа, 1989;

5. Гаврилов П. Ф, А. Я, Дедов. Ремонт цифровых телевизоров: принципы работы, типичные неисправности. — М.: Радиотон, 1999;

6. Захр И. М. Справочное пособие по монтажу и регулировке радиоэлектронной аппаратуры. Л.: Лениздат, 1966;

7. Краткий справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры / Под ред. Р. Г. Варламова. М.: Сов. Радио, 1972;

8. Леонов А. И. Дубровский Н.Ф. Основы технической эксплуатации бытовой радиоэлектронной аппаратуры.- М.: Легпромбытиздат, 1991;

9. Лузин В. И. и др. Основы телевизионной техники: Учеб. Пособие.-М.:СОЛОН-Пресс, 2003;

10. Мисюль П. И, Ремонт, настройка и проверка радиотелевизионной аппаратуры. Специальная технология. Феникс, 2007;

11. Пескин А. Е. и др. Бытовая радиотелевизионная аппаратура. Устройство, техническое обслуживание, ремонт. — М.: Горячая линия — Телеком, 2006;

12. Петров В. П. Видеотехника. Ремонт и регулировка: Учебник. — М.: Образовательно-издательский центр Академия, 2002;

13. Полибин В. В. Ремонт и обслуживание радиотелевизионной аппаратуры.: Практ. Пособие. — М. высш. Шк., 1991;

14. Птачек М. Цифровое телевидение. Теория и техника. М.;

15. Хабаров Б. П, Г. В. Куликов Техническая диагностика и ремонт радиоэлектронной аппаратуры: Учебное пособие. — М.: Горячая линия-Телеком, 2004.

ПРИЛОЖЕНИЕ