Ремонт ИБП

ИБП предназначен для преобразования сетевого напряжения 220 Вольт в напряжения необходимые для стабильной работы подключенных к нему потребителей. Также PSU обеспечивает стабилизацию выходных напряжений, осуществляет защиту от коротких замыканий, выдает необходимую мощность, в зависимости от присоединенной нагрузки.

Данный материал подготовлен преподавателями Bgacenter, в рамках курса – ремонт импульсных блоков питания.

Импульсный блок питания

Для обеспечения нагрузки электронных устройств применяются ИБП различной мощности. В статье подробно рассматривается конструкция импульсного блок питания.

В конструкцию ИБП APW7 входит:

• корпус – из экранированной металлической коробки
• печатная плата ИБП имеет установленные радиотехнические компоненты
• система охлаждения состоит из принудительного вентилятора
• провода необходимые для подключения нагрузки.

Основную функцию выполняет плата с расположенными на ней элементами.

Элементы расположенные на печатной плате ИБП:

1. FUSE предохранитель
2. Варистор
3. Конденсатор сетевого фильтра
4. Два дросселя
5. Блокировочные конденсаторы
6. Конденсатор сглаживающий
7. Фильтрующие конденсаторы
8. Силовые транзисторы
9. Разъем для подключения вентилятора
10. Сглаживающие конденсаторы синхронного выпрямителя
11. Выходной трансформатор
12. Диод
13. PFC транзистор
14. Терморезисторы NTC
15. Реле
16. Дроссель схемы PFC
17. Диодный мост

Как работает ИБП

Итак, импульсный блок питания APW7 работает по следующему принципу:

1. Схема защиты от превышения напряжения и короткого замыкания. Схема состоит из варистора и предохранителя в термоусадочной трубке. При превышении напряжения свыше 350 V срабатывает варистор (пробивается), предохранитель перегорает, защищая плату ИБП от повышенного напряжения. В таком случае, ремонт состоит из замены предохранителя.
2. Следующий блок – это схема сетевого фильтра. В нее входит конденсатор два дросселя, еще один конденсатор и ряд блокировочных конденсаторов предназначенных для устранения сетевых помех и выбросов помех от блока питания в сеть. При незначительных скачках напряжения дроссель старается увеличить свое магнитное поле, в результате этого все повышенное напряжение поступающее из сети скачкообразно гасится на нем. Конденсаторы сглаживают выбросы от работы импульсного преобразователя и препятствуют проникновению в сеть.
3. После сетевого фильтра стоят терморезисторы с отрицательным сопротивлением (NTC), которые работают на уменьшение сопротивления при нагреве. Это необходимо для ограничения сигнала тока через диодный мост в первоначальный момент зарядки конденсаторов сглаживающего фильтра, стоящих после диодного моста.
4. Затем идет выпрямительный диодный мост, на нем получаем из переменного постоянное напряжение. Это напряжение на начальном этапе сглаживается фильтрующими конденсаторами большой емкости 470 мкФ на 450 V каждый. В этот момент времени на конденсаторах появляется напряжение порядка 315 V. 
5. Так как у ИБП кроме активной мощности существует реактивная, что отрицательно сказывается для работы. Конструктивно это устраняется за счет схемы PFC (Power Factor Correction) – Коррекция фактора мощности. В данном ИБП она сконструирована на задающей микросхеме импульсов и полевого транзистора. Перед транзистором установлен мощный дроссель высокой индуктивности. В результате работы данной схемы, напряжение на конденсаторах фильтра возрастает до 390 Вольт и оно теперь является основным для питания схем преобразователя постоянного тока.
6. Для работы ШИМ контроллера необходимо использовать постоянное напряжение +12 Вольт. Это напряжение формируется на вспомогательном трансформаторе и выпрямляется диодами. Также данное напряжение необходимо для питания системы охлаждения (вентилятора).
7. От 12 Вольт вспомогательного источника питается схема ШИМ-контроллера, которая формирует импульсы для преобразователя постоянного тока, состоящего из силового трансформатора и двух полевых транзисторов. Импульсы подаются от ШИМ контроллера на задающий генератор. А уже с задающего генератора импульсы поступают на затворы транзисторов которые управляют силовым трансформатором.
8. Импульсное напряжение полученное на вторичной обмотке трансформатора , за счет работы однотактного прямого преобразователя, поступает на схему синхронного выпрямителя. Где напряжение сглаживается синхронным фильтром построенным на конденсаторах и поступает на выходные клеммы для питания нагрузки. Обратная связь и стабилизация напряжения осуществляется через схему ШИМ контроллера.
9. Синхронный выпрямитель управляется от схемы формирователя постоянного тока.

Неисправности ИБП

Для импульсных блоков питания характерны следующие неисправности:

• выход из строя диодного моста
• поломка PFC транзистора
• пробой силовых транзисторов
• короткозамкнутые витки силового трансформатора или его обрыв
• перегорание синхронного выпрямителя
• изменение номинала емкости фильтра синхронного выпрямителя
• отсутствие запускающих импульсов в ШИМ-контроллерах, вспомогательного источника 12V и основного 
• неисправность реле (слышны щелчки, но ИБП не включается)
• выгорание контактов клемм присоединяемой нагрузки
• не держит нагрузку
• не работает система охлаждения при исправном вспомогательном источнике 12 V
• обрыв SMD резисторов питающих микросхемы ШИМ
• неисправность SMD транзисторов в каскадах согласования

Диагностика ИБП

Ремонт блока питания APW7 начинается с внешнего осмотра. Следует обратить внимание на наличие механических повреждений и ранее выполнявшиеся ремонты. По отсутствию герметика и не отмытому флюсу, можно предположить, что ранее проводился ремонт – плату паяли. Диагностику платы начинаем с нахождения конденсаторов фильтра питания. Как правило они имеют большой размер. Смотрим номиналы его, как видим из надписи на конденсаторе он имеет параметры 450V 470 мкФ каждый.

Для дальнейшего ремонта необходимо произвести его разряд, независимо от времени его нахождения в нерабочем состоянии. Тестером в режиме измерения постоянного напряжения убеждаемся в отсутствие напряжения на выводах конденсаторов. Для этого подключаем прибор со стороны печатной платы. Если есть напряжение, разряжаем конденсатор при помощи лампы накаливания мощностью 60W и проверяем заново тестером на отсутствие напряжения.

Только после этой процедуры можно выполнять дальнейший ремонт. Для облегчения поиска неисправности убеждаемся косвенно в отсутствие КЗ по цепи основного питания синхронного выпрямителя по основной цепи +12V. 

Для этого черный щуп прикладываем к выводу расположенному внизу, а красный к выводу расположенному вверху, мы должны увидеть исправные полевые транзисторы (показания мультиметра MS-319 (стрелочный), должно быть порядка 20 Ом). 

Меняем местами щупы, происходит заряд конденсаторов и сопротивление увеличилось, это говорит о исправности выпрямителя.

Продолжаем ремонт, приступаем к диагностике силовой части. Тестером от разъема питания сети в режиме прозвонки проверяем вход одного провода до диодного моста (вход переменного обозначения). Тестер должен показывать 0 (или издать своеобразный звуковой сигнал), что сразу говорит о исправности одной цепи фильтра индуктивности и целостности печатного проводника и предохранителя. 

Аналогично проверяем второй провод, но на другой вывод диодного моста. Это говорит о исправности второго проводника.

Ремонт необходим, если мультиметр показал отличные от нуля значения. В таком случае ищем обрыв, устраняем его. В данном случае все исправно.

Далее проверяем сопротивление между двумя сетевыми контрольными точками входа. Оно должно быть высоким (тестер в режиме МОм). Измерение показало в данном случае высокое сопротивление. Это говорит об отсутствии КЗ на входе и исправности варистора. Убедившись в исправности входного блока проверяем диодный мост. 

Методика проверки диодного моста стандартная, режим диодной прозвонки. Убедившись в его исправности исследуем блок PFC и его цепи. Проверяем MOSFET (полевой транзистор). Ставим щупы между затвором и истоком, потом затвором и стоком – сопротивление должно быть высоким и тестер нам ничего не показывает. Это правильно.

Далее проверяем Сток-Исток. При приложении к истоку красного щупа, а к стоку черного, мы увидим падение напряжения на диоде порядка 0.470 mV. В обратном приложении щупов мы не увидим никаких падений. Делаем вывод о исправности транзистора.

Для измерения импульсов управления на затворе данного транзистора необходимо применить осциллограф. Если импульсы есть делаем вывод о исправности микросхемы и подачи импульса на затвор полевого транзистора.

Далее проверяем цепь вспомогательного источника питания +12V, собранного на микросхеме ICE2QR4765 указанной по схеме принципиальной. Для этого в режиме диодной прозвонки ставим один щуп на + высоковольтного конденсатора, а второй на вывод 4 данной микросхемы ШИМ, убеждаемся в целостности обмотки трансформатора вспомогательного источника.

Ремонт необходимо проводить при разряженном высоковольтном конденсаторе и отключенным ИБП от сети!

После этого проверяем работу основного ШИМ и цепей его питания согласно схемы электрической принципиальной. Далее проверяем полу мостовую схему на транзисторах MOSFET. Проверяются они при помощи мультиметра в режиме диодной прозвонки. Первоначально для каждого транзистора проверяем переход Затвор-Исток, мультиметр должен показать OL, это говорит о исправности перехода (он не пробит).

Следующий шаг, в режиме измерения сопротивления проверяем Затвор-Исток. Одновременно проверяем сопротивление согласующего драйвера. Сопротивление исправного выхода должно быть от 10 до 20 Ом.

Как видно из измерений, это косвенно говорит о исправности транзисторов. В случае сомнения в исправности транзисторов, их необходимо выпаять, проверить отдельно. Для проверки транзисторов применяется цифровой измеритель LCR-T4.

Затем проверяем переход Сток-Исток на предмет короткого замыкания. Для этого устанавливаем красный щуп мультиметра на Исток, а черный подсоединяем к Стоку. Падение напряжения в режиме диодной прозвонки должно быть 0,434 V. Это говорит о исправности полевого транзистора. 

При приложении щупов в обратном направлении мультиметр показывает OL.

Как проверить блок питания

После успешного определения неисправностей и ремонта поврежденных элементов, блок необходимо протестировать. Для этого ИБП подключают через развязывающий трансформатор к питанию сети. Затем к PSU подключают электронную нагрузку необходимой мощности, для проверки на работоспособность. Тестирование выполняется на протяжении 1-2 часа. Для исключения повторного ремонта, не рекомендуется включать ИБП без подключенной нагрузки. 

Пайка блоков питания

Во время ремонта ИБП возникает необходимость проверки элементов. Для этого необходимо выпаять соответствующий элемент с печатной платы. Пайку важно производить аккуратно, используя паяльник требуемой мощности: 

• от 80 Ватт – для ремонта силовых элементов: трансформатор, силовые транзисторы, выходные диоды, диодный мост, сглаживающие конденсаторы; 
• до 60 Ватт (или термовоздушную паяльную станцию) – для ремонта компонентов малой и средней мощности. 

Если ИБП работал с нарушением температурных режимов (перегревался), то при удалении компаунда возможен отрыв SMD компонентов с печатной платы. Важно помнить про это, а при дальнейшем ремонте восстановить обвязку на плату.

При ремонте ИБП используется сплав Розе, для уменьшения температуры заводского припоя и исключения повреждения подводящих проводников. 

При монтаже необходимо припаивать на:

• паяльную пасту с температурой плавления 183 градуса Цельсия – элементы малой мощности
• ПОС 61-63 (Pb 61-63/ Sn 40) – силовые электронные компоненты.

После ремонта, перед проведением измерений на транзисторах, важно понизить температуру ИБП, так как в нагретом состоянии, ключи открыты.

Перед пайкой вновь устанавливаемых компонентов (транзисторов) их выводы нужно зачистить и залудить.

После пайки, необходимо отмыть спиртом или другим очистителем те места где выполнялась пайка.

Оборудование для ремонта ИБП

Используемое во время ремонта ИБП оборудование, расходные материалы:

• набор отверток
• пассатижи
• разрядная лампа
• мультиметр
• осциллограф
• LCR-T4
• SMD-tester 3910
• паяльник от 80 Ватт
• фен термовоздушной станции Quick 857DW+
• микроскоп СМ0745
• бор-машинка
• пинцет
• зонд стоматологический (зубочистки деревянные)
• флюс паяльный
• паста BGA
• очиститель платы Falcon 530
• зубная щетка
• оплетка медная шириной 1,5 и 3,0 мм
• сплав Розе 
• ацетон для смывания лака

Выводы:

• ИБП – сложное электронное устройство. Ремонт импульсного блока питания в случае возникновения неисправности, необходимо выполнять зная принцип его узлов и элементной базы 
• Для определения неисправности ИБП важно соблюдать технику безопасности, так как имеются опасные напряжения от 300 до 400 V, в зависимости от конструкции блока (без PFC 300V с PFC 390V)
• Ремонт иногда осложняется наличием трудно удаляемого влагозащитного покрытия. В своей конструкции ИБП имеет мощные выводы силового трансформатора. Для его выпаивания требуется паяльник с большей мощностью. При ремонте необходимо соблюдать осторожность, чтобы не повредить токопроводящие дорожки
• ИБП для проверки, после выполненного ремонта, обязательно включается под нагрузку. С отключенной нагрузкой могут выйти из строя силовые ключи
• Для того чтобы научиться ремонту импульсных блоков питания, приглашаем вас на соответствующий курс в Bgacenter