В статье «TL494, что это за «зверь» такой?», мы рассматривали шим-контроллер TL494.
В этой статье мы рассмотрим не менее, а наверное даже может быть более распространённые шим-контроллеры серии 184х, 284х, 384х.
Все эти шим-контроллеры предназначены для построения импульсных источников питания РЭА, с регулированием по току и напряжению, для управления ключевым каскадом на n-канальном МОП транзисторе.
В принципе это одни и те же контроллеры, отличающиеся лишь диапазоном рабочих температур, в котором эти контроллеры надёжно работают.
Для контроллеров х842 — КР1033ЕУ10, К1033ЕУ15А, 1114ЕУ7/ИМ.
Для контроллеров х843 — К1033ЕУ15Б, 1114ЕУ8/ИМ.
Для контроллеров х844 — КР1033ЕУ11, К1033ЕУ16А, 1114ЕУ9/ИМ.
Для контроллеров х843 — К1033ЕУ16Б, 1114ЕУ10/ИМ.
Диапазон рабочих температур отечественных аналогов следующий;
Для контроллеров серии 1033ЕУхх — составляет от -10 до +70оС. В некоторых «даташитах» нижний рабочий порог этих контроллеров указывается от 0оС. То есть эта серия является полным аналогом контроллеров серии 384х.
Для контроллеров серии 1114ЕУхх, диапазон рабочих температур составляет от -60 до +125 °С
По традиции давайте посмотрим, что у него имеется внутри.
Блок питания D-Link
Блок питания свитчей и роутеров D-Link является слабым местом, а при выходе из строя, блок питания довольно сложно подменить. Для справки, блок питания JTA0302D-E выдает 5В*2А (JTA0302E-E 5В*2,5А, а JTA0302F-E 5В*3А). Ремонтировать или нет, дело личное, если есть возможность выбора всегда покупайте новый, однако на практике не всегда удается быстро и оперативно найти новый блок питания. Поэтому вопрос с ремонтом остается актуальным.
Рис.1 Схема блока питания D-Link
Схема блока питания — это импульсный однотактный блок питания, в котором управлением служит ШИМ-контроллер UC3843B, подключенный по почти стандартной схеме.
Рис.2 Входной выпрямитель блока питания D-Link
Питание ШИМ UC3843B.
С цепью питания поработаем более внимательнее, именно в этой цепи кроется большинство неисправностей блока питания.
Первичный пуск осуществляется по цепи R4(300к) C6 (47 мкФ*25В). При включении через резистор R4(300к) напряжение подастся на вывод питания 7 микросхемы и конденсатор C6 (47 мкФ*25В), после чего он начнёт медленно заряжаться до некоторого напряжения (8,4В), далее произойдёт включение микросхемы, и она начнёт генерацию импульсов. Так как энергии запасённой в конденсаторе достаточно только для старта микросхемы, и если по какой-то причине напряжение упадёт ниже 7,6В вольт, микросхема отключится. Поэтому, с началом генерации импульсов, начинают поступать силовые импульсы тока от обмотки питания трансформатора, через выпрямительный диод D2 и R9(5,1), тем самым восполняя заряд конденсатора C6 (47 мкФ*25В).
При высыхании конденсатора C6 (47 мкФ*25В) происходят многократные попытки запуска ( при этом раздается харатерные щелчки (цыканье), период повторения которых определяется номиналами конденсатора C6 (47 мкФ*25В) и резистора R4(300к)) напряжение питания ШИМ-контроллера падает ниже 7,6В (то есть ШИМ выключается), потом зарядка C6 (47 мкФ*25В) через R4(300к) и так по циклу. В результате конденсаторы С9(1000мкФ*10В) и С11 (220мкФ*16В) циклически заряжаются-разряжаются большим током, что приводит к их нагреву, кипению электролита и высыханию. С C6 (47 мкФ*25В) происходит то же самое. Поскольку ёмкость С9(1000мкФ*10В) и С11 (220мкФ*16В) уменьшается, то схема обратной связи реагирует на пики несглаженного напряжения, в результате чего действующее напряжение на выходе блока УМЕНЬШАЕТСЯ. А вот несглаженные выбросы напряжения в цепи питания микросхемы как раз и гасятся на стабилитроне ZD1(BZX55C20), что и приводит к его нагреву, а потом и к пробою.
Рис.5 Структурная схема UC3843
Следует отметить, что в ШИМ UC384X по питанию (7 нога) есть встроенный стабилитрон на 34В, что отображено на структурной схеме.
Цепь обратной связи.
Рис.6 Цепь обратной связи, блок питания D-Link.
Тут чистая классика без всяких изысков. На вход COMP подается напряжение обратной связи с оптрона PC817 (L0403), обеспечивающего развязку первичной цепи с выходом блока питания. При отсутствии напряжения обратной связи на выходе оптрона ШИМ контроллер не запустится, так срабатывет условие блокировки микросхемы ШИМ контроллера.
Обратная связь здесь выполнена на оптопаре. В момент завышения напряжения, на выходе, выше 5 вольт, происходит открытие транзистора оптопары, вызванного свечением светодиода, в этот момент падает напряжение на первом выводе микросхемы, это вызывает сокращение длительности импульсов и как следствие уменьшение мощности трансформации. Этот механизм обратной связи, не даст напряжению вырости выше 5 вольт и упасть ниже 5 вольт, то есть получается стабилизатор напряжения.
Частота переключения и соответственно длина рабочего цикла зависят от соотношения R11(3к)/C5(0,01мкФ). Данные элементы очень редко (практически никогда) выходят из строя.
Фото блока питания.
Фото с внешним видом блока питания бывают необходимы при ремонте.
Рис.9 Схема блока питания маршрутизатора D-Link, JTA0302E-E. (5В*2,5А).
На схеме, в отличии от схемы в начале статьи, более наглядно выделены все цепи. Внимание в статье все номиналы и обозначения элементов даны для схемы в начале статьи, приведенная здесь схема имеет незначительные отличия, как по номиналам так и по обозначениям элементов.
Расположение плюса и минуса на штекере блока питания D-Link. Плюс расположен внутри минус с наружи штекера. В случае необходимости замены штекера, менять надо на аналогичный, «ноутбучного» типа. » Бытовой» штекер настоятельно не рекомендуется для замены. Ток выдаваемый блоком питания D-Link это ток 2-3А, а «бытовой» штекер расчитан на 1,5А максимум. Установка такого штекера ведет к перегреву разъема на устройстве и последующего его (разъема) выхода из строя.
Рис.10 Рекомендуемая замена штекера питания.
Слева штекер расчитанный на ток более 2-3А, справа на ток не более 1,5А. Наличие усиков-контактов на одном и гладкая поверхность внутри другого.
Как разобрать блок питания D-Link. Блок питания клееный поэтому открывать придется при помощи тисков.
Рис.11 Внешний вид блока питания D-Link
Рис.12 Зажимаем в тиски блок питания, область приложения отмечена красным.
Рис.13 Расположение швов на блоке питания D-Link.
Для начала зажимаем блок питания в тиски через картон или тряпку, см. рисунок и сдавливаем до небольшого хруста, картон или тряпка нужны для того что бы не поцарапать корпус блока питания. Далее широким плоским предметом, лично я затупленной стамеской, несильно начинаем простукивать видимую часть шва, ставим стамеску на шов и не сильно бьем по стамеске молотком, и так с обоих сторон. Клееный заводской шов лопнет при помощи таких действий, а вот клееный уже повторно в мастерской шов лопнет только в том случае если его склеивали с расчетом повторной разборки, если не открывается, придется резать.
Выходное напряжение меньше, проваливается, не стабильно; БП запускается не всегда, БП запускается, но с большой задержкой, БП не запускается под нагрузкой, но в холостую включается и при подключении нагрузки начинает стабильно работать. Поменять все электролиты (С1, С6, С9, С10, С11).
Не включается блок питания, на 7 ноге UC3843B нет напряжения достаточного для включения микросхемы, стабилитрон ZD1(20В) и конденсатор C6 (47мкФ*25В) заменены на заведомо исправные. Несколько нестандартная неисправность, однако имело место быть. Резистор R4 (300к 1вт) в цепи питания микросхемы для запуска ШИМ от 300В — при проверке показывал 300К однако под напряжением уходил в обрыв. При включении в сеть 220В на 7 ноге ШИМ напряжение не появлялось. При запуске от внешнего блока питания ШИМ работал нормально. После замены R4, блок питания запустился.
Не включается блок питания, сгорел стабилитрон ZD1(BZX55C20). Выход стабилитрона ZD1(BZX55C20) является следствием того, что конденсатор C6 (47мкФ*25В) неисправен. Особое внимание, а лучше заменить, к конденсаторам выходного выпрямителя С9(1000мкФ*10В), С11 (220мкФ*16В). Конденсаторы С9(1000мкФ*10В) лучше заменить на 1000мкФ*16В, а C6 (47мкФ*25В) на 47мкФ*50В. Стабилитрон ZD1(BZX55C20) расчитан на 20В, ставить на более низкое напряжение чем 11В и на напряжение более высокое 30В не рекомендуется. Но помним, более низкое рабочее напряжение этого стабилитрона черевато излишним его нагревом и последующим выходом из строя из-за перегрева. Рекомендуемые номиналы для аналога сгоревшему стабилитрону ZD1(BZX55C20) — это 18-22В. Из практики, при пробое ключевой транзистор и ШИМ-контроллер остаются живыми, при обрыве ключевой транзистор и ШИМ-контроллер выходят из строя.
Не включается блок питания, сгорел ключ (полевой транзистор). При замене ключа рекомендуется не надеятся на случай, а сразу менять ШИМ контроллер. Так же особое внимание следует уделить токоограничивающему резистору R5(150) и датчику тока R2(1,8), на предмет их возможного обрыва и изменения номинала. Увеличение номинала R2 даже на 10% может привести к нестабильности работы блока питания и ложному срабатыванию токовой защиты БП. Уменьшение номинала R2 приводит к увеличению тока через ключевой транзистор в случае перегрузки и как результат выход из строя ключевого транзистора и ШИМ-контроллера.
Блок питания глючит, точнее не блок питания, а устройство к которому подключен блок питания. При подключении на автомобильную лампу (12В) — блок питания уходит в защиту. Неисправны конденсаторы фильтра выходного выпрямителя. Требуется замена, при замене рекомендуется ставить конденсаторы на рабочее напряжение не ниже 16В и с низким ESR (LOW ESR), еще их называют компьютерными, по внешнему виду они отличаются от обычных наличием золотистой (серебристой) полоской. Особое внимание следует обратить внимание на С9. Увеличение емкости этого конденсатора снизит амплитуду выходных пульсаций, но затруднит старт блока и заставит увеличивать емкость на питании ШИМ – контроллера, конденсатор должен обладать достаточно малым эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) для безболезненного пропускания большого импульсного тока.
Из блока питания слышно характерное цыканье импульсного трансформатора. Вообще цыкание трансформатора происходит по причине недостаточного питания микросхемы ШИМ -контроллера. Тут возможно два варианта — вышли из строя вторичные цепи например пробой конденсаторов С9(1000мкФ*10В), С11 (220мкФ*16В), диода D6 или же вышли из строя элементы питания ШИМ контроллера первичной цепи — C6 (47мкФ*25В), D2. Третьей причиной (довольно редкий случай) цыкания может быть выход из строя цепи подавления выброса от индуктивности рассеяния (D (на схеме не обозначен), R1(39к), C2 (4700)). На диод в этой цепи хотелось бы обратить особое внимание, использование дешевых и распространенных диодов в этой цепи категорически не рекомендуется, здесь должен стоять ВЧ диод, с минимальным восстановления. При замене диод лучше всего снять с аналогичной цепи любого импульсного блока питания. Так же стоит обратить внимание на С1(22мкФ*400в).
Можно ли поменять UC3843B на UC3843A? На практике приходилось сталкиваться с заводскими блоками питания в которых установлена, и UC3843B, и UC3843A. Особой разницы в работе не замечено — меняйте.
Практический ремонт блока питания D Link, замена пускового конденсатора. Посмотреть.
Практический ремонт блока питания D Link, нестандартный ремонт. Посмотреть.
Состав.
В его составе имеется:
— источник опорного напряжения на 5В с внешним выводом 8;
— схема защиты от снижения напряжения питания (UVLO).
— генератор пилообразного напряжения (генератор);
— компаратор тока, используется в основном по сигналу ограничения тока;
— усилитель ошибки, используется в основном по напряжению;
— схема управления работой выходного каскада;
Микросхемы UCx844 и UСx845 имеют встроенный счетный триггер (обозначенный пунктиром), который служит для получения максимального рабочего цикла (шим-заполнения), равного 50%. Поэтому для задающих генераторов этих микросхем, нужно установить частоту переключения вдвое выше необходимой. Генераторы микросхем UCх842 и UCх843 устанавливаются на необходимую частоту переключения.
Максимальная рабочая частота задающих генераторов контроллеров семейства UCх842/3/4/5, может достигать 500 кГц.
Чем ещё отличаются друг от друга эти микросхемы. Это разным напряжением питания для этих микросхем.
Смотрим таблицу ниже;
Ещё микросхемы с суффиксом «А», например UC3842A, имеют в два раза меньший ток запуска — 0,5 мА. Микросхемы без суффикса «А» имеют пусковой ток около 1,0 мА.
Да, ещё совсем забыл про корпуса микросхем. Мы здесь рассматриваем в основном микросхемы в восьми-выводном корпусе DIP-8 (может быть суффикс «N», так же может быть керамический CERDIP-8 корпус (суффикс «J»), или SOIC-8 корпус (суффикс «D8»). Цоколёвки восьми-выводных микросхем полностью совпадают.
Так же микросхемы могут выпускаться и в 14-ти выводном «SOIC-14» корпусе, с суффиксом «D», и могут быть и в корпусе «PLCC-20» (суффикс «Q»). Цоколёвки микросхем в этих корпусах отличаются.
Отечественные микросхемы серии 1114, выполнены в корпусе Н02.8-2В. Это десяти-выводной металлокерамический корпус (ниже на рисунке) по пять выводов с каждой стороны, средние выводы из которых, являются просто технологической перемычкой и не учитываются. То есть получаются те же восемь выводов.
Теперь по маркировке можно определить, что это за микросхема, например UC3843AD;
— это шим-контроллер с пониженным током запуска (500 мкА), с включением в работу при достижении напряжения питания 8,4 вольта и выключением при достижении порога напряжения питания 7,6 вольта, с рабочим циклом до 100% и выполнена в корпусе «SOIC-14».
Как это всё работает.
Микросхема работает в диапазоне напряжений, от порога выключения до 30 В. Для её запуска требуется первоначальное превышение питающего напряжения над порогом включения.
Пока напряжение питания не достигнет порога включения, микросхема не работает и потребляет незначительный ток: менее 500 мкА. Как только напряжение превысит порог включения микросхемы, она запускается и начинают работать все её узлы. Ток потребления микросхемой возрастает до 10-12 мА. При понижении питающего напряжения до порога отключения — микросхема отключается, ток её потребления опять падает.
Напряжение на выводе VCC ограничивается встроенным стабилитроном на уровне 34 В. Это дает возможность запустить микросхему от источника высокого напряжения, например выпрямленного сетевого напряжения через высокоомный резистор Rin, что позволяет организовать первоначальный запуск микросхемы (без дежурного блока питания), как показано на рисунке ниже.
Теперь давайте посмотрим на практике, как работает эта микросхема. Для этого на макетной плате соберём вот такую схему. Это более, чем достаточно для проверки её функциональности.
Запитывать нашу конструкцию будем от регулируемого блока питания, выходное напряжение выставим в районе 14-16 вольт, что вполне достаточно. Контроль выходных напряжений и сигналов будем производить с помощью осциллографа.
Выходной сигнал будем контролировать на выводе 6 микросхемы. Сначала поставим на макетную плату микросхему UC3843 и посмотрим работу генератора пилообразного напряжения, и что у неё на выходе.
Первый луч осциллографа подключим на выход МС (вывод 6), второй к генератору пилообразного напряжения (вывод 4). Движки переменных резисторов вниз по схеме, чтобы не оказывалось влияния на работу микросхемы.
Видим, что с каждым импульсом генератора пилообразного напряжения, на выходе присутствует один импульс с коэффициентом заполнения около 100% (несколько процентов мёртвое время). То есть выходная частота соответствует частоте генератора.
Возьмём теперь микросхему UC3845, и сравним выходное напряжение с 3843.
Что мы видим? На один выходной импульс приходится два импульса генератора пилообразного напряжения. То есть выходная частота этой микросхемы будет в два раза меньше частоты задающего генератора. Коэффициент заполнения выходных импульсов здесь около 50%.
Посмотрим теперь как работает токовая защита. Для этого второй луч подключаем к выводу 3 микросхемы (первый на выходе МС и нулевой уровень этого луча на втором делении снизу). Нулевой уровень второго луча находится внизу экрана ниже нулевого уровня первого луча (луч на уровне одного деления).
Чувствительность второго луча ставим 0,5 вольт на деление. На выводе 3 входное напряжение пока отсутствует и импульсы на выходе (вывод 6) присутствуют.
Начинаем поднимать входное напряжение на выводе «3», имитируя увеличение тока через выходной транзистор.
Что мы видим? Как только входное напряжение на выводе «3» достигло порога в 1,0 вольт (луч поднялся на два деления), на выходе микросхемы импульсы прекратились.
Давайте посмотрим теперь, как происходит регулировка выходного напряжения блока питания микросхемой. Второй луч для этого теперь подключим к выводу «2» микросхемы.
На выводе «2» входное напряжение отсутствует. На выводе «6» имеются выходные импульсы. Чувствительность второго луча (нижнего) установлена 1,0 вольт на деление, он в самом низу экрана.
Начинаем потихоньку переменным резистором поднимать входное напряжение на выводе «2» микросхемы до тех пор, пока не будет какого либо изменения на выходе. Нижний луч начал подниматься вверх.
Что мы видим? Как только входное напряжение на выводе «2» поднялось до 2,5 вольт, может чуть повыше (нижний луч поднялся вверх на два с половиной деления), выходные импульсы на выводе «6» прекратились.
Давайте посмотрим теперь, что будет происходить на выходе усилителя ошибки при такой-же ситуации, то есть на выводе «1» микросхемы.
Второй луч подключаем к выводу «1», Чувствительность луча выставим 0,5 вольт на деление, напряжение на входе (вывод «2») опять уменьшаем.
Включаем питание, входное напряжение на выводе «2» минимально, на выводе «1» выходное напряжение в районе 2,5 вольт (нижний луч поднят на пять делений). Начинаем переменным резистором постепенно увеличивать напряжение на «2» выводе микросхемы. Верхний луч пополз вниз, то есть напряжение на выводе «1» начало уменьшаться.
Увеличиваем переменным резистором ещё больше входное напряжение на выводе «2», до каких либо изменений в выходном напряжении на выводе «6».
Всё, импульсы на выходе микросхемы прекратились, первый луч на своей нулевой отметке (второе деление снизу), напряжение на выводе «1» около 0,7 вольта (второй луч поднят чуть больше одного деления от своей нулевой линии).
Теперь всё, что мы увидели на практике, постараюсь теоретически изложить ниже.
В этой микросхеме стабилизация напряжения и токовая защита, происходит не так, как в ранее рассмотренной нами микросхеме TL494. Здесь мы не увидим плавное изменение ширины выходных импульсов от изменения входного напряжения на входе усилителя ошибки (вывод «2»), или на входе компаратора тока (вывод «3»), так как выходными импульсами микросхемы (выходным каскадом) управляет компаратор (компаратор тока), и он при превышении каких либо порогов, просто выключает выходной каскад, а потом при нормализации напряжений и токов — включает.
Инвертирующий вход этого компаратора внутренне смещён на 1,0 вольт. Ограничение (отключение) выходных импульсов происходит, если на выводе «3» компаратора превысить этот порог в 1,0 вольт, или если на выводе «1» уменьшить напряжение так, чтобы оно не превышало падения напряжения на двух последовательно включенных диодах ( у нас получилось около 0,7 вольт). Напряжение на этом выводе достигает такой величины, если входное напряжение на входе усилителя ошибки (вывод «2») превысит 2,5 вольта, потому что на не инвертирующий вход этого усилителя ошибки по внутренним цепям подаётся напряжение 2,5 вольт, то есть что-то похоже на работу TL-431.
Ещё вывод «1» можно использовать, как второй контур регулирования выходного напряжения, если к этому выходу, например подключить транзистор, управляемый светодиодом (оптрон), который связан с выходом БП. Можно так же по этому входу блокировать (аварийно отключить) микросхему, замыкая его транзистором, или ещё чем либо на общий провод.
Если объяснить более понятным языком, то управление выходным напряжением (током) осуществляется здесь тоже усилителями ошибки, как и в ТЛ494, только в той разнице, что в ТЛ494 изменяется скважность выходных импульсов, а здесь управление происходит пачками выходных импульсов.
То есть при включении БП, и на выходе МС появляются импульсы. Напряжение на выходе БП начинает расти, и при достижении установленного порога (например 12 вольт), когда до этого напряжения зарядится конденсатор фильтра — импульсы на выходе МС прекращаются.
Подключенная нагрузка потребляет ток и конденсатор разряжается. Выходное напряжение начинает понижаться и в этот момент (после определённого порога) включается МС и на выход опять поступают импульсы. После нескольких импульсов (пачки импульсов) конденсатор снова подзаряжается до установленного порога и импульсы опять прекращаются.
Если ток нагрузки небольшой, то для подзаряда конденсатора хватает нескольких импульсов (короткая пачка) и соответственно проходит больше времени для подачи на выход следующей пачки импульсов (больше расстояние между пачками импульсов).
При увеличении тока нагрузки, соответственно нужно большее кол-во импульсов в пачке (длинная пачка), чтобы зарядить конденсатор, и соответственно также уменьшается время и между пачками импульсов.
Если мы представим, что пачка импульсов — это один импульс (который может быть и уже и шире), а время (расстояние) между пачками — это время между каждым импульсом — здесь получается полный аналог ШИМ , как и ТЛ494.
Выходной каскад микросхемы выполнен по полу-мостовой схеме и рассчитан на средний ток около 200 мА, пиковый же ток может достигать 1,0 А и на этом уровне ограничивается микросхемой.
Выходной каскад может управлять, как мощным полевым, так и биполярным транзистором.
Ну вот по этим микросхемам, в принципе всё, что хотел сказать. В интернете очень много по ним написано, и есть много технической документации. Если хотите узнать по ним что-то большее и более углубленно, поисковик Вам в руки.
Назначение выводов микросхемы.
Давайте теперь кратко рассмотрим назначение выводов и работу микросхемы (её блоков), а потом посмотрим это практически;
1. C MP — выход усилителя ошибки. Служит для коррекции АЧХ усилителя ошибки, с этой целью между выводами 1 и 2 обычно подключается конденсатор емкостью около 100 пФ. С помощью этого вывода, можно установить коэффициент усиления усилителя ошибки с помощью дополнительного резистора, который подключается к этим же выводам, что и конденсатор, а так же ещё и управлять работой контроллера.
Если на этом выводе уменьшить напряжение ниже 1-го вольта, то на выходе микросхемы (вывод 6) будет уменьшаться длительность импульсов, уменьшая при этом выходное напряжение (мощность) БП.
2. V FB — вход обратной связи усилителя ошибки. Используется в основном для регулировки (стабилизации) выходного напряжения. Если напряжение на этом выводе превысит 2,5 вольта (подаётся с внутреннего источника на не инвертирующий вход усилителя ошибки), то длительность (скважность) выходных импульсов начнёт уменьшаться, уменьшая тем самым выходное напряжение БП.
3. I S — сигнал обратной связи по току. Этот вывод обычно присоединен к резистору в цепи истока ключевого транзистора. В момент перегрузки МОП транзистора, напряжение на резисторе увеличивается и при увеличении его более 1-го вольта, импульсы на выходе 6 прекращаются и выходной транзистор закрывается.
5. G ND — общий вывод для первичной цепи. Этот вывод не должен быть напрямую соединён с общим выводом вторичных цепей схемы.
6. O UT — выход ШИМ–контроллера, подключается к затвору ключевому транзистору через резистор или параллельно соединенные резистор и диод (анодом к затвору).
7. V CC — вход питания ШИМ-контроллера, на этот вывод микросхемы подаётся напряжение питания в диапазоне от 16 вольт до 34. Более 34 вольт на микросхему подавать не рекомендуется, так как микросхема обладает защитой от перенапряжения, и если напряжение питания на ней превысит 34 вольта — микросхема отключится.
8. R EF — выход внутреннего источника стабильного опорного напряжения 5 вольт, ток его нагрузки может достигать 50 мА.
