При длительной эксплуатации совершенно по разным причинам
выходят из строя блоки питания копьютера. Предлагаю свою методику поиска и устранения неисправностей в блоке питания
компьютера типа IBM PC AT проверенную на практике. Рассмотрим структурную схему блока питания мощностью
200 Вт (рис.1). Входное напряжение (115 или 230 В переменного тока) поступает на
сетевой фильтр, состоящий обычно из индуктивностей, конденсаторов небольшой
емкости и разрядного резистора.
Далее питающее напряжение поступает на
двухполюсный выключатель, который обычно установлен на передней панели
компьютера, а с него - на стандартный разъем, в который вставлен сетевой шнур
монитора, и на высоковольтный выпрямитель (мост на четырех диодах в
пластмассовом корпусе).
Выпрямленное напряжение поступает на высоковольтный
фильтр, представляющий собой два электролитических конденсатора емкостью 200 -
500 мкФ. Между высоковольтным выпрямителем и высоковольтным фильтром имеется однополюсный выключатель
S1 (рис.2), который вынесен на заднюю стенку блока питания. В разомкнутом
состоянии этого переключателя схема представляет собой однофазный мостовой
выпрямитель с входным напряжением 230 В, работающий на емкость С/2, в замкнутом
- удвоитель напряжения, входное напряжение в этом случае равно 115В
(американский стандарт).
Рис.1.
Отфильтрованное постоянное напряжение поступает на высоковольтный
транзисторный ключ, собранный по одно- или двухтактной схеме, который
переключается с частотой несколько десятков килогерц схемой управления. Импульсы
напряжения поступают на импульсный понижающий трансформатор, напряжения на вторичных обмотках служат входными для каналов +5В,
+12В, -5 В, -12В, собранным по стандартным схемам с двухполупериодными
выпрямителями (два диода и обмотка со средней точкой) и LC-фильтрами. В каналах
-5В и -12В можно применять интегральные стабилизаторы напряжения типа 7905 и
7912 соответственно.
Рис.2.
Выходные напряжения в каналах отслеживаются схемой управления. Сигнал PG
(Power Good), свидетельствующий о том, что напряжения на выходах блока питания
находятся в пределах нормы, представляет собой постоянное напряжение +5В,
которое появляется по окончании всех переходных процессов. В канал +12 В включен
вентилятор (на схеме не показан), который обеспечивает охлаждение блока питания
и других элементов компьютера.
Рассмотрим подробнее схему управления. Обычно она состоит из ШИМ-контроллера
и линейки компараторов, которые отслеживают выходные напряжения и участвуют в
формировании сигнала PG. В качестве линейки компараторов часто применяют
микросхему LM339N, содержащую четыре компаратора (ее структурная схема и цоколевка показаны на рис.3).
Рис.3.
В
качестве собственно ШИМ-контроллера применяют микросхему TL494 (TL493, TL495)
фирмы TEXAS INSTRUMENT или ее аналог - микросхему μРС494 фирмы NEC. Структурная схема
TL494 изображена на рис.4.
Назначение выводов микросхемы:
- выводы 1 и 2 - соответственно неинвертирующий и
инвертирующий входы усилителя ошибки 1;
- вывод 3 - вход обратной связи;
- вывод 4
-вход регулировки "мертвого времени" (т.е. времени, когда оба выходных
транзистора микросхемы закрыты даже при максимальной потребляемой мощности);
- выводы 5 (Ct) и 6 (Rt) -для подключения внешних частотозадающих элементов
внутреннего генератора пилообразного напряжения;
- вывод 7 - общий;
- выводы 8 и 9 -
соответственно коллектор и эмиттер второго транзистора;
- вывод 12 - напряжение
питания;
- вывод 13 - выбор режима работы (одно или двухтактный режим работы;
если на этом выводе напряжение 2,4 - 5 В - логическая 'Т' для TTL схем, будет
двухтактный режим работы, а транзисторы Т1 и Т2 открываются поочередно; если же на этом выводе напряжение 0 -0,4 В (TTL
"0") - однотактный режим, при этом транзисторы можно включать параллельно для
увеличения выходного тока);
- вывод 14 - выход опорного напряжения (+5 В);
- выводы
16 и 15 - соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы усилителя ошибки
2.
Рис.4.
ШИМ-контроллер работает на фиксированной частоте и содержит встроенный
генератор пилообразного напряжения, который требует для установки частоты только
два внешних компонента: резистора Rt и конденсатора Ct. Частота генерации f =
1,1/(RtCt). Модуляция ширины импульсов достигается сравнением положительного напряжения, получаемого
на конденсаторе Ct с двумя управляющими сигналами (первый из них поступает на
вход регулировки "мертвого времени", второй получается из выходных напряжений
усилителей ошибок и сигнала обратной связи).
Логический элемент ИЛИ-НЕ
возбуждает выходные транзисторы Q1 и Q2 только тогда, когда линия тактирования
встроенного триггера находится в НИЗКОМ состоянии. Это происходит тогда, когда
амплитуда пилообразного напряжения больше амплитуды управляющих сигналов.
Следовательно, повышение амплитуды управляющих сигналов вызывает соответствующее
линейное уменьшение ширины выходных импульсов. Более подробно микросхема TL494
описана в [1].
Наиболее часто встречающиеся неисправности блока питания IBM PC AT - выход из
строя высоковольтного фильтра, высоковольтного ключа, выпрямителей в каналах +5
В и +12 В, микросхемы ШИМ-контроллера.
Методика поиска неисправностей
Алгоритм поиска неисправностей следующий:
1.Внимательно осмотреть монтаж печатной платы через увеличительное стекло.
Печатные проводники не должны иметь трещин и ложных паек (ложную пайку иногда
можно выявить как кольцеобразную трещину вокруг вывода детали).
2.Проверить предохранитель, стоящий перед сетевым фильтром (номинал - 4 А) и
при его неисправности заменить на аналогичный исправный. Применение всякого рода
«жучков» чревато «выгоранием» гораздо более дорогостоящих, нежели
предохранитель, элементов. Если предохранитель опять сгорит, значит
неисправность находится где-то глубже.
3.Проверить ("прозвонить" омметром) высоковольтный выпрямитель,
высоковольтный фильтр и высоковольтный ключ. Конденсаторы высоковольтного
фильтра, разумеется, не дол* жны иметь внутренних замыканий или обрывов. С
помощью осциллографа и пробника - делителя 1:10 желательно посмотреть форму
выпрямленного напряжения на высоковольтных конденсаторах. При номинальной
нагрузке двойная амплитуда пульсаций не должна превышать 5 В. Следует иметь в
виду, что транзистор (иди транзисторы) высоковольтного ключа между коллектором и
эмиттером могут иметь встроенный защитный диод. Визуально определить транзисторы высоковольтного ключа не
сложно: они имеют относительно большой корпус, помещены на радиаторе, у места
подпаивания их выводов на печатной плате нанесены буквы "В", "С", "Е" (база,
коллектор, эмиттер). Следует также проверить внешние защитные диоды, которые
могут быть подключены к выводам коллектор-эмиттер транзистора. Транзистор можно
однозначно считать неисправным, если сопротивление коллектор-эмиттер мало или
равно нулю в обоих направлениях.
4. Проверить каналы +5 В, +12 В, -5 В, -12 В. Чтобы проверить каналы +5 В и
+12 В, необходимо измерить сопротивление их выходов (шина +5 В и общий, шина +12
В и общий). Проводник +5 В имеет обычно красный цвет, проводник +12 В - желтый
цвет, общий - черный. Сопротивление выхода должно быть больше 100 Ом. Если оно
намного меньше или равно нулю, то, скорее всего, пробиты один или два диода в
выпрямителе соответствующего канала. Выпрямители (два диода, соединенные
катодами) помещены в трехвыводные корпусы, их можно отличить по маркировке -
символическому изображению двух диодов, включенных встречно. Выпрямители также
помещены на радиаторе (часто общем для них и транзисторов высоковольтного
ключа). Перед установкой выпрямителей следует проверить целостность изолирующих
прокладок.
Если закорочен один или два диода в каком-либо из каналов, блок питания "не
заводится", издавая легкое "жужжание", все выходные напряжения сильно снижены,
вентилятор не вращается, импульсы на выходе микросхемы (выв. 8,11 или 9,10) практически отсутствуют и можно сделать ложный вывод о неисправности
ШИМ-контроллера.
Аналогично можно проверить каналы -5 В и -12 В. Выпрямители в них обычно
собраны на двух дискретных диодах. Если применены интегральные стабилизаторы
7905 и 7912, следует измерить сопротивление и на их входах (должно быть более
100 Ом). Закоротить выход канала могут и конденсаторы фильтра, что, однако,
встречается довольно редко.
5.Проверить линейку компараторов. Руководствуясь структурной схемой и
цоколевкой (рис.3), измерить напряжение на входах и выходах компараторов. Если
напряжение на неин-вертирующем входе больше, чем на инвертирующем, то выходное
напряжение должно быть около 4,9 В, если наоборот -то значительно меньше.
6.Проверить ШИМ-контроллер.
6.1. Сначала необходимо измерить напряжение питания микросхемы
(выв.12), которое должно составлять 10 -15 В (по ТУ допускается 7-40 В). Если
этого напряжения нет или оно сильно снижено, следует перерезать дорожку печатной
платы, идущую к выводу 12, и вновь провести измерение. Если напряжение появится,
значит, микросхема неисправна и подлежит замене. Если же напряжение не
появилось, следует проследить эту цепь дальше. В некоторых моделях это
напряжение получается из маленького трансформатора, подключенного к
высоковольтному выпрямителю; к его вторичной обмотке со средней точкой подключен
двухполупериодный выпрямитель и фильтрующий конденсатор.
6.2.Далее проверить выход опорного напряжения (выв. 14), которое должно
быть +5 В. Это напряжение используется для подачи через резистивные делители на
входы компараторов. Если оно превышает номинальное более чем на 10% или равно напряжению питания, микросхема подлежит замене. Если опорное напряжение
меньше номинального или равно нулю, следует обрезать дорожку на печатной плате,
ведущую к выв. 14. Если после этого оно повысилось до номинального,
неисправность находится вне микросхемы, если не изменилось -микросхема подлежит
замене.
6.3. Подключить щуп осциллографа к выводу 5 микросхемы. На нем должно
быть пилообразное напряжение амплитудой около 3 В и частотой несколько десятков
килогерц (микросхема TL494 может работать в диапазоне 1 - 300 кГц, типовое
значение 50 кГц). "Пила" не должна иметь искажений. Если имеются искажения или
слишком мала (велика) частота, следует проверить навесные элементы генератора:
конденсатор, подключенный к выводу 5 микросхемы, и резистор, подключенный к
выводу 6. Если эти элементы исправны, микросхему придется заменить.
6.4. Проверить сигналы на выходах микросхемы. Выходные транзисторы
микросхемы включены по схеме с ОК или ОЭ и обеспечивают ток до 250 мА. Схему
включения можно определить визуально: если выводы 9 и 10 соединены с общим
проводом, получаем схему с ОЭ, и, значит, выходные сигналы нужно наблюдать на
выводах 8 и 11 микросхемы. Если выводы 8 и 11 соединены с выводом напряжения
питания, получаем схему с ОК, и выходные сигналы можно наблюдать на выводах 9 и
10 микросхемы. На выходах должны быть импульсы с четкими фронтами амплитудой 2 -
3 В и скважностью, зависящей от тока нагрузки. Эти импульсы непосредственно или
через разделительные трансформаторы поступают на базы транзисторов
высоковольтного ключа. Если амплитуда импульсов резко снижена, следует
перерезать проводники, отходящие от выходов микросхемы, и посмотреть сигналы
непосредственно на выводах. Если амплитуда нормальная, то, скорее всего, пробиты
базо-эмиттерные переходы транзисторов высоковольтного ключа, и транзисторы
подлежат замене.
Примечание: Блок питания IBM PC AT не рекомендуется включать без нагрузки. В
качестве последней можно использовать проволочный резистор сопротивлением 1 - 2
Ом мощностью 25 Вт, подключенный к каналу +5 В.
Признаки некоторых "мягких" неисправностей.
1. Все напряжения в норме, вентилятор не вращается или издает
гудящий звук. В этом случае, скорее всего, неисправен сам вентилятор. Сначала
следует почистить мягкой кисточкой лопасти и статор вентилятора (там обычно
собирается много пыли и грязи, особенно если курят вблизи). Вентилятор содержит
встроенную транзисторную схему управления, поэтому его нельзя "прозвонить" как
обычную катушку индуктивности. Необходимо открутить вентилятор от задней стенки
блока питания и отклеить декоративную наклейку с его ротора. Под наклейкой
имеется углубление, в котором виден вал ротора, закрепленный гибкой
фторопластовой шайбой. Следует капнуть в углубление 2-3 капли машинного масла и
наклеить декоративную наклейку на место. После этого гул обычно исчезает. В
противном случае вентилятор подлежит замене.
2. При низкой температуре окружающего воздуха блок питания не
включается, а после прогрева нормально работает. По ТУ компьютер должен работать
в диапазоне температур обычно от +10 до +35. Если температура окружающего
воздуха менее 10 - нормальная работа не гарантируется. Однако может иметь место
случай, когда температура в помещении выше +10, а блок питания все равно "не
запускается". В таких случаях можно рекомендовать замену микросхемы ШИМ-контроллера. В [1] указано, что микросхема ШИМ-контроллера TL494 с буквой
"I" (например, TL494ID) гарантирует нормальную работу в диапазоне температур -25
... 85°С, а с буквой "С" (например, TL494CN) гарантирует нормальную работу в
диапазоне 0 ... 70°С.
В. Василенко
Литература:
1 .Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. - М.:
ДОДЕКА, 1996.
2. С. Мюллер. Модернизация и ремонт ПК. 6-е - изд. - К.: Диалектика,
1997.
