В данной статье предлагается наиболее общая методика поиска неисправностей в блоке питания компьютера типа IBM PC без рассмотрения всех особенностей принципиальных схем.
Рассмотрим структурную схему блока питания мощностью 200 Вт, изображенную на рис.1.
Входное напряжение (115 или 230 Вольт переменного тока) поступает на сетевой фильтр, состоящий обычно из нескольких 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 вставляется сетевой шнур монитора) и на высоковольтный выпрямитель, который конструктивно представляет собой четыре диода, включенные по мостовой схеме и помещенные в пластмассовый корпус. Выпрямленное напряжение поступает на высоковольтный фильтр, представляющий собой два электролитических конденсатора емкостью 200...500 мкФ.
Между высоковольтным выпрямителем и высоковольтным фильтром стоит однополюсный выключатель (рис.2), который вынесен на заднюю стенку блока питания. При разомкнутом состоянии этого переключателя схема представляет собой однофазный мостовой выпрямитель с входным напряжением 230 В, работающий на емкость общим номиналом С/2, при замкнутом - удвоитель напряжения. Входное напряжение в этом случае составляет величину 115 В (американский стандарт). Отфильтрованное постоянное напряжение поступает на высоковольтный транзисторный ключ, собранный по одно- или двухтактной схеме, который переключается схемой управления с частотой несколько десятков килогерц. Импульсы напряжения поступают на импульсный понижающий трансформатор, который выдает на вторичных обмотках напряжения для каналов +5 В, +12 В, -5 В, -12 В. Каналы +5 В, +12 В, -5 В, -12 В собраны по стандартным схемам и состоят из двухполупериодного выпрямителя (два диода и обмотка со средней точкой) и LС-фильтра. В каналах -5 В и -12 В могут применяться однополупериодные выпрямители и интегральные стабилизаторы напряжения типа 7905 и 7912 соответственно. Выходные напряжения в каналах отслеживаются схемой управления. Сигнал Р.6. (Power Good), свидетельствующий о том, что напряжения на выходе блока питания находятся в пределах нормы, представляет собой постоянное напряжение +5 В, которое появляется по окончании всех переходных процессов. В канал +12 В включается вентилятор (на схеме не показан), который обеспечивает охлаждение блока питания и других элементов компьютера.
Рассмотрим немного подробнее схему управления. Обычно она состоит из ШИМ - контроллера и линейки компараторов, которые отслеживают выходные напряжения и участвуют в формировании сигнала P.G. В качестве линейки компараторов часто используется микросхема LМ339N, содержащая четыре компаратора (ее структурная схема и цоколевка приведены на рис.З), а в качестве ШИМ-контроллера - микросхема ТL494 (ТL493, ТL495) фирмы TEXAS INSTRUMENTS или ее аналог - микросхема МРС494 фирмы NEC. Структурная схема ТL494 приведена на рис.4.
Выводы 1 и 2 - соответственно неинвертирующий и инвертирующий входы усилителя ошибки 1, вывод 3 - вход обратной связи, вывод 4 - вход регулировки "мертвого времени" (времени, когда оба выходных транзистора микросхемы закрыты даже при максимальной потребляемой мощности), выводы 5 (Ст) и 6 (Rт) служат для подключения внешних злементов внутреннего генератора пилообразного напряжения, вывод 7 - общий, выводы 8 и 9 - соответственно коллектор и змиттер первого транзистора, выводы 11 и 10 - соответственно коллектор и змиттер второго транзистора, вывод 12 - напряжение питания, вывод 13 - выбор режима работы (одно- или двухтактный режим работы). Если на этом выводе присутствует положительное напряжение 2,4...5 В (логическая "1" для ТТL - схем) - осуществляется двухтактный режим работы, транэисторы Q1 и Q2 открываются поочередно. Если на этом выводе напряжение составляет 0...0,4 В (логичесиий "0" цля ТТL - схем) - 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.
ШИМ-контроллер работает на фиксированной частоте и содержит встроенный генератор пилообазного напряжения, который требует для установки частоты только двух внешних компонентов - резстора Rт, и конденсатора Ст. Частота генерации определяется по формуле:
t=1,1/RтCт
Модуляция ширины импульсов достигается сравнением положительного напряжения, получаемого на конденсаторе С, с двумя управляющими сигиалами. Первый из них поступает на вход регулировки "мертвого времени", второй получается из выходных напряжений усилителей ошибок и сигнала обратной связи. Логический элемент ИЛИ-НЕ управляет выходными транзисторами Q1 и Q2 только тогда, когда линия тактирования встроенного триггера находится в состоянии логического "0". Это происходит только в течение того времени, когда амплитуда пилообразного напряжения выше амплитуды управляющих сигналов. Следовательно, повышение амплитуды управляющих сигналов вызывает соответствующее линейное уменьшение ширины выходных импульсов. Более подробно микросхема ТL494 описана в [1].
Наиболее часто встречающиеся неисправности блока питания IВМ РС АТ - выход из строя высоковольтного фильтра, высоковольтного ключа, выпрямителей в каналах +5 В и +12 В, микросхемы ШИМ-контроллера. Предлагается следующий алгоритм поиска неисправностей:
1. Внимательно осмотреть монтаж печатной платы через увеличительное стекло. Печатные проводники не должны иметь трещин и ложных паек (ложная пайка иногда может выглядеть как кольцеобразная трещина вокруг вывода детали).
2. Проверить предохранитель, стоящий перед сетевым фильтром (номинал - 4 А), и при его неисправности заменить на предохранитель с таким же номиналом. Применение всякого рода "жучков" чревато увеличением количества неисправностей. Если предохранитель опять сгорает, значит, неисправность находится где-то дальше.
3. Проверить ("прозвонить" омметром) высоковольтный выпрямитель, высоковольтный фильтр и высоковольтный ключ.
Конденсаторы высоковольтного фильтра, разумеется, не должны иметь внутренних замыканий или обрывов. С помощью осциллографа и пробника-делителя "1:10" желательно посмотреть форму выпрямленного напряжения на высоковольтных конденсаторах. При нагрузке 1...2 кОм напряжение пульсаций (двойная амплитуда) не должно превышать 5 В.
Следует иметь в виду, что транзистор (или транзисторы) высоковольтного ключа могут иметь встроенный защитный диод, включенный между коллектором и эмиттером. Визуально определить транзисторы высоковольтного ключа достаточно просто - эти транзисторы имеют относительно большой корпус, помещены на радиаторе, у места подпаивания их выводов на печатной плате нанесены буквы "В", "С", "Е" (база, коллектор, эмиттер). Следует проверить также защитные диоды, если таковые имеются, которые всегда включены в цепь коллектор-эмиттер транзистора. При необходимости следует заменить неисправные компоненты исправными. 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 +5В и +12 В, необходимо измерить сопротивление их выходов (шина +5 В и общий, +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. Следует заменить неисправные выпрямители аналогичными. Выпрямители (два диода, соединенные катодами) помещены в трехвыводные корпуса, их можно отличить по маркировке - символическому изображению двух диодов, включенных встречно. Выпрямители также размещены на радиаторе (часто общим 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 (выводы 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 сопротивления и на их выходах (оно также должно быть более 100 Ом). Закоротить выход канала могут и конденсаторы фильтра, что однако, встречается достаточно редко.
5. Проверить линейку компараторов. Руководствуясь структурной схемой и цоколевкой (рис.З), измерить напряжения на входах и выходах компараторов. Если напряжение неинвертирующего входа больше, чем инвертирующего, то выходное напряжение должно составлять величину около 4,9 В, если наоборот - то значительно меньшую.
6. Проверить ШИМ-контроллер. Для этого следует:
- измерить напряжение питания микросхемы (вывод 12) - его величина должна составлять 10...15 В (по техническим условиям допускается работа в диапазоне 7...40 В). Если это напряжение отсутствует или оно сильно снижено, следует перерезать дорожку печатной платы, идущую к выводу 12 микросхемы 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 зто напряжение получается от маленького трансформатора, подключенного к высоковольтному выпрямителю. К его вторичной обмотке со средней точкой подключены двухполупериодный выпрямитель и фильтрующий конденсатор;
- следует проверить выход опорного напряжения (вывод 14). Величина опорного напряжения должна быть равной +5 В, это напряжение подается через резистивные делители на входы компараторов. Если его значение 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 выводу 14. Если после этого напряжение повысилось до номинального, неисправность находится вне микросхемы, если не изменилось - микросхема подлежит замене;
- установить щуп осциллографа на вывод 5 микросхемы. На этом выводе должно быть пилообразное напряжение амплитудой около 3 В и частотой несколько десятков килогерц (микросхема ТL494 может работать в диапазоне 1...300 кГц, типовое значение - 50 кГц).
"Пила" не должна иметь искажений. Если имеются искажения, или частота слишком мала (велика), следует проверить навесные элементы генератора - конденсатор, подключенный к выводу 5 микросхемы, и резистор, подилюченный к выводу 6. Если эти элементы исправны - микросхему следует заменить;
- проверить сигналы на выходах микросхемы. Выходные транзисторы микросхемы могут обеспечить ток до 250 мА и включаться по схеме с ОК или ОЭ. Схему включения можно определить визуально: если выводы 9 и 10 соединены с общим проводом - имеет место схема с ОЭ, и значит, выходные сигналы нужно наблюдать на выводах 8 и 11 микросхемы; если выводы 8 и 11 соединены с выводом напряжения питания - имеет место схема с ОК, и значит, выходные сигналы нужно наблюдать на выводах 9 и 10 мииросхемы. На выходных выводах должны быть импульсы с четкими фронтами, амплитудой около 2...3 В и скважностью, зависящей от мощности 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 там нормальная амплитуда, то, скорее всего, пробиты переходы база-эмиттер транзисторов высоковольтного ключа, и транзисторы подлежат замене.
Важно помнить, что блок питания IВМ РС АТ не рекомендуется включать без нагрузки. В качестве нагрузки можно использовать резистор сопротивлением 1...2 Ом и мощностью 25 Вт, подключенный к каналу +5 В, или лампу накаливания на 6,3 В мощностью 40...60 Вт.
Признаки проявления некоторых 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 грязи, особенно если вблизи курят). 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, где виден вал ротора, закрепленный гибкой фторопластовой шайбой. Следует капнуть в углубление 2...3 капли машинного масла и наклеить декоративную наклейку на место. После зтого гул обычно исчезает. В противном случае вентилятор подлежит замене.
2. При низкой температуре окружающего воздуха блок питания не включается, а после прогрева нормально работает. В технических условиях на ПЭВМ обычно оговаривается, что компьютер должен работать в диапазоне температур от +10 до +35 С. Если температура окружающего воздуха менее +10 С, нормальная работа не гарантируется. Однако может иметь место случай, когда температура в помещении выше +10 С, а блок питания "не запускается". Можно рекомендовать замену микросхемы ШИМ-контроллера. В (1) говориться, что микросхема ШИМ-контроллера ТL494 с суффиксом "I" (например ТL494ID) гарантирует нормальную работу в диапазоне температур -25... +85 С, а с суффиксом "С" (например ТL494СN) гарантирует нормальную работу в диапазоне 0..70 С.
Литература