STR54041 — ШИМ-контроллер для импульсных блоков питания со встроенным силовым ключом

В ремонт попал телевизор телевизор SAMSUNG LE32B530. Он состоит из следующий модулей:

Матрица – AU Optronics T315HW01

Майн борд – BN41-01252A

Блок питания – BN44-00234A

Инвертор – 4H.V2578.021/D (DS-1931T05001)

model.jpg.pagespeed.ce.S4CH48S3pq.jpg

Предыстория

Потребовался ремонт телевизора SAMSUNG LE32B530 с весьма странными и неоднозначными симптомами.

При первом включении телевизор мигал красным индикатором дежурного режима, также помигивая в такт нажатия кнопок на пульте, но дальше не включался. После разборки симптомы изменились, телевизор пытался включится, вспыхивала на долю секунды подсветка, иногда можно было рассмотреть на экране логотип, после чего телевизор тух. На третий раз телевизор даже подал звук, но без изображения. Дальше мучить телевизор было опасно т.к. резкое отключение блока питания может повредить прошивку, что добавит проблем.

Отключив плату питания и подкинув небольшую эквивалентную нагрузку было замечено, что блок питания работает крайне нестабильно, легко улетая в защиту даже при средней нагрузке. Электролитические конденсаторы, как могло бы показаться, совершенно невиновны. Диагностику стоит начать в входного напряжения и первый же замер напряжения на входном электролите показал значение 280 В. Этого слишком низкое напряжение даже для обычного мостового выпрямителя. Выпрямленное напряжение сети в √2 раз больше переменного т.е. 220 В*√2=311 В. В нашей схеме стоит PFC, который должен бы «накачивать» конденсатор минимум до 350 В.

Рассмотрим схему блока PFC. Она собрана на специализированной микросхеме FAN7530 в типичном ее включении.

fan7530_schematics.jpg

Наиболее подвержены выходу их строя следующие элементы:

Диоды DP801, DP803

Транзисторы QP801, QP802

Резистор RP813

Сама ШИМ ICP801S

Выход из строя силовых ключей обычно сопровождается коротким замыканием, которое влечет за собой перегорание предохранителей и прочих элементов входных цепей. В нашем случае заметных повреждений на плате нет, да и предохранители целы. Потому вооружившись мультиметром прощупаем сигналы на управляющей микросхеме. Если у вас есть осциллограф, то лучше вооружится им, т.к. он позволит посмотреть генерацию управляющих импульсов на 7й ножке “OUT” и сравнить ее с формой импульсов на затворах полевых транзисторов. Но в первом приближении будет достаточно и одного мультиметра.

Прежде всего проверяем питающее напряжение на 8й ножке “VCC” оно должно составлять от 11 до 24 В. Если напряжение в норме, то проверяем напряжение обратной связи на 1й ножке “INV”. При заряженном конденсаторе CP801, напряжение на этой ножке должно составлять 2,5 В если же напряжение на конденсаторе около 200 В, то и напряжение на этой ножке должно быть пропорционально ниже и будет составлять примерно 1,8 В. Измерение же показало на этой ножке доли вольта. А при отключенном питании эта ножка звонилась на землю как полупроводниковый диод. Конечно есть крохотный шанс, что пробился CP809, но поднятие 1й ножки и ее прозвон показал, что пробой произошел где-то внутри микросхемы. И вот тут начинается самое интересное, Дело в том, что найти оперативно такую микросхему мне не удалось, и пришлось искать альтернативу.

Что же такое FAN7530?

FAN7530 – это специализированный контроллер активной коррекции коэффициента мощности (PFC) повышающего типа и работающий в режиме критической проводимости (CRM). Данный PFC с режимом критической проводимости находится на стыке режимов непрерывной проводимости (CCM) и режима прерывистой проводимости (DCM). Контроллеры CRM PFC бывают двух видов: CRM PFC с токовым режимом и CRM PFC в режиме ограничения напряжения. В токовом режиме силовой ключ включается, когда ток на индуктивности достигает нуля, и выключается, когда ток на индуктивности соответствует заданному току. В этом случае постоянно измеряется выпрямленное сетевое напряжение и определяется опорный ток, также, как и в младшей версии микросхемы – FAN7527B, однако помехи в сети могут вызвать дополнительную потерю мощности.

В режиме постоянного напряжения включение силового ключа такое же, как и в токовом режиме, но отключение определяется сигналом с делителя напряжения.

crm_pfc.jpg

Сигнал с делителя сравнивается с опорным напряжением при помощи усилителя ошибки и влияет на время отключения силового ключа, а время включения является постоянным. Если время включения является постоянным, то пиковый ток на индуктивности прямо пропорционален текущему уровню выпрямленного сетевого напряжения.

crm_pfc_graph.jpg

Таким образом, усредненная форма входного тока повторяет форму входного напряжения, обеспечивая хороший коэффициент мощности. FAN7530 является контроллером CRM PFC в режиме постоянного напряжения. Поскольку контроллер PFC CRM в режиме постоянного напряжения не нуждается информации о состоянии напряжения сети, то он не чувствителен к помехам и может обеспечивать стабильную выходную мощность даже при плохих условиях питания.

fan7530_struct.jpg

FAN7530 или FAN7930?

Наиболее похожей на FAN7530 оказалась FAN7930

Но в ней есть небольшое отличие, а именно назначение 2й ножки

В PFC FAN7530 вторая ножка “MOT” из описания известно следующее – “This pin is used to set the slope of the internal ramp. The voltage of this pin is maintained at 3V. If a resistor is connected between this pin and GND, current flows out of the pin and the slope of the internal ramp is proportional to this current.” Или же на русском будет следующий смысл – «Вывод MOT используется для установки крутизны пилообразного сигнала внутреннего генератора. Напряжение на этом выводе поддерживается на уровне 3 В. Если вывод нагрузить резистором на землю “GND”, то ток протекающий через этот резистор будет прямо пропорционален крутизне пилообразного сигнала». Значит эта ножка в FAN7530 используется для конфигурации работы микросхемы.

Смотрим, что пишут о PFC FAN7930 – “This pin is used to detect PFC output voltage reaching a pre-determined value. When output voltage reaches 89% of rated output voltage, this pin is pulled HIGH, which is an (open drain) output type.” Или в переводе «Вывод RDY (сокр. от «ready») используется для сигнализации, что выходное напряжения PFC достигло определенного значения. Когда выходное напряжение достигает 89% от номинального, на этом выводе появляется высокий сигнал КМОП (с открытым стоком). Выходит, эта ножка сигнализирует о готовности PFC к дальнейшему запуску БП (своеобразный аналог сигнала PowerGood).

Учитывая эту информацию можно сделать вывод, что FAN7530 можно легко заменить на FAN7930, а вот FAN7930 заменить на FAN7530 можно лишь в случае, если сигнал RDY не задействован в схеме.

Поскольку в новой микросхеме сигнал RDY нам не нужен, то для исключения конфузов отключим цепь, ведущую к этой ноге. На мой взгляд самым удобным способом будет разворот SMD элементов на 90 градусов, чтобы один вывод был припаян, а вторая просто лежала на маске или вел к той же цепи, что и первый вывод. Таким образом не приходится резать дорожки и в случае необходимости можно быстро восстановить цепи в исходное состояние.

После замены микросхем и коррекции обвязки напряжение на конденсаторе поднялось до 360 В и телевизор заработал стабильно.

Если вы ищете микросхемы ШИМ и PFC, предлагаем ознакомиться с ассортиментом у нас на сайте.

Также в наличии контроллер PFC FAN7930, который и был установлен в данный телевизор.

Внешний вид и назначение выводов str54041:

Назначение выводов №выв.
Общий 1
Вход обратной связи
Коллектор ключевого транзистора 3
Эмиттер ключевого транзистора 4
Входной сигнал усилителя ошибки 5

Рис. 2. Структурная схема микросхемы str54041

Типовые схемы блоков питания на микросхеме STR54041

Принцип работы блока питания на микросхеме STR54041

Принцип работы микросхемы str54041 рассмотрим на примере импульсного блока питания телевизора Sony KV-V2155K (шасси: ВЕ-2А).

Рис. 5.Принципиальная схема импульсного блока питания телевизора Sony KV-V2155K.

Блок питания формирует стабилизированные вторичные напряжения +120 В, +21 В, +8 В, +5 В для питания узлов телевизора в рабочем и дежурном режимах.

Блок построен на основе ШИМ-контроллера со встроенным силовым ключом ic STR58041. Микросхема включает в себя источник опорного напряжения, усилитель сигнала ошибки, усилитель тока и силовой ключ.

Схема работает следующим образом. Выпрямленное и отфильтрованное сетевое напряжение поступает на 5 вывод Т601. Благодаря смещению R607, R611 силовой ключ начинает открываться и через обмотку 5-7 Т601 течет ток.

Напряжение ПОС с обмотки 11-13 Т601 прикладывается к базе ключа (2 вывод IC601) и ускоряет процесс перехода его в состояние насыщения. Рост тока через обмотку 5-7 Т601 прекращается, полярность напряжений на обмотках изменяется на противоположную, теперь уже к базе силового ключа будет приложен отрицательный потенциал обмотки положительной обратной связи (ПОС) 11-13 Т601, что приведет к его переходу в состояние отсечки. Далее процесс открытия и закрытия силового ключа повторяется. Таким образом постоянное напряжение преобразуется в импульсную последовательность частотой в десятки кГц. Накопление энергии в Т601 происходит, когда силовой ключ открывается, а передача энергии в нагрузку — в момент закрытого состояния ключа.

Стабилизация вторичных выходных напряжений осуществляется следующим образом. На обмотке 13-15 Т601 формируется напряжение, величина которого пропорциональна выходным напряжения блока питания. Оно выпрямляется (D607, С618) и поступает на 1 вывод IC601 для формирования опорного напряжения. Часть выпрямленного напряжения поступает на 5 вывод IC601 (вход усилителя ошибки). Сигнал с выхода усилителя ошибки через усилитель тока поступает на базу силового ключа, изменяет его рабочую точку и тем самым изменяет время открытого и закрытого состояния ключа, что приводит к стабилизации выходных напряжений.

На элементах R609, R615, Q601 выполнена защита силового ключа от перегрузки. При значении тока через ключ, близком к максимальному, падение напряжения на R609 открывает Q601 и низким уровнем силовой ключ запирается.

С целью уменьшения влияния помех на работу узлов телевизора частота работы преобразователя синхронизируется сигналом из блока строчной развертки.

Трансформатор Т604 является элементом гальванической развязки. Сигнал синхронизации подается непосредственно на базу силового ключа (2 вывод IC601).

Импульсные блоки питания – устройство и ремонт —>

Сервисный центр Комплэйс выполняет ремонт импульсных блоков питания в самых разных устройствах.

Схема импульсного блока питания

Импульсные блоки питания используются в 90% электронных устройств. Но для ремонта импульсных блоков питания нужно знать основные принципы схемотехники. Поэтому приведем схему типичного импульсного блока питания.

Работа импульсного блока питания

Первичная цепь импульсного блока питания

Первичная цепь схемы блока питания расположена до импульсного ферритового трансформатора.

На входе блока расположен предохранитель.

Затем стоит фильтр CLC. Катушка, кстати, используется для подавления синфазных помех. Вслед за фильтром располагается выпрямитель на основе диодного моста и электролитического конденсатора. Для защиты от коротких высоковольтных импульсов после предохранителя параллельно входному конденсатору устанавливают варистор. Сопротивление варистора резко падает при повышенном напряжении. Поэтому весь избыточный ток идет через него в предохранитель, который сгорает, выключая входную цепь.

Защитный диод D0 нужен для того, чтобы предохранить схему блока питания, если выйдет из строя диодный мост. Диод не даст пройти отрицательному напряжению в основную схему. Потому, что откроется и сгорит предохранитель.

За диодом стоит варистор на 4-5 ом для сглаживания резких скачков потребления тока в момент включения. А также для первоначальной зарядки конденсатора C1.

Активные элементы первичной цепи следующие.  Коммутационный транзистор Q1 и с ШИМ (широтно импульсный модулятор) контроллер. Транзистор преобразует постоянное выпрямленное напряжение 310В в переменное. Оно преобразуется трансформатором Т1 на вторичной обмотке в пониженное выходное.

И еще – для питания ШИМ-регулятора используется выпрямленное напряжение, снятое с дополнительной обмотки трансформатора.

Работа вторичной цепи импульсного блока питания

Во выходной цепи после трансформатора стоит либо диодный мост, либо 1 диод и CLC фильтр. Он состоит из электролитических конденсаторов и дросселя.

Для стабилизации выходного напряжения используется оптическая обратная связь. Она позволяет развязать выходное и входное напряжение гальванически. В качестве исполнительных элементов обратной связи используется оптопара OC1 и интегральный стабилизатор TL431. Если выходное напряжение после выпрямления превышает напряжение стабилизатора TL431 включается фотодиод. Он включает фототранзистор, управляющий драйвером ШИМ. Регулятор TL431 снижает скважность импульсов или вообще останавливается. Пока напряжение не снизится до порогового.

Ремонт импульсных блоков питания

Неисправности импульсных блоков питания, ремонт

Исходя из схемы импульсного блока питания перейдем к ее ремонту. Возможные неисправности:

  1. Если сгорел варистор и предохранитель на входе или VCR1, то ищем дальше. Потому, что они так просто не горят.
  2. Сгорел диодный мост. Обычно это микросхема. Если есть защитный диод, то и он обычно горит. Нужна их замена.
  3. Испорчен конденсатор C1 на 400В. Редко, но бывает. Часто его неисправность можно выявить по внешнему виду. Но не всегда. Иногда внешне исправный конденсатор оказывается плохим. Например, по внутреннему сопротивлению.
  4. Если сгорел переключающий транзистор, то выпаиваем и проверяем его. При неисправности требуется замена.
  5. Если не работает ШИМ регулятор, то меняем его.
  6. Замыкание, а также обрыв обмоток трансформатора. Шансы на починку минимальны.
  7. Неисправность оптопары – крайне редкий случай.
  8. Неисправность стабилизатора TL431. Для диагностики замеряем сопротивление.
  9. Если КЗ в конденсаторах на выходе блока питания, то выпаиваем и диагностируем тестером.

Примеры ремонта импульсных блоков питания

Например, рассмотрим ремонт импульсного блока питания на несколько напряжений.

Неисправность заключалась в в отсутствии на выходе блока выходных напряжений.

Например, в одном блоке питания оказались неисправны два конденсатора 1 и 2 в первичной цепи. Но они не были вздутыми.

На втором не работал ШИМ контроллер.

На вид все конденсаторы на снимке рабочие, но внутреннее сопротивление у них большое. Более того, внутреннее сопротивление ESR конденсатора 2 в кружке оказалось в несколько раз выше номинального. Этот конденсатор стоит в цепи обвязки ШИМ регулятора, поэтому регулятор не работал.  Работоспособность блока питания восстановилась только после замены этого конденсатора. Потому что ШИМ заработал.

Ремонт компьютерных блоков питания

Пример ремонта блока питания компьютера. В ремонт поступил дорогой блок питания на 800 Вт. При его включении выбивало защитный автомат.

Выяснилось, что короткое замыкание вызывал сгоревший транзистор в первичной цепи питания. Цена ремонта составила 3000 руб.

Имеет смысл чинить только качественные дорогие компьютерные блоки питания. Потому что ремонт БП может оказаться дороже нового.

Цены на ремонт импульсных БП

Цены на ремонт импульсных блоков питания очень отличаются. Дело в том, что существует очень много электрических схем импульсных блоков питания. Особенно много отличий в схемах с PFC (Power Factor Correction, коэффициент коррекции мощности). ЗАС повышает КПД.

Но самое важное – есть ли схема на сгоревший блок питания. Если такая электрическая схема есть в доступе, то ремонт блока питания существенно упрощается.

Стоимость ремонта колеблется от 1000 рублей для простых блоков питания. Но достигает 10000 рублей для сложных дорогих БП. Цена определяется сложностью блока питания. А также сколько элементов в нем сгорело. Если все новые БП одинаковые, то все неисправности разные.

Например, в одном сложном блоке питания вылетело 10 элементов и 3 дорожки. Тем не менее его удалось восстановить, причем цена ремонта составила 8000 рублей. Кстати, сам прибор стоит порядка 1 000 000 рублей. Таких блоков питания в России не продают.

Не смогли починить БП? Обращайтесь в Комплэйс.

Устройство китайских зарядок для ноутбуков описано здесь.

Еще посетители читают про: 

  • ремонт ноутбуков
  • починка принтеров
  • проблемы тачпада с совместимыми блоками питания ноутбуков.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий