Разработка методика диагностики технического блока питания видеомонитора EGA

СОДЕРЖАНИЕ

(.

Введение

1 Общая часть

Классификация средств электропитания

Классификация источников вторичного электропитания

Основные характеристики источников вторичного
электропитания

Блоки питания видеомониторов

2 Специальная часть

Блок схема питания видеомонитора EGA

Схема электрическая принципиальная блока питания

видеомонитора EGA

2.3. Алгоритм диагностики технического состояния блока питания

видеомонитора EGA

2.4 Техническое предложение по оснащению рабочего места

ремонтника

Экономическая часть

Техника безопасности

Требования к помещению

Электробезопасность при эксплуатации технических средств

Мероприятия по противопожарной технике

Монтаж и наладка оборудования

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Современная электронно-вычислительная техника нашла широкое примене­ние в различных отраслях народного хозяйства как важное средство эффективного управления производственными процессами и объектами, а также решения разно­образных научных и инженерных задач. Они обладают высокими технико-экономическими показателями (быстродействием, производительностью, надежно­стью и др.), обеспечение которых в определенной степени зависит от характеристик системы электропитания. Система электропитания электронно-вычислительной техники обеспечивает нормальную работу электронно-вычислительных машин в рабочем, профилактических и аварийных режимах.

Современные средства вторичного электропитания радиоэлектронной аппара­туры вышли за рамки класса простейших радиоэлектронных устройств. Сейчас средства вторичного электропитания представляют собой достаточно сложные уст­ройства, которые содержат большое количество разнообразных функциональных узлов, выполняющих те или иные функции преобразования электрической энергии и улучшения ее качества.

В настоящее время Российский рынок наводнен большим количеством зару­бежной электронно-вычислительной техники, которая часто поставляется без необ­ходимого комплекта сопроводительно-эксплуатационной документации, поэтому при эксплуатации и ремонте возникают большие проблемы при поиске и устране­нии неисправностей.

. В данном дипломном проекте сделана попытка разработать методику диагно­стику технического состояния блока питания видеомонитора EGA с использовани­ем эксплуатационной документации на средства вычислительной техники и научно-технической информации по теме дипломного проекта.

1.1 Классификация средств электропитания

Все средства электропитания можно разделить на первичные и вторичные. К первичным обычно относят такие средства, которые преобразуют неэлектрическую энергию в электрическую, например, электромеханические генераторы, электрохи­мические источники - аккумуляторы или гальванические элементы и др.

Непосредственное использование первичных источников затруднено тем, что выходное напряжение в большинстве случаев не поддается регулировке, а стабиль­ность его недостаточно высокая. Однако для питания электронной аппаратуры в большинстве случаев требуется высокостабильное напряжение с различными но­минальными значениями - от единиц вольт до нескольких сотен вольт, в ряде слу­чаев даже выше. По этой причине любое электронное устройство содержит вторич­ный источник электропитания, который подключается к одному из первичных ис­точников.

Средства вторичного электропитания электронных устройств, называется обычно источниками вторичного электропитания (ИВЭП) предназначены для фор­мирования необходимых для работы электронных элементов напряжений с задан­ными характеристиками.

Они могут быть выполнены в виде отдельных блоков или входить в состав различных функциональных элементов. Их основной задачей является преобразо­вание энергии первичного источника в комплект выходных напряжений, которые могут обеспечить нормальное функционирование электронного устройства.

Устройство управление и контроля, входящее в состав ИВЭП, может быть использовано для изменения характеристик ИВЭП при различных сигналах внеш­него или внутреннего управления: дистанционного включения или выключения, перевода в ждущий режим, формирования сигналов сброса и др. в то же время уст­ройство защиты и коммутации позволяет сохранить работоспособность ИВЭП при

возникновении различных нестандарных режимов: короткого замыкания в нагрузке, ее внезапного отключения, резкого повышения окружающей температуры и др. Эти дополнительные устройства могут быть обеспечены собственными источниками электропитания, включая резервные аккумуляторы или гальванические элементы.

1.2 Классификация источников вторичного элек­тропитания

Классификацию ИВЭП можно выполнить по различным признакам: принци­пу действия, назначению, количеству каналов выходного напряжения, виду исполь­зуемых первичных источников и др. в зависимости от вида первичного источника электропитания ИВЭП можно разделить на две группы: инверторные и конвертор­ные.

Инверторные ИВЭП используются для преобразования напряжения перемен­ного тока, т.е. они изменяют не только значение, но и род выходного напряжения. К инверторным ИВЭП относятся также преобразователи постоянного напряжения первичного источника в переменное напряжение, питающее нагрузку. Например, к инверторам можно отнести электронный генератор, который, преобразуя напряже­ние аккумулятора или гальванического элемента в переменное выходное напряже­ние, питает электродвигатель.

Конверторные ИВЭП используются для преобразования одного напряжения в другое. Например, к конверторам постоянного напряжения можно отнести обычные электронные стабилизаторы постоянного напряжения, а к конверторам переменного напряжения можно отнести трансформаторы. Любой конвертор может содержать внутри себя инвертор и наоборот.

По принципу действия ИВЭП можно разделить на две группы: трансформа­торные и бестрансформаторные. В трансформаторных ИВЭП напряжение перемен­ного тока, например силовой сети, вначале изменяется по значению при помощи трансформатора, а затем выпрямляется и стабилизируется. В бестрансформаторных ИВЭП, наоборот, переменное напряжение сети вначале выпрямляется, а затем пре-

образуется в переменное напряжение более высокой частоты. В преобразователе может использоваться высокочастотный трансформатор, поэтому точнее эти источ­ники называть несколько иначе: с трансформаторным или бестрансформаторным входом. Поскольку преобразователи в таких источниках обычно работают в им­пульсном режиме, то источники вторичного питания такого типа часто называют импульсными.

По количеству различных выходных напряжений ИВЭП можно разделить на одноканальные и многоканальные. Если в каждом канале используется отдельный стабилизатор выходного напряжения, то это многоканальный источник вторичного электропитания с индивидуальной стабилизацией. Если же для стабилизации всех выходных напряжений используется выходное напряжение только одного источни­ка (который называют главным или ведущим), то такие источники называются ИВЭП с групповой стабилизацией.

По выходной мощности ИВЭП принято делить на микромощные (1 Вт), ма­ломощные (от 1 до 100 Вт), средней мощности (от 100 Вт до 1 кВт) и мощные (> 1 кВт).

По типу питающей сети - на источники вторичного электропитания, исполь­зующие электрическую энергию, получаемую от однофазной сети переменного то­ка, на ИВЭП, использующие электрическую энергию, получаемую от трехфазной сети переменного тока, и на ИВЭП, использующие электрическую энергию авто­номного источника постоянного тока.

По напряжению на нагрузке - на источники низкого (до 100 В), среднего (от 100 до 1000 В) и высокого напряжения (свыше 1000 В).

По роду тока нагрузки - на ИВЭП с выходом на переменном (однофазном или трехфазном) токе и постоянном токе.

По характеру обратной связи - на параметрические, компенсационные и ком­бинированные.

По виду стабилизируемого параметра - стабилизаторы напряжения и стаби­лизаторы тока.

1.3 Основные характеристики источников вто­ричного электропитания

При проектировании или выборе источника вторичного электропитания необ­ходимо знать их технические и эксплуатационные характеристики. Этими характе­ристиками обычно руководствуются при использовании ИВЭП в электронной аппа­ратуре. Все характеристики источников вторичного электропитания можно разде­лить на три группы: входные, выходные и эксплуатационные.

К входным характеристикам источников вторичного электропитания относят:

значение и вид первичного источника питания, например, питающей сило­
вой сети или аккумулятора;

нестабильность питающего напряжения;

частоту питающего напряжения и ее нестабильность;

количество фаз источника переменного напряжения;

допустимый коэффициент гармоник пи тающего напряжения;
К выходным характеристикам ИВЭП обычно относят:

значения выходных напряжений;- нестабильность выходных напряжений;

тип нагрузки или выходную мощность по каждому каналу;

наличие гальванической изоляции между входом и выходом;

наличие защиты от перегрузки или повышения выходного напряжения.
К эксплуатационным характеристикам относят:

диапазон рабочих температур;

допустимую относительную влажность;

диапазон допустимых давлений окружающей атмосферы;

допустимые механические нагрузки;

коэффициент полезного действия ИВЭП;

удельную мощность;

надежность.

Источники электропитания должны в течение определенного времени сохра-

нять свои параметры в пределах, указанных в технических условиях, обеспечивая бесперебойную работу электронной аппаратуры.

Надежность источника вторичного электропитания обеспечивается мероприя­тиями, выполняемые на этапах разработки, изготовления и эксплуатации. Основа надежность ИВЭП закладывается на этапе их разработки.

Основными причинами отказов источников вторичного электропитания яв­ляются не только катастрофическое отказы элементов, но также неправильно за­данные требования к качеству входных (питающих) и выходных напряжений, ошибки, допущенные при выборе схемы и при проектировании отдельных узлов, некачественное изготовление источников вторичного электропитания и неправиль­ная эксплуатация.

Обеспечение надежности ИВЭП, заложенное на этапе разработки, сводится к следующим основным положениям:

тщательному обоснованию выбора структурной схемы;

обоснованному выбора элементной базы с достаточно высоким запасом по
предельным режимам и параметрам;

разработке конструкции, обеспечивающей хороший теплоотвод и легкий
доступ к отдельным узлам и элементам;

проведение всесторонних испытаний макетов по климатическим и механи­
ческим воздействиям.

Выбор структурной схемы источника вторичного электропитания должен производиться с учетом требований надежности. При разработке должны преду­сматриваться необходимые устройства защиты, которые не участвуют в работе ИВЭП, а только обеспечивают повышение надежности. В их функцию входит:

защита силовых элементов - транзисторов, диодов, тиристоров и др.;

защита источника вторичного электропитания от коротких замыканий или
полного отключения нагрузки;

защита от возможных повышений или понижений питающих (входных) на­
пряжений;

защита нагрузки от возможных повышений или понижений выходных на-

пряжений;

- защита от повышения температуры окружающей среды.

Выбор элементной базы в наибольшей мере влияет на надежность источника вторичного электропитания. Используемые элементы должны проходить трениров­ку пред установкой в источник вторичного электропитания. На используемые эле­менты устанавливают максимальные коэффициенты нагрузки не более 70-80% от предельно допустимых значений.

Конструкция источника вторичного электропитания должна обеспечивать хо­роший теплоотвод от нагревающихся элементов: транзисторов, диодов, трансфор­маторов и не допускать нагрев других элементов от нагревающихся элементов.

С целью обеспечения ремонтопригодности конструкции источника вторично­го электропитания должна обеспечивать легкий доступ ко всем элементам. Распо­ложение элементов должно быть таким, чтобы не вызвать повреждение питаемого устройства.

Лабораторные испытания макетов помогают вскрыть недостатки, которые не были учтены при разработке схемы и конструкции источника вторичного электро­питания. Основная задача испытания макета - это обнаружение слабых мест в схе­ме и конструкции. Поэтому перед проведением испытаний составляют программу, в которой предусматривают проверку всех схем защиты и влияние различных клима­тических и механических воздействий.

1.4 Блоки питания видеомониторов

За исключением компьютеров с батарейным питанием все остальные компь­ютеры получают питание от сети. Независимо от входной сети блок питания дол­жен преобразовывать ее в напряжения, необходимые для работы внутренних уст­ройств.

Внутри компьютера и мониторы питающие напряжения подаются на микро­схемы, операционные усилители, дискретные транзисторы и другие компоненты.

Для микросхем требуются напряжения +5 и -5 В, а для операционных усили­телей и дискретных транзисторов +12 и -12 В. Напряжения должны быть стабили-

зированы. Кроме того, блок питания должен обеспечивать ток, необходимый для работы. В мониторах требуются напряжения +5 В для микросхем, 12 В - для опера­ционных усилителей и транзисторов, а также напряжения от 100 до 100 В - для схем развертки и электронно-лучевой трубки, фокусирующие напряжения для не­которых электронно-лучевых трубок составляет +500 В. Анодные напряжения со­ставляют 10-15 кВ для монохроматических электронно-лучевых трубок и до 30 кВ для цветных. Практически все эти напряжения постоянного тока.

Большой частью блок питания компьютера является автономным устройст­вом. Блоки питания оформляются в отдельных корпусах, которые крепятся к шасси и соединяются с материнской платой.

Имеются две разновидности блоков питания - обычные и импульсные. Ста­рые обычные блоки питания после включения без всякой проверки подают напря­жение в компьютер. Импульсный блок питания при включении проверяет наличие нагрузки, т.е. схем, на которое подается питание. Если нагрузка отсутствует или не­правильна, блок питания отключается. Блоки питания должны не только формиро­вать напряжения постоянного тока, но и стабилизировать их.

Как правила блоки питания для периферийных устройств (монитор, принтер и т.д.) строятся на основе однотактового обратноходового регулируемого стабилизи­рующего преобразователя. Это связано с тем, что для питания компьютера нужна большая мощность, а для питания периферийных устройств - значительно меньшая, что и явилось причиной выбора таких структур построения преобразователей.

На схеме 1 представлена базовая схема однотактового обратноходового авто­генераторного нерегулируемого преобразователя, включающая в себя: силовой транзистор Q1; трансформатор Т1 с первичной обмоткой W1, базовой обмоткой W2, выходной обмоткой W3; выпрямительный диод Д2; сглаживающий конденса­тор С1; базовый резистор R1; цепь запуска на резисторе R2; диод, защищающий эммитерный переход от недопустимых обратных напряжений.

Сердечник трансформатора выполняется из материала с узкой петлей гисте­резиса и с большим линейным участком зависимости индукции от напряженности.

Схема работает следующим образом.

Рис. 1

При подаче напряжения питания через резистор смещения R2 начинает про­текать начальный ток транзистора Q1. Это приводит к появлению коллекторного тока, протекающего по обмотке W1.

Благодаря электромагнитной связи (между обмотками W1 и W2) на обмотке W2 наводится ЭДС, приводящая к увеличению базового тока транзистора Q1 и его большему отпиранию. Таким образом, благодаря устройству обратной связи между W1 и W2 начинается лавинообразный процесс открывания Q1. продолжительность этого процесса - доли микросекунды. После полного открывания транзистора Q1 начинается этап накопления энергии в магнитном поле сердечника трансформатора Т1, при этом все напряжение питания практически приложено к обмотке W1, и процессы в этой обмотке происходят в соответствии с законом электромагнитной индукции.

Начинается практически линейное нарастание тока коллектора равного току первичной обмотки. В течение этого интервала энергия со вторичной обмотки W3 в нагрузку не передается благодаря отсекающему действию диода Л1, а поддержание напряжения на нагрузке обеспечивается энергией накопленной в конденсаторе С1. На протяжении этого процесса транзистор Q1 насыщен.

BxIE>IKj

где: В - коэффициент передачи транзистора по току; 1Б - ток базы; 1К — ток коллектора.

В конце интервала накопления энергии это неравенство переходит в равенст­во, т.к. транзистор выходит в активную область и увеличение тока коллектора пре­кращается. Следовательно, прекращается изменение индукции в сердечнике. В со­ответствии с законом электромагнитной индукции это приводит к тому, что на всех обмотках, в том числе и на базовой, напряжение становится равным нулю и начина­ется процесс запирания Q1. Это, в свою очередь приводит к тому, что полярность напряжения во всех обмотках изменяет знак и начинается этап передачи накоплен­ной энергии в нагрузку. После того, как накопленная энергия полностью передается в нагрузку, напряжение на всех обмотках станет равным нулю, и далее все процес-

сы в схеме повторяются. Такой режим работы этой схемы является автогенератор­ным потому, что схема сама для себя выбирает моменты переключения. Основными недостатками данной схемы являются:

амплитуда тока коллектора зависит от его коэффициента усиления и может
превысить предельно допустимое значение и привести к выходу прибора из строя;

наличие индуктивного рассеивания обмоток реального трансформатора при­
водит к возникновению значительных перенапряжений на коллекторе Q1, которые
могут стать причиной выхода прибора из строя;

значительное недоиспользование сердечника трансформатора, который пе-
ремагничивается по частной петле гистерезиса;

возможность пробоя эммитерного перехода.

Первый недостаток можно устранить способами, гарантированно обеспечи­вающими отключение Q1 при заданном токе коллектора. Один из них представлен на схеме. Благодаря наличию транзистора Q2 и наличию резистивного датчика тока R3 величина максимального тока коллектора определяется из соотношения:

IK=U0/R3t

где: Uо - пороговое напряжение эммитерного перехода Q2.

Пути устранения второго недостатка достигается применением демпфирую­щих R, С, D цепей.

Принцип действия заключается в том, что энергия, накопленная в индуктив­ности рассеивания. Расходуется на заряд конденсатора С1 через диод Д1, тем са­мым снимая импульсное перенапряжение с транзистора Q1. Резистор R4 предна­значен для разряда конденсатора с целью его подготовки к следующему моменту отключения Q1.

Третий недостаток является принципиально присущим этому классу преобра­зователей и никакими средствами не может быть устранен.

Четвертый недостаток устраняется включением защитного диода параллельно эммиторному переходу Q1. Рассмотренный преобразователь является нерегулируе­мым и поэтому в таком виде без дополнительных цепей регулирования не может быть использован в стабилизирующих блоках питания, регулирование может быть

осуществлено следующими способами:

за счет регулирования времени паузы между предыдущим этапом передачи
энергии и последующим процессом накопления энергии;

за счет регулирования величины накопленной энергии, т.е. регулируется ве­
личина коллекторного тока Q1;

либо методом ТПИМ с постоянной частотой переключений.

Следует иметь ввиду, что при первых двух способах регулирования изменяет­ся частота работы преобразователя, а при последнем способе частота преобразова­теля неизменна, что в ряде случаев бывает необходимо.

Достоинствами данного класса преобразователей является:

- простота, и как следствие, относительно невысокая стоимость;

возможность достаточно простыми средствами осуществить в одном узле
преобразование энергии и ее регулирование;

отсутствие проблемы устранения сквозных токов, что присуще двухтактным
преобразователям;

отсутствует проблема симметричного перемагничивания сердечника транс­
форматора и легко решается проблема устранения насыщения сердечника.

Недостатками являются:

большие перенапряжения на Q1, что требует использования высоковольт­
ных транзисторов;

однотактный режим работы требует относительно мощных сглаживающих
фильтров из-за повышенных пульсаций выходного напряжения;

большая амплитуда тока в первичной цепи;

недоиспользование сердечника трансформатора.

Из вышесказанного следует, что Q1 должен быть рассчитан на высокое на­пряжение и иметь достаточно высокий ток коллектора, несмотря на небольшую ве­личину среднего потребляемого тока. Поэтому из-за необходимости большой уста­новленной мощности транзистора Q1 такие преобразователи нашли применение в блоках питания небольшой мощности до 30-60 т, т.е. в источниках вторичного электропитания периферийных устройств.

2.1 Блок питания видеомонитора EGA

а) входной фильтр

б) сетевой выпрямитель

в) фильтр выпрямленного напряжения

г) одноконтактный преобразователь

д) выходные выпрямители

е) выходные фильтры

ж) дополнительные сглаживающие фильтры

з) узел обратной связи

2.2 Схема электрическая принципиальная блока
питания видеомонитора EGA

На схеме электрической принципиальной изображена -схема БП видеомони­тора EGA, представляет собой импульсный стабилизатор на основе однотактного обратноходового регулируемого преобразователя и состоит из: входного фильтра, защищающего ИВЭП от помех, идущих из сети, и сеть от помех, идущих из источ­ника; сетевого выпрямителя; фильтра выпрямленного напряжения; однотактного преобразователя; выходных выпрямителей; выходных фильтров и узла обратной связи; дополнительных сглаживающих фильтров, находящихся на отдельной плате.

Cl, C2 - входной помехоподавляющий фильтр;

СЗ, L1, С4, С5, R1- служит для ограничения бросков тока через диоды вы­прямительного моста при заряде конденсаторов С9 и СЮ;

Dl - D4 - мостовой двухполупериодный выпрямитель сетевого напряжения;

С7, С8 - служат для уменьшения помех .при восстановлении обратного со­противления диодов.

Однотактный преобразователь выполнен на транзисторах Ql, Q2. При вклю­чении БП в сеть ток через R4 и R6 приоткрывает Q1, благодаря ПОС между обмот-

ками W4 и W2 транзистор полностью открывается и начинается процесс накопле­ния энергии в первичной обмотке трансформатора W1. Одновременно начинает за­ряжаться С14 и, когда напряжение на нем достигнет порядка 0,6В...0,8В, откроется транзистор Q2 выводя транзистор Q1 в активный режим, это приведет к тому, что начнет развиваться регенеративный процесс запирания Q1. Напряжение на всех об­мотках трансформатора Т1 поменяет знак и начнется процесс передачи энергии на вторичные обмотки Т1. Процесс заряда конденсатора С14 проходил, по цепи D10>R8>C14->W3->W2. Разряд конденсатора С14 для подготовки к следующему циклу проходит по контуру R10->W13->W3->C14.

Резистор R7 задает базовый ток Q1.

L3, D9 (D8, С12) - формируют специальную форму базового тока для умень­шения динамических потерь.

D12 - служит для защиты транзистора Q2 от работы его в инверсном режиме.

D6, D7, СИ, R5, С13 - предназначены для уменьшения импульсного перена­пряжения транзисторе Q1, обусловленного индуктивностью рассеивания первичной обметки трансформатора.

Вторичные цепи - все выпрямители однополупериодные. CI7, С20, С22 - вы-холные фильтры для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

С16, С19, С21, С23 - предназначены для уменьшения высокочастотных им­пульсных помех, обуславливаемых восстановлением сопротивления выпрямитель­ных диодов при их запирании.

В этом блоке питания предусмотрена защита от превышения выходного на­пряжения ИВЭП (обусловленного, в частности, выходом из строя узла стабилиза­ции). Защита выполнена на тиристоре TS1, работает следующим образом. Если вы­ходное напряжение по каналу 2 превышает номинальный уровень, то пробивается стабилитрон D16, и по управляющему электроду открывается тиристор TS1. Когда тиристор откроется, то он своим низким выходным сопротивлением будет шунти­ровать все выходы ВИЛ, тем самым защищая нагрузку от недопустимого повыше­ния напряжении.

С18, R13 - предназначены для повышения помехозащищенности тиристора.

Недостатком данной схемы защиты является отсутствие визуальной индика­ции о ее срабатывании (пожалели светодиод).

Узел стабилизации выходных напряжений выполнен на Q3, С25, R21, R22, S29. R19, R8, R15,. IC-1. Опорное напряжение задается на D21.

R22 - предназначен для точной установки выходного напряжения.

С24 - служит для обеспечения устойчивости и помехозащищенности.

С25, R21 - для плавного выхода ИВЭП на режим.

R19 - ограничение тока в переходных режимах через светодиод на допусти­мом уровне.

Схема стабилизации работает следующим образом: при увеличении выходно­го напряжения выше номинального, по цепи R13, R15, Q3, D21 приоткрывается транзистор Q3; это приводит к увеличению его коллекторного тока, и. как следст­вие, к увеличению тока через светодиод оптопары IC-1, фототранзистор приоткры­вается, что приводит к более быстрому заряду конденсатора С14 и, как следствие, уменьшению времени открытого состояния Q1, и как следствие, к уменьшению энергии накопленной в магнитном поле сердечника силового трансформатора. Это в свою очередь приводит к уменьшению энергии, передаваемой на вторичные об­мотки, а следовательно и к уменьшению выходных напряжений до номинальных значений.

Узел размагничивания кинескопа объединяет элементы R2, R3 и Сб. Принцип действия основан на том, что через обмотку размагничивания поступает перемен­ный уменьшающийся по амплитуде ток. Уменьшение амплитуды тока обусловлено применением терморезисторов с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Ток, проходя через сопротивление R3 начинает подогревать его, тем самым, увеличивая его сопротивление. Это приводит к уменьшению амплитуды переменного тока в обмотке размагничивания почти до нуля. R2 конструктивно расположен очень близко к резистору R3 для того, чтобы подогреть последний сво­им теплом и еще больше увеличить его сопротивление.

Достоинства этого БП: простота, мало элементов, не боится коротких замы­каний на выходах, «очень» легко регулируется. Не нужны LC-фильтры, достаточно