Измерительная техника
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Восстановление принципиальной схемы преобразователя напряжения "ASTRA" по печатной плате и его ремонт (часть 1)Распечатать: Восстановление принципиальной схемы преобразователя напряжения "ASTRA" по печатной плате и его ремонт (часть 1)

Восстановление принципиальной схемы преобразователя напряжения "ASTRA" по печатной плате и его ремонт (часть 1)



Совсем недавно каждый производитель электронной аппаратуры прикладывал к своему изделию принципиальную электрическую схему и другую документацию, помогающую профессионалам и радиолюбителям быстро найти неисправность в отказавшем аппарате и отремонтировать его. Сегодня ситуация иная. Схемы и подробную ремонтную документацию производители предоставляют лишь сертифицированным сервисным центрам. И то не всегда. Часто устранение простейшей неисправности сводится к замене неисправного блока. А отказавший блок в лучшем случае отправляют производителю, а в худшем - на свалку. Те же, кому услуги сервисных центров недоступны из-за дороговизны или территориальной отдалённости, остаются "у разбитого корыта ".

Автор предлагаемой статьи делится своим опытом восстановления недоступной принципиальной схемы аппарата по его печатной плате. Это помогло ему отремонтировать аппарат. Надеемся, описанные им приёмы будут полезны многим читателям.

Взяться за перо меня заставили объективные причины. Во второй половине 2015 г. Крым и г. Севастополь испытали энергетический голод. И когда в вечернее время город на несколько часов погружался в непроглядную темноту, единственной палочкой-выручалочкой был автомобильный преобразователь постоянного напряжения 12 В в переменное 220 В мощностью 150 Вт, который и осветительную лампу зажжёт, и радио с Wi-Fi предложит. Но однажды после подключения к нему "умной" светодиодной лампы всё погасло, а сам преобразователь стал издавать жалобный прерывистый писк.

Первым делом в Интернет полетели вопросы относительно схемы устройства. Оказалось, что запищал преобразователь не только у меня, но и у многих товарищей по несчастью. Интернет практически сотрясался от возгласов "Дайте схему!" самых различных устройств. Поскольку ни я, ни другие (как следует из материалов форумов) не нашли ответа, были изучены все доступные материалы по работе и типовым схемам подобных преобразователей.

Но очень скоро выяснилось, что схема моего преобразователя существенно отличается от типовой. Например, во многих подобных устройствах применена лишь одна микросхема TL494, а у меня их две, да ещё и микросхема LM358L, отсутствующая в найденных схемах.

Стало ясно, что для успешного решения моей задачи недостаточно "метода тыка". Нужна полноценная и правильная принципиальная схема устройства. И похоже, поможет её самостоятельное составление. Вот так и родилось то, что предлагается вниманию читателей. На мой взгляд, материал будет полезен и начинающему радиолюбителю, знакомому с азами компьютерных технологий, и опытному, но не имеющему достаточного опыта работы с компьютером.

Всё будет рассказано на примере преобразователя напряжения, внешний вид которого показан на рис. 1.

Внешний вид преобразователя напряжения

Рис. 1. Внешний вид преобразователя напряжения

Чтобы добраться до внутренностей прибора, я внимательно изучил все его крепёжные элементы (винты, защёлки) и первым делом вывинтил винты крепления передней (с розеткой) и задней панелей. Поскольку эти панели электрически соединены с печатной платой, я аккуратно развёл их в стороны и заглянул внутрь корпуса.

Стало понятным назначение ещё одного винта, расположенного на боковой стороне корпуса (на рис. 1 слева). Этот винт удерживает планку-кронштейн, прижимающую к корпусу, служащему теплоотводом, какие-то детали (позже выяснилось, что это термореле и два мощных транзистора). Отвинтив и этот винт, я осторожно извлёк из корпуса печатную плату, внешний вид которой сверху приведён на рис. 2, а снизу - на рис. 3.

Внешний вид (сверху) печатной платы

Рис. 2. Внешний вид (сверху) печатной платы

Внешний вид (снизу) печатной платы

Рис. 3. Внешний вид (снизу) печатной платы

Первое впечатление - связи между элементами устройства весьма сложны, "беглый" анализ схемы и поиск неисправностей затруднены. Но самая большая проблема - соединения между элементами не видны со стороны их установки на плате. Я занялся решением этой проблемы.

Сфотографировал плату сверху, стараясь получить наиболее резкое изображение с минимальными геометрическими искажениями (см. рис. 2). Поскольку многие детали имеют существенно различную высоту (например, трансформатор и лежащий рядом резистор), при съёмке с малого расстояния система автофокусировки фотоаппарата может выбрать в качестве опорной точки торец трансформатора. Поверхность платы окажется заметно не в фокусе, но именно там расположены печатные отверстия и мелкие детали. Поэтому, если фотоаппарат имеет функцию ручной фокусировки, необходимо ею воспользоваться. Если фотоаппарат цифровой, то можно применить такую методику: полунажатием на кнопку спуска сфокусироваться на участок поверхности платы, а затем, не отпуская кнопку и не изменяя расстояния до объекта, переместить изображение в центр экрана и дожать кнопку для завершения съёмки.

Есть ещё один "подводный камень". В стремлении быстро получить результат подручными средствами, многие решают воспользоваться, например, фотокамерой мобильного телефона, надеясь на её "многомегапиксельность". Вероятный результат такого решения представлен на рис. 4, где, например, у микросхем справа не видно целого ряда выводов, а высокие элементы (например, оксидные конденсаторы) кажутся "смотрящими" в разные стороны. Это следствие различия углов, под которыми при съёмке с близкого расстояния видны элементы центральной и периферийных частей платы.

Микросхема устройства

Рис. 4. Микросхема устройства

Съёмку платы нужно вести с расстояния не менее метра, что значительно уменьшит различие углов визирования элементов в пределах кадра. Но при этом придётся использовать объектив с большим фокусным расстоянием или с трансфокатором высокой кратности, и потребуется стабильность взаимного положения аппарата и объекта съёмки. Эта проблема просто решается использованием штатива и режимом автоспуска. Установив, например, двухсекундный режим автоспуска, изображение объекта съёмки увеличивают трансфокатором до максимального заполнения дисплея. Затем полунажатием на спусковую кнопку фокусируют его, после чего дожимают кнопку до конца. Таким способом удаётся получить достаточно хорошие кадры вида на монтаж, лишённые описанных выше дефектов.

Аналогичным образом я сделал снимки платы со стороны печатного монтажа. В принципе, эту сторону платы можно и отсканировать, но здесь тоже есть важный нюанс. Наибольшее распространение в быту получили планшетные сканеры на приборах с зарядовой связью (ПЗС, англ. CCD - Charge Coupled Device) и с контактными датчиками изображения (англ. CIS - Contact Image Sensor) [1]. Первые снабжены специальной оптической системой и способны сканировать неровную поверхность с глубиной резкости до 30 мм, что вполне достаточно даже с установленными на его стороне мелкими элементами.

Сканеры второго типа, как правило, дешевле и по этой причине весьма распространены, однако имеют малую глубину резкости, близкую к нулю. Они предназначены для работы лишь с плоскими листами документов, плотно прижатыми к стеклу. Полученный на таком сканере вид печатного монтажа (рис. 5) не блещет качеством (размыты мелкие детали, не читаются номиналы резисторов), что подтверждает преимущества фотоспособа.
Полученные фотографии я сохранил в компьютерных файлах под названиями соответственно "Вид сверху" и "Вид снизу". Не бойтесь использовать в названиях файлов русские буквы. Современные операционные системы в большинстве случаев это позволяют.

Вид печатного монтажа после сканера второго типа

Рис. 5. Вид печатного монтажа после сканера второго типа

Фотоснимки я предварительно обработал в программе Picture Manager - штатном средстве пакета MS Office. Файл изображения можно открыть, щёлкнув правой клавишей мыши по его названию и выбрав нужный пункт из выпадающего списка "Открыть с помощью".

Поскольку вид сверху зеркален относительно вида снизу, последний необходимо перевернуть по вертикали. Для этого я открыл файл "Вид снизу", в главном меню программы выбрал пункт "Рисунок" и далее последовательно перешёл к пунктам "Повернуть и отразить..." и "Отразить сверху вниз". Теперь изображение печатного монтажа видится как бы сквозь прозрачную плату сверху (рис. 6). Результат сохранил в файле "Вид снизу-повёрнуто".

Вид печатного монтажа

Рис. 6. Вид печатного монтажа

Теперь вид сверху и перевёрнутый вид снизу нужно максимально совместить по горизонтали, используя как ориентир длинную сторону платы. Для этого я, пройдя по пунктам "Рисунок" → "Повернуть и отразить...", задал в окне "Градусов:" угол поворота изображения с шагом 0,01 град. и добился горизонтальности нижней кромки платы на обоих рисунках. Затем выбрал пункт "Рисунок" → "Обрезка..." и ограничил рисунки размерами собственно платы.

Сохранив полученные результаты, я перешёл к творческому этапу работы, для выполнения которой использовал популярную у радиолюбителей, очень простую в освоении и с множеством полезных функций, русифицированную программу SPlan 7.0. Её легко найти в Интернете. Внешний вид окна программы, с загруженной в него для примера схемой МДМ-усилителя, приведён на рис. 7.

Внешний вид окна программы

Рис. 7. Внешний вид окна программы

Чтобы сделать печатные проводники платы видимыми на стороне установки компонентов, необходимо совместить оба рассматриваемых изображения на одном рисунке, наложив вид снизу (предварительно сделав его прозрачным) на вид сверху. Но здесь есть "подводные камни". Реальный рисунок печатной платы изобилует технологическими "излишествами" - расширениями проводников и сложной их конфигурацией, буквально закрывающими собой вид сверху на плату при наложении.

Выход из положения - создать скелетную схему печатного монтажа. Предварительно пришлось выполнить некоторые простейшие настройки программы SPlan. В нижней части под рабочим полем слева я задал шаг сетки 0,1 мм, а чуть правее в окнах "Угол изгиба" и "Угол вращения" установил "Нет".

Далее я скопировал на рабочее поле программы изображение перевёрнутого вида снизу (см. рис. 6). Для этого в меню "Файл" выбрал пункт "Открыть файлы графики", нашёл нужный файл и открыл его на рабочем столе двойным щелчком мыши по имени.

На левой вертикальной панели программы SPlan выбрал инструмент "Точка соединения" и расставил точки в местах пайки выводов элементов на плате. Затем в меню "Опции" выбрал пункт "Стиль и цвет линий", в открывшемся окне задал ширину линий, например "5" (цвет по умолчанию чёрный), и нажал "ОК". Теперь все построенные линии будут иметь эти ширину и цвет. На боковой панели выбрал инструмент "Линия" и продублировал все соединения, проводя линии между нанесёнными точками наиболее наглядно и рационально, не повторяя все особенности трассировки печатных проводников. Здесь показал в виде небольших прямоугольников элементы (резисторы и конденсаторы), расположенные со стороны печати. Для большей наглядности выделил их синим цветом.

Элементы полученного рисунка я объединил в группу, однако прежде потребовалось удалить лежащий под ними фоновый вид снизу. Выделив фоновый рисунок, щёлкнув мышью по его границе, я навёл на неё курсор и, удерживая нажатой левую клавишу мыши, выдвинул фоновый рисунок на свободное место рабочего поля. Далее, удерживая нажатой левую клавишу, выделил (охватил пунктирным прямоугольником) только что созданную схему (при этом она окрасилась в фиолетовый цвет) и щёлкнул мышью по замкнутому замочку в верхней строке меню (можно выбрать пункт "Группировать" в контекстном меню правой клавиши мыши). В результате созданная схема печатного монтажа превратилась в единый рисунок с прозрачным фоном (рис. 8).

Схема печатного монтажа

Рис. 8. Схема печатного монтажа

Сохранив на всякий случай полученный результат в файле с расширением имени .spl7, я перешёл к следующему этапу работы. Удалил с рабочего поля программы SPlan фотоснимок вида снизу, который только что использовал для создания скелетной схемы, и скопировал сюда вид на плату сверху. Увеличил высоту изображения приблизительно до половины высоты рабочего поля, потянув за любой из четырёх окружающих его угловых чёрных квадратов. Выделив щелчком скелетную схему и выбрав в меню правой клавиши мыши пункт "На передний план", я, удерживая нажатой левую клавишу мыши, надвинул эту схему на вид сверху. Согласовывал масштабы рисунков описанным выше способом до полного их совпадения в узловых точках и приступил к заключительному этапу.

Первым делом расставил на скелетной схеме все элементы, находящиеся на верхней стороне платы, используя для этой цели богатые возможности встроенной библиотеки программы SPlan. Опыт показывает, что целесообразно предварительно выбрать из библиотеки необходимые элементы (резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, обмотки трансформатора и пр.) и разместить их на рабочем поле рядом с рисунком. На схеме желательно показать и номиналы элементов, что существенно упростит окончательное построение принципиальной схемы. Итог проделанной работы представлен на рис. 9.

Принципиальная схема после программы SPlan

Рис. 9. Принципиальная схема после программы SPlan

В принципе, полученный рисунок уже позволяет приступить к созданию фрагментов принципиальной схемы устройства. Однако я настоятельно рекомендую не отказываться от ещё одной процедуры, которая, в итоге, неизбежно повысит наглядность и читаемость картины, что, в свою очередь, уменьшит вероятность ошибочной интерпретации схемы.

Здесь возможны два варианта. Первый и наиболее простой - распечатать показанную на рис. 9 схему и, вооружившись разноцветными фломастерами, выделить линии связи и соответствующие точки различными цветами, о которых будет сказано ниже.

Более интересен вариант создания цветной схемы печатного монтажа средствами программы SPlan. Он позволяет пофантазировать и поэкспериментировать прежде, чем остановиться на окончательном варианте. Кроме того, всегда удобно иметь перед тобой на мониторе компьютера легко масштабируемую и наглядную печатную схему.

Я выбрал второй вариант и, выделив весь изображённый на рис. 9 рисунок, разгруппировал его элементы щелчком мыши по разомкнутому замочку в главном меню (вместо этого можно выбрать пункт выпадающего меню "Разгруппировать"). Но нужно помнить, если ранее группировка производилась не однократно, а по частям, то и разгруппирование нужно повторить соответствующее число раз. Если предварительно был создан раскрашенный от руки рисунок схемы, его можно использовать как образец.

Для окраски или изменения других свойств любого графического элемента необходимо выделить его щелчком мыши (чтобы придать одинаковые свойства нескольким объектам, например линиям, необходимо выделять их, удерживая нажатой клавишу Shift). Затем в меню правой клавиши нужно выбрать пункт "Свойства (атрибуты) элемента", в подменю которого можно задать нужный цвет, ширину и тип линии, цвет заливки.

Результат моей обработки скелетной схемы показан на рис. 10. Здесь красным цветом выделены линии, имеющие отношение к положительной полярности входного и полученного внутри устройства напряжений. Зелёным цветом обозначена отрицательная полярность (общий провод). Фиолетовый цвет показывает остальные линии связи. Перемычки на плате (порой скрытые от глаз, например, установленные под микросхемами) показаны насыщенным синим цветом. Все элементы поверхностного монтажа, размещённые на стороне печатных проводников, обозначены прямоугольниками синего цвета. Элементы, размещённые на противоположной стороне платы, изображены тонкими чёрными линиями.

Скелетная схема

Рис. 10. Скелетная схема

Сравнивая рис. 9 и рис. 10, можно убедиться в высокой наглядности последнего. Для успешного восстановления принципиальной схемы и в дальнейшем для анализа ра-боты устройства потребовалось все обнаруженные активные элементы (диоды, транзисторы, микросхемы) найти в справочниках или Интернете и узнать их назначение, расположение выводов, основные параметры. При этом я узнал для себя много нового. Например, что микросхемы TL494 [2, 3] представляют собой приборы, реализующие широтно-импульсную модуляцию выходных импульсов с богатым набором функциональных возможностей.

Поскольку была выполнена предварительная работа по изучению (например, в [4]) типовых схем импульсных преобразователей напряжения, я уже имел общее представление о структуре подобных устройств. Далее начался интересный творческий процесс, от качества выполнения которого во многом зависел успех решения поставленной задачи. Было заведомо ясно, что получить окончательную принципиальную схему с первого раза наскоком не удастся.

Рассуждения я начал от входных контактов, куда подаётся постоянное напряжение 12 В от аккумуляторной батареи. Глядя на свой рисунок (рис. 10) и двигаясь от входного контакта +12 В по красной линии, я увидел, что это напряжение приходит на выводы трансформатора T1. На печатной плате в этой области имеются пять равноудалённых контактных площадок. Три средних из них соединены между собой и с цепью +12 В. Есть основания предположить, что на них выведена средняя точка первичной обмотки трансформатора. Не рисуя пока ничего, я продолжил беглое знакомство с окружением трансформатора. Крайние выводы первичной обмотки трансформатора связаны со стоками полевых транзисторов Q1 и Q2, затворы которых, в свою очередь, получают сигналы управления от расположенных справа элементов, в частности, от микросхемы U1. Эти наблюдения позволили увидеть логику расположения рассмотренных узлов, учитывая, что итог их работы - изменение состояния транзисторов Q1 и Q2, стоки которых подключены к крайним выводам первичной обмотки. Следовательно, трансформатор должен быть расположен на листе бумаги где-то справа и вертикально, поскольку построение схемы в дальнейшем будет, очевидно, продолжаться по горизонтали.

В процессе рисования я заметил, что элементы управления каждой половиной обмотки расположены симметрично относительно её средней точки. Когда "бумажный" вариант фрагмента схемы откорректирован, его можно повторить на компьютере, например, в программе SPlan. Итог этой работы приведён на рис. 11 . На этой и всех последующих схемах сохранены позиционные обозначения элементов, нанесённые на плату преобразователя, хотя они существенно отличаются от принятых в России. Например, диоды и транзистор (VD и VT по нашим стандартам) обозначены соответственно D и Q. Позиционные номера элементов также сохранены, хотя на составленных схемах они следуют хаотически, что значительно затрудняет поиск нужного элемента по его номеру.

Принципиальная схема устройства

Рис. 11. Принципиальная схема устройства

Далее я приступил к части схемы, связанной с вторичной обмоткой трансформатора. В большинстве предварительно изученных схем напряжение вторичной обмотки поступало непосредственно на выходную розетку. Но в моём случае оба её вывода подключены к мосту из диодов D4-D7, хотя они размещены на печатной плате так, что обнаружить мост удалось лишь после некоторых усилий. Следовательно, здесь формируется ещё одно (кроме 12 В) постоянное напряжение. Судя по параметрам оксидного конденсатора С2 (10 мкФ, 400 В), расположенного в верхней части платы и соединённого с диодным мостом, это напряжение довольно высокое.

От плюсового выхода моста видно ответвление вправо в область платы, которая, судя по насыщенности её разнообразными элементами, весьма сложна по схеме, играет какую-то самостоятельную роль и достойна отдельного внимания. Я решил рассмотреть её чуть позже, а пока продолжил движение по плюсовому проводнику. Все соединённые с ним элементы расположены в верхней части платы, число их невелико. Это позволило без труда завершить создание схемы этого фрагмента, представленной на рис. 12.

Фрагмент схемы

Рис. 12. Фрагмент схемы

Её анализ показывает, что перед нами выпрямитель высокого переменного напряжения, из выходного постоянного напряжения которого каким-то неизвестным пока образом будет сформировано переменное выходное напряжение 220 В частотой 50 Гц.

Продолжив двигаться вправо от верхнего по схеме вывода резистора R16, я попал на вывод 4 микросхемы U2 (TL494L). Зная из [3], что её выводы 8 и 11 - коллекторы выходных транзисторов, я проследил, куда идут от них печатные проводники, и увидел, что к базам и затворам транзисторов пока не рассмотренного узла. Схема узла на элементе U2 имеет вид, изображённый на рис. 13.

Схема узла на элементе U2

Рис. 13. Схема узла на элементе U2

Теперь можно было взяться за выходной узел - формирователь переменного напряжения 220 В 50 Гц. Я возвратился к печатному проводнику, идущему от катодов диодов к стокам транзисторов Q5 и Q6. Предстояло составить схему самого сложного, на первый взгляд, узла, насыщенного плотно размещёнными элементами со сложно организованными связями. Это потребовало большего внимания и усидчивости.

Поскольку формирователем выходного переменного напряжения, как я предположил, управляет микросхема U2, подавая на него прямоугольные симметричные импульсы, соединённые стоки упомянутых выше двух транзисторов могут свидетельствовать о наличии двух независимых каналов преобразования. Не исключая такую возможность, я начал движение по одному из них. Обнаружил соединение между истоком транзистора Q5 и стоком транзистора Q8. Кстати, здесь же берёт начало один из проводов, идущих к выходной розетке преобразователя напряжения. Исток транзистора Q8 соединён с общим проводом через низкоомный резистор R1, что подтверждает его соединение с минусом высоковольтного выпрямителя. Аккуратно дорисовал цепи управления этими транзисторами и стрелками показал связи с другими узлами.

Сделав аналогичные построения для второго канала, начиная с транзистора Q6, я обнаружил их полную идентичность. Это позволило при создании схемы в программе SPlan нарисовать схему лишь одного канала, затем в меню правой клавиши мыши выбрать пункт "Дублировать" и, переместив копию на нужное место, зафиксировать её здесь. Откорректировав позиционные номера элементов второго канала и отредактировав схему в целом, я выделил (обведя мышью) весь рисунок, сгруппировал все его элементы и сохранил схему в файле. Полученная схема формирователя выходного переменного напряжения изображена на рис. 14.

Схема формирователя выходного переменного напряжения

Рис. 14. Схема формирователя выходного переменного напряжения

Продолжение следует

Литература

1. Какой выбрать сканер CCD или CIS? - URL: http://skanworld.ru/kakoj-vybrat-skaner-ccd-ili-cis.html (07.09.17).

2. Широков С. TL494CN: схема включения, описание на русском, схема. - URL: http://fb.ru/article/196093/tl-cn-shema-vklyucheniya-opisanie-na-russkom (07.09.17).

3. TL494 ШИМ - контроллер. - URL: http://rudatasheet. ru/d atasheets/tl494 (07.09.17).

4. Преобразователи напряжения на ИМС TL494. - URL: https://yandex.ru/search/ ?text=Preobrazovateli-naprjagenija-na-IMS-TL494&lr = 959&clid = 2276851-402 (15.08.17).

Автор: Ю. Быковский, г. Севастополь


Дата публикации: 15.12.2017

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.


Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics