МИР ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ ПК

В очень многих моделях мониторов Samsung, а также в мониторах других торговых марок, выпускаемых по OEM соглашениям с Samsung, применяются микросхемы семейства DP104, к которому относятся DP304, DP704, DP308 и другие. Любой специалист, сколько-нибудь серьезно занимающийся ремонтом мониторов, сталкивался с этими микросхемами. И, наверняка, у него появлялась масса вопросов, типа: «Что это такое и как это работает?», «Каким образом это можно проверить?» и «Где это можно приобрести?». Постараемся дать ответы на большую часть подобных вопросов и, постараемся, наконец-то, разобраться со всеми нюансами работы и диагностики данных микросхем.

 

Микросхема DP104, как впрочем, и другие «DP-шки», относятся к микросхемам класса SPS (Samsung Power Switch) – силовые ключи от Samsung. Микросхемы данного класса объединяют в себе две функции:

1. Функцию мощного ключа.

2. Функцию управляющей микросхемы.

Управляющий модуль, входящий в состав SPS, обеспечивает функционирование ключа в режиме широтно-импульсной модуляции – ШИМ (PWM), а также обеспечивает силовой ключ различными защитами. Внешний вид и блок-схема силового ключа типа SPS, представлены на рис.1, а описание контактов приводится в табл.1.

Рис.1   Блок-схема и внешний вид микросхемы DP 104

 

Таблица 1. Назначение контактов DP 104

№	Обознач.	Функция
1	DRAIN	Сток внутреннего FET транзистора. Этот контакт подключается к первичной обмотке импульсного трансформатора.
2	GND	Общий. Контакт для подключения к «земле». Внутри этот контакт соединен со стоком FET транзистора.
3	VCC	Вход питающего напряжения. Этот контакт также используется и как вход для сигнала защиты от превышения напряжения (OVP).
4	VFB	Вход сигнала обратной связи, который используется для стабилизации выходных напряжений источника питания. Через этот контакт также осуществляется и защита от короткого замыкания в нагрузке (OCP).
5	SYNC	Вход сигнала синхронизации, который осуществляет подстройку рабочей частоты микросхемы под параметры строчной развертки. Контакт также используется для обеспечения функции «мягкого» старта.

Функциональная схема SPS-ключа и минимально-необходимые для его работы внешние компоненты изображены на рис.2.

Рис.2   Типовой источник питания на базе DP104

Рассмотрим принципы запуска и функционирования микросхемы.

 

Цепь запуска

Микросхемы SPS спроектированы таким образом, чтобы запускаться при малых пусковых токах, величиной около 0.1 мА. В составе SPS имеется схема UVLO (Under Voltage Lock Out – отключение при понижении входного напряжения), гарантирующая, что питающее напряжение равно величине, полностью делающей микросхему работоспособной. Схема UVLO защищает микросхему от работы при низком питающем напряжении.

 

Рис.3  Схема запуска и схема UVLO микросхемы DP 104

Схемы запуска и UVLO представлены на рис.3. Схема UVLO начинает функционировать, когда на контакте 3 напряжение достигает величины 15В (рис.4). Величина тока, потребляемого микросхемой в момент запуска, составляет всего 0.1 мА – это позволяет минимизировать потери мощности. Однако после запуска микросхемы, величина потребляемого тока резко возрастает.

 

Рис.4 Гистерезис запуска и выключения микросхемы DP104 

Схема UVLO отключает микросхему в момент, когда питающее напряжение падает ниже 9В, т.е. процесс включения/выключения представляет собой гистерезис величиной 6В. Этот гистерезис предотвращает беспорядочные включения и выключения микросхемы во время подачи напряжения, т.к. в течение почти 40 мс после ее запуска наблюдаются колебания питающего напряжения (рис.5). И если в течение этого времени микросхема SPS выключится, то для ее перезапуска придется полностью отключить питающее напряжение.

 

Рис.5  В момент включения на линии питания наблюдаются колебания в течение 40 мс

Внутренний стабилитрон Vz обеспечивает ограничение величины питающего напряжения на уровне 32В. Это предотвращает разрушение микросхемы под воздействием высоковольтного напряжения. Если напряжение питания становится выше 32В, стабилитрон открывается и весь входной ток течет через него. В результате, напряжение на входе «+» компаратора «Сброс при включении питания» становится ниже 6.5В, и компаратор на своем выходе формирует сигнал блокировки микросхемы. Компаратор «Сброс при включении питания» никак не связан со схемой UVLO и не питается опорным напряжением Vref.

После того как микросхема запустится, ее внутренний источник опорного напряжения начинает формировать напряжение Vref величиной 5В, которое используется для питания цепей управления. Величина напряжения Vref не зависит от температурных колебаний кристалла микросхемы и не зависит от колебаний питающего напряжения. Работа источника опорного напряжения разрешается сигналом от схемы UVLO. Напряжение Vref предназначено для формирования различных внутренних напряжений смещения, а также для управления логикой схемы контроля опорных напряжений. Опорное напряжение никак не используется схемой UVLO и компаратором «Сброс при включении питания».

 

Рис.6  Пусковая цепь блоков питания мониторов Samsung SynMaster 550B/750S

Процесс запуска DP104 рассмотрим на примере блока питания мониторов Samsung SyncMaster 550B и 750S. Пусковая цепь этих блоков питания приведена на рис.6, а их запуск происходит следующим образом:

1) Если переключатель SW601 находится в разомкнутом состоянии (монитор выключен), то к катоду диода D606 приложено напряжение менее 5В. Это напряжение создается делителем, состоящим из резисторов R609, R610 и R605.

2) Когда переключатель SW601 переводится в состояние «включено», пусковой ток начинает протекать через резисторы R609, R610, обеспечивая медленный заряд конденсатора С609. Напряжение конденсатора является напряжением Vcc, прикладываемым к конт.3 микросхемы DP104.

3) В момент, когда конденсатор зарядится до 15В, схема UVLO запустит преобразователь, и в дополнительной обмотке импульсного трансформатора T601 появятся импульсы, которые выпрямляются диодом D606 и сглаживаются конденсатором C609. В результате на конденсаторе C609, а значит и на конт.3 DP104 создается напряжение величиной 18-19В, которое и является нормальным питающим напряжением.

Процесс запуска DP104 поясняют осциллограммы основных сигналов на рис.7.

 

Рис.7  Алгоритм процесса запуска микросхемы DP104

 

Цепь «мягкого» старта

«Мягкий» старт подразумевает плавное нарастание длительности импульсов, открывающих силовой ключ. В результате ток через ключ и все выходные напряжения не сразу становятся максимальными, начинают монотонно нарастать. Такой плавный запуск позволяет предотвращать появление повышенного выходного тока блока питания, а, значит, и снижать вероятность отказа элементов источника питания в момент включения. Поэтому можно говорить, что наличие схемы «мягкого» старта является обязательным атрибутом современного импульсного преобразователя напряжения.

При рассмотрении принципа «мягкого» старта DP104 обратимся к части схемы источника питания монитора Samsung SyncMaster 550B, представленной на рис.8.

 

Рис.8  Схема "мягкого старта" микросхемы DP104 в составе монитора  Samsung SyncMaster 550B

Когда микросхема включена и нормально функционирует, в средней точке диодов (аноды D1, D2 и D3) устанавливается напряжение 3.15В. Это напряжение можно получить простым вычислением по формуле 1 для эквивалентной цепи, изображенной на рис.9 (сопротивлением открытого диода пренебрегаем).

Рис.9  Эквивалентная схема внутреннего делителя

Источником тока 0.9мА обеспечивается заряд конденсатора C610 до напряжения 3.15В, что приводит к установке этого потенциала на конт.4. При этом на входе компаратора ШИМ-логики напряжение будет соответствовать величине 0.9В (вычисляется по формуле 2). Напряжения 3.15В на входе микросхемы и 0.9В на входе внутреннего компаратора, соответствуют максимальной длительности управляющих импульсов, т.е. соответствуют максимальному току преобразователя.

 

Цепь «мягкого» старта подключается к конт.5 и состоит, главным образом, из конденсатора C611. Кроме того, в состав цепи входит еще и внутренний диод D3. Заряд конденсатора C611 будет происходить значительно медленнее, чем заряд конденсатора C610, что обусловлено разностью в номиналах их емкостей (C611=1мкФ, С610=47нФ). В момент запуска микросхемы DP104 оба конденсатора разряжены, и начинают заряжаться источником тока 0.9 мА. В результате часть тока ответвляется на зарядку конденсатора С611, что, естественно, приводит к уменьшению тока, заряжающего С610.

В момент заряда С611 потенциал средней точки диодов D1, D2 и D3 уменьшается – этот потенциал составляет уже не 3.15В, а равен величине напряжения на С611 плюс 0.7В (падение напряжения на D3). В результате, и на «минусовом» входе компаратора ШИМ-логики потенциал также будет ниже 0.9В, что приведет к уменьшению длительности рабочего цикла управляющих импульсов. Постепенно, по мере заряда C611, потенциал в средней точке диодов растет; растет напряжение на входе компаратора и увеличивается длительность управляющих импульсов.

Когда конденсатор С611 зарядится до величины 3.15В, диод D3 закроется, и напряжение на С610 сразу же достигает максимального значения 3.15В. Напряжение на входе компаратора также становится максимальным – 0.9В, длительность управляющих импульсов растет, и ток преобразователя увеличивается. Далее регулировка этого тока осуществляется только лишь за счет обратной связи, напряжение которой прикладывается к конт.4.

Конденсатор же C611 заряжается до 5В за счет внутреннего резистора Rc. Конденсатор мягкого старта C611 разряжается, когда схема UVLO отключает DP104. Это позволяет повторить процесс «мягкого» старта при повторном перезапуске.

Диаграммы, поясняющие суть работы схемы «мягкого» старта, представлены на рис.10.

 

Рис.10  Алгоритм работы схемы "мягкого старта" в DP104

 

Цепь синхронизации

Так как микросхема DP104 разработана специально для применения в мониторах, она должна иметь возможность синхронизироваться со строчной разверткой. Наличие функции синхронизации является отличительной особенностью импульсных регуляторов, применяемых в мониторах, от регуляторов общего назначения.

Синхронизация позволяет сделать так, чтобы шумовые помехи на изображении, вызванные переключением мощного транзистора источника питания, возникали во время обратного хода луча по строке. В результате, эти помехи оказываются невидимыми. Для такой синхронизации источника питания используется импульс обратного хода, вырабатываемый в выходном каскаде строчной развертки.

 

Рис.11 Схема синхронизации DP104 с блоком строчной развертки

Рассмотрим функционирование цепи синхронизации по рис.11. Внешний сигнал синхронизации подается на конт.5 микросхемы DP104. Этот сигнал не должен быть меньше чем -0.6В, что обеспечивается резистором R614 и диодом D607. Напряжение сигнала синхронизации на рис.11 обозначено, как Vrs. После того, как «мягкий» старт завершится, на конденсаторе C611 создается напряжение величиной 5В. В момент, когда импульс синхронизации активизируется, напряжение Vrs «накладывается» на 5В конденсатора С611, в результате чего на конт.5 появляется импульс амплитудой более 7В. Внутренний компаратор синхронизации сравнивает это напряжение с опорным напряжением 7.2В и формирует на своем выходе сигнал Vcomp, который изменяет частоту переключения триггера задающего генератора. В отсутствии сигнала синхронизации задающий генератор работает с частотой собственных колебаний.

Рис. 12 Сигналы контрольных точек цепи синхронизации

Форма сигналов в контрольных точках цепи синхронизации DP104 приведены на рис.12 и по ним можно сделать следующие замечания:

1) Сигнал AFC (автоматическая подстройка частоты) снимаемый с выходного каскада строчной развертки прикладывается к разделительному трансформатору T602. Импульс ЭДС, наводимый во вторичной обмоткеТ602, создает ток через дифференциальную цепь, состоящую из C612 и R614. Отрицательная часть продифференцированного сигнала «срезается» диодом D607, в результате остается только часть отрицательного выброса величиной около 0.6-0.7В (падение напряжения на открытом диоде). Таким образом получается сигнал Vrs амплитудой около 3В.

2) Полученный сигнал Vrs прикладывается к нижней по рисунку обкладке конденсатора С611, напряжение на котором составляет 5В. Напряжение сигнала Vrs суммируется с постоянным напряжением 5В, и результирующий сигнал с амплитудой около 8В прикладывается к конт.5 микросхемы DP104.

3) В момент, когда импульс на конт.5 достигнет величины 7В или выше, внутренний компаратор перестроит частоту генератора под параметры входного сигнала.

 

Цепь обратной связи

Модуль обратной связи SPS DP104 выполняет две основные функции:

- регулировка напряжения Vfb;

- обеспечение функции «задержка отключения».

Импульсный трансформатор состоит из первичной и вторичной части. В то время как во вторичной части находятся лишь вторичные обмотки, в первичной части трансформатора имеются и первичная обмотка и третичные обмотки. Третичные обмотки бывают двух типов, в соответствии с выполняемыми ими функциями:

- третичная обмотка для создания питающего напряжения Vcc микросхемы DP104;

- третичная обмотка для формирования напряжения обратной связи Vfb.

Естественно, что в данном разделе мы рассматривать обмотку обратной связи.

Регулировка и стабилизация выходных напряжений источника питания осуществляется модуляцией ширины импульсов, управляющих затвором FET транзистора. Ширина этих импульсов определяется путем сравнения напряжения Vfb, подаваемого на конт.4 микросхемы, с напряжением, которое формируется на резисторе токового датчика - Rsense . Наличие встроенного токового датчика (резистора Rsense) и узкополосного фильтра позволяет снизить количество внешних элементов микросхем семейства SPS.

Функционирование цепи обратной поясняет схема на рис.13.

 

Рис.13  Цепь обратной связи микросхемы DP104

Напряжение обратной связи Vfb при нормальном функционировании блока питания должно находиться в диапазоне от 0В до 3.15В. Напряжение обратной связи Vfb, равное 3.15В, соответствует максимальному значению тока FET-транзистора, а уменьшение напряжения Vfb приводит к уменьшению этого тока (рис.14). Величина Vfb определяется напряжением на конденсаторе C610, который заряжается источниками тока 0.9мА и 4мкА, входящими в состав DP104. Разряд конденсатора C610 обеспечивается внешним транзистором Q602. Источник тока 0.9мА обеспечивает заряд C610 в момент запуска микросхемы (см. раздел «мягкий» старт), а источник тока 4мкА поддерживает заряд конденсатора уже после того, как диод D1 закроется.

 

Рис.14 Уменьшение напряжения обратной связи FB приводит к уменьшению тока FET транзистора

Напряжение Voff используется для блокировки работы микросхемы SPS при отсутствии нагрузки.

Основные элементы цепи обратной связи представлены на рис.15. Рассмотрим функционирование этого каскада.

1) Для формирования напряжения обратной связи используется третичная обмотка, в которой при работе DP104 наводятся импульсы, выпрямляемые диодом D614 и сглаживаемые конденсатором C630. Это напряжение открывает стабилитрон ZD601, в результате чего создается ток Iz, величина которого прямопропорциональна величине всех выходных напряжений источника питания. Этим током открывается Q602, в результате чего начинает изменяться потенциал конт.4 микросхемы DP104.

2) Если нагрузка вторичной цепи уменьшается, то это ведет к увеличению напряжения Vout. Часть энергии передается в третичную обмотку обратной связи, что в итоге приводит к увеличению тока Iz. Транзистор Q602открывается и через его коллектор начинает протекать ток внутреннего диода D2. В результате, потенциал средней точки диодов уменьшается, т.е. уменьшаетcя и ток диода D1. Напряжение на «-» входе компаратора падает, что ведет к уменьшению длительности управляющих импульсов FET-транзистора, т.е. ведет к уменьшению тока через первичную обмотку импульсного трансформатора. Как следствие, все вторичные выходные напряжения уменьшаются, т.е. обеспечивается их стабилизация.

3) При уменьшении же вторичного напряженияVout все процессы происходят в обратном порядке, т.е.: ток Iz уменьшается – транзистор Q602 призакрывается – ток коллектора Q602 уменьшается – уменьшается ток диода D2 – потенциал средней точки диодов и ток диода D1 возрастают – возрастает напряжение на «-» входе компаратора – длительность управляющих импульсов возрастает – ток первичной обмотки растет – выходные напряжения увеличиваются, т.е. стабилизируются.

4) Рассмотренный выше процесс стабилизации осуществляется импульсным методом, т.е. происходит периодически, но в очень короткие моменты времени, когда к катоду ZD601 прикладывается напряжение 6.8 - 6.9В (в этот момент времени начинает протекать ток Iz). Напряжение 6.8 - 6.9 В получается за счет суммирования двух напряжений: напряжения перехода база-эмиттер транзистора Q602 (Vbe=0.6-0.7В) и порогового напряжения стабилитрона ZD601 (6.2 В).

 

Рис.15  Типовое построение и основные элементы цепи обратной связи микросхемы DP104

 

Токовая защита

Токовая защита, она же защита от коротких замыканий (OCP – Over Current Protection), обеспечивает отключение микросхемы SPS в случае обнаружения слишком большого тока в выходных цепях источника питания. Токовая защита организована через контакт обратной связи (конт.4). Сигнал обратной связи является нормальным, когда его величина меньше 3.15В, но больше 0В. Если сопротивление на выходе источника питания падает, или в цепи обратной связи возникает какая-либо другая проблема, должна начать свое функционирование цепь «задержка отключения», образованная компаратором токовой защиты, конденсатором C610 и источником тока 4мкА. Цепь «задержка отключения» изменяет режим заряда конденсатора обратной связи C610. Напомним, что этот конденсатор заряжается внутренними источниками тока микросхемы, а разряжается внешним транзистором Q602, который открывается током цепи обратной связи. При возникновении короткого замыкания в нагрузке, все выходные напряжения а, значит, и напряжение обратной связи уменьшаются практически до нуля. Уменьшение сигнала обратной связи приводит к прекращению тока Iz и закрыванию транзистора Q602. И вот в момент, когда разряд конденсатора C610 прекратится из-за полного закрывания транзистора Q602, цепь «задержка отключения» начинает заряд конденсатора до более высокого потенциала. Поясним принцип функционирования цепи токовой защиты, используя рис.16.

 

Рис.16  Цепь токовой защиты микросхемы DP104

1) Если уровень напряжения обратной связи на конт.4 больше 0В, но в то же самое время не превышает 3.15В, заряд конденсатора C610 осуществляется источником тока 0.9 мА через диод D2. При этом форма зарядного тока С610 представляет собой кривую (Т1 на рис.17).

2) Когда потенциал на конденсаторе С610 достигнет уровня 3.15В и превысит его, диод D2 закрывается, и заряд конденсатора будет осуществляться источником тока 4мкА. Форма зарядного тока С610 на этом этапе становится практически прямолинейной (T2 на рис.17). В это время через транзистор FET протекают максимальные токи.

3) Когда напряжение на конденсаторе С610 достигнет величины порядка 7.5 – 8В, компаратор OCP переключится и сформирует сигнал отключения.

4) Микросхема DP104 блокируется и для ее повторного запуска необходимо обеспечить перезапуск питающего напряжения, т.е. микросхему необходимо выключить и снова включить. Эта функция обеспечивается цепью «Сброс при включении питания». После того как срабатывает блокировка, конденсатор C610 заряжается до потенциала VCC источником тока 4мкА и именно напряжение устанавливается на конт.4 до тех пор, пока микросхема не перезапустится.

 

Рис.17 Функционирование токовой защиты DP104

 

Защита от превышения напряжений

Схема защиты от превышения напряжений (OVP – Over Voltage Protection) обеспечивает защиту вторичной части блока питания в том случае, если величина выходных напряжений становится недопустимо большой. Защита от превышения организована через контакт питающего напряжения микросхемы SPS (конт.3). Если в цепи обратной связи возникнет какая-либо неисправность, например, сигнал обратной связи будет оборван, выходные напряжения начнут очень быстро увеличиваться, т.к. микросхемой будет обеспечиваться режим максимальных токов, что в итоге может привести к очень серьезным последствиям. Задача схемы OVP заключается в том, чтобы в этом случае определить аварийный режим работы и отключить микросхему SPS.

 

Рис.18  Цепь питания DP104

На рис.18 показана цепь питания микросхемы DP104, и из этого рисунка видно, что после запуска микросхема питается от третичной обмотки импульсного трансформатора. Импульсы этой обмотки выпрямляются диодом D606 и

сглаживаются конденсатором C609. Полученное, таким образом, напряжение подается на конт.3 микросхемы DP104.

Если все функционирует правильно, то на конт.3 создается потенциал порядка 18 - 20В. Однако как только в цепи обратной связи возникают проблемы, напряжение на C609 начинает нарастать очень и очень быстро, т.к. в этом случае импульсы в третичной обмотке изменяют свою амплитуду мгновенно.

Напряжение конт.3 сравнивается внутренним компаратором OVP с опорным напряжением 25В. Поэтому, как только на конт.3 напряжение превысит величину 25В, компаратор формирует блокирующий сигнал, обеспечивающий отключение микросхемы. Защита от превышения напряжения является триггерной, т.е. после ее срабатывания микросхема блокируется, и перезапустить ее можно только путем выключения. Если быть более точным, то схема OVP «освобождается», когда напряжение на конт.3 падает до уровня 6.5В. Повторный запуск микросхемы DP104 после срабатывания OVP, обеспечивается цепью «Сброс при включении питания».

 

Термическая защита

Термическая защита (TSD) предотвращает повреждение микросхемы SPS в случае перегрева ее корпуса. Если температура кристалла микросхемы достигает 150°С, или становится выше, схема TSD активизирует триггер отключения. Повторный запуск микросхемы DP104 после срабатывания термической защиты обеспечивается цепью «Сброс при включении питания», т.е. только после отключения питания

 

Схема гашения переднего края импульса

Схема гашения переднего импульса (LEB – Leading Edge Blanking) позволяет предотвратить переключение FET-транзистора во время прохождения нежелательного импульса тока, который возникает в момент включения FET. Все дело в том что, как только FET-транзистор открывается, ЭДС во всех обмотках импульсного трансформатора меняет свое направление, в результате чего через вторичные выпрямительные диоды в течение некоторого (очень короткого) периода времени начинает протекать обратный ток (ток обратного восстановления диодов). Этот паразитный ток наводит во всех обмотках, в том числе и в первичной обмотке, ЭДС, вызывающую появление достаточно мощного, хотя и короткого, импульса тока через FET-транзистор. Формированию этого импульса способствует еще и наличие эквивалентной емкости перехода сток-исток полевого транзистора.

 

Рис.19  Схема гашения переднего импульса - LEB

Возникающий импульс тока формирует на внутреннем резисторе Rsense импульс напряжения, который способен вызвать срабатывание компаратора, и, как следствие, может оборвать импульс, открывающий транзистор FET. Таким образом, необходимо этот переходной процесс подавить и предотвратить отключение FET. В случае, когда управляющая микросхема и транзистор разделены, подавление нежелательного импульса тока осуществляется применением RC-фильтра, устанавливаемого между токовым датчиком и микросхемой. В данном же варианте, такое подавление обеспечивается схемой LEB, которая блокирует цепь обратной связи на время прохождения нежелательного импульса тока. Схема LEB является более точной, по сравнению с RC-фильтром, т.к. схемой LEB анализируется форма напряжения на затворе FET. За счет эффекта Миллера форма напряжения затвора очень точно показывает момент окончания импульса тока.

Реализация схемы LEB демонстрируется на рис.19, а принцип ее функционирования поясняет временная диаграмма на рис.20.

 

Рис. 20 Принцип работы схемы LEB

 

Диагностирование микросхем SPS

Так как практически все микросхемы семейства SPS имеют одинаковую функциональную схему и одинаковое назначение контактов, предлагаемая ниже методика тестирования подходит в равной степени для всех микросхем этого типа.

Диагностирование микросхем опирается на хорошее знание принципов функционирования SPS и знание их внутренней архитектуры. Именно поэтому, мы сначала в таких подробностях рассмотрели структуру DP104 и функционирование ее отдельных узлов. Это будет ключом к пониманию методов диагностики микросхем SPS, и позволит грамотно походить к вопросам использования аналогов, а также к вопросам возможной доработки схем при установке аналогов с несколько отличающимися параметрами.

Для диагностирования микросхем семейства SPS нам понадобится следующее оборудование:

- осциллограф;

- тестер для измерения сопротивления и напряжения;

- лабораторный источник питания с возможностью регулировки выходных напряжений (лучше иметь два источника, т.к. это позволит провести наиболее полную функциональную проверку).

Мы предлагаем четыре типа диагностических проверок микросхем SPS:

1. Простая проверка на «пробой» силового ключа.

2. Простая функциональная проверка.

3. Расширенная функциональная проверка.

4. Полная функциональная проверка.

Начнем рассмотрение этих проверок в порядке их усложнения.

 

Проверка на «пробой» силового ключа

Для этой процедуры достаточно иметь под руками самой простой мультиметр. Суть проверки заключается в «прозвонке» перехода сток-исток внутреннего FET-транзистора. Практически во всех случаях отказ микросхем сопровождается пробоем этого транзистора, поэтому данный метод является наиболее быстрым и эффективным, а самое главное, дает почти 100%-ый результат достоверности.

Итак, для проверки микросхемы измеряем сопротивление между конт.1 и конт.2. При этом к конт.1 прикладывается «плюс» измерительного прибора, а к конт.2 – «минус». Если это сопротивление очень большое (десятки МОм), то микросхему можно считать исправной. Если же это сопротивление составляет единицы-десятки Ом, то с уверенностью можно говорить о неисправности микросхемы и необходимости ее замены.

Данную проверку можно проводить, не выпаивая микросхему из печатной платы – это практически не влияет на достоверность результата, поэтому рассмотренный метод вполне подходит под определение «экспресс-анализа» (однако всегда стоит учитывать наличие внешних элементов, способных «коротить» переход сток-исток FET-транзистора).

Этой проверки достаточно в подавляющем большинстве случаев, однако, при очень сложных ситуациях, а также при попытках установить аналогичную микросхему, может потребоваться более детальный анализ.

 

Простая функциональная проверка

Для проведения этой проверки потребуются все те приборы, которые мы упоминали выше. Суть проверки заключается в том, что на микросхему SPS, которую не выпаивают из схемы, подают питающее напряжение от лабораторного источника питания. Естественно, что при такой проверке монитор нельзя включать в питающую сеть, т.е. проверка проводится в режиме, абсолютно безопасном для силовых каскадов.

Рассмотрим последовательность действий по порядку:

1) От лабораторного источника подаем напряжение на конт.3 микросхемы SPS. Начинаем это напряжение плавно увеличивать.

2) Когда питающее напряжение достигнет величины 15В, микросхема SPS запускается, и на конт.1 «проскакивают» импульсы (в течение очень короткого периода времени). Наличие импульсов контролируем с помощью осциллографа. Но стоит обратить внимание на тот факт, что сток транзистора в этом эксперименте не запитан, а поэтому импульсы имеют очень маленькую амплитуду (милливольты) и контролировать их можно, лишь установив очень высокую чувствительность осциллографа.

3) Кроме того, после запуска микросхемы на конт.5 устанавливается напряжение около +5В, а на конт.4 – устанавливается напряжение почти равное напряжению питания.

4) С помощью лабораторного источника начинаем увеличивать питающее напряжение на конт.3. При этом на конт.4 напряжение также пропорционально растет, а напряжение на конт.5 остается без изменений.

5) Далее начинаем уменьшать выходное напряжение лабораторного источника питания. При этом на конт.4 напряжение также пропорционально уменьшается, а напряжение на конт.5 все также остается без изменений. Однако в момент, когда напряжение на конт.3 уменьшится до 9В, микросхема SPS отключится, т.е. напряжения на конт.4 и на конт.5 пропадут (установятся в 0В).

Именно такое поведение микросхемы, как это было только что описано, можно считать нормальным. При любых отклонениях от приведенного алгоритма необходимо провести углубленную диагностику, как самой микросхемы, так и элементов блока питания.

 

Расширенная функциональная проверка

Целью этой проверки является попытка ввести микросхему SPS в режим постоянной генерации. Как мы видели в предыдущем тесте, в момент запуска микросхемы на ее конт.1 «проскакивают» импульсы, но тут же пропадают. Это связано с тем, что срабатывает защита от короткого замыкания в нагрузке. Для того чтобы избежать срабатывания этой защиты необходимо изменить потенциал на конт.4 (контакт обратной связи). С этой целью впаиваем резистор, желательно переменный, номиналом 5-10 кОм между конт.4 и «землей» (рис.21).

 

Рис.21 Переменный резистор впаивается между конт.4 DP104 и "землей"

 

При подаче питающего напряжения величиной 15В на конт.3, микросхема SPS запускается, и на конт.1 можно наблюдать регулярные импульсы. Но, опять же, обращаем внимание на то, что амплитуда этих импульсов очень мала.

Подкручивание переменного резистора практически не дает каких–либо изменений. Лишь только когда номинал этого резистора будет выкручен почти в 0 Ом, генерация прекращается.

Отсутствие генерации на конт.1 при выполнении этого теста требует замены микросхемы, а также проведения внимательнейшей проверки других компонентов блока питания.

 

Полная функциональная проверка

Целью проверки является запуск микросхемы и проверка всех ее внутренних функций. Для данного теста потребуется еще один источник питания, который лучше всего подключить к выпрямительному конденсатору (рис.22). В остальном же, все делаем так, как и в предыдущем тесте.

 

Рис.22  Лабораторный стенд для полного функционального тестирования DP104

Далее действуем в следующем порядке:

1) Включаем лабораторный источник №1, который создает смещение на первичной обмотке импульсного трансформатора блока питания. На выходе этого источника устанавливаем напряжение 6В – 9В.

2) Включаем второй лабораторный источник, которым запитывается микросхема SPS. На выходе источника устанавливаем напряжение 15В и выше. Микросхема запускается, и на конт.1 появляются импульсы, размахом 9В – 15В, которые контролируем осциллографом. Блок питания начинает функционировать, правда не в номинальном режиме, но некоторые выходные напряжения могут достичь соответствующих значений (например, может щелкнуть реле петли размагничивания).

3) Подкручивая переменный резистор, начинаем контролировать изменение длительности импульсов на конт.1.

Внимание! Эту проверку не стоит проводить в течение слишком большого периода времени, т.к. микросхема SPS начинает сильно разогреваться, что в принципе, может привести к ее отказу.

Данная проверка дает полное представление о работоспособности микросхемы, но самое главное преимущество данного теста – это возможность проверить на только (и не столько микросхему), сколько весь источник питания. При выполнении данной проверки можно контролировать наличие импульсов во всех обмотках силового трансформатора, контролировать исправность вторичных выпрямительных диодов и отсутствие коротких замыканий в нагрузке. Хотя, конечно же, необходимо делать скидку на то, что это, все-таки, «ненормальный» режим работы блока питания.

 

Аналоги и взаимозаменяемость

Как мы уже отмечали в самом начале статьи, семейство SPS представлено множеством микросхем. Наиболее часто применяемыми микросхемами являются: DP104, DP704 и DP904. Но кроме них можно встретиться еще и с такими силовыми ключами, как DP306, DP308, DP108, DP708, DP706. Кроме того, аналоги этих микросхем выпускаются фирмой Fairchild Semiconductor, из которых наиболее известными и доступными являются KA2S0880 и KA2S0680, но кроме них существуют и другие типы микросхем этого семейства, например, КА5S0765C-TU и FS6S0765RCH. Эти микросхемы имеют абсолютно такую же внутреннюю архитектуру и точно такое же расположение контактов, а отличаются они лишь своими параметрами: величиной максимального тока, уровнем срабатывания защит, максимальной длительностью рабочего цикла и некоторым другими характеристиками. Поэтому все эти микросхемы можно считать взаимозаменяемыми, но иногда такие замены требуют некоторых доработок, что связано именно с различием характеристик.

Все различия представителей этого большого класса можно компенсировать изменением параметров цепи обратной связи, которая подключается к конт.4 микросхемы. В случае, когда при установке аналогичной микросхемы блок питания перестает нормально функционировать, необходимо изменить параметры либо резистора R608, либо стабилитрона ZD601 (рис.23). Чаще всего практикующие специалисты проводят замену резистора R608, что считается более простым решением. Так, например, при замене микросхемы DP704 на микросхему DP104 номинал этого резистора увеличивают (обычно с 220 Ом до 1.2 кОм). Но, в принципе, точно такого же результата можно добиться и увеличением порогового напряжения стабилитрона ZD601 (только подобрать нужный порог срабатывания оказывается сложнее, чем подобрать резистор).

 

Рис.23  Элементы, которые необходимо корректировать при подборе аналогов микросхемы DP104

Кроме того, схему можно доработать с помощью резистора Rдоп, устанавливаемого между конт.4 и «землей». Проще всего установить в качестве этого резистора переменный резистор номиналом до 15 кОм - это позволит упростить процесс настройки источника питания.

В случае, когда сигнал обратной связи в блоке питания формируется с помощью оптрона, а не с помощью третичной обмотки, доработать схему проще всего двумя способами: изменением номинала резистора R606 или изменением номинала резисторов R653 и R654 (рис.24).

 

Рис.24  "Доработка" схемы при использовании аналогов DP104 при условии, что сигнал обратной связи формируется на дополнительной обмотке импульсного трансформатора

Хочется надеяться, что после такого подробного анализа микросхем семейства DP, проблемы, связанные с возможной доработкой схем источников питания, будут решаться без особых сложностей.

Некоторые практические результаты взаимозаменяемости микросхем SPS представлены в табл.2.

 

Таблица 2.  Аналоги микросхемы DP104 и необходимые доработки схемы при их применении

Микросхема	Замена
DP704C	Заменяется на DP104C, но требуется увеличение номинала R608 до 1.2кОм. Если резистор не заменить, то в дежурном режиме начинает щелкать реле Degauss.
DP704C	Замена на KA2S0680 с одновременным увеличением номинала R608 до 1.2кОм.
DP904	Замена на DP104 без доработок прошла успешно.
DP104	Замена на KA2S0680 с одновременным увеличением номинала R608 до 1.2кОм.
КА5S0765C-TU	Замена на DP104 без доработок, возможно, что корректна и обратная замена.
DP104	Замена на FS6S0765RCH без доработок.

Рассказ о микросхемах SPS будет неполным, если не рассмотреть их практическое применение. Именно для этого мы приводим два варианта блоков питания с микросхемами SPS семейства DP.

 

На одной из схем сигнал обратной связи формируется третичной обмоткой импульсного трансформатора, а на второй схеме – сигнал обратной связи формируется из выходного напряжения и передается на микросхему DP через оптопару. Надеемся, что теперь представленные схемы не требуют пояснений.