Импульсного источника питания для стереоусилителя, техническое обслуживание, ремонт и исследование неисправностей

МКУГБиИТ «Царицыно»

Политехническое отделение

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: Техническое обслуживание и ремонт компьютерных систем и комплексов”

на тему: “Импульсного источника питания для стереоусилителя, техническое обслуживание, ремонт и исследование неисправностей”

Группа: Э-412

Студент: Новик В.Ю.

Руководитель проекта: Филаткин А.П.

Москва

2016

                                                       Содержание

1. Введение…………………………………………………………………………                                                                                                              

2. Техническое задание……………………………………………………………                                                  
                                       

3. Анализ технического задания………………………………………………….                                                     
                     

4. Разработка и описание электрической структурной схемы (Э1)……………                                                                       
      

5. Выбор и описание элементной базы устройства……………………………..                                           

6. Эскизы электрорадиоэлементов, с указанием габаритных, диаметров выводов, поиск аналогов ЭРЭ для SMD-технологии…………………………..

7. Электрический расчёт выпрямителя………………………………………….

8. Описание электрической принципиальной схемы (Э2)……………………..

9. Экспериментальная часть:

9.1. Сборка экспериментального макета устройства на базе симулятора EWB 5.12, определение контрольных точек…………………………………………..

9.2. Откладка испытания макета………………………………………...............

9.3. Поиск возможных неисправностей устройства и способы их устранения

9.4. Описание электронных приборов для диагностики неисправностей устройства…………………………………………………………………………

9.5. Техническое обслуживание устройства…....................................................

10. Техника безопасности при настройке и ремонте устройства……………..

11. Заключение……………………………………………………………………

12. Список литературы…………………………………………………………..

Перечень графического/иллюстративного/практического материала курсовой работы:

Схема структурная разрабатываемого устройства А4

Схема электрическая принципиальная разрабатываемого устройства А4

Схема алгоритма диагностики и ремонта А4

 

1.     Введение

Блоки питания (или вторичные источники электропитания) представляют собой устройства, обеспечивающие электроприборы необходимой им электрической энергией посредством преобразования энергии, полученной от других источников.  БП могут быть: встроенными в общую схему, использоваться в виде модуля, размещаться в отдельном помещений. Существует два основных вида конструкций источников питания: импульсные и трансформаторные, они же сетевые. В моём устройстве используется импульсный блок питания.

Импульсные блоки питания являются инверторной системой. В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определенной скважности, либо подаваемые на трансформатор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной ФНЧ (в импульсных БП без гальванической развязки).

В настоящее время импульсный блок питания для стереоусилителя широко применяется:

·       В аудио-приборах

·       В магнитолах.

Мой источник питания имеет следующие характеристики:

·       Вторичное напряжение - 25В;

·       Выходное напряжение - 15В;

·       Ток нагрузки - 2A;

2.     Техническое задание

         В моём техническом заданий на курсовое проектирование будет рассмотрена схема электрическая принципиальная стереоусилителя, по которой необходимо создать структурную схему, описать её состав, назначение и работу, произвести анализ технического задания (рассмотреть другие аналоговые структурные схемы и сравнить их характеристики), выбрать элементную базу, с размерами и рисунками элементов схемы, создать таблицу типоразмеров элементов схемы, произвести расчет выпрямителя, описать состав, назначение и работу принципиальной схемы, в экспериментальной части проекта составить схему в симуляторе схем EWB 5.12, выбрать по ней контрольные точки и составить алгоритм ремонта и диагностики, описать откладку стереоусилителя по режимам его работы, описать поиск возможных неисправностей, которые могут возникнуть в процессе эксплуатаций стереоусилителя, выбрать измерительные приборы с полным описанием их характеристик, выбрать вид технического обслуживания стереоусилителя , описать технику безопасности при ремонте и диагностике устройства.

 3. Анализ технического задания

         В схеме моего устройства имеются следующие элементы, которые я увидел: Вход, Дроссельный фильтр, Выпрямитель, Импульсный выпрямитель, Микросхема ШИМ, Транзисторный усилитель, Трансформатор, Выходной усилитель. Со входа под ток напряжением 220 В идёт на дроссельный фильтр. От дроссельного фильтра, который сглаживает пульсаций напряжения, напряжение идёт на выпрямитель, который преобразует постоянный ток в переменный. На транзисторный ключ напряжение поступает с Микросхемы ШИМ. От выпрямителя напряжение поступает на импульсный выпрямитель, от него на трансформатор и на транзисторный ключ. На трансформатор напряжение постает с транзисторного ключа и импульсного выпрямителя. От трансформатора на выход.

Рис. 1 Структурная схема импульсного блока питания для стереоусилителя.

Кроме этого устройства я нашёл 2 аналога схемы.

1) Рис. Структурная схема источника питания.

            Состав: Сетевой фильтр, Выпрямитель, Усилитель мощности,

Трансформатор, Автогенераторный вспомогательный источник, согласующий

каскад, Блок выпрямителей, Стабилизатор канала 5VSB, ШИМ регулятор, Блок фильтров, Схема изменения перенапряжения. C сети напряжение поступает на сетевой фильтр с него на выпрямитель. С выпрямителя напряжение поступает на усилитель мощности и на автогенераторный вспомогательный источник. На стабилизатор и ШИМ регулятор напряжение поступает с автогенераторного вспомогательного источника, а с усилителя мощности напряжение поступает на трансформатор и на согласующий каскад, на каскад напряжение поступает с ШИМ регулятора. На блок выпрямителей напряжение поступает с трансформатора, после этого напряжение поступает на блок фильтров.

2) Рис. Структурная схема блока питания ПЭВМ с импульсным трансформатором.

         Состав: Сетевой фильтр, Выпрямительный мост, Преобразователь, Импульсный преобразователь, УОС, Выпрямитель 1, Выпрямитель 2, Выпрямитель 3. Напряжение 220В поступает на сетевой фильтр, с него на выпрямительный мост. С выпрямительного моста напряжение поступает на преобразователь, с преобразователя напряжение поступает на УОС и на импульсный трансформатор. На выпрямители напряжение подается с УОС и с импульсного трансформатора.

4. Разработка и описание электрической структурной схемы (Э1) устройства

Состав схемы:

1. Вход.

2. Дроссельный фильтр.

3. Выпрямитель.

4. Импульсный диод.

5. Транзисторный ключ.

6. Микросхема ШИМ.

7. Импульсный трансформатор

8. Выход.

Назначение элементов схемы.

1. Вход – предназначен для питания переменного напряжения 220В.

2. Дроссельный фильтр – предназначен для сглаживания импульсных помех.

3. Выпрямитель – предназначен для преобразования переменного тока в постоянный ток.

4. Импульсный диод – предназначен для преобразования импульсного напряжения.

5. Транзисторный ключ –предназначен для управления работы импульсного трансформатор.

6. Микросхема ШИМ - предназначен для изменения скважности импульсов при постоянной частоте.

7. Импульсный трансформатор - преобразования тока и напряжения импульсных сигналов с минимальным искажением исходной формы импульса на выходе

8. Выход – предназначен подключения напряжения к стереоусилитель.

Работа структурной схемы.

         В данном устройстве со входа под ток напряжением 220 В идёт на дроссельный фильтр. От дроссельного фильтра, который сглаживает пульсаций напряжения, напряжение идёт на выпрямитель, который преобразует постоянный ток в переменный. От выпрямителя напряжение поступает на импульсный диод, от него на трансформатор и на транзисторный усилитель. На трансформатор напряжение постает с Микросхемы ШИМ, транзисторного

усилителя и импульсного диода. От трансформатора на выходной усилитель.

5. Выбор и описание элементной базы устройства

Поз по алф.	Тип	Номинал	Размеры
a	b	c	S	V
R1	SMD0402	130 кОм	1,0	0,5	0,35	0,5	0,175
R2	SMD0402	22 кОм	1,0	0,5	0,35	0,5	0,175
R3	SMD0402	4,7 кОм	1,0	0,5	0,35	0,5	0,175
R4	SMD0603	20 кОм	1,6	0,8	0,45	1,28	0,576
R5	SMD0603	150 кОм	1,6	0,8	0,45	1,28	0,576
R6	SMD0402	680 Ом	1,0	0,5	0,35	0,5	0,175
R7	SMD0402	22 Ом	1,0	0,5	0,35	0,5	0,175
R8	SMD0603	1 кОм	1,6	0,8	0,45	1,28	0,576
R9	SMD0402	1 Ом	1,0	0,5	0,35	0,5	0,175
R10	SMD0402	3,3 Ом	1,0	0,5	0,35	0,5	0,175
C1	SMD0603	0,022мкФ	1,6	0,85	0,5	1,36	0,68
C2	SMD0603	100 пФ	1,6	0,85	0,5	1,36	0,68
C3	TECAP	470 пФ	4,3	5,4	-	23,22	-
C4	SMD 1206	1000 пФ /1000V	3,2	1,6	-	5,12	-
C5	ECAP	100 мкФ	5,4	6,3	0,5	34,02	17,01
C6-C9	SMD1206	2200 пФ /40V	3,2	1,6	-	5,12	-
C10	ECAP	100 мкФ /360V	5,4	6,3	0,5	34,02	17,01
C11	SMD0805	0,1 мкФ	2	1,25	0,45	2,5	1,125
VD1-VD4	SOD123	U=300B	4,2	2,7	-	11,34	-

 

VD5-VD7	SOD123	-	5,5	0,69	-	3,8	-
L1	-	-	200	250	-	50000	-
L2	-	-	200	250	-	50000	-
L3	-	-	200	250	-	50000	-
VT1	SOT723	BUZ90	1,2	0,8	1,2	0,96	1,152
A1	SO-8	-	4,9	3,9	1,58	19,11	30,20

6. Эскизы электрорадиоэлементов, с указанием габаритных, диаметров выводов, поиск аналогов ЭРЭ для SMD-технологии

1)    Резистор R1 (130 кОм), R2 (22 кОм), R3 (4,7 кОм), R6 (680 Ом), R7 (22 Ом), R9 (1 Ом), R10 (3,3 Ом) - SMD0402

2)    Резистор R4 (22 кОм), R5 (150 кОм), R8 (1 кОм) - SMD0805

3)    Конденсатор C1 (0,022 мкФ) - SMD0603

 

4)    Конденсатор C11 (0,1 мкФ) – SMD0805

5)    Конденсатор С5 (100 мкФ/25 V), С10 (100 мкФ/360 V) SMD ECAP

6)    Выпрямительные диоды VD1-VD4 (1000 В) – SOD123

 

7)    Выпрямительные диоды VD5-VD7 (1000 В) – SOD123

     8) Микросхема-ШИМ UC3842D - SO8

    

     9) Конденсатор С3 (470 пФ) - ТЕСАР.

    10) КонденсаторыС4 (1000 пФ/1000 V), С6-С9 (2200 пФ/40 V)

7. Электрический расчёт выпрямителя

 Рис: Схема выпрямителя.        

         Основа выпрямительного устройства - это выпрямительные диоды и сглаживающий конденсатор (фильтр). Исходными данными для расчета выпрямителя служат требуемое напряжение на нагрузке Uн и потребляемый ею максимальный ток Iн.

            Дано:

Напряжение на выходе выпрямителя – 300 В.

Ток на выходе выпрямителя – 0,0003 А.

Амплитуда пульсации (%) - 10

С помощью онлайн программы расчёта выпрямителя записываем входные данные:

Напряжение питания, переменное (В) – 300,

Ток после выпрямителя (А) – 0,00003 А,

Пульсации (%) – 10.

Нажимаем «Рассчитать» и на экране появляется результаты расчёта выпрямителя.

Вывод:

Напряжение постоянное – 423,00 В,

Максимальное обратное напряжение диодов – 664,45 В,

Допустимый прямой ток диодов – 4,29 А,

Ёмкость конденсатора минимальный – 226,95 мкФ,

Напряжение конденсатора – 558,75 В.

8. Описание электрической принципиальной схемы (Э2) устройства

Состав схемы.

1. Вход.

2. C10, L1, C11- дроссельный фильтр.

3. VD1-VD4 – выпрямитель.

4. VD5-VD6 – импульсный диод.

5. VT1 – транзисторный ключ.

6. A1 – Микросхема ШИМ

7. Импульсный трансформатор

8. Выход.

Назначение элементов схемы.

1. Вход – предназначен для питания переменного напряжения 220В.

2. Дроссельный фильтр – предназначен для сглаживания импульсных помех.

3. Выпрямитель – предназначен для преобразования переменного тока в постоянный ток.

4. Импульсный диод – предназначен для преобразования импульсного напряжения.

5. Транзисторный ключ –предназначен для управления работы импульсного трансформатор.

6. Микросхема ШИМ - предназначен для изменения скважности импульсов при постоянной частоте.

7. Импульсный трансформатор - преобразования тока и напряжения импульсных сигналов с минимальным искажением исходной формы импульса на выходе

8. Выход – предназначен подключения напряжения к стереоусилитель.

         Работа принципиальной схемы.

Работа принципиальной схемы.

 Напряжение от электросети через дроссельный фильтр C10-L1-C11 поступает на мостовой выпрямитель на диодах VD1-VD4. Резистор R10 ограничивает имульс пускового тока на зарядку конденсатора С9

Питание на микросхему А1 поступает двумя путями. Пусковое питание через R1. После запуска генератора питание начинает поступать с обмотки 2 трансформатора Т1 посредством выпрямителя на диоде VD6. Это же напряжение является и контрольным для схемы стабилизации напряжения

(на схему стабилизации контрольное напряжение поступает через R3-R5-C2).

Сформированные импульсы поступают с А1 на затвор полевого транзистора VT1

Дроссель L1 - готовый дроссель сетевого фильтра от того же телевизора. Дроссели L2 и L3 намотаны на ферритовых кольцах .

9. Экспериментальная часть.

9.1. Сборка экспериментального макета устройства на базе симулятора EWB 5.12, определение контрольных точек

Контрольная точка 1	220 В (напряжение сети)
Контрольная точка 2	197 В (напряжение выпрямителя)
Контрольная точка 3	19 В (коллектор транзистора-2N2222 в мультивибраторе)
Контрольная точка 4	27.61 В (напряжение, поступающее на мультивибратор)
Контрольная точка 5	24.32 В (выходное напряжение)

9.2 Откладка испытания макета

В моём устройстве в программе EWB я установил контрольные точки. Измерение контрольных точек осуществляется с помощью вольтметра. Первую контрольную точку установил на Вход. Вторую точку – после выпрямителя VD1-VD4. Третью точку – перед коллектором VT2. Четвёртую точку установил на мультивибратор. Пятую контрольную точку установил на Выходе . Я установил пять контрольных точек. Дальше я, после того, как подсоединил пять вольтметров на пять контрольных точек, включил схему и проверил, правильно ли я установил контрольные точки. Все контрольные точки установлены правильно. На вольтметрах были показаны показания контрольных точек. Показания контрольных точек я записал в таблицу. Также я написал, как называются эти контрольные точки. Устройство работает правильно.

КТ1=220В

КТ2=197В

КТ3=19В

КТ4=27.61В

КТ5=24.32В

9.3 Поиск возможных неисправностей устройства и способы их устранения

Неисправность	Причина неисправности	Способ устранения
Обрыв сети КТ1=1,728 мВ КТ2=0 В КТ3=0 В КТ4=0 В КТ5=0 В	Не поступает напряжение, на комплектующие устройства	Проверить сеть, устранить неполадку
Закорачивание выпрямителя (VD1-VD4) КТ1=220 В КТ2=0,001 мВ КТ3=0 В КТ4=0 В КТ5=0,076 мВ	Устанавливается большая сила тока, перегрев разрушения, изоляция обмотки, пробой запирающего слоя диодов выпрямителя	Заменить выпрямитель VD1-VD4
Обрыв коллектора транзистора VT1 КТ1=219,2 В КТ2=134,7 В КТ3=22,27 В КТ4=22,28В КТ5=79,67 В	Недостаточно жесткое закрепление или повышенная вибрация	При замене улучшить крепление или устранить причину повышенной вибрации
Обрыв резистора в мультивибраторе КТ1=219,3 В КТ2=137,6 В КТ3=6,822 В	а) Некачественный резистор	Заменить
КТ4=7,086 В КТ5=0 В
Сгорание резисторов R2-R5 КТ1=219,5В КТ2=62,79 В КТ3=0 В КТ4=62,17 В КТ5=52,63 В	а) Перегрузка по току  б) Напряжение, прикладываемое к резистору, выше допустимого  в) Недостаточное охлаждение	Заменить резистор
Перегрев трансформатора Т1 КТ1=146 мВ КТ2=0 мВ КТ3=0 мВ КТ4=0 мВ КТ5=0 мВ	Перегрев трансформатора Т1	Заменить трансформатор Т1

 

9.4. Описание электронных приборов для диагностики неисправностей устройства

1) Осциллограф цифровой UTD2052CEL.

Описание:

Осциллограф — прибор, предназначенный для исследования, наблюдения и записи измерении, амплитудных и временных параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, либо непосредственно на экране, либо записываемого на фотоленте. Модель UTD2052CEL является цифровым осциллографам. Цифровые осциллографы - это самые распространенные контрольно-измерительные приборы в мире. Обусловлено это тем, что с их помощью можно производить широкий спектр работ с сигналом. Таких как исследование и ремонт электрического оборудования, проектирование и обучение. Прибор оснащен двумя каналами для подключения исследуемого сигнала.

Технические характеристики:

Полоса пропускания: 50 МГц

Время нарастания фронта: <7 нС

Частота дискретизации: 1 ГГц

Эквивалентная частота дискретизации: 50 ГГц

Вертикальная развертка: 1мВ ~ 20В/дел

Внутренняя память: 2 x 600 kб

Горизонтальная развертка: 2нс ~ 50сек/дел.

Тип запуска: по фронту, по импульсу, поочередный, по видеосигналу

Автоматически измеряемые параметры осциллограммы: 28 параметров

Порты: USB OTG

Математические функции: сложение, вычитание, умножение, деление, Фурье анализ

Диагональ дисплея: 7 дюймов

2) Частотомер Ч3-63/1.

Частотомер Ч3-63/1 предназначен для измерения частоты синусоидальных и частоты следования импульсных сигналов, измерения периода синусоидальных и периода следования импульсных сигналов, измерения длительности импульсов, отношения частот электрических сигналов и т.д. Применяется в технике связи.

Описание прибора:

Диапазон измеряемых частот – 0,1 Гц – 1,5 ГГц.

Диапазон напряжений входного сигнала – 0,03 – 10 В.

Диапазон измерения периода – 0,1 мкс.

9.5. Техническое обслуживание устройства

Техническое обслуживание (ТО)- это комплекс мероприятий, направленных на поддержание аппаратуры в исправном состоянии, контроль её параметров и обеспечение профилактического ремонта.

- Техническое обслуживание и ремонт должны производиться только в специально предназначенных для этого местах.

- К работам по техническому обслуживанию и ремонту электрооборудования допускаются лица, прошедшие соответствующий инструктаж по технике безопасности.

- На рабочем месте должна быть аптечка, укомплектованная медикаментами, необходимыми для оказания первой помощи.

- ТО должно выполняться в объёме и с учётом наработки, предусмотренными в эксплуатационной документации, независимо от технического состояния.

- Периодическое ТО должно выполняться через интервалы времени и в объёме, установленными в эксплуатационной документации.

- Ссоблюдение условий эксплуатации и режима работы системы и оборудования в соответствии с руководствами по эксплуатации;

- Загрузку оборудования в соответствии с паспортными данными, недопущение перегрузки оборудования, кроме случаев, оговоренных в руководствах по эксплуатации;

- Строгое соблюдение установленных при данных условиях эксплуатации режимов работы электросетей и всех  систем ПС;

- Поддержание необходимого режима охлаждения деталей и узлов оборудования, подверженных повышенному нагреву;

- Смазку, наружную чистку и уборку эксплуатируемого оборудования  ПТК и помещений ПС;

- Немедленную остановку системы и оборудования ПТК в случае нарушений его нормальной работы, ведущих к выходу оборудования из строя, принятия мер по выявлению и устранению таких нарушений;

- Выявление степени изношенности легкодоступных для осмотра узлов и деталей и их своевременную замену;

- Проверку нагрева контактных поверхностей, проверку состояния охлаждающих систем и  продувку ПТК;

- Проверку исправности заземлений, состояния тепловой изоляции и противокоррозионной защиты и т.д. 

10. Техника безопасности при работе с блоками питания.

Техника безопасности при настройке блока питания

1) Во время проведения испытаний запрещается подстраивать и регулировать БП, а также подтягивать крепёжные детали.

2) БП считают прошедшими испытания на устойчивость к климатическим и механическим воздействиям, если они остаются работоспособными и при внешнем осмотре не обнаружены изменения их внешнего вида.

3) Настройка БП в круглосуточном режиме должна проводится прогоном в течение от 24 до 72 ч в нормальных климатических условиях эксплуатации с учётом работ по ТО в соответствии с эксплуатационной документацией.

4) Функционирование БП в составе комплексов и совместимость с используемыми системами проверяют с помощью тестовых программ и операционной системы на комплексах максимального состава по нагрузочной способности и при максимальной нагрузке БП.

5) Допускается проверять работоспособность БП через каждые сутки.

6) Во время пребывания БП в камере недопустимо выпадение росы.

7) Температуру внутри БП определяют измерением температуры воздуха, выходящего из БП после установления температурного режима, с помощью термопар или других средств измерения.

Техника безопасности при ремонте блока питания

1) Электрическое сопротивление и прочность изоляции следует проверять на собранной аппаратуре или ёё частях.

2) Защиту БП от коротких замыканий и пропадания фазовых напряжений сети электропитания проверяют в соответствие с ТУ или программой испытаний на конкретные БП.

3) Работоспособность БП при включении (отключении) электропитания входящих в их состав других БП проверяют при работе БП в составе ЭВМ.

4) Проверка шума на рабочих местах СВТ в условиях эксплуатации проводят по ГОСТ 27818.

11. Заключение

         В ходе выполнения курсовой работы были рассмотрены следующие вопросы:Введение; Техническое задание; Анализ технического задания; разработка и описание электрической структурной схемы (Э1); Выбор и описание элементной базы устройства; Эскизы электрорадиоэлементов, с указанием габаритных размеров, диаметров выводов, поиск аналогов ЭРЭ для SMD технологий; Электрический расчёт выпрямителя; Описание электрической принципиальной схемы (Э2) устройства. Также приведёно: Сборка экспериментального макета устройства на базе симулятора EWB5.12; Описание контрольных точек; Откладка испытания макета; Поиск возможных неисправностей устройства и способы их устранения; Описание электронных приборов. В режиме работы устройства я расставил контрольные точки и по ним составил алгоритм поиска неисправностей или диагностики источника питания для стереоусилителя. Еще было показано техническое обслуживание устройства ст. Данное устройство соответствует заданным параметрам.

12. Список литературы

1) В.Г. Костиков, Е.М. Парфёнов, В.А. Шахнов «Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование.Учебник для вузов» 2-е издание, Москва, Горячая линия – Телеком, 2001 г.

2) http://www.chipdip.ru/

3) «Энциклопедия радиолюбителя» Автор: Пестряков В.М. Издательство: Наука и техника, 2001 г. С.120.

4) «Маркировка радиоэлементов». Автор: Кашкаров А.П. Издательское предприятие Радио Софт, Москва, 2010. С.7-33.

5) В.Г. Костиков, Е.М. Парфёнов, В.А. Шахнов «Источники электропитания электронных средств» Москва, Горячая линия – Телеком, 2001 г.

6)Перельман Б.Л. «Полупроводниковые приборы. Справочник-Солон», «Микротех», 1996 г, 176 стр

Интернет ресурсы.

1) http://elwo.ru/

.

       Приложение