МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПО РЕМОНТУ И НАСТРОЙКЕ СЕТЕВОГО АДАПТЕРА KZ0502000V

УДК 621.396.6:621.311.6

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПО РЕМОНТУ И НАСТРОЙКЕ СЕТЕВОГО АДАПТЕРА KZ0502000V

А.В. Васильев начальник отдела средств связи и навигации ЦИРВЭТС ФКУ НИИИТ ФСИН России
А.А.Хван старший инженер отдела средств связи и навигации ЦИРВЭТС ФКУ НИИИТ ФСИН России
Т.А. Холиков ведущий научный сотрудник отдела инженерно-технических средств охраны и наблюдения ЦИРВЭТС ФКУ НИИИТ ФСИН России

Аннотация: Работа посвящена методике ремонта и настройке сетевого адаптера KZ0502000V, применяющегося в персональном видеорегистраторе «Дозор-77». Вычерчена принципиальная схема адаптера, приведены значения напряжений по постоянному току и формы осциллограмм в контрольных точках. Даны рекомендации по диагностике неисправностей и способам их устранения.
Ключевые слова: контроллер, адаптер, режим работы, неисправность, устранение.

В качестве сетевого адаптера в комплекте персонального видеорегистратора «Дозор-77» использовано зарядное устройство KZ0502000V, с выходным напряжением 5V и максимальным током нагрузки 2А. В данном зарядном устройстве применён контроллер SD6835, работающий в режиме PWM + PFM, со встроенным высоковольтным полевым МОП-транзистором и внешним резистором. В устройстве используется запатентованная технология адаптивной PWM/PFM модуляции (PWM – Pulse Width Modulation – широтно-импульсная модуляция (далее ШИМ), PFM – Pulse Frequency Modulation – частотно-импульсная модуляция (далее ЧИМ)), которая при малых нагрузках переводит контроллер в «спящий режим», повышая его эффективность, в этом режиме, мощность потребления снижается до величины менее 4 мВт. При средней и больших нагрузках контроллер работает в режиме ШИМ, на низкой выходной мощности или на холостом ходу (далее – ХХ) с целью повышения КПД контролер автоматически переводится в режим ЧИМ. Приэтом в отличие от преобразователей с ШИМ, частота переключения регулирующего транзистора зависит от изменения тока нагрузки и выходного напряжения, а значит, является изменяющейся, непостоянной величиной — отсюда и название данного вида модуляции. В режиме ЧИМ при изменении сигнала на выходе импульсного элемента изменяется длительность паузы, а длительность импульса остается неизменной. Применение ЧИМ кроме того позволяет дополнительно снизить потери переключения и помехи, а также расширить диапазон регулирования выходных параметров источника питания. Режим ЧИМ, используемый в импульсных источниках питания, реализуется путем уменьшения частоты (вырезанием) каждого второго, третьего импульса ШИМ-модулятора. Это делается в случае уменьшения тока нагрузки для снижения собственного тока потребления микросхемы (так называемый "зеленый" режим работы ИМС). Благодаря функции снижения частоты при отключении нагрузки, прибор устраняет акустические шумы, повышает КПД и уменьшает потери переключения. Частота переключения лежит в пределах от 25 кГц до 67 кГц, и определяется нагрузкой.
Внешний вид адаптера питания 220V (далее – адаптер) показан на фото ниже.



Принципиальная схема адаптера, вычерченная с имеющегося образца, имеет вид, показанный на Рис. №1


Питающее сетевое напряжение 220V через токоограничивающий плавкий резистор F1, выполняющего одновременно роль предохранителя, поступает на мостовой выпрямитель D1-D4, затем на сглаживающий П-образный фильтр C1A, C1, L1, предназначенный для устранения пульсаций с удвоенной частотой питающей сети (100 Гц). Резистор F1 ограничивает зарядный ток конденсаторов фильтра, проходящий через выпрямительные диоды D1-D4. Мощность резистора F1 должна соответствовать мощности, выделяемой, на нём в момент включения, при зарядке конденсаторов С1A и C1, с учётом тока зарядки последних и падении напряжения на резисторе. Емкость конденсатора С1А, в микрофарадах, должна приблизительно соответствовать мощности адаптера, в ваттах. Для уменьшения добротности катушки дроссель L1 зашунтирован резистором R16. Эта мера необходима для устранения резонансных явлений.
Для компенсации паразитной ёмкости между обмотками трансформатора, через которую в цепь нагрузки проникают высокочастотные пульсации и соответствующего подавления этих пульсаций, применён конденсатор CY1, в качестве которого используется сертифицированный конденсатор «Class Y1». Это тип конденсатора, специально разработанный для подобных целей, особенность его заключается в том, что в случае выхода из строя происходит надёжный разрыв между его обкладками, а следовательно между нагрузкой и питающей сетью. Ёмкость этого конденсатора выбрана с учётом комплекса проблем таких, как требуемое напряжение изоляции вход-выход, максимально допустимый ток утечки, максимально допустимая ёмкость вход-выход, габаритные размеры и т. д.
Параллельно включённые резисторы R7, R8 являются датчиком тока выходного транзистора силового ключа драйвера. Падение напряжения на этих резисторах используется схемой защиты от перегрузок силового МОП транзистора.
Для защиты высоковольтного полевого МОП-транзистора, входящего в состав микросхемы драйвера от выбросов ЭДС самоиндукции, в схеме предназначена «снабберная» цепочка D5, C2, R1, R2, R3, она также предотвращает возникновение паразитных колебаний в устройстве.
Цепь, состоящая из резисторов R4, R5 обеспечивает питание контроллера при первоначальном запуске, до тех пор, последний не выйдет на рабочий режим и в обмотке III не появится напряжение, которое через токоограничивающий резистор R6 поступает на выпрямитель на D6. После сглаживания конденсатором С4 напряжение питания подается на 3 вывод микросхемы контроллера. В первый момент запуска контроллер питается от энергии накопленной в конденсаторе С4, который зарядился от источника питания по цепи R4, R5. После выхода контроллера на рабочий режим он переходит на питание от вторичной обмотки трансформатора III. Энергии, накопленной в конденсаторе С4 хватает на весь переходной процесс. В случае попытки запуска контроллера на короткое замыкание (далее – КЗ) в нагрузке, напряжение во обмотке III не растёт и контроллер не получив питания снова и снова будет пытаться запуститься. При этом напряжения и токи не достигнут опасных значений, т. к. контроллер работает в режиме ограничения тока, а цепь обратной связи (далее – ОС) не работает. Описанная логика работы контроллера иногда даёт сбои вследствие наведенной ЭДС в обмотке III трансформатора от индуктивности рассеяния первичной обмотки последнего, этой ЭДС может оказаться достаточно для запуска контроллера и выхода его из строя. Для предотвращения этой нежелательной ситуации, в цепь обмотки III последовательно с диодом D6 включен резистор R6, который препятствует нарастанию тока в ней.
Напряжение, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора, выпрямляется однополупериодным выпрямителем на быстрых диодах D8, D10 и после сглаживания П-образным фильтром C6, C7, C10, L2 R11 подается на выход устройства. Диоды D8, D10 соединены параллельно для обеспечения возможности увеличения тока, отдаваемого в нагрузку, и зашунтированы цепью R10, C9. Эта демпфирующая цепь «снаббер» предназначена для гашения всплеска напряжения на обмотке трансформатора в момент закрытия диодов, предотвращает звон, способствует более благоприятному режиму работы диодов и трансформатора. Конденсатор С10 предназначен для подавления высокочастотных пульсаций. Резисторами R12 и R13 устанавливается выходное напряжение в 5 V. Часть выходного напряжения, снимаемая с делителя R12, R13 используется для стабилизации выходного напряжения. Выходное напряжение адаптера определяется значением напряжения в средней точке делителя R12, R13. Стабилизация выходного напряжения происходит следующим образом. Как только выходное напряжение станет чуть выше положенного, через стабилитрон потечет ток, светодиод оптрона начнет светиться, его фототранзистор приоткроется, ШИМ уменьшит время открытого состояния выходного транзистора и соответственно выходное напряжение, что приведёт к уменьшению тока через стабилитрон закрытию фототранзистора оптопары и увеличению выходного напряжения. Схема стремится установить такое выходное напряжение Uвых, чтобы напряжение на выходе делителя R12, R13 было равным внутреннему опорному напряжению Uref стабилизатора U3. Для стабилизаторов семейства TL431 Uref = 2.5V. U3 – параллельный стабилизатор, фактически использующийся в режиме компаратора. Резистор R19 и С8 обеспечивают компенсацию обратной связи. Резистор R14 ограничивает ток оптопары при переходных процессах и обеспечивает питание U2. Резистор R15 предотвращает подсвечивание светодиода оптопары при закрытом состоянии управляемого стабилитрона U3.
При токе нагрузки 70 mA и менее контроллер автоматически переходит в режим работы с ЧИМ. В этом режиме частота преобразования снижается с 67 кГц до 25 кГц и происходят процессы, описанные в начале статьи.
Параметры адаптера измеренные в режиме ХХ и под нагрузкой приведены в таблице №1.

Таблица №1


Осциллограммы форм импульсов в контрольных точках показаны на фото ниже.


Фото № 3 Вид сигнала в контрольной точке № 10 при нагрузке 1А


Фото № 4 Вид сигнала в контрольной точке № 6 при нагрузке 1А (использован делитель входного напряжения 1:10)


Фото № 5 Вид сигнала в контрольной точке № 12 в режиме холостого хода.


Фото № 6 Вид сигнала в контрольной точке № 6 в режиме холостого хода.


Фото № 7 Вид сигнала в контрольной точке № 10 в режиме холостого хода.


Фото № 8 Вид сигнала в контрольной точке № 12 при нагрузке 1А.

При ремонте адаптера следует руководствоваться методиками изложенными в [1]. Рассмотрим некоторые характерные для данного типа электронных устройств неисправности.
Ремонт начинают с внешнего и внутреннего осмотра, по их результатам делают выводы об исправности подозрительных по внешним признакам электро-радио элементов (далее – ЭРЭ). Затем необходимо убедиться в отсутствии КЗ в высоковольтной части адаптера путём «прозвонки» цепи контрольной точки (далее – КТ) КТ1 на высоковольтную «землю» устройства, с целью предотвращения неприятностей в виде взрывов, хлопков, пламени и т. д. и, как следствие выход из строя дополнительных ЭРЭ, т. е. исключить вторичный фактор. Кстати о «земле», следует обратить особое внимание на то, что в данном устройстве их две высоковольтная и низковольтная. И соединены они между собой через специальный конденсатор типа Y, обеспечивающий гальваническую развязку между питающей сетью и нагрузкой. Это обстоятельство следует учитывать при подсоединении общих выводов измерительных приборов (мультиметров, осциллографов и т. д.). Другими словами при измерениях в высоковольтной части устройства земляной провод измерительного прибора должен быть подключен к высоковольтной «земле», в случае с низковольтными цепями соответственно земляной провод измерителя подключается к низковольтной «земле». Перекрёстное подключение не допускается, т. к. в этом случае появляется опасное соединение двух гальванически развязанных общих точек через измерительные приборы. Это обстоятельство следует обязательно учитывать при ремонте.
Обязательной является «прозвонка» 5,6,7,8 выводов контроллера на «землю», что даст возможность судить об отсутствии (наличии) пробоя высоковольтного МОП-транзистора. В случае пробоя МОП-транзистора необходимо проверить (лучше заменить на заведомо исправные) резисторы R7, R8, выполняющие в данном случае роль датчика тока, по сигналам, с которого происходит управление контроллером. Не лишним будет убедиться в отсутствии КЗ в цепях нагрузки и питания контроллера (цепи обмоток трансформатора II и III соответственно), которые могут препятствовать запуску ШИМ контроллера. В случаях, когда КЗ в цепях нагрузки и питания отсутствуют, а запуска контроллера нет, что определяется по наблюдению осциллограмм в КТ6 и КТ10, необходим измерить режимы по постоянному току на выводах контроллера. Следует учесть то обстоятельство, что контроллер войдёт в рабочий режим (с напряжениями и осциллограммами, указанными в таблице №1) только в том случае, когда, все цепи будут функционировать исправно и разорвать этот замкнутый круг порой не просто. В сложных ситуациях, при необходимости можно попробовать запитать контроллер от внешнего источника питания с напряжением 15V, а в качестве сигнала ОС подать соответствующее напряжение от того же источника. Разрывать цепи ОС следует с соблюдением осторожности, с тем, чтобы контроллер не вошел в неуправляемый режим и не вышел из строя. На практике, чаще всего, нет необходимости прибегать таким радикальным мерам, достаточно привести в соответствие цепи нагрузки, питания контроллера и ОС в требуемое состояние. При отсутствии напряжения в КТ1 следует проверить целостность резистора F1 и исправность диодов D1-D4. При заниженном напряжении в КТ4, необходимо проверить исправность конденсатора С4. Наличие пульсаций переменного напряжения в КТ12 с частотой работы контроллера может свидетельствовать о неисправности С6, С7, а присутствие в этой точке пульсации напряжения с частотой 100 Гц. говорит о неисправности С1А, или С1, не редко электролитические конденсаторы приходят в состояние обрыва. Также может прийти в негодность резистор R17, вследствие перегрузки по току в цепи конденсатора С1А.
Диагностика неисправностей должна основываться на описании принципа работы адаптера и назначении его ЭРЭ приведённых в начале статьи.
Список использованных источников
1. «Анализ основных принципов организации ремонтных работ технических средств охраны и надзора в УИС». Вестник ФКУ ФСИН России научно практическое издание Тверь 2018. Холиков Т.А., Васильев А.В., Хван А.А.
2. Техническая документация на персональный видеорегистратор «Дозор 77».

Сведения об авторах:
А.В. Васильев начальник отдела средств связи и навигации ЦИРВЭТС ФКУ НИИИТ ФСИН России (Россия, г. Тверь, ул. Вагжанова, д.17) e mail:alecstar@bk.ru
А.А.Хван старший инженер отдела средств связи и навигации ЦИРВЭТС ФКУ НИИИТ ФСИН России (Россия, г. Тверь, ул. Вагжанова, д.17) e mail: aahvan@mail.ru
Т.А. Холиков ведущий научный сотрудник отдела инженерно-технических средств охраны и наблюдения ЦИРВЭТС ФКУ НИИИТ ФСИН России (Россия, г. Тверь, ул. Вагжанова, д.17) e-mail:timur.kholikov@yandex.ru