Сегодня в шесть утра как раз делал бекапы форума. Остановил форум и снимал снапшоты.
И тут бац — монитор гаснет. Чёрный экран. И зелёный индикатор погас. Но через несколько секунд зелёный индикатор загорается, внутри монитора слышится слабый «цык», монитор пытается включиться, но у него не получается, и зелёный индикатор опять гаснет. И так по кругу. Бесконечный процесс.
До боли знакомая картина. В прошлый раз
почти так же было, когда конденсаторы отдали концы. Разница заключалась в том, что монитору удавалось на доли секунды зажечь подсветку, причём время между циклами перезапуска сокращались по мере нагревания конденсаторов.
В этот же раз он просто погас посреди рабочего процесса, и пытался перезапуститься с одинаковой частотой. «Ну, наверное какой-то умирающий конденсатор
вскрылся и резко перестал работать», — подумал я. Тем более, что богатое воображение и сильное самовнушение уже позволили мне ощутить едкий химический запах изошедшего из конденсатора электролита.
Разбираю монитор: снимаю основание, заднюю крышку, переднюю крышку, откручиваю плату передней панели, отцепляю динамики, прикручиваю обратно основание, снимаю металлический экран. Смотрю на плату: все конденсаторы целы, ни один не лопнул ни по насечкам, ни по днищу. Едкий запах был самообманом (
или всё-таки нет? — ближе к концу станет ясно, почему)
Ладно, — думаю, — это обычное дело, когда электролитические конденсаторы теряют свои параметры ниже номинала, никак внешне не проявляя беду (не вздуваясь). Сто раз такое видел. Выглядит нормально, выпаиваешь — ёмкость упала, ESR поднялся. Перепаиваешь, и устройство оживает.
Молча и на автомате перепаиваю пару конденсаторов, которые не менял в последний раз. Парочка конденсаторов 220 μF 25 V.
Ставлю плату на место, запускаю — та же картина. Циклический рестарт. Хм... Наверное проблема не только в этой мелочи. Там ближе к трансформатору по линии +12 V стоит ещё пара конденсаторов на 1000 μF и 470 μF. Наверное и им конец подошёл: Если они потеряли ёмкость, то пара новых по 220 μF этого не скомпенсирует. Меню и их, как в случае самого
первого отказа этого монитора:
Заменил, впаял новые; плату на место ставлю, включаю — и опять та же картина. Не работает и циклически перезапускается.
Нда, зря я решил телепатическим методом чинить, поверив в предположение, что причина самая банальная — деградация электролитических конденсаторов. Тут уже не обойтись без измерений, наугад дальше ничего не сделаешь.
Эх, придётся расчехлять осциллограф. А места на столе нет вообще, как я уже писал:
Хакер писал(а):У меня под такой места на столе не хватит
. У меня теперь мультимониторная система.
Если бы не проблема с наличием свободной площади на столе, я бы с осциллографа начал, а не гадал. Но делать нечего. Поотодвигал располашающиеся на столе приборы (два монитора, паяльная станция, лабораторный БП, ADSL-модем и обычный телефонный модем) так, чтобы образовалась площадка для осциллографа и небольшое рабочее поле для того, чтобы положить плату и что-то с ней делать.
Щупаю линию +5 V — есть.
Щупаю линию +12 V — тоже есть.
На осциллографе ровные линии, никакого несглаженного шатания, какое бывает при потере ёмкости конденсаторов.
— А что с управляющими линиями, идущими от платы мозгов к плате БП? Их всего две: «логический включения подсветки» и «диммирующий сигнал» — напряжение, которым мозги задают яркость подсветки матрицы.
Диммирующее напряжение присутствует всё время, а сигнал включения подсветки появляется короткими импульсами. То есть появляется и сразу пропадает. Словно мозги сразу же командуют инвертору выключить подсветку. Но почему они так делают?
Возможны две версии:
- Плата с процессором сошла с ума и неадекватно управляет блоком питания. (маловероятно)
- После включения подсветки что-то происходит, что не нравится мозгам, и мозги командуют выключить подсветку (более вероятно)
Но от платы БП к плате мозгов не идёт никакой обратной связи. Мозги только командуют инвертору зажечь CCFL-ы, но не получают никакого отклика о том, удалось ли их зажечь, насколько успешно, и как они работают сейчас. Значит что?
По второму варианту, единственное возможное: что-то происходит с питающим напряжением в момент зажигания ламп, что заставляет мозги снять сигнал необходимости горения подсветки. Например это может быть какая-то помеха, всплеск (бросок), пропадание напряжения. Хотя изначально я ничего не увидел, но я смотрел на медленной развёртке.
Окей, вешаемся на линию +12 V (потому что только она питает инвертор для ламп, оставшаяся +5 V — только для сигнальных плат и в инветор не заходит). Настраиваем в осциллографе триггер так, чтобы поймать какое-либо нештатное состояние на линии питания. Ставим однократную развётрку.
Подаю питание на монитор: есть косяк! Через секунды 3 после того, как подаём питание на монитор, мозги командуют плате БП зажечь подсветку, и в этот момент на линии питания инвертора штатное напряжение +12 V кратковременно и резко просаживается аж до +4 V.
Этого я сперва на длинной развертке (большой масштаб по шкале времени) не заметил. Вернее, конечно, заметил, но выглядело оно как-то так:
То есть совершенно не впечатлило, потому как Acquisition Mode был установлен в Normal: если бы был выставлен режим Peak Detection, я бы конечно увидел, что там куда более значительная просадка.
Почему происходит такая сильная просадка? В принципе, возникновение просадки в момент зажигания — логичное и закономерное явление. Ведь инвертору в один момент резко требуется много энергии, чтобы произвести мощный поджигающий импульс. Но просадка на 60–70% — это уж слишком. Вряд ли это штатное поведение
В чём причина?
Причины можно разделить на две базовых категории:
- Потребители в сумме просят большой ток (столько, сколько положено), но БП потерял способность выдавать такие токи.
- Потребители в сумме просят большой ток (больше, чем положено), и БП обоснованно даёт просадку, уходя в защиту по перегрузке.
Чтобы выяснить, я нашёл на плате перемычку, через которую питание от первичного источника (импульсного преобразователя сетевого напряжение в постоянку +12 V и +5 V) подаётся на инвертор, и выпаял один её конец, отрезав таким образом питание от инвертора полностью:
Включаю монитор в розетку: индикатор загорается зелёным и продолжает гореть им, не погасая каждые 5 секунд. И звук «цык» больше не раздаётся. Естественно, дисплей не светится, никакой картинки на экране не видно. Монитор реагирует на кнопку «вкл/выкл», чего не делал до этого.
То есть без инвертора и без подсветки он работает стабильно и не перезапускается циклически. Беру настольную лампу и свечу в упор в матрицу. Вижу, что там силуэты окон, тексты и всё такое. Значит матрица жива, равно как и вся сигнальная плата. Мозги живы, БП способен прокормить сигнальную электронику, но вот инвертор душит его, устраивая короткий блек-аут всей системе.
Сигнальную часть отбрасываем. Но пока ещё непонятно, то ли инвертор просит больше, чем нужно, то ли БП способен отдавать меньше, чем должен и чем отдавал раньше.
Небольшое отступление:
Вполне себе возможный вариант с обессилившим БП: мне пару месяцев назад притаскивали напольный вентилятор, чтобы просто поменять в нём сломавшуюся кнопку. Работы на 5 минут. А ещё сказали, что ПДУ от него не работает. Я кнопку перепаял, собрал, включил — всё работает. И ПДУ тоже работает. Ну, — думаю, — готово, зря на ПДУ говорили. Проверяю все режимы, все скорости , и как только включил режим, при котором вентилятор начинает вилять влево/вправо, — с этого момента вентилятор перестаёт реагировать на пульт. А на кнопки на передней панели самого вентилятора реагирует. Если с передней панели выключить режим «Swing» (виляние туда/сюда) — прибор начинает опять реагировать на пульт. Первая мысль была: проводка к мотору, которые отвечает за виляние, идёт очень близко к сигнальной линии от фотоприёмника к микроконтролеру. Когда режим виляния включается, помехи от двигателя передаются на линию от фотоприёмника, и контроллер уже не может правильно декодировать импульсный код с пульта, потому что он наполнен мусором. Проложил проводку внутри корпуса по другому — проблема не исчезла. Вообще отпаял от платы провода к мотору виляния, но всё равно при включении режима, при котором на мотор подалось бы напряжение, устройство перестаёт реагировать на пульт. Хотя мотора физически нет, и никаких наводок быть не может. Значит дело в не них. В итоге оказалось, что при включении вентилятора на любую скорость, напряжение питания электроники на плате вентилятора просаживалось со штатных 5 вольт до 4 вольт, а при включении режима свинга — вообще до 3 вольт. Контроллер при таком низком напряжении умудрялся как-то продолжать функционировать, а вот фотоприёмнику этого было критически мало, и он вообще переставал конвертировать входящие ИК-импульсы в электрические сигналы. Напряжение просаживалось за счёт тока, текущего по цепочке {ключ в контроллере → токоограничительный резистор → затвор симмистора, коммутирующего обмотки моторов}. Но почему схема, которая питает логические цепи внутри вентилятора, не могла выдавать стабильные 5 вольт, необходимые для стабильной работы логики вне зависимости от того, сколько симмисторов находятся в открытом состоянии? Либо симмисторы вдруг потребляют больше, чем нунжно, либо БП потерял мощность. БП там был бестрансформаторный: без гальванической развязки, с гасящим (балластным) конденсатором и стабилитроном. Я сначала рассчитал предполагаемые номиналы деталей для такого конденсаторного БП, потом нашёл даташит на контроллер, где был application note с бестранформаторным вариантом и где номиналы совпали с моими расчётами, а потом выпаял гасящий конденсатор из платы, прочитал на нём ёмкость, которая тоже была примерна близка к моим расчётам, и замерил реальную ёмкость: она была в 15 раз меньше необходимой! Металлоплёночные конденсаторы так же теряют мощность, только не от высыхания, как электролитические, а при перенапряжения и сверхтоках: коротнувшие участки фольги сгорают и короткое замыкание самоликвидируется, но за счёт того, что площадь обкладок из фольги уменьшилась, уменьшается и ёмкость. Так что вариант, что БП обессилил из-за повреждения какой-нибудь детали в обвязке — очень даже вероятен.
Но это легко выяснить. Беру внешний лабораторный блок питания, выставляю на нём 12 вольт и сажу крокодил от него на торчащую полуотпаянную перемычку. Держа с одной стороны в голове 50%-вероятную версию о том, что БП исправен, а инвертор жрёт тока больше, чем должен, и может быть сожжён к черту лабораторным БП (в котором много дури, чтобы сжечь инвертор к чёрту, устраивая пробой одной детали за другой) а с другой стороны, в качестве меры предосторожности от эффекта «тиристорной защёлки» (
SCR-latch), выставляю на лабораторнике лимит тока для начала в 100 mA.
Втыкаю монитор в розетку, проходит 3—4 секунды, лаб. БП уходит в режим ограничения по току. Выдаёт максимальные 100 mA, а напряжение упало до 4 вольт. Но зелёный индикатор не мигает, рестарта нет, штатному БП легко, сигнальная часть работает.
Делаю так несколько итераций, пока не дохожу до токового предела лаб. БП: 2 с небольшим ампера. А инвертору всё мало. Он всё равно пытается взять от внешнего БП все эти 2 ампера, просаживая у него напряжение. Тут ясно, что инвертор просит явно больше, чем ему положено (12V · 2.1A = 25W). Однако, секунд через 6 после попытки зажигания ламп, инвератор перестаёт потреблять бешенный ток.
Отсюда следующие выводы:
- виноват однозначно инвертор, где-то в нём КЗ.
- КЗ не «железное» (типа куска проволоки, упавшего между дорожками) а «кремниевое» (жор тока начинается только после подачи сигнала о включении подсветки).
- Контроллер инвертора не совсем мёртв, судя по тому что через 6 секунд КЗ устраняется (хотя это может быть в силу чисто термической причины)
Остаётся найти, где же КЗ на стороне инвертора.
Топология инвертора относительно простая. Во-первых, инвератор разделён на 2 симметричных части: питание верхний ламп и нижних ламп. Назовём их «каналами». На оба канала — один общий контроллер. Больше ничего общего нет
Каждый канал начинается с понижающего DC-DC-преобразователя
buck-топологии, на вход которого поступают те самые +12 V от первичного БП, и который понижает их до некоторого более низкого напряжения, которое зависит от желаемой яркости подсветки, и которое питает высоковольтный резонансный трансформатор. Средняя точка первичной обмотки сидит на выходе buck-конвертера, а концы первичной обмотки поочерёдно притягиваются к земле ключами (биполярными транзисторами), образующими автоколебателельный генератор по типу мультивибратора (с перекрёстными связями). Типичный такой пуш-пул. Со вторичной высоковольтной обмотки напряжение идёт на CCFL-лампы, откуда приходит и обратная связь.
Т.е. конфигурация каждого канала (из 2, верхнего и нижнего) примерно такая:
Микросхема контроллера питается от тех же +12 V, что приходят на вход buck-конвертера. От микросхемы идут линии на затворы MOSFET-ключей (через предрайверы на маленьких транзисторах). После buck-конвертора сглаживающих конденсаторов нет, идут просто отводы обратной связи (на одну общую линию обратной связи к контроллеру). Пуш-пул на неуправляемой паре биполярных транзисторов (частота не регулируется, жестко выставлена за счёт перекрёстных RC-цепочек, подобранных так, чтобы совпасть с резонансной частотой трансформатора).
Теперь посмотрим ещё раз на это, и подумаем, где может быть КЗ? Дело не в пробитых MOSFET-ах, потому что будь даже один они пробиты, у нас нет прямого контура с линии +12V на землю. Могут быть пробиты диоды (от земли до левой точки дросселя). Может быть КЗ в первичке ВВ-трансформаторов. Может быть пробиты биполярные транзисторы, дёргающие концы первичек. Может быть КЗ внутри контроллера. Или где-нибудь в предрайверах.
То что я сделал вначале, чтобы сузить круг поиска: я выпаял все 4 биполярных транзистора (2 штуки в каждом из двух каналов).
Честно говоря, тут я лукавлю: я их выпаял ещё до того, как разорвал перемычку от БП к инвертору.
Этим я убил сразу двух зайцев и отсёк большую часть, которая не виновата:
- Транзисторы были выпаяны и промерены отдельно на столе. И оказались абсолютно здоровыми.
- Плата без транзисторов была установлена в монитор, монитор включен в розетку, и он по прежнему циклически перезапускался, что означало, что не виноваты не только биполярные транзисторы, но и ВВ-трансформаторы и лампы, потому что всё это было сейчас полностью отрезано от схемы, но кто-то продолжал устраивать КЗ.
Таким образом, дело не в биполярниках и не в трансформаторах (и не в лампах). А либо в контроллере, либо в диодах, либо в предрайверах.
Здорово можно было бы сузить поле поиска, определив канал, в котором возникает КЗ: верхний или нижний. Хотя, конечно, возможен вариант, что КЗ в обоих каналах, но это худший вариант, а в лучшем случае мы бы сузили зону в поиска на 1/2.
Тут нам очень помогает возможность подать тестовое напряжение с лабораторного БП на точку после MOSFET-а. Ключ закрыт и изолирует нашу цепь от всего остального. От контроллера и канала. Т.е. исключается и оставшийся канал, и контроллер, и цепи затвора полевика (предрайвер). Остаётся только диод, дроссель и пуш-пул. Подаём напряжение, а осциллографом смотрим, что происходит с первичкой ВВ-трансформатора. Если часть канала, которую мы исследуем, здоровая — на трасформаторе начнётся колебательный процесс (биполярные транзисторы к этому времени были впаяны обратно). Если канал больной, лаб. БП опять уйдёт в режим токовой отсечки.
Ставлю на БП напряжение 3 вольтра, ограничение по току: 500 mA.
Подаю на нижний канал: БП показывает, что потребляется 30 mA. Осциллографом даже не стал смотреть, что происходит.
Подаю на верхний канал: в БП щёлкает реле, БП переходит в режим отсечки по току, при соприкосновении крокодила с пятачком на плате заметно искрение. Вот оно и КЗ.
Виноват верхний канал. И не контроллер (он изолирован). И не цепи затвора. И не биполярные транзисторы (мы их выпаивали и тестировали отдельно, да и без них КЗ было). То есть скорее всего диод.
Выпаиваю, прозваниваю: точно! Пробит. Верхний канал на верхнюю лампу.
(Пробитый диод обведён и показан стрелкой, красные следы на плате нанесены красным маркером при трассировке дорожек вручную)Решаю запустить плату без верхнего канала. Диод уже выпаян, но без диода запускать плату ни в коем случае нельзя (как только мосфет закроется в первый раз, на дросселе будет дикий индуктивный бросок напряжения — дроссель стремится поддерживать ток, протекающий через него неизменным, а при закрытии мосфета былой ток больше не может протекать, поэтому дроссель породит такую ЭДС, которая сможет породить прохождение тока былой силы). Поэтому выпаиваю и дроссель тоже. Ставлю плату на место: запаивать инвертор пока буду от внешнего БП (лабораторного). Включаю монитор в розетку, включаю БП: монитор показывает то, что должен (но в пол яркости: работает ведь только нижняя лампа), а через 6 секунд контроллер выключает и нижний канал (ещё бы — видит же, что верхний канал не запустился как положено).
Окей, значит нижний канал жив, и контроллер тоже жив. Перепаиваю диод с нижнего канала наверх, ставлю наверху дроссель на своё место, а снизу дроссель выпаиваю. Запускаю: опять таки всё заработало с одним только верхним каналом (с использованием диода из нижнего).
Значит и верхний канал жив: ничего кроме диода не пострадало.
Диод разглядываю под лупой, выясняю, что это диод Шоттки —
NRVBSS24T3G.
Еду в радиодетали, покупаю парочку. Вернулся, сделал некоторые промеры на новом диоде, и приложил к нему обратное напряжение 30 вольт (должен выдерживать 40), чтобы точно убедиться, что это именно тот диод. Выдержал. Запаял диод, запаял на место дроссель.
Ставлю плату на место: запускаю, монитор показывает картину, всё прекрасно, ничего не перезапускается и в защиту не уходит. Питание инвертора пока внешнее (от лаб. БП).
Запаиваю на место перемычку: инвертор теперь будет питаться от родного БП монитора. Запускаю: всё работает.
Собираю монитор
Итого, все детали, которые подверглись замене: 4 конденсатора (заменённые наперёд, и пробитый диод). На фото:
На схеме:
(схема немного неродная: эта схема от EN7220, а не от AL1715, но всё совпадает, кроме схемотехники вокруг ВВ-трансформаторов)
150 тенге (~32 рубля) за диод, некоторое время на диагностику, и необходимость в покупке нового монитора устранена.
То есть я конечно легко могу потратить деньги и купить новый монитор. Просто у меня будет два монитора, а не один новый вместо одного старого.
Профит!
__________________
В чём же причина выхода диода из строя? Есть 4 версии:
- Перегрев и превышение максимально допустимой рабочей температуры. Классический тепловой пробой.
- Долгая деградация характеристик в течение 10 лет непрерывной работы.
- Из-за всё-таки потерявших ёмкость конденсаторов, контроллер инвертора подвис, оставив мосфет в открытом состоянии. Пока мосфет был открыт, через дроссель тёк всё возрастающий по силе ток. Потом мосфет закрылся, и тот же ток пошёл уже через диод. Он был больше номинального, вызвал разогрев диода, а дальше см. пункт 1.
- Как в пункте 3, но не зависание контроллера, а потеря управления мосфетов из-за расширившейся микротрещины в плате/пайке.
На самом деле, если внимательно посмотреть, то можно увидеть
вот этот пост, где я пишу, что монитор стоял разобранным. Причина в том, что монитор уже дурковал до этого начиная с августа. Дуркование заключалось в редких вспышках/потухания верхней части экрана (которые проходили сами собой) и ещё более редкими уходами инвертора в защиту. Ещё тогда монитор был вскрыт и долгое время работал с подключёнными к контрольным точкам щупами осциллографа: но будучи разобранным он ни разу не дурканул, поэтому был собран обратно. Впрочем, и после сборки нареканий не было, до полного отказа сегодняшним утром.
Хакер » 10.09.2011 (Сб) 10:30 
)