Для питания различной электронной аппаратуры весьма широко используются DC/DC преобразователи. Применяются они в устройствах вычислительной техники, устройствах связи, различных схемах управления и автоматики и др.

Трансформаторные блоки питания

В традиционных трансформаторных блоках питания напряжение питающей сети с помощью трансформатора преобразуется, чаще всего понижается, до нужного значения. Пониженное напряжение выпрямляется диодным мостом и сглаживается конденсаторным фильтром. В случае необходимости после выпрямителя ставится полупроводниковый стабилизатор.

Трансформаторные блоки питания, как правило, оснащаются линейными стабилизаторами. Достоинств у таких стабилизаторов не менее двух: это маленькая стоимость и незначительное количество деталей в обвязке. Но эти достоинства съедает низкий КПД, поскольку значительная часть входного напряжения используется на нагрев регулирующего транзистора, что совершенно неприемлемо для питания переносных электронных устройств.

DC/DC преобразователи

Если питание аппаратуры осуществляется от гальванических элементов или аккумуляторов, то преобразование напряжения до нужного уровня возможно лишь с помощью DC/DC преобразователей.

Идея достаточно проста: постоянное напряжение преобразуется в переменное, как правило, с частотой несколько десятков и даже сотен килогерц, повышается (понижается), а затем выпрямляется и подается в нагрузку. Такие преобразователи часто называются импульсными.

В качестве примера можно привести повышающий преобразователь из 1,5В до 5В, как раз выходное напряжение компьютерного USB. Подобный преобразователь небольшой мощности продается на Алиэкспресс.

Импульсные преобразователи хороши тем, что имеют высокий КПД, в пределах 60..90%. Еще одно достоинство импульсных преобразователей широкий диапазон входных напряжений: входное напряжение может быть ниже выходного или намного выше. Вообще DC/DC конвертеры можно разделить на несколько групп.

Классификация конвертеров

Выходное напряжение этих преобразователей, как правило, ниже входного: без особых потерь на нагрев регулирующего транзистора можно получить напряжение всего несколько вольт при входном напряжении 12…50В. Выходной ток таких преобразователей зависит от потребности нагрузки, что в свою очередь определяет схемотехнику преобразователя.

Еще одно англоязычное название понижающего преобразователя chopper. Один из вариантов перевода этого слова – прерыватель. В технической литературе понижающий конвертер иногда так и называют «чоппер». Пока просто запомним этот термин.

Повышающие, по английской терминологии step-up или boost

Выходное напряжение этих преобразователей выше входного. Например, при входном напряжении 5В на выходе можно получить напряжение до 30В, причем, возможно его плавное регулирование и стабилизация. Достаточно часто повышающие преобразователи называют бустерами.

Универсальные преобразователи – SEPIC

Выходное напряжение этих преобразователей удерживается на заданном уровне при входном напряжении как выше входного, так и ниже. Рекомендуется в случаях, когда входное напряжение может изменяться в значительных пределах. Например, в автомобиле напряжение аккумулятора может изменяться в пределах 9…14В, а требуется получить стабильное напряжение 12В.

Инвертирующие преобразователи – inverting converter

Основной функцией этих преобразователей является получение на выходе напряжения обратной полярности относительно источника питания. Очень удобно в тех случаях, когда требуется двухполярное питание, например для питания ОУ.

Все упомянутые преобразователи могут быть стабилизированными или нестабилизированными, выходное напряжение может быть гальванически связано с входным или иметь гальваническую развязку напряжений. Все зависит от конкретного устройства, в котором будет использоваться преобразователь.

Чтобы перейти к дальнейшему рассказу о DC/DC конвертерах следует хотя бы в общих чертах разобраться с теорией.

Понижающий конвертер чоппер – конвертер типа buck

Его функциональная схема показана на рисунке ниже. Стрелками на проводах показаны направления токов.

Входное напряжение Uin подается на входной фильтр – конденсатор Cin. В качестве ключевого элемента используется транзистор VT, он осуществляет высокочастотную коммутацию тока. Это может быть транзистор структуры MOSFET, IGBT либо обычный биполярный транзистор. Кроме указанных деталей в схеме содержится разрядный диод VD и выходной фильтр – LCout, с которого напряжение поступает в нагрузку Rн.

Нетрудно видеть, что нагрузка включена последовательно с элементами VT и L. Поэтому схема является последовательной. Как же происходит понижение напряжения?

Широтно-импульсная модуляция – ШИМ

Схема управления вырабатывает прямоугольные импульсы с постоянной частотой или постоянным периодом, что в сущности одно и то же. Эти импульсы показаны на рисунке 3.

Здесь tи время импульса, транзистор открыт, tп – время паузы, – транзистор закрыт. Соотношение tи/T называется коэффициентом заполнения duty cycle, обозначается буквой D и выражается в %% или просто в числах. Например, при D равном 50% получается, что D=0,5.

Таким образом D может изменяться от 0 до 1. При значении D=1 ключевой транзистор находится в состоянии полной проводимости, а при D=0 в состоянии отсечки, попросту говоря, закрыт. Нетрудно догадаться, что при D=50% выходное напряжение будет равно половине входного.

Совершенно очевидно, что регулирование выходного напряжения происходит за счет изменения ширины управляющего импульса tи, по сути дела изменением коэффициента D. Такой принцип регулирования называется широтно-импульсной модуляцией ШИМ (PWM). Практически во всех импульсных блоках питания именно с помощью ШИМ производится стабилизация выходного напряжения.

На схемах, показанных на рисунках 2 и 6 ШИМ «спрятана» в прямоугольниках с надписью «Схема управления», которая выполняет некоторые дополнительные функции. Например, это может быть плавный запуск выходного напряжения, дистанционное включение или защита преобразователя от короткого замыкания.

Вообще конвертеры получили столь широкое применение, что фирмы производители электронных компонентов наладили выпуск ШИМ контроллеров на все случаи жизни. Ассортимент настолько велик, что просто для того чтобы их перечислить понадобится целая книга. Поэтому собирать конвертеры на дискретных элементах, или как часто говорят на «рассыпухе», никому не приходит в голову.

Более того готовые конвертеры небольшой мощности можно купить на Алиэкспрес или Ebay за незначительную цену. При этом для установки в любительскую конструкцию достаточно припаять к плате провода на вход и выход, и выставить требуемое выходное напряжение.

Но вернемся к нашему рисунку 3. В данном случае коэффициент D определяет, сколько времени будет открыт (фаза 1) или закрыт (фаза 2) ключевой транзистор. Для этих двух фаз можно представить схему двумя рисунками. На рисунках НЕ ПОКАЗАНЫ те элементы, которые в данной фазе не используются.

При открытом транзисторе ток от источника питания (гальванический элемент, аккумулятор, выпрямитель) проходит через индуктивный дроссель L, нагрузку Rн, и заряжающийся конденсатор Cout. При этом через нагрузку протекает ток, конденсатор Cout и дроссель L накапливают энергию. Ток iL ПОСТЕПЕННО ВОЗРАСТАЕТ, сказывается влияние индуктивности дросселя. Эта фаза называется накачкой.

После того, как напряжение на нагрузке достигнет заданного значения (определяется настройкой устройства управления), транзистор VT закрывается и устройство переходит ко второй фазе – фазе разряда. Закрытый транзистор на рисунке не показан вовсе, как будто его и нет. Но это означает лишь то, что транзистор закрыт.

При закрытом транзисторе VT пополнения энергии в дросселе не происходит, поскольку источник питания отключен. Индуктивность L стремится воспрепятствовать изменению величины и направления тока (самоиндукция) протекающего через обмотку дросселя.

Поэтому ток мгновенно прекратиться не может и замыкается через цепь «диод-нагрузка». Из-за этого диод VD получил название разрядный. Как правило, это быстродействующий диод Шоттки. По истечении периода управления фаза 2 схема переключается на фазу 1, процесс повторяется снова. Максимальное напряжение на выходе рассмотренной схемы может быть равным входному, и никак не более. Чтобы получить выходное напряжение больше, чем входное, применяются повышающие преобразователи.

Следует заметить, что на самом деле не все так просто, как написано выше: предполагается, что все компоненты идеальные, т.е. включение и выключение происходит без задержек, а активное сопротивление нулевое. При практическом изготовлении подобных схем приходится учитывать многие нюансы, поскольку очень многое зависит от качества применяемых компонентов и паразитной емкости монтажа. Только про такую простую деталь как дроссель (ну, просто моток провода!) можно написать еще не одну статью.

Пока только следует напомнить собственно о величине индуктивности, которая определяет два режима работы чоппера. При недостаточной индуктивности преобразователь будет работать в режиме разрывных токов, что совершенно недопустимо для источников питания.

Если же индуктивность достаточно большая, то работа происходит в режиме неразрывных токов, что позволяет с помощью выходных фильтров получить постоянное напряжение с приемлемым уровнем пульсаций. В режиме неразрывных токов работают и повышающие преобразователи, о которых будет рассказано ниже.

Для некоторого повышения КПД разрядный диод VD заменяется транзистором MOSFET, который в нужный момент открывается схемой управления. Такие преобразователи называются синхронными. Их применение оправдано, если мощность преобразователя достаточно велика.

Повышающие step-up или boost преобразователи

Повышающие преобразователи применяются в основном при низковольтном питании, например, от двух-трех батареек, а некоторые узлы конструкции требуют напряжения 12…15В с малым потреблением тока. Достаточно часто повышающий преобразователь кратко и понятно называют словом «бустер».

Входное напряжение Uin подается на входной фильтр Cin и поступает на последовательно соединенные катушку индуктивности L и коммутирующий транзистор VT. В точку соединения катушки и стока транзистора подключен диод VD. К другому выводу диода подключены нагрузка Rн и шунтирующий конденсатор Cout.

Транзистор VT управляется схемой управления, которая вырабатывает сигнал управления стабильной частоты с регулируемым коэффициентом заполнения D, так же, как было рассказано чуть выше при описании чопперной схемы (Рис.3). Диод VD в нужные моменты времени блокирует нагрузку от ключевого транзистора.

Когда открыт ключевой транзистор правый по схеме вывод катушки L соединяется с отрицательным полюсом источника питания Uin. Нарастающий ток (сказывается влияние индуктивности) от источника питания протекает через катушку и открытый транзистор, в катушке накапливается энергия.

В это время диод VD блокирует нагрузку и выходной конденсатор от ключевой схемы, тем самым предотвращая разряд выходного конденсатора через открытый транзистор. Нагрузка в этот момент питается энергией накопленной в конденсаторе Cout. Естественно, что напряжение на выходном конденсаторе падает.

Как только напряжение на выходе станет несколько ниже заданного, (определяется настройками схемы управления), ключевой транзистор VT закрывается, и энергия, запасенная в дросселе, через диод VD подзаряжает конденсатор Cout, который подпитывает нагрузку. При этом ЭДС самоиндукции катушки L складывается с входным напряжением и передается в нагрузку, следовательно, напряжение на выходе получается больше входного напряжения.

По достижении выходным напряжением установленного уровня стабилизации схема управления открывает транзистор VT, и процесс повторяется с фазы накопления энергии.

Универсальные преобразователи – SEPIC (single-ended primary-inductor converter или преобразователь с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью).

Подобные преобразователи применяются в основном, когда нагрузка имеет незначительную мощность, а входное напряжение изменяется относительно выходного в большую или меньшую сторону.

Очень похожа на схему повышающего преобразователя, показанного на рисунке 6, но имеет дополнительные элементы: конденсатор C1 и катушку L2. Именно эти элементы и обеспечивают работу преобразователя в режиме понижения напряжения.

Преобразователи SEPIC применяются в тех случаях, когда входное напряжение изменяется в широких пределах. В качестве примера можно привести 4V-35V to 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down Converter Regulator. Именно под таким названием в китайских магазинах продается преобразователь, схема которого показана на рисунке 8 (для увеличения нажмите на рисунок).

На рисунке 9 показан внешний вид платы с обозначением основных элементов.

На рисунке показаны основные детали в соответствии с рисунком 7. Следует обратить внимание на наличие двух катушек L1 L2. По этому признаку можно определить, что это именно преобразователь SEPIC.

Входное напряжение платы может быть в пределах 4…35В. При этом выходное напряжение может настраиваться в пределах 1,23…32В. Рабочая частота преобразователя 500КГц.При незначительных размерах 50 x 25 x 12мм плата обеспечивает мощность до 25 Вт. Максимальный выходной ток до 3А.

Но тут следует сделать замечание. Если выходное напряжение установить на уровне 10В, то выходной ток не может быть выше 2,5А (25Вт). При выходном напряжении 5В и максимальном токе 3А мощность составит всего 15Вт. Здесь главное не перестараться: либо не превысить максимально допустимую мощность, либо не выйди за пределы допустимого тока.

Если заглянуть в современную бытовую технику, то сейчас вы увидите импульсный источник питания, или блок питания – сокращенно ИБП. В таких модулях питания используется в качестве управления специальная микросхема-контроллер Широтно-импульсной модуляции, или сокращенно ШИМ. Здесь мы и поговорим об устройстве и назначении этого элемента.

Преимущества и определения ШИМ-контроллера

ШИМ-контроллер это совокупность нескольких функциональных схем для того чтобы управлять выходными силовыми каскадами, собранными обычно на транзисторах. Управляются они исходя из той информации, которую микросхема ШИМ получает от выходных цепей. В зависимости от тока или выходного напряжения на выходе блока питания ШИМ-контроллер регулирует время открытия ключевого транзистора. Таким образом, получается замкнутый круг. Эта часть блока питания называется обратная связь или ОС.

В литературе и интернет источниках можно встретить случаи, когда ШИМ-контроллерами называют различные генераторы сигналов с регулировкой широты импульса, НО без обратной связи! К таким генераторам (на NE555 и др.) не совсем корректно применять понятие контроллер, скорее регулятор или генератор.

Широтно-импульсная модуляция – это тот метод, когда сигнал модулируется не с помощью изменения амплитуды или частоты, а с помощью длительности импульса. Далее, после интеграции импульсов при помощи LC-фильтров происходит сглаживание модулированного сигнала.

Характеристики ШИМ.

Для Широтно-модулированного сигнала характеристик всего две:

1. Частота следования импульсов
2. Скважность импульсов, или коэффициент заполнения. По сути это одно и то же. Разница лишь в обозначении: для скважности -это D, для заполнения используем литеру S. Коэффициент заполнения = единица / период сигнала T

S=1/T

T – Период сигнала

T=1/f

D=T/1=1/S

F – Частота сигнала

Таким образом, коэффициент заполнения ничто иное как интервал от периода сигнала. Отсюда следует что он (коэффициент заполнения) всегда будет меньше единицы, что не скажешь о скважности – она всегда будет больше 1.

Возьмем пример:

Частота сигнала = 50 кГц.

Период сигнала = 20 мкс.

Теперь предположим, что ключ выхода ШИМ открывается на 4 мкс. Коэффициент заполнение составит минус 20%, а скважность будет равна 5.

Конечно же, в расчет необходимо брать конструкцию ШИМ, исходя из количества силовых ключей.

Отличительные особенности импульсных и линейных БП.

Существенным преимуществом импульсных источников питания перед линейными является хороший КПД (около 90%)

Структура ШИМ

Давайте рассмотрим структуру любого ШИМ-контроллера. Хоть в своем огромном семействе разные ШИМ-ы и обладают дополнительными функциональными особенностями, но все же они все похожи.

Заглянув в микросхему, мы увидим полупроводниковый кристалл, в котором находятся следующие функциональные составляющие:

1. Генератор последовательных импульсов.
2. Источник опорного напряжения.
3. Схема обратной связи (ОС), усилитель ошибки.
4. Генератор прямоугольных импульсов, управляющий транзисторами, которые в свою очередь коммутируют силовые ключевые каскады.

Количество этих ключей, зависит от предназначения самого ШИМ-контроллера. Например, простые обратноходовые схемы построены на 1-м силовом ключе, полу мостовые на 2-х, а мостовые преобразователи на 4-х ключах.

Выбирая ШИМ-контроллер необходимо исходит из того какой ключ используется. Например, если в блоке питания в качестве выходного каскада стоит биполярный транзистор, то подойдет большая часть контроллеров. Связано это с тем, что управлять таким силовым ключом достаточно просто – подавая импульсы на базу транзистора, мы открываем и закрываем его.

А вот если мы будем использовать полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) или IGBT транзисторы, то здесь уже немного сложнее. Выходной транзистор-ключ мало того что нужно открыть – путем заряда затвора, так нам его еще надо и закрыть, естественно разряжая затвор ключа. Для таких схем используются соответствующие ШИМ-контроллеры. У них на выходе стоит 2 транзистора – один заряжает затвор ключа, а другой разряжает, замыкая его на землю.

На заметку:

Многие ШИМ-контроллеры совмещаются с силовыми ключами в один корпус. Если этот контроллер для маломощного блока питания, то выходные транзисторы устанавливаются прямо в микросхему контроллера.

В случае же если блок питания достаточно мощный, то интеграция происходит в обратную сторону – микросхема ШИМ-контроллер устанавливается в корпус силового ключа. Такую микросхему легко установить на радиатор. Соответственно количество выводов у такой микросхемы не как у транзистора.

Грубо говоря, ШИМ-контроллер представляет собой  компаратор, на один из входов которого приходит сигнал обратной связи, на другой пилообразный сигнал генератора. Когда первый по амплитуде превышает второй, на выходе формируется импульс.

Тем самым ширина импульса на выходе зависит от соотношения входных сигналов. Предположим, что мы подключили более мощную нагрузку к выходу БП, и напряжение дало просадку. На обратной связи будет тоже падение. Что же произойдет?

В периоде сигнала начнет преобладать пилообразный сигнал, длительность импульсов на выходе увеличится и напряжение компенсируется. Происходит это все в доли секунды.

Частота работы генератора ШИМ-а задается RC-цепью

Пример использования ШИМ-контроллера на базе TL494 – довольно распространённой микросхемы. Далее рассмотрим назначение отдельных выводов этой микросхемы.

Давайте разберем назначение и название этих выводов:

• Vcc (Ucc, Vss)– вывод питания микросхемы.
• GND (Ground – земля) – земля или общий провод
• OUT – выход контроллера. С этого вывода и выходит управляющий сигнал для переключения ключей. Иногда выходные выводы обозначают HO и LO (для полумоста)
• Vc (Uc) – Вывод контролирующий питание. При пониженном питании возможен перегрев и выход из строя ключей. Контрольный  вывод заблокирует работу контроллера в таком случае.
• Vref – опорное напряжение, чаще всего на этот вывод вешается конденсатор, соединенный с землей.
• ILIM – сигнал с измерителя тока. Соединен с обратной связью для ограничения тока.
• ILIMREF – регулировочный вывод для сработки по току
• SS – мягкий старт контроллера. Используется для плавного запуска блока питания и выхода в штатный режим работы.
• RtCt – выводы RC-цепи, которая и задает частоту работы ШИМ.
• CLOCK – выходной сигнал тактовых синхроимпульсов. Предназначен для синхронизации работы нескольких ШИМ-контроллеров в одной схеме.
• RAMP – сравнивающий вывод. На нем присутствует пилообразный сигнал генератора и сигнал обратной связи для формирования ШИМ -сигнала.
• INV и NOINV – входы компаратора, формирующие сигнал усилителя ошибки. От величины напряжения на INV зависит длительность импульса ШИМ.
• EAOUT – дополнительный выход усилителя ошибки.

Для того чтобы закрепить сказанное выше рассмотрим пару примеров использования ШИМ-контроллеров, а так же их схем включения. Сделаем это на примере микросхем:

• TL494
• UC3843

Эти микросхемы часто используются в различных блоках питания, в том числе и компьютерных. Когда дело доходит до переделки компьютерного блока питания в лабораторный бп или зарядное устройство для аккумулятора, то, как раз стараются подобрать бп на TL494.

Обзор ШИМ TL494

Технические характеристики ШИМ-контроллера TL494

Ниже на рисунке дана распиновка TL494:

1. Неинвертирующий вход первого компаратора ошибки
2. Инвертирующий вход первого компаратора ошибки
3. Вход обратной связи
4. Вход регулировки мертвого времени
5. Вывод для подключения внешнего времязадающего конденсатора
6. Вывод для подключения времязадающего резистора
7. Общий вывод микросхемы, минус питания
8. Вывод коллектора первого выходного транзистора
9. Вывод эмиттера первого выходного транзистора
10. Вывод эмиттера второго выходного транзистора
11. Вывод коллектора второго выходного транзистора
12. Вход подачи питающего напряжения
13. Вход выбора однотактного или же двухтактного режима работы микросхемы
14. Вывод встроенного источника опорного напряжения 5 вольт
15. Инвертирующий вход второго компаратора ошибки
16. Неинвертирующий вход второго компаратора ошибки

Обзор микросхемы UC3843

Еще одна популярная микросхема используемая в качестве ШИМ-контроллеров компьютерных и не только блоков питания – это микросхема 3843. распиновка её находится ниже. Как видно, у нее 8 выводов, но функции такие же как у TL949. Можно встретить эту микросхему в 14-выводном корпусе и часть выводов у неё (NC) – то есть не используется.

Рассмотрим назначение выводов:

1. Вход компаратора (усилителя ошибки).
2. Вход напряжения обратной связи. Это напряжение сравнивается с опорным внутри ИМС.
3. Датчик тока. Подключается к резистору стоящему в между силовым транзистором и общим проводом. Нужен для защиты от перегрузок.
4. Времязадающая RC-цепь. С её помощью задаётся рабочая частота ИМС.
5. Общий.
6. Выход. Управляющее напряжение. Подключается к затвору транзистора, здесь двухтактный выходной каскад для управления однотактным преобразователем (одним транзистором), что можно наблюдать на рисунке ниже.
7. Напряжение питания микросхемы.
8. Выход источника опорного напряжения (5В, 50 мА)

Структура микросхемы UC3843

Можно заметить, что и эта микросхема тоже похожа на все остальные ШИМ-контроллеры.

Простой блок питания на UC3842

Микросхема ШИМ с силовым ключом в одном корпусе

Подобные ШИМ-контроллеры используются как в импульсных блоках питания на базе импульсного трансформатора, так и в DC-DC понижающих или повышающих преобразователях.

Можно привести в пример одну из самых распространенных микросхем в этом сегменте – LM2596. На её базе можно найти большое количество схем преобразователей, в том числе и изображенная ниже.

LM2596 включает в себя все технические решения, описанные выше, плюс в неё еще интегрирован силовой ключ на ток до 3 Ампер.

Структура микросхемы LM2596

Как можно увидеть больших отличий от микросхем, которые мы рассматривали ранее в ней нет.

Еще один пример блока питания для светодиодных лент на ШИМ-контроллере 5L0380R – У неё всего 4 вывода. Как можно заметить в схеме отсутствует силовой ключ. Естественно он в микросхеме, а сама микросхема выполнена в корпусе транзистора и крепится на радиатор.

Изучая ШИМ-контроллеры можно сделать несколько выводов: Если мы имеем дело с мощным источником питания и нам необходима достаточная гибкость использования этого контроллера, то такая микросхема как TL494 (и подобные) подходит для таких задач лучше. А если блок питания средней и невысокой мощности, то вполне свою роль выполнят ШИМ-контроллеры с интегрированными в них силовыми ключами. В таких бп нет больших требований к пульсациям и помехам, а выходные цепи можно сгладить фильтрами. Обычно это блоки питания для бытовой техники, светодиодных лент, ноутбуков, зарядных адаптеров.

И напоследок.

Ранее мы уже говорили о том,  что ШИМ-контроллер это механизм, который на базе сформированных импульсов за счет изменения ширины импульсов формирует среднее значение напряжения управляемое с цепей обратной связи. Хочу заметить, что классификация и название у каждого автора могут быть абсолютно разными. ШИМ-контроллером могут называть простой регулятор напряжения. В то же время сам ШИМ-контроллер в блоке питания может быть назван – “блокинг-генератор”, “интегральный субмодуль”, “задающий генератор” От того как его назвал тот или иной автор суть не меняется, но могут возникнуть непонимания и разночтения.

Структура блока питания

1. Модуль сетевого фильтра;
2. Выпрямитель напряжения и НЧ фильтр;
3. Модуль усилителя преобразователя;
4. Выпрямитель напряжения;
5. Блок управления ключевыми каскадами;
6. ШИМ-контроллер;
7. Ключи основного преобразователя;
8. ВЧ выпрямитель со сглаживающим фильтром
9. Охлаждение и управление им. (кулер)
10. Модуль контролирующий выходные напряжения;
11. Блок защиты БП от перегрузки по току;

• +5_SB – Дежурное питание.
• P.G – Выход дающий “добро” на запуск материнской платы.
• PS_On – Управление с материнки на включение основного БП.

Распиновка штеккера БП.

Для того чтобы знать где какое напряжение, сигнал и каким цветом обозначен провод, нам необходимо иметь распиновку:

Для того чтобы перевести блок питания из дежурки в рабочий режим и запустить на полную катушку, необходимо зеленый провод – PS-on закоротить на общий провод. В данном случае – соединить перемычкой с одним из черных проводов. Вращающийся кулер блока питания подскажет о том что БП запустился.

Эквивалент нагрузки

Должен вам сказать что импульсные модули питания не особо любят когда их включают без нагрузки. Кратковременные включения особо не навредят – когда необходимо удостовериться что блок питания запускается, а вот когда приходится искать неисправность с включенным на постоянку БП, то здесь уже без нагрузки работать опасно. Блок может выйти из строя окончательно, особенно если у этого блока питая неисправность в цепях обратной связи, контроля напряжений или модуле защиты. Поэтому при ремонте желательно использовать эквивалент нагрузки. Можно собрать простенький на проволочных резисторах по этой схеме:

Схему эквивалента можно собрать на 10-ти ваттных проволочных резисторах 5-10 Ом. Резисторам необходимо обеспечить охлаждение, прикрепив их к алюминиевому радиатору. Использовать в качестве нагрузки части самого компьютера – материнку, жесткий диск и тд. не следует! Если у неисправного блока питания завышены выходные напряжения, то он выведет из строя и свои нагрузки.

Перечень неисправностей

Характерные неисправности импульсных модулей питания стационарных ПК

• обрывается предохранитель по сетевому напряжению, его замена приводит к очередному перегоранию.
• +5_SB – Дежурное напряжение либо отсутствует, либо отличается от номинала 5 вольт.
• Основные выходные каналы питания +12,+5,+3,3 или отсутствуют или отклоняются от номинала.
• Не поступает сигнал P.G. он же PW_OK
• Блок питания не переходит из дежурного в рабочий режим.
• Не вращается кулер охлаждения.

Методичка – инструкция диагностики.

После извлечения блока из системника его необходимо вскрыть, отвернув винты на корпусе. Также открутив винты, вынуть плату.
После чего необходимо взяться за визуальный осмотр. Это очень ответственная и важная часть диагностики.

Осматриваем плату на предмет механических повреждений электронных компонентов, а так же потемнения-обгорания силовых элементов. Это могут быть вздутые электролитические конденсаторы, обуглившиеся резисторы, лопнувшие микросхемы и транзисторы.

После осмотра электронных компонентов на целостность переходим на осмотр печатного монтажа. Здесь нам не помешает хороший свет и хорошая увеличительная лупа. Необходимо визуально, дотошно, пайку за пайкой просмотреть её качество. Дело в том что припой со временем деградирует, становится рассыпчатым и места пайки теряют контакт. Так же образуются так-называемые “колечки” – это кольцевые трещины в месте пайки элемента. Чаще такие колечки можно встретить в силовых частях БП – на транзисторах, выходных диодах Шоттки. А так же на всех элементах которые греются и стоят на радиаторе. Хотя от колечек не застрахован ни один элемент даже в низковольтной части, например микросхема ШИМ-контроллера.

Если при визуальном осмотре ничего не обнаружилось, то переходим к следующему этапу действий:

Далее следует проверить предохранитель. Проверять его следует мультиметром в режиме прозвонки, потому как внешне он может выглядеть как исправный.

Предохранители просто так не сгорают. Причина может крыться в коротком замыкании диодного моста или ключевых каскадов как основного так дежурного источника питания.

Проверяем далее термистор Обычно его сопротивление 5-10 Ом. Если он в обрыве, то меняем его. В маломощных блоках питания его можно заменить перемычкой. В блоках питания ПК это может привести к пробою диодного моста во время заряда конденсатора фильтра, поэтому заменяем таким же.

Внимание!!! Не путайте термистор с варистором! Термистор обычно черного цвета и стоит в разрыв цепи переменного тока, а варистор чаще синего,зеленого или желтого цвета и стоит параллельно сети (чаще его раскалывает на две-три части) у исправного варистора наоборот сопротивление бесконечно большое. И если у позистора задача смягчить ток заряда электролитического конденсатора, то целью варистора является защитить БП на входе от перенапряжения переменного тока, перекоса фаз, попадания грозового разряда в электропроводку.

Следующим на очереди у нас диодный мост. Выпрямитель на диодном мосту может быт собран как из 4-х отдельных диодов, так и в монолитном корпусе. У диодов не должно быть короткого замыкания, а также обрывов. Если вы обнаружили неисправный диод или весь мост – это не значит что его замена решит все проблемы.

Поступающий переменный ток через неисправный выпрямитель мог вывести из строя ключевые транзисторы и ШИМ. Кроме того, ситуация могла быть прямо-противоположная: Вышедший из строя транзистор (встав на к.з.) в инверторе БП мог перегрузить диодный мост и он мог коротнуть именно из-за этого. Поэтому после замены выпрямителя необходимо убедиться – нет ли короткого замыкания дальше по цепи. Проверить это можно при выпаянных диодах – на электролитическом конденсаторе фильтра не должно быть короткого, а в силовой части источника питания разорванных транзисторов, сопротивлений и других элементов.

Проверка электролитов по входу (конденсаторов по фильтру питания) требуется начать с осмотра.

Они не должны быть вздутыми или иметь еще какие-то нарушения своей формы. Не должно быть наличия электролита на печатной плате. Конденсаторы нужно проверить на емкость, она должна быть не менее 10% от номинальной. Кроме этого цепи электролитических конденсаторов стоят варисторы и резисторы, которые также нужно протестировать.

Проверка ключевых транзисторов.

Для того чтобы удостовериться в целостности силовых ключевиков следует прозвонить переходы база – эмиттер, база – коллектор, коллектор – эмиттер. Первые два перехода должны звониться как диод. Коллектор-эмиттер как бесконечное сопротивление, но только в том случае если в данном транзисторе нет встроенного демпферного диода. Если найдены транзисторы с коротким замыканием, то радоваться рано – замена на новые ни к чему хорошему не приведет. Транзисторы не выгорают по-одиночке! Тестируем всю обвязку – низкоомные
резисторы, диоды, стабилитроны, электролитические конденсаторы. Ключевики БП меняем парой, даже если пробой найден у одного.

Тестируем сборки диодов Шоттки с помощью мультиметра.

В основном они встают на пробой, то есть на короткое замыкание.
Если есть подозрение на какую-либо сборку, то лучше выпаять и проверить её отдельно, чтобы другие элементы выходной цепи не вносили погрешности и не вводили в заблуждение. Диода в сборке нужно измерять в режиме прозвонки. Прямое напряжение падения у диодов Шоттки 120-160 мВ. по прибору.

Проверка электролитических конденсаторов (выходных) Зачастую по внешнему виду можно определить что конденсатор необходимо заменить.

Чаше их вздувает, вскрывается верхняя часть с насечками или вытекает электролит (видны следы на плате). Бывает что нормально выглядевший при визуальном осмотре конденсатор, оказывается с большой утечкой ёмкости. Определить это можно только измерив емкость мультиметром с данной функцией или отдельным прибором для проверки конденсаторов.
В основном именно электролитические конденсаторы становятся причиной поломки импульсного модуля питания. В 75% случаев простая замена электролитов как в выходной части так и в задающей может вернуть БП к жизни, при условии что не пострадали ключи, ШИМ, выпрямители.

Проверка выходных цепей питания включает в себя еще проверку сопротивления выхода. Для цепи +3,3 оранжевый провод сопротивление составляет от 4 до 20 Ом. Для других напряжений от 90 до 300 Ом. Измерять нужно мультиметром в режиме измерения сопротивления относительно общего провода COM (GND)- черный провод.

Советы по доработке:

• Многие производители источников питания в целях экономии ставят слабые диоды (мосты) в выпрямители. Следует заменить как минимум в 2 раза больше по току: Диоды можно поставить на 4 ампера, диодную сборку на 5-7 ампер.
• Выходные диоды (Шоттки) желательно тоже поставить помощнее
• Электролитические конденсаторы по выходным цепям тоже необходимо поменять на ёмкость вдвое больше вместо 1000 мкФ. смело можно ставить 2200 мкФ. Вместо 1500 и 2200 соответственно 3300 мкФ. и 4700 мкФ. Думаю логика вам понятна. Напряжение на новых конденсаторах должно быть не ниже 25 вольт.
• Часто можно встретить в цепи +12 вольт два диода на радиаторе – необходимо поставить MBR20100 или подобный.
• В цепях ключевых транзисторов стоят маленькие электролиты на 1 мкФ. – причина многих проблем. Стоит их заменить на 4,7 мкФ. 50 вольт.

Доработав таким образом компьютерный блок питания вы продлите его жизнь и обезопасите его от ряда непредвиденных неисправностей, которые, как мину замедленного действия заложили производители.

Очень неплохую вещь можно сделать из обычного компьютерного блока питания АТХ. Компьютерный блок питания ваще шикарная штука, ибо предназначен для того, чтобы молотить круглосуточно, запитывая материнку, процессор, винчестер, да еще и выдавать при этом довольно солидные токи. В самих компьютерах БП периодически мрут, ибо сделаны в большинстве своем китайцами, а эти ребята привыкли экономить на всем – занижать параметры конденсаторов, ставить резисторы меньшей мощности, и вообще за это им огромное спасибо, ибо благодаря их стараниям у меня, к примеру, нет недостатка в компьютерных блоках питания для экспериментов.

Достать компьютерный БП проще простого – нужно пойти в любой компьютерный магазин, у которого есть свой сервисный центр, и купить за очень недорого «дохлый» блок питания. Как правило у любого сервисного центра есть здоровенная коробка этих самых БП, ибо чинить их экономически невыгодно – компьютерные магазины, вообще-то зарабатывают не на ремонте БП, а на их продаже  Так что если подойти к директору, прикинуться бедным студентом, рассказать жалобную историю, что мол детали дорогие, а денег нет, то думаю за каких-то десять баксов можно притащить домой солидную кучу блоков питания.

Скажу сразу – не всякий блок питания подойдет для переделки. Внутри блока питания стоит микросхема ШИМ-контроллера, которая управляет полумостовым преобразователем. Нас интересует блок питания с установленным ШИМ TL 494 (аналоги KA7500, DBL494, M5T494 и тому подобное). На этой микросхеме с небольшими изменениями можно получить не только автомобильное зарядное устройство, но и полноценный лабораторный блок питания с регулируемым стабилизированным напряжением и ограничением тока.

Из блоков питания с установленными ШИМ SG6105 , АТ2003 и т.д. получить блок питания с регулируемыми параметрами не получится, максимум что из него можно выжать – автомобильное зарядное 14.2-14.8В/3-6 А.

В этой статье  мы рассмотрим переделку БП на самой распространенной ШИМ TL 494. Структурная схема ШИМ показана на рисунке:

“Выводы 1 и 2 – неинвертирующего и инвертирующего входов усилителя ошибки 1; вывод 3 – вход «обратной связи»; вывод 4 – вход регулировки «мертвого времени» (время, в течение которого закрыты оба выходных транзистора, причем независимо от величины тока нагрузки); выводы 5 и 6 – для подключения внешних элементов ко встроенному генератору пилообразного напряжения; вывод 7 – общий; выводы 8 и 9 – коллектор и эмиттер первого транзистора; выводы 11 и 10 – коллектор и эмиттер второго транзистора; вывод 12 – питание; вывод 13 – выбор режима работы (возможна работа в одно- или двухтактном режиме: если на этом выводе присутствует логическая «1″ (+2,4…+5 В), то транзисторы открываются поочередно (двухтактный режим работы); если на выводе будет «О» (0…0.4 В), то это однотактный режим, при этом транзисторы могут быть включены параллельно для увеличения выходного тока); вывод 14 – выход опорного напряжения (+5 В); выводы 15 и 16 – неинвертирующий и инвертирующий входы усилителя ошибки 2.
ШИМ-контроллер работает на фиксированной частоте и содержит встроенный генератор пилообразного напряжения, который требует для установки частоты всего два внешних компонента: резистора Rt и конденсатора Ct. При этом частота генерации будет равна f=1,1/RtCt.”

После того, как  БП принесли домой, разобрали, прошлись кисточкой и пропылесосили, нужно убедиться, что входные цепи, а также источник питания дежурного режима (так называемая дежурка) работают и выдают на ШИМ питание.

Для начала проверяем работоспособность источника дежурного питания. Дежурка работает всегда, когда на блок питания подано 220В и включен тублер. Она выдает два напряжения – одно на питание ШИМ, другое +5Vsb (Standbye). Сигнал Standbye – фиолетовый провод большого разъема питания, 9 контакт.

При включенном в сеть БП на 9 контакте должно быть 5В. Если нет, ищем неисправность в цепях дежурки. Если есть – проверяем наличие питания на выводе 12 ШИМ. Микросхема запускается  при подаче на вывод 12 напряжения от 7 до 41В (в среднем дежурка выдает 12-15В).

Схема дежурного источника питания выглядит примерно так:

Дежурка выполнена по схеме однотактного преобразователя с насыщающимся трансформатором. Чаще всего высыхают электролитические конденсаторы, теряют емкость конденсаторы обвязки. Прозваниваем транзистор, диоды, первичную и вторичную обмотки трансформатора на предмет КЗ.

Если дежурка работает, а ШИМ не запускается, проверяем работоспособность ШИМ-преобразователя. Для этого необходимо иметь стабилизированный источник питания +12В. Подключаем источник к выводу 12 ШИМ, вывод 4 закорачиваем на землю. При наличии осциллографа можно стать на  ноги 8, 11 и посмотреть сигналы на транзисторы раскачки, а на  ноге 5 можно наблюдать «пилу» работающего внутреннего генератора. Если осциллографа нет, то мультиметром проверяем наличие +5В на выводе 14 – если есть, то внутренний источник опорного напряжения работает.

Очень часто случается, что при закорачивании вывода 4 ШИМ на землю БП АТХ начинает работать. В этом случае причина неисправности кроется в цепях защиты от перегрузок и цепях формирования служебных сигналов. Так как в дальнейшем  эти цепи защиты нам будут не нужны, и от +3.3/+5В мы откажемся вообще, проверка цепей защиты здесь рассматриваться не будет. Должен заметить, что включение БП АТХ происходит при замыкании сигнала PS_ON на землю (зеленый провод, 16 контакт). Так как этот сигнал относится к цепям формирования служебных сигналов, он нас не интересует – мы запустим БП без него.

Наша основная задача – запустить блок питания и получить на выходе +12В, с которым мы и будем в дальнейшем работать. Простейшая схема компьютерного блока питания на ШИМ TL494 (аналог КА7500) показана на рисунке ниже:

Схема БП состоит из следующих блоков:

1. Сетевой фильтр и выпрямитель.

2. Схема измерений перенапряжений, она же схема защиты и формирования служебных сигналов.

3. Дежурный источник питания.

4. Усилитель мощности.

5. Выпрямитель для напряжения +12В вторичной цепи источника питания.

6. Схема промежуточного усилителя.

Микросхему ШИМ легко найти невооруженным взглядом 

Допустим ШИМ работает, но на выходе напряжений нет. Проверяем цепи усилителя мощности  и силовые транзисторы.

Все осциллограммы снимать относительно эмиттера. Основные неисправности – обрывы резисторов  в цепях базы, потеря емкости конденсаторами или их пробой, межвитковое КЗ в обмотках трансформатора, пробой высоковольтных транзисторов.

Итак, наша основная задача – получить на выходе +12В. Условно будем полагать, что с этой задачей мы успешно справились, ибо разбор конструкции БП АТХ и принципы его ремонта не входит в нашу первоочередную задачу. Выходная часть с выпрямителем и фильтрами питания сделаны по примерно одной и той же схеме:

Так как напряжения +3.3В, +5В, – 5В и -12В нам не нужны, можно смело выпаивать все компоненты на выходе, отвечающие за эти напряжения. Оставляем выходной дроссель, электролитический конденсатор в цепи +12В заменяем на 2200 мкФ 50В (изначально там стоит конденсатор, расчитанный на рабочее напряжение 16В, в случае переделки БП под выходное напряжение 25В он взорвется). Также не лишним будет заменить сборку диодов Шоттки в цепи +12В на другую, с большим прямым током. Можно заменить эту сборку на ту, которая стояла в цепи +5В или поставить сборку диодов Шоттки на более высокий ток, скажем, 10TQ045 с прямым током 10А или MBR1545CT с прямым током 15А. Заодно выпаиваем со схемы весь жгут проводов – он нам больше не понадобится.

После выпаивания запасных компонентов должно получиться примерно следующее:

Не бойтесь выпаивать все лишнее – для запуска ШИМ TL494 нужно всего 4 сопротивления и один конденсатор (не считая пары переменных резисторов). Они уже есть на схеме, даже если Вы выпаяете лишнее, потом ориентируясь по печатным проводникам, можно будет вернуть нужные компоненты (3 сопротивления и 1 емкость) на место. Нижняя микросхема LM339 – счетверенный компаратор, на котором собрана схема защиты, также не нужна. Ее можно смело выпаивать или выкусывать, я обломался 

На плате оставляем только дроссель (ниже радиатора), и заменяем конденсатор в цепи +12В на 2200 мкФ 35В – изначально там стоит конденсатор на напряжение 16В.

При переделке компьютерного БП в лабораторный источник питания я опирался вот на эту схему, называемую в народе «схема итальянца» (кликабельно для увеличения):

Или же можно воспользоваться схемой попроще:

Здесь показана минимальная обвязка ШИМ TL494 для того, чтобы микросхема заработала. Так как раньше блок питания уже как-то работал, скорей всего эта обвязка уже присутствует в схеме, нужно только изменить подключение выводов 1, 2, 4, 15 и 16.  На контакт 12 подается напряжение с дежурного источника питания. Контакт 4 садится на землю. Можно проследить дорожку и выпаять диод, через который на контакт 4 подается сигнал ошибки со схемы защиты. Схема защиты с сигналом PS_ON нам уже тоже не нужна, поэтому ее можно смело выковыривать из платы, вместо нее мы соберем схему ограничения тока.

* Прослеживаем по дорожкам выводы 15 и 16, отпаиваем от них компоненты и соединяем согласно схеме.

* Прослеживаем по дорожкам распайку выводов 1, 2, отпаиваем от них  компоненты и соединяем согласно схеме.

Кроме этого, нам понадобится два переменных резистора нужного номинала, и шунт 0.1-0.0.1. Шунт я сделал с двух «керамических» сопротивлений номиналом 0.2 Ом, соединив их параллельно. На самом деле это не керамические сопротивления, а обычные резисторы, зацементированные в керамику, поэтому при нагреве их номинал «уплывает», желательно в качестве шунта применять что-то типа старых советских проволочных резисторов С5-16. Вот что вышло в итоге:

Фактически для переделки БП АТХ в лабораторный источник питания или зарядное устройство нужно два переменных резистора и шунт на 0.1-0.01 Ом. Ну и конечно мало-мальские познания в электронике и большое желание замутить что-то такое на зависть всем пацанам из соседних гаражей  . Что в танке главное, знаете? Правильно, плюс небольшая внимательность.

В принципе уже после этого напряжение на выходе можно менять в пределах от 2.5 до 25В, а ограничение тока можно выставлять от 0.5 до 15 А. Выставив однажды сопротивлением 14.2-14.6В и ограничив ток в пределах 0.1С от емкости заряжаемой батареи (для батареи 50А*ч ток заряда должен быть равен 5А), мы получим полноценное зарядное устройство. Так как схема БП АТХ является по-сути стабилизатором напряжения, то она будет поддерживать заданное раннее напряжение, а вот ток по мере заряда аккумулятора будет падать. И это является очень большим преимуществом этого зарядного устройства по сравнению с остальными зарядными, у которых стабилизированный ток заряда – нет риска что аккумулятор «закипит». Аккумулятор можно бесконечно долго держать подключенным к этому зарядному устройству – по мере набора емкости ток заряда будет снижаться вплоть до ноля, фактически переходя в заряд «капельным режимом», то есть поддерживая емкость аккумулятора неограниченное время.

Но так как такое зарядное устройство будет использоваться раз в два-три месяца, если не раз в год, а остальное время оно просто будет валяться в гараже, есть очень большой соблазн потратить еще один день, и сделать из него полноценный лабораторный блок питания. Понадобится только две измерительные головки – вольтметр и амперметр. Можно прикрутить китайский блок 2 в 1, амперметр + вольтметр. Либо для пущей убедительности возможна установка аналоговых вольтметра и амперметра. Амперметр нужен обязательно с шунтом на тот предел, который указан на шкале. Иначе замучаетесь подбирать отрезок провода необходимого сопротивления. В моем случае манганиновый шунт уже встроен в амперметр.

Вырезав из текстолита лицевую панель, профрезеровав отверстия под амперметр, вольтметр, регуляторы и прочее, я собрал все воедино.

Можно пойти другим путем, и сделать переднюю панель скажем из нержавейки, порезав ее лазером.

В результате получился полноценный блок питания с пределами 25В/10А (ток фактически больше, порядка 15А)

Работа блока на нагрузку в виде автомобильной лампы.

На протяжении последних лет лидерство в производстве матриц удерживает LCD технология с LED подсветкой. Однако ей не перестаёт «наступать на пятки» OLED технология, основанная на способности органических светодиодов излучать свет. Что же такое OLED дисплеи и что мешает им на равных конкурировать с ЖК экранами?

Принцип работы и технология изготовления

Organic light-emitting diode или сокращенно OLED представляет собой полупроводниковый прибор, созданный на основе органических соединений, которые при пропускании электрического тока излучают видимый свет. В единичном экземпляре органический светодиод не представляет практического интереса. Поэтому их объединяют в матрицы для создания устройств отображения информации.

Технология OLED – это процесс создания тонкоплёночной структуры, на которую нанесено несколько слоёв полимеров, имеющих различную проводимость.

На рисунке в вертикальном разрезе показана OLED структура в двухслойной интерпретации. Здесь два полимерных слоя находятся между электродами (анодом и катодом), на которые подают напряжение соответствующей полярности. При этом верхний (эмиссионный) слой наполняется электронами, испускаемыми катодом, которые устремляются к границе с нижним (проводящим) слоем. Одновременно с этим проводящий слой получает положительный заряд от анода, направляя дырки к границе с верхним слоем.

Граница двух полимеров напоминает p-n-переход обычного полупроводника, где происходит процесс рекомбинации. Но в данном случае заряженные частицы рекомбинируют в эмиссионном слое, что достигается за счет большей скорости дырок в органических структурах. Так же как и в обычных светодиодах, потеря энергии электроном сопровождается эмиссией фотонов в видимом волновом спектре. По этой причине верхний слой назван эмиссионным.

Органический светодиод излучает свет только при соблюдении полярности питающего напряжения. Если к электродам приложить обратное напряжение, то электроны и дырки рекомбинировать не будут. Материалом для анода, как правило, служит плёнка из прозрачного оксида индия, а для катода – из алюминия или кальция.

Основные направления

Независимое проведение исследований по созданию OLED матриц среди учёных разных стран способствовало появлению светодиодных дисплеев, отличающихся по типу и назначению. Каждая из технологий имеет свои практические преимущества и, следовательно, перспективу развития. TOLED (Transparent OLED) – позиционируется как прозрачное органическое светоизлучающее устройство. Технологически можно задать любое направление излучения, включая двустороннее. TOLED отличаются высококонтрастным изображением и прозрачностью плёнки в выключенном состоянии, что значительно расширяет область их применения.

FOLED (Flexible OLED) – реализуется за счёт фиксации органической плёнки между гибкими электродами. В качестве электродов может выступать как тончайшая алюминиевая фольга, так и прозрачная плёнка, позаимствованная у TOLED. Таким образом, можно создавать гибкие прозрачные экраны с широкими возможностями, размещая их на лобовом стекле авто и в самолётах. Уже сейчас в продаже есть телевизоры с выгнутым OLED дисплеем.

SOLED (Stacked OLED) – представляет собой структуру вертикально сложенных органических светодиодов. Каждый подпиксель (синий, красный, зелёный) расположен друг над другом, что позволяет в несколько раз повысить разрешающую способность экрана. Неоспоримая особенность SOLED – это коэффициент заполнения цвета, равный 100%. Это означает, что при задании на экране красного цвета все пиксели будут светиться только красным. Включение аналогичного режима в дисплеях с горизонтальной структурой приведёт к отключению синего и зелёного пикселей. В результате появятся так называемые пробелы, которые станут заметны на экранах с большой диагональю.

Очевидно, что последующее развитие OLED технологий состоит в совокупной реализации указанных методик и выпуске гибких прозрачных дисплеев высокой контрастности. Отдельной строкой стоит выделить OLED панели белого свечения. Их практическая реализация более проста, так как исключает необходимость в создании отдельных пикселей и управляющих матриц. С помощью люминофора можно задать любой оттенок, а изменяя ток – регулировать яркость. Панели большого размера можно будет использовать в качестве экономичных потолочных и настенных светильников.

Основные отличия OLED дисплеев

Приоритетным отличием OLED от LCD дисплеев является отсутствие блока подсветки. Органические светодиоды самостоятельно излучают свет и для формирования изображения им не нужен дополнительный источник света. В свою очередь, качество изображения LCD экрана напрямую зависит от вида подсветки и, несмотря на замену люминесцентных ламп более компактными LED, без неё нельзя обойтись. Даже самая тонкая LED подсветка состоит из SMD-светодиодов, световодов, отражателей и узлов их крепления, что естественно сказывается на толщине, массе, качестве изображения и надёжности изделия.

Помимо этого, OLED матрицам приписывают меньшее энергопотребление, опять-таки из-за отсутствия подсветки. Однако это отличие не настолько существенно. Чтобы засветить каждый органический светодиод, через него необходимо пропустить ток. В результате OLED телевизор с диагональю 55″ потребляет около 100 Вт, что соизмеримо с потреблением аналогичного LCD телевизора.

Важная характеристика любого дисплея – это угол обзора. В OLED экранах этот параметр доведён до совершенства, а значит, смотреть на него можно с любой стороны, сверху и снизу без ухудшения качества изображения. В LCD панелях подобный результат достигнут на IPS матрицах. Однако полностью избавиться от искажений не удалось.

Контрастность OLED дисплеев в несколько раз выше, чем у жидкокристаллических аналогов, что объясняется двумя факторами. Во-первых, отсутствует дополнительная подсветка. Во-вторых, выключенный органический светодиод ничего не излучает, а значит, воспринимается глазом как абсолютно черная точка. Контрастность ныне выпускаемых телевизоров составляет 10000:1. По утверждению разработчиков – это далеко не предел.

По быстродействию дисплей OLED превосходит LCD в 1000 раз. Об этом свидетельствует время отклика, равное примерно 10 мкс. Сравнивая это значение с возможностями человеческого глаза, можно смело утверждать об отсутствии инерционности при просмотре самых динамических видеосюжетов.

Яркость свечения каждого Organic LED зависит от величины прямого тока. Управляя током пикселей, можно добиться требуемой яркости без потери качества, что невозможно было реализовать в LCD технологии. Работать за OLED монитором одинаково приятно как в ночное время, так и в солнечную погоду. В теории показатель яркости OLED матрицы может превышать 100 тыс. кд/м2. Но в таком режиме срок службы светодиодов резко снижается. Поэтому на практике пока ограничиваются яркостью в 1000 кд/м2.

Преимущества и недостатки технологии OLED

На основании предыдущего раздела можно выделить несколько положительных моментов, благодаря которым дисплеи на органических светодиодах превосходят все предыдущие технологии:
— меньший вес и размеры, что достигается за счёт малой толщины матрицы;
— низкое потребление энергии, которое в перспективе ещё снизится;
—идеальный угол обзора;
— отсутствие подсветки;
— контрастность, яркость и время отклика на несколько порядков лучше, чем у LCD;
— возможность создания гибких и прозрачных экранов, которые будут стабильно работать в широком диапазоне температур.

Как любой технологический процесс, изготовление OLED матриц имеет недостатки, которые существенно тормозят их серийное производство. Причём главный сдерживающий фактор не столько зависит от несовершенства технологии, сколько определяется покупательской способностью.

Второй недостаток заключается в малом времени непрерывной работы органических светодиодов некоторых цветов. Но эта проблема уже успешно решается, что подтверждается серийным выпуском ноутбуков и телевизоров с OLED матрицей компаниями с мировым именем.

К минусам можно отнести эффект выжигания экрана, который возникает за счёт длительного отображения статического изображения. Эффект напоминает проявление ложной картинки на ЭЛТ и плазменных мониторах. Чтобы исключить выжигание светодиодов, в новых моделях матриц реализован динамический сдвиг цветных пикселей, незаметный для глаз.

Технология OLED ещё несколько лет будет совершенствоваться и дорабатываться, что на сегодняшний день также можно назвать её отрицательной стороной.

Перспективы и область применения

В том, что OLED технология будет доминировать на рынке электроники, сомнений нет. Но пока этот инновационный способ отображения информации вынужден преодолевать большие трудности, связанные с необходимостью больших коммерческих вливаний. По этой причине некоторые компании значительно сократили расходы или вовсе прекратили финансирование исследований по созданию собственных OLED матриц. Например, Sony сделала ставку на производство LCD телевизоров с разрешением 4К, считая такой подход экономически оправданным.

Среди тех, кто не собирается сдаваться и продолжает улучшать качество дисплеев на органических светодиодах, фаворитами являются южнокорейские LG и Samsung. В ближайшем будущем эти компании рассчитывают снизить себестоимость OLED матриц и стать главными их поставщиками для других производителей электронной техники.

Уже сейчас можно наблюдать активное продвижение «умных» гаджетов с небольшими экранами. OLED часы, смартфоны, нетбуки находят своих покупателей, для которых переплата в 20-30% – ничто по сравнению с супер качественным изображением. Розничная цена OLED телевизора диагональю 55˝ на данный момент в 2-2,5 раза выше, чем LCD телевизора с такими же параметрами.

Насколько быстро OLED сможет взять верх – покажет время. Одно можно сказать с уверенностью – рынок OLED дисплеев будет прогрессировать с каждым годом.

Всё просто – попала вода в жк матрицу! Нет, не сквозь стекло и поляризационную плёнку, а именно в нижнюю часть LCD – панели, где собственно располагается горизонтальная соединительная планка драйверов. Что происходит дальше. Вода начинает окислять все элементы, находящиеся на планке. В первую очередь окисляются конденсаторы цепей питания столбцовых  драйверов матрицы. Затем процесс принимает другие обороты. В присутствии оксида меди, воды и различных напряжений питания драйверов начинается электрохимическая реакция окисления или даже можно сказать – электролиза. Токопроводящие дорожки на соединительной планке начинают просто растворяться!

В первую очередь “худеют” дорожки цепей питания, а дальше уже сигнальные дорожки, подходящие непосредственно к шлейфам матрицы. Растворяются даже контакты коннектора гибкого шлейфа идущего от платы T- con, причем у шлейфа тоже контакты “исчезают” Самое страшное, что весь этот процесс происходит тайно. Потому как жк- панель со всех сторон закрыта и порой добраться до планки, чтобы хотя бы посмотреть на её состояние, не так просто.  Чтобы прервать процесс окисления нужно либо избавиться от жидкости и окислов, которые уже превратились в электролит, либо обесточить жк-панель. Но зачастую, когда люди замечают неисправность у своего жк телевизора – уже слишком поздно.

В некоторых, не особо тяжелых случаях плату можно восстановить. Например один из керамических конденсаторов стоящий по питанию вовремя встал на КЗ и увел источник питания в защиту. Под источником питания  здесь, я имею в виду dc-dc преобразователи платы T-con. Дорожки не успели сильно окислиться и всё что надо – это промыть спиртом плату на несколько раз и поменять спасительный конденсатор, возможно еще 2-3 дорожки восстановить. Но зачастую на КЗ встаёт не конденсатор, а сам столбцовый драйвер, находящийся на шлейфе или стекле матрицы. Тогда вы увидите такую картину:

Выгорает проводник питания драйвера насквозь, причем это не самое страшное фото прогоревшего шлейфа драйвера…

Я думаю, вы понимаете, что в данном случае что-то сделать практически невозможно. Потому как здесь ничего не меняется. Матрицу в данном случае только на замену. Разберем другой случай.  Допустим, что у нас не сильно пострадали элементы на плате от окисления, нет прожженных шлейфов с драйверами, как на картинке выше. Мы промыли планку, поменяли 1-2 конденсатора, запаяли 2-3 дорожки – включаем и телевизор показывает, как и должен.

Кажется, что можно радоваться, но смею вас огорчить! В половине случаев это ненадолго. Дело в том, что вы не в состоянии отмыть весь этот раствор окиси и деградация дорожек продолжится, только уже на межслойных уровнях. Эти платы многослойные – то есть, у них несколько слоёв с дорожками, а между слоями дорожки соединяют отверстия с металлизацией – вот по ним и будет следующий удар!

На фото ниже: Прогоревший шлейф. Дорожки, питающие драйвер выгорели насквозь. Причина – короткое замыкание драйвера вследствие попадания воды или другой жидкости на горизонтальную соединительную планку.

Так кто же виноват? В первую очередь это домохозяйки – жены, тещи, свекрови и тд. Они скорее не так виноваты, как просто им никто не сказал, что экран телевизора нужно протирать чуть влажной тряпочкой или салфеткой. Но многие этого не знают и брызгают сперва на матрицу из разбрызгивателя, а уже потом втирают. Причем брызгают не воду, а сразу “фейри” или “мистер мускул” Пока протирают верх экрана, в нижнюю щель уже струйки текут!

Такие корпуса микросхем называются BGA – Ball grid array, проще говоря – массив шариков. Такие микросхемы монтируются и демонтируются бесконтактным способом пайки.

Раньше, для не особо крупных микросхем можно было обходиться термовоздушной паяльной станцией. А вот крупные графические контроллеры  GPU термовоздушкой уже не снимешь и не посадишь. Разве что прогреть, но прогрев длительного результата не даёт.
В общем, ближе к теме.. Готовые профессиональные инфракрасные станции   имеют запредельные цены, а недорогие 1000 – 2000 зелёных недостаточный функционал, короче допиливать всё равно придётся. Лично по мне, инфракрасная паяльная станция – это тот инструмент, который можно собрать самому и под свои нужды. Да, не спорю, есть затраты по времени. Но если подойти к сборке ИК станции методично, то будет и необходимый результат и творческая удовлетворённость. Итак, я для себя наметил, что буду работать с платами размером 250х250 мм. Для пайки телевизионных Main и компьютерных видеоадаптеров, возможно планшетных ПК.

Итак, начал я с нечистого листа и дверцы от старой антресоли, прикрутив к этому будущему основанию 4 ножки от древней пишущей машинки. 

Основа при помощи приблизительных расчётов получилась 400х390 мм. Дальше необходимо было примерно рассчитать компоновку исходя из размеров нагревателей, ПИД-регуляторов. Таким нехитрым “фломастерным” способом я определил высоту своей будущей инфракрасной паяльной станции и угол скоса передней панели:

Далее уже берёмся за скелет. Тут всё просто – изгибаем алюминиевые уголки согласно конструкции нашей будущей паяльной станции, закрепляем, связываем. Идём в гараж и с головой закапываемся в корпуса от DVD и видиков. Хорошо делаю, что не выбрасываю – знаю, что пригодятся. Глядишь, дом из них построю:) Вон из пивных банок строят, из пробок и даже палочек от мороженого!

Короче говоря, на облицовку лучше не придумаешь, чем крышки от аппаратуры. Листовой металл стоит не дёшево.

 Бежим по магазинам в поисках антипригарного противня. Противень необходимо подобрать согласно размерам ИК-излучателей и их количеству. Я ходил по магазинам с небольшой рулеткой и измерял стороны дна и глубину. На вопросы продавцов типа – “Зачем вам пироги строго заданных размеров?” Отвечал, что неподходящие размеры пирога нарушают общую гармонию восприятия, что не соответствует моим моральным и этическим принципам.

Урааа! Первая посылочка, а в ней особо важные запчастюлины: ПИД-ы (страшное слово-то какое) Расшифровка тоже не простая: Пропорционально-Интегрально-Дифференциальный регулятор. В общем, разбираемся с их настройкой и работой.

Далее жестянка. Здесь как раз и пришлось попотеть с крышками от DVD-юков дабы всё получилось ровно и солидно, для себя делаем. После подгонки всех стенок необходимо вырезать нужные отверстия под ПИД-ы на передней, под кулер на задней стенке и в покраску – в гараж. В итоге – промежуточный вариант нашей ИК паяльной станции стал выглядеть таким образом:

После тестирования регулятора REX C-100 предназначенного для преднагрева (нижнего нагревателя) выяснилось, что он не совсем подходит для моей конструкции паяльной станции, потому как не рассчитан на работу с твердотельными реле, которыми он и должен управлять. Пришлось его доработать под свою концепцию.

Урааа! Пришла посылка из Китая. Теперь в ней уже было самое основное богатство для постройки нашей инфракрасной паяльной станции. А именно – это 3 нижних ИК излучателя 60х240 мм, верхний 80х80 мм. и пара твердотельных реле на 40А Можно было и на 25 ампер взять, но всегда стараюсь всё сделать с запасом, да и ценой они не сильно отличались..

Глаза боятся, а руки делают. Стараюсь не забывать эту старую истину, также как и про курицу, та что по зёрнышку…Что имеем в итоге – После установки излучателей в противень, установки твердотелок на радиатор, обдуваемый кулером и соединении всего, получилось уже что-то более-менее похожее на инфракрасную паяльную станцию.

Когда дело с преднагревом начало подходить к концу и были сделаны первые тесты на нагрев, удержание температуры и гистерезис, можно было смело приступать к верхнему инфракрасному излучателю. Работы с ним оказалось больше, чем я предполагал изначально. Было рассмотрено несколько конструктивных решений, но всё же более удачным на практике оказался последний вариант, который я и воплотил.

Сделать столик для удержания платы – очередная задача, требующая нагрева черепной коробки. Необходимо чтобы выполнялось несколько условий – равномерное удержание печатной платы, чтобы плата при нагреве не прогибалась. Кроме этого была возможность сдвигать влево-вправо уже зажатую плату. Зажим платы должен быть, как и крепкий, так и давать небольшую слабину, так как плата при нагреве расширяется. Ну и так же у столика должна быть возможность  закрепить платы разных размеров. Не до конца еще доделанный столик:                                            (нет прищепок для платы)

Вот и настало время тестов, отладок, подгонки термопрофилей под разные виды микросхем, и паяльных сплавов. За осень 2014 было восстановлено приличное количество компьютерных видеокарт и телевизионных Main-board

Не смотря на то, что паяльная станция кажется завершённой и прекрасно себя зарекомендовала, на самом деле не хватает еще нескольких важных вещей: Во-первых это лампа, ну или фонарик на гибкой ножке, Во-вторых обдув платы после пайки, в-третьих я хотел изначально сделать селектор для нижних нагревателей..

Конечно же, я написал не всё что хотел, потому как, при сборке было много мелочей, проблем и тупиков. Но зато я записал на видео весь процесс конструирования и теперь это полноценный обучающий видеокурс:

Прослужив 100 лет в устройствах синхронизации, кварц, как его по-простому называют радиолюбители, готов сойти со сцены радиоэлектронных компонентов. Дело в том что на смену ему пришли более продвинутые технологии. Так называемые МЭМС – МикроЭлектроМеханические Системы.

По большому счету этого и следовало ожидать – Кварцевый резонатр на сегодня остаётся одним из громоздких электрнных компонентов, а так как современные электронные устройства семимильными шагами стремятся протиснуться в игольное ушко, то конечно же кварцевый резонатор не пролезет..)
Технология микроэлектромеханических систем в ближайшее время полностью вытеснет кварцы.
Давайте поближе рассмотрим что же такое МЭМС.
На сегодняшний момент имеется две технологии и пока до конца не ясно какая из них займёт лидирующее место. Первая – электростатическая, вторая – пьезодинамическая. У каждой имеются свои плюсы и минусы.

На левой картинке вы видите электростатический МЭМС-резонатор. Принцип его работы заключается в том что подвижные элементы взаимодействуют с окружающем их электрическим полем. Подвижные части колебательной системы приходят в движение благодаря электростатическому и емкостному воздействию.
На следующем рисунке изображен второй тип резонаторов – электростатический.
Здесь предполагается использование пьезоэлектрических актюаторов, которые преобразуют механическое движение в электрический сигнал. И наоборот – электрический сигнал в механическое колебание.
Пока лидирует именно второй тип микро-резонаторов. По многим параметрам он опережает электростатический.

У МЭМС-ов имеются значительные преимущества над классическими кварцевыми резонаторами и это не только крошечные размеры. Во-первых это высокая надежность, меньший коэффициент шума, низкое потребление питания, что немаловажно для рынка современных мобильных устройств.

Такие современные кварцевые резонаторы можно ставить непосредственно в чип, причем сразу пачками, если это требуется. Генераторы, собранные на такой микросистеме могут компенсировать дрейф частоты резонанса при температурах от -40 до +85 °C. Обычные кварцы конечно себе такого позволить не могут.

Так что, как кто-то сказал -“Скоро будем чинить молекулы”

Появились публикации, оценивающие коррозионные процессы на электронных изделиях, источником которых являются остатки флюсов. Авторы этих публикаций [1], к сожалению, не учли, что коррозионным процессам металлических элементов плат предшествуют процессы деградации электрической изоляции, завершающиеся электрохимическим отказом [2]. Цель данной публикации — обозначить свою точку зрения на особенности использования флюсов, чтобы попытаться вывести читателей из заблуждения, навязываемого рекламой и поддерживающими ее публикациями.

Материалы, предлагаемые в качестве флюсов для пайки электронных изделий, могут относиться к смолосодержащим и смолонесодержащим. Все смолонесодержащие флюсы имеют ионогенные компоненты, от которых платы нужно очищать. С этим никто не спорит, и о них мы говорить не будем. Споры идут вокруг смолосодержащих (чаще канифольных) флюсов. Нужно ли очищать от них монтажные изделия? Именно это и предстоит обсудить.

Основу смолосодержащих флюсов, как правило, составляет канифоль, представляющая собой смесь органических кислот. Главный компонент этой смеси — абиетиновая кислота. Органические кислоты — такие как салициловая, молочная, стеариновая, лимонная, муравьиная и т. д. — также могут быть использованы для подготовки поверхности к пайке, однако, в силу их большей активности, они требуют более аккуратного обращения и тщательной промывки изделий после пайки. Эти кислоты, как и некоторые их соединения, чаще используются в качестве активаторов и добавок к флюсам на основе канифоли.

Уровень кислотности флюса на основе чистой канифоли очень мал, но в результате ее растворения и в процессе нагрева при пайке происходит ее активация. Процесс активации канифоли начинается при температуре около 170 °С. При сильном нагреве (более 300 °С) происходит интенсивное разложение канифоли и потеря ее флюсующих свойств.

Предлагаемые на рынке флюсы классифицируются по степени активности следующим образом (приведенная классификация отличается от отечественного отраслевого стандарта ОСТ4Г0.033.200.).

Тип «R» (от «rosin» — канифоль) представляет собой чистую канифоль в твердом виде или растворенную в спирте, этилацетате, метиленэтилкетоне и подобных растворителях. Это наименее активная группа флюсов, поэтому ее используют для пайки по свежим поверхностям или по поверхностям, которые были защищены от окисления в процессе хранения. Судя по рекламе и в соответствии с рекомендациями ОСТ4 Г0.033.200, эта группа флюсов не требует удаления их остатков после пайки.

Тип «RMA» (от «resin mild activated» — слегка активированная канифоль) — группа смолосодержащих флюсов с различными комбинациями активаторов: органическими кислотами или их соединениями (диметилалкилбензиламмонийхлорид, трибутилфосфат, салициловая кислота, диэтиламин солянокислый, триэтаноламин и др.). Эти флюсы обладают более высокой активностью по сравнению с типом R. Предполагается, что в процессе пайки активаторы испаряются без остатка. Поэтому они считаются абсолютно безвредными. Судя по рекламе, этот флюс тоже не требует отмывки. Но очевидно, что процесс пайки должен быть гарантированно завершен полным испарением активаторов. Такие гарантии может обеспечить только машинная пайка с автоматизацией температурно-временных процессов (температурного профиля пайки).

Тип «RA» (от «rosin activated» — активированная канифоль). Эта группа флюсов рекламируется для промышленного производства электронных изделий массового спроса. Несмотря на тот факт, что данный вид флюса отличается более высокой активностью по сравнению с упомянутыми выше, он также преподносится рекламой как не требующий смывки, поскольку его остатки якобы не проявляют видимой коррозионной активности.

Тип «SRA» (от слов «super activated resin» — сверхактивированная канифоль). Эти флюсы были созданы для нестандартных применений в электронике. Они могут использоваться для пайки никелесодержащих сплавов, нержавеющих сталей и материалов типа сплава ковар. Флюсы типа SRA очень агрессивны и требуют тщательной отмывки при любых обстоятельствах, поэтому их использование в электронике строго регламентировано.

Тип «No-Clean» (не требует смывки). Эта группа специально создана для процессов, где нет возможности использовать последующую отмывку плат или она затруднена по каким-то причинам. Основное отличие этой группы состоит в крайне малом количестве остатков флюса на плате по окончании процесса пайки.

Для обеспечения высокой надежности паяных соединений активность флюсов является определяющей. Но при условии, если это не влечет за собой ухудшение электроизоляционных свойств монтажного основания за счет неизбежных ионногенных загрязнений, источником которых являются остатки флюсов. Что касается даже очень незначительных остатков активаторов, то их роль в увеличении поверхностной проводимости в условиях повышенной влажности несомненна. Сомнительна только роль остатков канифоли. При каких условиях они могут создать проводимость? Почему и при каких условиях зарубежные руководства и российские стандарты разрешают их остатки на поверхности монтажных узлов?

Чтобы ответить на эти вопросы, нужно учесть только одно обстоятельство: в качестве флюса используется не сухая канифоль, а ее спиртовые растворы. И в этом состоянии она химически активна. Ее главный компонент — абиетиновая кислота — в спиртовом растворе способен растворять окислы металлов с образованием комплексных соединений. Каждый может легко убедиться в том, что спиртовая композиция канифоли достаточно долго удерживает спирт, за счет этого она долго не твердеет. В этом состоянии в ней активируются реакции растворения металлов, и тем самым создаются ионогенные компоненты проводимости.

В состоянии проводимости спиртовая композиция канифоли выполняет роль гелеподобного электролита, в котором работа микрогальванических пар олово–медь приводит к коррозии меди опять-таки с образованием продуктов проводимости.

За счет содержания спирта композиция канифоли в условиях даже умеренного увлажнения приобретает способность к гидролизу. Продукты гидролиза тоже создают проводимость. Многие видели последствия гидролиза канифоли в виде визуально различимого белесого налета на поверхности плохо отмытого монтажного узла.

Если платы покрывают электроизоляционным лаком, остатки канифоли (тем более — активаторов), продуктов ее гидролиза и другие загрязнения в условиях увлажнения приводят к осмотическим явлениям, завершающимся отслоением и пузырением лакового покрытия. Пузыри оказываются наполненными влагой и создают канал проводимости изоляции (рис. 1).

Рис. 1. Осмотические явления приводят к отслоению лаковой пленки

Рис.2. Схема образования дендрита в канале, наполненном ионогенными загрязнениями

Все эти рассуждения имеют только одну цель — убедить читателя в том, что остатки флюсов в условиях повышенной влажности создают источники поверхностной проводимости. Что из этого следует? Незначительное снижение сопротивления изоляции для электронного узла не является криминалом. Его величина еще настолько велика, что не оказывает никакого шунтирующего влияния на функционирование схемы. Беда в другом: проводимость изоляции создает стартовые условия для электрохимического отказа [3]. Сущность этого отказа состоит в том, что под действием присутствующего на плате напряжения проводник-анод растворяется, отдавая в канал положительно заряженные ионы металла (рис. 2, а). Ионы направляются по каналу к проводнику-катоду, восстанавливаются на нем до металлического состояния, образуя в изоляционном зазоре проводящие перемычки в виде дендритоподобной рыхлой металлической структуры (рис. 2, б). В результате этих процессов за несколько минут могут образоваться нитевидные кристаллы толщиной 2…20 мкм и длиной до 12 мм (рис. 2, в). После образования нитевидной перемычки кристаллы постепенно утолщаются до 0,1 мм, приобретая отчетливый металлический блеск. Сопротивление таких кристаллов может доходить до 1 Ома. Если проводящие дендриты «закорачивают» цепи питания, электронный блок сгорает. Последовательность роста дендритов хорошо прослеживается на фотографиях (рис. 3).

                     а                                             б                                             в                                      г

Рис. 3. Стадии роста металлических дендритов: а — 2 мин; б — 2,5 мин; в — 3 мин; г — 4 мин

Теперь автор может заявить, что обеспечение надежности электроизоляционных конструкций электронных узлов немыслимо без повышенных требований к чистоте рабочей поверхности изделия. Поэтому на гамлетовский вопрос: «Мыть или не мыть?», ответ может быть только один — МЫТЬ! [4]

Мыть нужно еще и потому, что в процессе производства на поверхности плат неизбежно остаются загрязнения от прикосновений рук. Отпечатки пальцев — это выделяемый сальными железами жировой секрет, содержащий значительные концентрации водорастворимых ингредиентов. Среди них натрий хлористый (3,8 г/л), мочевина (0,55 г/л), калий хлористый (0,3 г/л), натрий сернистый, глюкоза, кислота уксусная и пропионовая, кислота мочевая, кальций хлористый (0,3 г/л).

Другой вопрос, который напрашивается сам собой, — зачем нужен флюс типа No Clean, если все равно нужно мыть? Действительно, флюс No Clean разрабатывался именно для случаев, где отмывка невозможна или нежелательна. Основное отличие данного типа флюса от обычных на основе канифоли заключается в отсутствии в нем ионногенных компонентов и низком содержании твердых включений. Композиция No Clean подобрана таким образом, что остаток нерастворенных и не улетучившихся при пайке веществ сведен к минимуму (менее 2 %). Разве этого мало, чтобы создать проводимость изоляции? К тому же одна из функций флюса — активировать поверхности, то есть растворять окислы и загрязнения. Значит, после пайки его остатки должны содержать ионогенные примеси. Или печатный узел должен быть подготовлен таким образом, чтобы на его поверхности не было окислов и загрязнений. Возможно ли это?

Поэтому удаление технологических загрязнений также актуально и для No Clean флюсов и не снимает ответственности за дефекты, возникающие из-за отсутствия операции отмывки. Во всяком случае, нанесению влагозащитных покрытий должна предшествовать тщательная очистка поверхностей, чтобы избежать отслоения лака.

Отмывку плат крайне предпочтительно делать на промышленных установках. В идеале предпочтительно использовать для отмывки ультразвуковую установку. Сейчас производители поставляют на рынок широкий спектр такого оборудования с различными возможностями и по различным, подчас очень доступным ценам. Однако в случае невозможности приобретения такого оборудования можно пойти дедовским методом и мыть вручную.

При выборе среды для смывки руководствуются составами и свойствами загрязнений, подлежащих смывке. Условно их можно разделить на три группы:

• нейтральные компоненты, появившиеся в процессе производства: жиры, масла, пыль, волокна бумаги, тканей, частицы металлов и прочие безвредные в обычных условиях элементы. Они, как правило, легко удаляются бензином;

• ионогенные компоненты: остатки гальванических электролитов, травильных растворов, активаторов флюсов, минеральное содержание отпечатков пальцев и т. д. Материалы этого типа, как правило, крепко удерживаются на поверхности за счет адгезии и требуют для очистки использования водных растворов;

• полярные органические соединения: органические кислоты (канифоль и активаторы), продукты разложения флюсов и пр. Обладают высокой адгезией к поверхности и требуют соответствующих (тоже полярных) растворов для удаления (спирта).

До сегодняшнего дня наиболее распространенным растворителем в российской электронике является спирто-бензиновая смесь. Спирт смывает остатки канифоли, бензин — жиры и масла, в том числе жировой секрет отпечатков пальцев. Спирт образует с растворенными в нем загрязнениями азеотропную смесь, то есть испаряется вместе с ними. Бензин, испаряясь, оставляет на поверхности растворенные в нем компоненты. Но в сочетании со спиртом его моющие свойства улучшаются. Поэтому данная композиция безусловно лучше, чем ничего. Однако основным ее недостатком является то, что она смывает только первую и третью группы из перечисленных выше. Вторая же, которая является наиболее распространенной и наиболее опасной, большей частью остается. Тем более не смываются минеральные соли из загрязнений, являющихся следами прикосновений рук.

Существуют два решения данной проблемы: либо использовать водные растворы технических моющих средств (поверхностно-активных веществ), либо добавлять диссоциирующие добавки в растворитель (например, использовать водный раствор изопропилового спирта). В идеальном случае после подобной операции желательно использовать окончательную промывку деионизированной водой и сушку, что даст результат, близкий к наилучшему. Самый хороший результат дают отмывки с наложением ультразвука. Из всего вышесказанного можно сделать следующий вывод: проектирование технологий электронной аппаратуры требует осознанного подхода к выбору флюсов, основанного на необходимости удаления их остатков, особенно перед нанесением влагозащитных покрытий.

Литература

medvedev@main.elserv.ru

В данном видео рассмотрен один из ремонтов по замене лазерной головки.

Смотрите и критикуйте:

Ознакомиться с видеокурсом подробнее: