Дипломная работа
Методика диагностирования и ремонта
источника питания системных блоков
Содержание
Введение
. Общий раздел
.1 Микропроцессорная система, ее назначение, схема электрическая структурная (функциональная), взаимодействие составляющих ее устройств
.2 Устройство микропроцессорной системы, его назначение, схема электрическая структурная (функциональная), взаимодействие составляющих его узлов
.3 Схемотехнический анализ устройства микропроцессорной системы, электрические и эксплуатационные параметры электрических компонентов, образующих элементную базу
. Конструкторский раздел
.1 Методика диагностирования устройства
.1.1 Типовые неисправности устройства и их возможные причины
.1.2 Варианты устранения неисправностей
.1.3 Методика диагностирования
.2 Диагностирование устройства
.2.1 Диагностирование устройства аппаратным методом
.2.2 Диагностирование устройства программным методом
.3 Расчёт на надёжность устройства
. Технологический раздел
.1 Требования техники безопасности при техническом обслуживании микропроцессорных систем
.2 Требования экологии при техническом обслуживании микропроцессорных систем
. Экономический раздел
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованной литературы
Введение
Источник питания - радиоэлектронное устройство, предназначенное для обеспечения различных устройств электрическим питанием.
Источники питания выполняют очень уникальную роль внутри типовых систем. Во многих аспектах источник питания является «матерью» всей системы. Он дает системе жизнь, обеспечивая устойчивым и непрерывным питанием ее схемы. В случае внутреннего сбоя источник должен сбить «элегантно», не позволяя этому сбою достичь системы.
Система питания в конструкторской программе разрабатывается в последнею очередь, и для этого есть две основные причины. Во-первых, никто не хочет этим заниматься, поскольку каждый желает разрабатывать более «захватывающие» схемы, и, к тому же, редко какой инженер имеет действительно основательные познания в системах питания. Во-вторых, стендовые источники обеспечивают все необходимое питание на стадии отладки системы и поэтому забывают разработать, когда изделие выходит на стадию интегрирование.
Различают первичные и вторичные <#"802131.files/image001.gif">
Рис 1.1 Структурная схема ПК
Компоненты микропроцессора:
ü АЛУ выполняет логические и арифметические операции
ü Устройство управления управляет всеми устройствами ПК
ü Регистры используются для хранения данных и адресов
ü Схема управления шиной и портами - осуществляет подготовку устройств к обмену данными между микропроцессором и портом ввода - вывода, а также управляет шиной адреса и управления.
Основные характеристики процессора:
ü Разрядность - число двоичных разрядов, одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды. Большинство современных процессоров - это 32 - разрядные процессоры, но выпускаются и 64 - разрядные процессоры.
ü Тактовая частота - количество циклов работы устройства за единицу времени. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность.
ü Наличие встроенного математического сопроцессора.
ü Наличие и размер Кэш- памяти.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM) - область памяти, предназначенная для хранения информации в течение одного сеанса работы с компьютером. Конструктивно ОЗУ выполнено в виде интегральных микросхем.
Из нее процессор считывает программы и исходные данные для обработки в свои регистры, в нее записывает полученные результаты. Название “оперативная” эта память получила потому, что она работает очень быстро, в результате процессору не приходится ждать при чтении или записи данных в память.
Однако быстродействие ОЗУ ниже быстродействия регистров процессора, поэтому перед выполнением команд процессор переписывает данные из ОЗУ в регистры. По принципу действия различают динамическую память и статическую.
Ячейки динамической памяти представляют собой микроконденсаторы, которые накапливают заряд на своих обкладках. Ячейки статической памяти представляют собой триггеры, которые могут находиться в двух устойчивых состояниях.
Основные параметры, которые характеризуют ОЗУ - это емкость и время обращения к памяти. ОЗУ типа DDR SDRAM (синхронная память с двойной скорость передачи данных) считается наиболее перспективной для ПК.
Компьютеру необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать, и быстродействие компьютера уменьшится. Поэтому современные компьютеры оснащаются Кэш-памятью или сверхоперативной памятью.
При наличии Кэш-памяти данные из ОЗУ сначала переписываются в нее, а затем в регистры процессора. При повторном обращении к памяти сначала производится поиск нужных данных в Кэш-памяти и необходимые данные из Кэш-памяти переносятся в регистры, поэтому повышается быстродействие.
Только та информация, которая хранится в ОЗУ, доступна процессору для обработки. Поэтому необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа и данные.
В ПК информация с внешних устройств (клавиатуры, жесткого диска и т.д.) пересылается в ОЗУ, а информация (результаты выполнения программ) с ОЗУ также выводится на внешние устройства (монитор, жесткий диск, принтер и т.д.).
Таким образом, в компьютере должен осуществляться обмен информацией (ввод-вывод) между оперативной памятью и внешними устройствами. Устройства, которые осуществляют обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами называются контроллерами или адаптерами, иногда картами. Контроллеры, адаптеры или карты имеют свой процессор и свою память, т.е. представляют собой специализированный процессор.
Контроллеры или адаптеры (схемы, управляющие внешними устройствами компьютера) находятся на отдельных платах, которые вставляются в унифицированные разъемы (слоты) на материнской плате.
Системная магистраль (шина) - это совокупность проводов и разъемов, обеспечивающих объединение всех устройств ПК в единую систему и их взаимодействие.
Для подключения контроллеров или адаптеров современные ПК снабжены такими слотами как PCI. Слоты PCI - E Express для подключения новых устройств к более скоростной шине данных. Слоты AGP предназначены для подключения видеоадаптера.
Для подключения накопителей (жестких дисков и компакт-дисков) используются интерфейсы IDE и SCSI. Интерфейс - это совокупность средств соединения и связи устройств компьютера.
Подключение периферийных устройств (принтеры, мышь, сканеры и т.д.) осуществляется через специальные интерфейсы, которые называются портами. Порты устанавливаются на задней стенке системного блока. <#"802131.files/image002.gif">
Рис 1.2 Структурная схема импульсного источника питания
Модификации блоков питания могут иметь различия только в схемотехнической реализации узлов с сохранением их функционального назначения.
На структурной схеме указано наименование узлов совместно с позиционным обозначением основных элементов, на которых выполнен данный каскад или узел. Позиционное обозначение соответствует принципиальной схеме базовой модели импульсного блока питания. Логические связи на структурной схеме показаны стрелками, которые указывают направление передачи сигналов, воздействий или подачу напряжений питания.
Блок питания, соответствующий данной структурной схеме, выполнен по схеме ВЧ преобразователя с внешним возбуждением.
Первым каскадом, на который поступает первичное переменное напряжение, является помехоподавляющий индуктивно- емкостной сетевой фильтр НЧ. Он установлен для ограничения влияния помех, проникающих через входные цепи из питающей сети, на работу ВЧ преобразователя. Появление помех в сети может отразиться на выходных характеристиках вторичных постоянных напряжений, вырабатываемых блоком питания. Если бы выходной НЧ фильтр отсутствовал, то все помехи, возникающие в сети, трансформировались бы во вторичные цепи. Природа их различна, поэтому по каналам вторичных напряжений пришлось бы устанавливать дополнительные элементы, исключающие воздействие помех на электронные нагрузки.
Высокочастотный преобразователь является усилителем сигналов, которые вырабатываются схемой управления. Мощные броски тока, возникающие в моменты коммутации силовых сигналов УМ, вызывают появление помеховых сигналов в первичной цепи ПН. Входной сетевой фильтр препятствуют распространению этих помех через питающую сеть, ограничивая или полностью подавляя их.
Выход сетевого фильтра подключен к выпрямителю, который сначала преобразует переменное напряжение в униполярное, пульсирующее и затем сглаживает его. Сглаживание выпрямленного напряжения происходит электролитическими конденсаторами, также входящими в состав выпрямителя. Схемотехника блоков питания предусматривает их использование в регионах, отличающихся стандартизированными уровнями напряжения первичной сети. Для возможности работы блока питания при разных уровнях питающего напряжения в блок введен специальный переключатель- селектор входного напряжения SW. Коммутацией переключателя производится модификацией цепей сетевого выпрямителя и элементов сглаживающего фильтра. Смысл реконфигурации входных цепей заключается в том, чтобы обеспечить постоянный уровень напряжения на силовом каскаде преобразователя при изменении уровня напряжения питания с 220 на 115 В и обратно. При этом не происходит переключение обмоток трансформаторов, для корректировки коэффициента трансформации, и все остальные цепи блока питания не изменяются.
Рассматриваемый блок питания не имеет каскада автогенератора, способного обеспечивать отдельные вторичные цепи постоянной подпиткой электрической энергией. Поэтому в состав полумостового усилителя мощности входит схема автозапуска, осуществляющая первоначальную подачу импульсов управления для запуска усилителя мощности. Особая конструкция трансформаторных цепей и полумостового усилителя создает условия для кратковременной подачи питания на узел управления после подключения блока питания к первичной сети. Временного интервала начального запуска оказывается достаточно для установки режима стабильной генерации импульсных последователей, возбуждающих силовой каскад, на выходе узла управления. Узел управления формирует последовательности особой формы, усиление которых приводит к появлению трехуровневого сигнала на обмотках силового импульсного трансформатора, включенного в диагональ полумостового усилителя мощности. Вторичные низковольтные обмотки силового импульсного трансформатора нагружены на диоды SBD1, SBD2, D19- D22 блока выпрямителей. Для выпрямления импульсных сигналов применяются специальные дискретные диодв и матрицы диодов с малым временем восстановления обратного сопротивления. Выпрямители самых мощных каналов, то есть для вторичных напряжений +5 и +12 В, выполнены на матрицах, в состав которых входит по два диода. Для остальных каналов использованы дискретные элементы- диоды D19- D22. для ускоренного рассасывания избыточных зарядов в диодных структурах после изменения полярности импульсного входного сигнала параллельно выпрямительным элементам подключаются ускоряющие резистивно- емкостные цепи. Сглаживание и фильтрация импульсных сигналов производиться на однозвенных LC каскадах блока фильтров.
В режиме устойчивой коммутации силовых транзисторов уровень энергетической мощности, поступающей во вторичные цепи, зависит от степени нагруженности каналов постоянных напряжений. Стабилизация значений вторичных напряжений выполняется системой автоматического регулирования. Датчики контроля уровня энергии, поступающей во вторичные цепи, входят в состав узла защиты и блокировки. Они подключены к выходной цепи канала +5 В. Сигнал обратной связи, вырабатываемый узлом защиты и блокировки, подается в узел управления блоком питания. Основным элементов узла управления является формирователь ШИМ сигнала на микросхеме IC1. Внутренний источник микросхемы IC1 вырабатывает стабилизированное напряжение, используемое измерительными каскадами в качестве опорного. В рассматриваемом блоке питания применен принцип групповой регулировки выходных напряжений. Регулировка значений вторичных напряжений +12, -5 и -12 В производится косвенно по оценке состояния напряжения в канале +5 В. В связи с этим для устройства работы блока питания и поддержания значений вторичных напряжений в заданных пределах необходимо соблюдать баланс нагрузок по выходным каналам. Самая большая токовая нагрузка должна быть всегда у канала +5 В. Регулировка выполняется после сравнения этого напряжения с уровнем опорного напряжения. Формирователь ШИМ сигнала вырабатывает импульсные последовательности, частота которых поддерживается постоянной, а длительность импульсов управления варьируется в зависимости от состояния вторичных каналов. Если выходное напряжение падает ниже уровня опорного, то узел управления формирует сигнал воздействия на схемы усилителей как промежуточного, так и силового каскада на транзисторах Q5 и Q6 для увеличения уровня энергии, подаваемой во вторичные цепи. Реакция элементов управления на повышение вторичного напряжения обратная. Превышение выходным напряжением величины опорного напряжения посредством уменьшения длительности управляющих импульсов приводит к ограничению энергии, подаваемой на нагрузку.
В процессе эксплуатации блока питания могут возникать нештатные ситуации, в результате которых выходы каналов вторичных напряжений окажутся в состоянии перезагрузки или КЗ. Организация системы защиты построена на различном подходе к оценке последствий воздействия КЗ на цепи основных и вспомогательных каналов вторичных напряжений. Для активизации защитного механизма блокировки по каналам отрицательных вторичных напряжений используются диодно- резистивные датчики узла защиты и блокировки. Слежение за перезагрузкой по основным каналам осуществляется с помощью отдельного каскада, построенного на специальном импульсном трансформаторе. Датчик на импульсном трансформаторе имеет большую инерционность, чем датчик фиксации КЗ отрицательных каналов. Это объясняется увеличением времени, требуемого для правильной оценке процесса, который развивается в этом или обоих основных вторичных каналах. Принцип действия всех элементов защиты одинаков и направлен на прекращение работы узла управления, а также на блокировку активных элементов силового каскада преобразователя. Выпрямленное напряжение первичной сети продолжает поступать для питания силового каскада, но коммутация транзисторов прекращается, предотвращает их от повреждения нарастающим током. Процесс инициализации схем материнской платы компьютера начинается не после подачи питающего напряжения, а при получении внешнего сигнала высокого логического уровня «питание в норме». Это единственный служебный сигнал, который подается от блока питания внешним устройствам. Появление высокого уровня на сигнальном выходе «питание в норме» происходит с задержкой относительно выхода вторичных напряжений на номинальные уровни. Временной интервал задержки жестко не регламентирован, находится в диапазоне от 100 до 500 мс и устанавливается в схеме резистивно- емкостными элементами.
Схему условно можно разделить на две части: силовую и контрольную. Силовая часть делится на входную высоковольтную часть и выходную низковольную. Контрольную же можно разделить на систему регулирования и систему защиты.
Входное напряжение через предохранитель FU1поступает на фильтр помех. Ничего особого в элементах C1, T1, C2 нет, но вот С3 и С4 требуют отдельного упоминания ввиду того, что получающийся из них делитель создаёт на корпусе компьютера переменное напряжение 110V. Это напряжение можно во всех прелестях ощутить, если взяться одной рукой за корпус незаземлённого компьютера (просто за корпус), другой за батарею. В-общем, обязательно заземляйте компьютер! Кстати, их иногда выпаивают (ну неужели лень заземлить?). Отсутствие этих конденсаторов приводит к попаданию высокочастотных наводок в сеть 220 вольт и соответствующим эффектам на соседних телевизорах.
Далее напряжение сети поступает на выпрямитель RT1VDM1C5C8R3R4 . Поскольку диоды выпрямителя заряжают силовые высоковольтные конденсаторы C5C8 , они работают преимущественно в импульсном режиме и должны пропускать большой ток (10A). Более того, в момент запуска блока питания по диодам проходит ударный ток - всё напряжение сети попадает на незаряженные конденсаторы, т.е. 220V в течение нескольких полупериодов попросту шунтируется на землю. Некоторой защитой от этого служит терморезистор RT1 , который в холодном состоянии имеет повышенное сопротивление (десятки ом); при включении блока питания он ограничивает ток и вместе с тем мгновенно раскаляется, и его сопротивление падает. Слишком частые включения блока питания этому терморезистору идут не на пользу, и он иногда выходит из строя.