Что такое импульсный блок питания и где применяется

Что такое импульсный блок питания и где применяется

Импульсный блок питания служит для преобразования входного напряжения до величины, необходимой внутренним элементам устройства. Иное название импульсных источников, получившее широкое распространение, — инверторы.

Что это такое?

Инвертор — это вторичный источник питания, который использует двойное преобразование входного переменного напряжения. Величина выходных параметров регулируется путем изменения длительности (ширины) импульсов и, в некоторых случаях, частоты их следования. Такой вид модуляции называется широтно-импульсным.

Принцип работы импульсного блока питания

В основе работы инвертора лежит выпрямление первичного напряжения и дальнейшее его преобразование в последовательность импульсов высокой частоты. Этим он отличается от обычного трансформатора. Выходное напряжение блока служит для формирования сигнала отрицательной обратной связи, что позволяет регулировать параметры импульсов. Управляя шириной импульсов, легко организовать стабилизацию и регулировку выходных параметров, напряжения или тока. То есть это может быть как стабилизатор напряжения, так и стабилизатор тока.

Количество и полярность выходных значений может быть самым различным в зависимости от того, как работает импульсный блок питания.

Разновидности блоков питания

Применение нашли несколько типов инверторов, которые отличаются схемой построения:

• бестрансформаторные;
• трансформаторные.

Первые отличаются тем, что импульсная последовательность поступает непосредственно на выходной выпрямитель и сглаживающий фильтр устройства. Такая схема имеет минимум комплектующих. Простой инвертор включает в себя специализированную интегральную микросхему — широтно-импульсный генератор.

Из недостатков бестрансформаторных устройств главным является то, что они не имеют гальванической развязки с питающей сетью и могут представлять опасность удара электрическим током. Также они обычно имеют небольшую мощность и выдают только 1 значение выходного напряжения.

Более распространены трансформаторные устройства, в которых высокочастотная последовательность импульсов поступает на первичную обмотку трансформатора. Вторичных обмоток может быть сколько угодно много, что позволяет формировать несколько выходных напряжений. Каждая вторичная обмотка нагружена на собственный выпрямитель и сглаживающий фильтр.

Мощный импульсный блок питания любого компьютера построен по такой схеме, которая имеет высокую надежность и безопасность. Для сигнала обратной связи здесь используется напряжение 5 или 12 Вольт, поскольку эти значения требуют максимально точной стабилизации.

Использование трансформаторов для преобразования напряжения высокой частоты (десятки килогерц вместо 50 Гц) позволило многократно снизить их габариты и массу и использовать в качестве материала сердечника (магнитопровода) не электротехническое железо, а ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой.

На основе широтно-импульсной модуляции построены также преобразователи постоянного тока. Без использования инверторных схем преобразование было связано с большими трудностями.

Схема БП

В схему самой распространенной конфигурации импульсного преобразователя входят:

• сетевой помехоподавляющий фильтр;
• выпрямитель;
• сглаживающий фильтр;
• широтно-импульсный преобразователь;
• ключевые транзисторы;
• выходной высокочастотный трансформатор;
• выходные выпрямители;
• выходные индивидуальные и групповые фильтры.

Назначение помехоподавляющего фильтра состоит в задерживании помех от работы устройства в питающую сеть. Коммутация мощных полупроводниковых элементов может сопровождаться созданием кратковременных импульсов в широком спектре частот. Поэтому здесь необходимо в качестве проходных конденсаторов фильтрующих звеньев использовать разработанные специально для этой цели элементы.

Выпрямитель служит для преобразования входного переменного напряжения в постоянное, а установленный следом сглаживающий фильтр устраняет пульсации выпрямленного напряжения.

В том случае когда используется преобразователь постоянного напряжения, выпрямитель и фильтр становятся ненужными, и входной сигнал, пройдя цепи помехоподавляющего фильтра, подается непосредственно на широтно-импульсный преобразователь (модулятор), сокращенно ШИМ.

ШИМ является самой сложной частью схемы импульсного источника питания. В его задачу входят:

• генерация высокочастотных импульсов;
• контроль выходных параметров блока и коррекция импульсной последовательности в соответствии с сигналом обратной связи;
• контроль и защита от перегрузок.

Сигнал с ШИМ подается на управляющие выводы мощных ключевых транзисторов, включенных по мостовой или полумостовой схеме. Силовые выводы транзисторов нагружены на первичную обмотку выходного трансформатора высокой частоты. Вместо традиционных биполярных транзисторов используются IGBT- или MOSFET-транзисторы, которые отличаются малым падением напряжения на переходах и высоким быстродействием. Улучшенные параметры транзисторов способствуют уменьшению рассеиваемой мощности при одинаковых габаритах и технических параметрах конструкции.

Как работает простой и мощный импульсный блок питания

В большинстве современных электронных устройств практически не используются аналоговые (трансформаторные) блоки питания, им на смену пришли импульсные преобразователи напряжения. Чтобы понять, почему так произошло, необходимо рассмотреть конструктивные особенности, а также сильные и слабы стороны этих устройств. Мы также расскажем о назначении основных компонентов импульсных источников, приведем простой пример реализации, который может быть собран своими руками.

Конструктивные особенности и принцип работы

Из нескольких способов преобразования напряжения для питания электронных компонентов, можно выделить два, получивших наибольшее распространение:

1. Аналоговый, основным элементом которого является понижающий трансформатор, помимо основной функции еще и обеспечивающий гальваническую развязку.
2. Импульсный принцип.

Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

БП на основе силового трансформатора

Рассмотрим упрощенную структурную схему данного устройства. Как видно из рисунка, на входе установлен понижающий трансформатор, с его помощью производится преобразование амплитуды питающего напряжения, например из 220 В получаем 15 В. Следующий блок – выпрямитель, его задача преобразовать синусоидальный ток в импульсный (гармоника показана над условным изображением). Для этой цели используются выпрямительные полупроводниковые элементы (диоды), подключенные по мостовой схеме. Их принцип работы можно найти на нашем сайте.

Упрощенная структурная схема аналогового БП

Следующий блок играет выполняет две функции: сглаживает напряжение (для этой цели используется конденсатор соответствующей емкости) и стабилизирует его. Последнее необходимо, чтобы напряжение «не проваливалось» при увеличении нагрузки.

Приведенная структурная схема сильно упрощена, как правило, в источнике данного типа имеется входной фильтр и защитные цепи, но для объяснения работы устройства это не принципиально.

Все недостатки приведенного варианта прямо или косвенно связаны с основным элементом конструкции – трансформатором. Во-первых, его вес и габариты, ограничивают миниатюризацию. Чтобы не быть голословным приведем в качестве примера понижающий трансформатор 220/12 В номинальной мощностью 250 Вт. Вес такого агрегата – около 4-х килограмм, габариты 125х124х89 мм. Можете представить, сколько бы весила зарядка для ноутбука на его основе.

Понижающий трансформатор ОСО-0,25 220/12

Во-вторых, цена таких устройств порой многократно превосходит суммарную стоимость остальных компонентов.

Импульсные устройства

Как видно из структурной схемы, приведенной на рисунке 3, принцип работы данных устройств существенно отличается от аналоговых преобразователей, в первую очередь, отсутствием входного понижающего трансформатора.

Рисунок 3. Структурная схема импульсного блока питания

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

• Питание поступает на сетевой фильтр, его задача минимизировать сетевые помехи, как входящие, так и исходящие, возникающие вследствие работы.
• Далее вступает в работу блок преобразования синусоидального напряжения в импульсное постоянное и сглаживающий фильтр.
• На следующем этапе к процессу подключается инвертор, его задача связана с формированием прямоугольных высокочастотных сигналов. Обратная связь с инвертором осуществляется через блок управления.
• Следующий блок – ИТ, он необходим для автоматического генераторного режима, подачи напряжения на цепи, защиты, управления контроллером, а также нагрузку. Помимо этого в задачу ИТ входит обеспечение гальванической развязки между цепями высокого и низкого напряжения.

В отличие от понижающего трансформатора, сердечник этого устройства изготавливается из ферримагнитных материалов, это способствует надежной передачи ВЧ сигналов, которые могут быть в диапазоне 20-100 кГц. Характерная особенность ИТ заключается в том, что при его подключении критично включение начала и конца обмоток. Небольшие размеры этого устройства позволяют изготавливать приборы миниатюрных размеров, в качестве примера можно привести электронную обвязку (балласт) светодиодной или энергосберегающей лампы.

Теперь, как и обещали, рассмотрим принцип работы основного элемента данного устройства – инвертора.

Как работает инвертор?

ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:

• частотно-импульсным;
• фазо-импульсным;
• широтно-импульсным.

На практике применяется последний вариант. Это связано как с простотой исполнения, так и тем, что у ШИМ неизменна коммуникационная частота, в отличие от двух остальных способов модуляции. Структурная схема, описывающая работу контролера, показана ниже.

Структурная схема ШИМ-контролера и осциллограммы основных сигналов

Алгоритм работы устройства следующий:

Генератор задающей частоты формирует серию прямоугольных сигналов, частота которых соответствует опорной. На основе этого сигнала формируется U_П пилообразной формы, поступающее на вход компаратора К_ШИМ. Ко второму входу этого устройства подводится сигнал U_УС, поступающий с регулирующего усилителя. Сформированный этим усилителем сигнал соответствует пропорциональной разности U_П (опорное напряжение) и U_РС (регулирующий сигнал от цепи обратной связи). То есть, управляющий сигнал U_УС, по сути, напряжением рассогласования с уровнем, зависящим как от тока на грузке, так и напряжению на ней (U_OUT).

Данный способ реализации позволяет организовать замкнутую цепь, которая позволяет управлять напряжением на выходе, то есть, по сути, мы говорим о линейно-дискретном функциональном узле. На его выходе формируются импульсы, с длительностью, зависящей от разницы между опорным и управляющим сигналом. На его основе создается напряжение, для управления ключевым транзистором инвертора.

Процесс стабилизации напряжения на выходе производится путем отслеживания его уровня, при его изменении пропорционально меняется напряжение регулирующего сигнала U_РС, что приводит к увеличению или уменьшению длительности между импульсами.

В результате происходит изменение мощности вторичных цепей, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения на выходе.

Для обеспечения безопасности необходима гальваническая развязка между питающей сетью и обратной связью. Как правило, для этой цели используются оптроны.

Описание работы и устройство импульсного блока питания

Импульсные источники питания (ИИП) заполонили мир. Кажется, что они применяются везде, полностью вытеснив традиционные. На самом деле, этот вопрос неоднозначный.

В обзоре речь пойдет именно об импульсных блоках питания (ИИП) – преобразователях переменного сетевого напряжения в постоянное. Следует отличать такие устройства от импульсных стабилизаторов (стабилизируют входное постоянное напряжение) и преобразователей DC/AC или AC/AC (например, 12VDC/220 VAC, преобразующих напряжение автомобильной бортсети в 220 вольт), хотя в этих устройствах применяются похожие принципы.

Отличия импульсного блока питания от обычного трансформаторного

Традиционный «трансформаторный» блок питания строится по схеме: трансформатор – выпрямитель с фильтром – стабилизатор выходного напряжения (может отсутствовать). Схема несложна и отработана годами, но у нее есть существенный недостаток – при увеличении мощности опережающими темпами растут габариты и вес.

В первую очередь растут размеры и масса трансформатора. Для повышения тока надо увеличивать сечение обмоток, но главный вклад в массогабаритные характеристики вносит сердечник. Не вдаваясь в физические подробности, можно отметить, что эту проблему можно обойти, увеличив частоту, на которой происходит трансформация. Чем выше частота, тем меньшим сердечником можно обойтись. Не зря в авиации и кораблестроении используются электросети на частоту 400 Гц. Многие элементы получаются гораздо легче и компактнее. Но в быту негде взять повышенную частоту. 50 Гц в розетке – все, что доступно потребителю. Поэтому блоки питания на большие токи строят по другому принципу. В них переменное напряжение сети выпрямляется, а затем из него «нарезаются» импульсы более высокой (до нескольких десятков килогерц) частоты. За счет этого трансформатор получается маленьким и легким без потери мощности. Это главное, чем отличается любой импульсный блок питания от обычного.

Еще один источник повышенных размеров и габаритов – стабилизатор. В традиционных БП применяются линейные стабилизаторы. Они требуют повышенного входного напряжения, а разница между входом и выходом, умноженная на ток нагрузки, бесполезно рассеивается. Это ведет к дополнительному увеличению массы трансформатора, который должен обеспечивать необходимый бесполезный запас по мощности, а также требует больших и тяжелых теплоотводящих радиаторов. В ИИП это делается по другому принципу. Напряжение стабилизируется методом изменения ширины импульсов. Это позволяет повысить КПД и не требует отвода излишнего тепла в таком количестве.

В видео-сравнение линейного и импульсного блоков питания.

К недостаткам импульсников можно отнести усложненную схемотехнику и повышенные требования к надежности элементов. Эти минусы сходят на нет с ростом мощности. Считается, что для выходных токов до 2..3 ампер подходят трансформаторные блоки с линейными стабилизаторами, а чем выше нагрузка, тем ярче начинают проявляться преимущества ИИП. При токах от 10 А обычно о трансформаторных БП речь уже не идет.

Среди минусов импульсных источников также надо упомянуть генерацию помех в питающую сеть и «замусоренность» выходного напряжения высокочастотными составляющими.

Какие бывают виды и где применяются

Разделить импульсники можно по разным признакам. По выходному напряжению они делятся на:

• однополярные с одним уровнем напряжения;
• ондополярные с несколькими уровнями напряжения;
• двухполярные.

Эти типы можно комбинировать как угодно – принципиальных ограничений нет. Можно создать блок питания, например, с несколькими однополярными напряжениями (+5 В, +24 В) и с двуполярным (±12 В), или с двумя двуполярными выходами (±12 В, ±5 В). Все зависит от области применения.

Более интересной является информация о типе стабилизации. Здесь ИИП можно разделить на категории:

1. Нестабилизированные источники. У них выходное напряжение зависит от нагрузки. Могут быть применены для питания оконечных устройств аудиоаппаратуры (усилители и т.п.).
2. Стабилизированные источники. У таких устройств от нагрузки могут не зависеть напряжение, ток или и то, и другое. Источники со стабилизированным напряжением используются, например, в качестве БП для компьютеров и серверов, или для заряжания кислотно-свинцовых аккумуляторов. Стабилизированный ток подойдет для зарядных устройств для других типов АКБ.
3. Регулируемые источники. У них уровень выходного напряжения и тока можно выставлять в определенных пределах в зависимости от потребности. Такие устройства используются в качестве лабораторных источников питания.

Описать все области использования импульсников невозможно. Они применяются там, где надо получить большой ток от легкого и компактного источника.

Также можно разделить ИИП по схемотехнике:

• с импульсным трансформатором;
• с накопительной индуктивностью.

В схемотехнику можно углубляться и дальше и классифицировать БП по другим критериям, но это принципиального значения не имеет.

Структурная схема и описание работы основных узлов ИБП

Структурная схема импульсника сложнее, чем у трансформаторного источника. Для понимания принципа работы импульсного блока питания в целом, надо разобрать функционирование каждого узла в отдельности.

Входные цепи

Входные цепи предназначены для защиты сети от перегрузки при неисправности БП и от импульсных помех, возникающих при работе устройства. В качестве примера можно рассмотреть фильтр и защиту промышленного компьютерного ИИП.

Плавкий 5-амперный предохранитель перегорает при превышении номинального тока при аварийной ситуации в БП. Для защиты от повышения напряжения предусмотрен варистор V1. В штатном режиме он не влияет на работу устройства. При скачке в сети от открывается, его сопротивление резко увеличивается, ток через варистор возрастает. Это вызывает перегорание предохранителя.

Терморезистор с отрицательным коэффициентом сопротивления THR1 сначала имеет большое сопротивление и ограничивает ток, идущий на зарядку конденсаторов фильтра высоковольтного выпрямителя. Потом термистор прогревается проходящим через него током, его сопротивление падает, но к тому моменту емкости уже будут заряжены. Конденсаторы CX1, C11, C12, CY3 и синфазный дроссель FL1 защищают сеть от синфазных и дифференциальных помех.

Высоковольтный выпрямитель и фильтр

Высоковольтный выпрямитель обычно строится по традиционной мостовой двухполупериодной схеме и особенностей не имеет. Если в преобразователе применяется полумостовая схема, то фильтр выполняется из двух емкостей, включенных последовательно – так формируется средняя точка с напряжением, равным половине питания.

Иногда параллельно конденсаторам ставят резисторы. Они нужны для разряда емкостей после выключения питания.

Инвертор

Преобразование постоянного напряжения в импульсное происходит с помощью инвертора на полупроводниковых ключах (часто на транзисторах). Открываясь и закрываясь, ключи подают в обмотку импульсы напряжения. Таким методом получается своеобразное переменное напряжение (однополярное), которое может быть трансформировано в напряжение другого уровня обычным способом.

Самая простая схема преобразователя постоянного напряжения в импульсное – однотактная. Для ее реализации нужен минимум элементов. Недостаток такого узла – при росте мощности резко растут габариты и масса трансформатора. Связано это с принципом действия такого преобразователя. Он работает в два цикла – во время первого транзистор открыт, энергия запасается в индуктивности первичной обмотки. Во время второго запасенная энергия отдается в нагрузку. Чем больше мощность, тем больше должна быть индуктивность, тем больше должно быть витков в первичной обмотке (соответственно, увеличивается количество витков во вторичных обмотках).

От этого недостатка свободна двухтактная схема со средней точкой (пушпульная). Первичная обмотка трансформатора разделена на две секции, которые через ключи поочередно подключаются к минусовой шине. На рисунке красной стрелкой показано направление тока для одного цикла, а красной – для другого. Минусом является необходимость иметь удвоенное количество витков в первичке, а также наличие выбросов в момент коммутации. Их амплитуда может достигать двойного значения от напряжения питания, поэтому надо применять транзисторы с соответствующими параметрами. Сфера применения такой схемы – низковольтные преобразователи.

Выбросы отсутствуют, если инвертор выполнен по мостовой схеме. Из четырех транзисторов составлен мост, в диагональ которого включена первичная обмотка трансформатора. Транзисторы открываются попарно:

• первый цикл – верхний левый и нижний правый;
• второй цикл – нижний левый и верхний правый.

Обмотка подключается к плюсу питания то одним выводом, то другим. Минусом является применение 4 транзисторов вместо двух.

Компромиссным вариантом считается применение полумостовой схемы. Здесь коммутируется один конец первичной обмотки, а второй подключен к делителю из двух емкостей. В этой схеме также отсутствуют выбросы напряжения, но применено всего два транзистора. Недостаток такого решения – к первичной обмотке прикладывается только половина питающего напряжения. Вторая проблема – при создании мощных источников емкость конденсаторов делителя растет, и их стоимость становится нецелесообразной.

Если ИИП построен по схеме с регулировкой параметров методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то в большинстве случаев ключи приводятся в действие не напрямую от микросхемы ШИМ, а через промежуточный узел – драйвер. Связано это с повышенными требованиями к прямоугольности управляющих сигналов.

В схемах всех преобразователей используются как полевые, так и биполярные транзисторы, а также IGBT, сочетающие свойства обоих типов.

Выпрямитель

Трансформированное во вторичные обмотки напряжение надо выпрямить. Если требуется выходное напряжение выше +12 вольт, можно применять обычные мостовые схемы (как и в высоковольтной части).

Если напряжение низкое, то выгодно применять двухполупериодные схемы со средней точкой. Их преимущество в том, что падение напряжение происходит только на одном диоде для каждого полупериода. Это позволяет сократить количество витков в обмотке. Для этой же цели используют диоды Шоттки и сборки на них. Недостаток такого решения – более сложная конструкция вторичной обмотки.

Фильтр

Выпрямленное напряжение надо отфильтровать. Для этой цели применяются как традиционные емкости, так и индуктивности. Для используемых частот преобразования дроссели получаются небольшими, легкими, но работают эффективно.

Цепи обратной связи

Цепи обратной связи служат для стабилизации и регулировки выходного напряжения, а также для ограничения тока. Если источник нестабилизированный, у него эти цепи отсутствуют. У устройств со стабилизацией тока или напряжения эти цепи выполняются на постоянных элементах (иногда с возможностью подстройки). У регулируемых источников (лабораторных и т.п.) в обратную связь включены органы управления для оперативной регулировки параметров.

У компьютерного БП дополнительно имеется схема управления и формирования служебных сигналов (Power_good, Stand By и т.д.).

Как устроен ШИМ контроллер

В стабилизированных и регулируемых источниках питания напряжение на выходе поддерживается методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Суть метода в том, что первичная обмотка питается импульсами неизменной амплитуды и частоты. Для регулировки напряжения в зависимости от нагрузки или выбранного уровня изменяется ширина импульса. Трансформированные во вторичную обмотку импульсы затем выпрямляются и усредняются на выходном конденсаторе фильтра. Чем больше ширина импульса, тем выше усредненное напряжение. Если в результате увеличения тока нагрузки напряжение на выходе просело, ШИМ-контроллер сравнивает выходное напряжение с заданным и дает команду увеличить ширину импульсов. Если напряжение увеличилось, ширина импульсов уменьшается. Среднее напряжение также уменьшается.

Культовой микросхемой для построения импульсных источников считается TL494. На ее примере можно разобрать принцип действия
шим контроллера блока питания.

Назначение выводов микросхемы указано в таблице.

Назначение	Обозначение	Номер вывода		Номер вывода	Обозначение	Назначение
Прямой вход усилителя ошибки 1	IN1	1		16	IN2	Прямой вход усилителя ошибки 1
Инверсный вход усилителя ошибки 1	­IN1	2		15	IN2	Инверсный вход усилителя ошибки 1
Выход обратной связи	FB	3		14	Vref	Выход опорного напряжения
Управление временем задержки	DTC	4		13	ОТС	Выбор режима работы
Частотозадающий конденсатор	C	5		12	VCC	Напряжение питания
Частотозадающий резистор	R	6		11	С2	Коллектор 2-го транзистора
Общий провод	GND	7		10	E1	Эмиттер 1-го транзистора
Коллектор 1-го транзистора	C1	8	9		E2	Эмиттер 2 -го транзистора

На выводы 7 и 12 подается напряжение питания +7..40 вольт. На выходе микросхемы установлены два транзистора, которые можно использовать для управления внешними ключами. Коллекторы (выводы 8 и 11) и эмиттеры (10 и 9) выходных транзисторов никуда не подключены. Их можно включать по схеме с открытым коллектором или с открытым эмиттером. Микросхема оптимизирована для управления ключами на биполярных транзисторах, но с использованием немного усложненных схемотехнических решений можно переключать и полевые транзисторы.

Частоту генератора задают элементы, подключаемые к выводам 5 и 6. Напряжением на выводе 4 ограничивают ширину выходного импульса. Это необходимо для исключения «перехлеста» открытия транзисторов чтобы избежать ситуации, когда оба ключа оказываются открыты. Через этот вывод также можно организовать мягкий пуск БП. Вывод 13 служит для перевода микросхемы в однотактный режим. Если его подключить к общему проводу, импульсы на выводах обоих ключей станут одинаковыми. На выводе 14 постоянно присутствует образцовое напряжение, равное +5 вольтам. Оно может быть использовано в любых схемотехнических целях.

Выводы 1 и 2 служат прямым и инверсным выводами усилителя ошибки. Если напряжение на выводе 1 превышает напряжение на 2 ноге, то ширина выходных импульсов будет уменьшаться пропорционально разнице на этих выводах. Если напряжение на 2 выводе выше, чем на 1, то на выходе импульсы будут отсутствовать. Также работает второй усилитель ошибки (выводы 16 и 15). Выходы обоих усилителей соединены по схеме ИЛИ и подключены к ноге 3. Первый усилитель обычно используют для регулирования напряжения, второй – для регулирования тока.

В качестве примера можно рассмотреть схему лабораторного источника на данной микросхеме. Здесь применены практически все технические решения, описанные выше. Регулируемая обратная связь, выполненная на операционных усилителях OP1..OP4, позволяет настраивать уровень выходного напряжения и ограничивать ток. Для создания импульсного напряжения используется полумостовой инвертор на биполярных транзисторах, подключенных к микросхеме посредством драйвера.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

Также при создании ИИП применяются и другие микросхемы-регуляторы ШИМ. Они могут отличаться от TL494 по функционалу и назначению выводов, но в них используются те же принципы. Разобраться в их работе не составит труда.

Что такое импульсный блок питания

Импульсный блок питания сегодня можно встретить в подавляющем большинстве электронного оборудования, как в бытовой так и в промышленной технике. Однако, в случае выхода из строя импульсного блока питания, есть два варианта решения этой проблемы — отдать в руки специалистам или отремонтировать импульсник своими руками.

Импульсный блок питания — основные характеристики и ремонт

Есть много книг и статей о том, как разработать импульсный блок питания, но не так много написано о том, как их починить в случае поломки. По мере того, как ИИП сегодня становятся повсеместным явлением в электронных устройствах, возникает необходимость четко понимать, как они работают, и, что не менее важно, как они выходят из строя.

Принцип работы импульсного блока питания

На приведенной выше схеме тракт первичного напряжения находится до трансформатора, выполненного на ферритовом сердечнике, а во входной силовой цепи 220 В, установлен плавкий предохранитель. Далее по цепи установлен сглаживающий фильтр по питанию, который выполняет функцию снижения пульсаций выпрямленного напряжения.

За сглаживающим фильтром в цепи расположен выпрямитель переменного напряжения, собранного на четырех быстровосстанавливающихся диодах FR207, рассчитанного на максимальное постоянное обратное напряжение 1000 В и электролитического конденсатора. Данный импульсный блок питания, для исключения высоковольтных импульсов, имеет в своей схеме варистор VDR0, который установлен параллельно с входным конденсатором.

Защита, выполненная на варисторе работает таким образом: при возникновении предельного напряжения, сопротивление варистора моментально снижается. Следовательно, весь излишний ток проходит через варистор на предохранитель и сжигает его, тем самым разрывая силовую цепь.

Включенный параллельно выпрямительному мосту диод D0, также выполняет роль защитного элемента схемы в случае сгорания диодного моста. При возникновении не штатной ситуации, этот блокирующий диод закроет проход обратному напряжению в основной тракт схемы, так как в этом случае опять же сработает предохранитель.

Далее в цепи предусмотрен еще один варистор VDR1 с сопротивлением 4,3 Ом, который также выполняет функцию выравнивания бросков тока во время включения. Кроме этого он обеспечивает корректный заряд электролитического конденсатора С1.

Роль активных компонентов в первичном тракте ИИП выполняют следующие элементы. Полевой транзистор Q1 и ШИМ-контроллер. Транзистор 10N60 MOSFET конвертирует DC-напряжение 310v в переменное. Преобразование в переменное выполняется вторичной обмоткой трансформатора Т1, тем самым на выходе мы уже получаем пониженное напряжение.

Кроме этого, для подачи питания на ШИМ-контроллер берется выпрямленное напряжение, которое снимается с добавочного отвода обмотки трансформатора.

Импульсный блока питания — принцип работы вторичной цепи

В выходном тракте трансформатора обычно устанавливается или диодный мост, или один выпрямительный диод и сглаживающее пульсации устройство в виде CLC фильтра. Фильтр выполнен на электролитических конденсаторах и дросселе.

Чтобы обеспечить корректную стабилизацию напряжения на выходе, для этого применяется оптическая обратная связь. С ее помощью удается сделать гальваническое разделение входного и выходного напряжение. Для функции реализации обратной связи задействован оптоэлектронный прибор OC1 и микросхема регулируемого стабилизатора напряжения TL431.

В случае, когда напряжение на выходе, после того как оно уже выпрямлено, будет больше напряжения микросхемы TL431, то в этот момент включается фотодиод. В свою очередь фотодиод включает фототранзистор, который управляется драйвером ШИМ-контроллера. Регулятор напряжения TL431 уменьшает безразмерную величину импульсов либо совсем останавливается. До тех пор пока напряжение не уменьшится до номинального.

Как ремонтировать импульсный блок питания

Согласно представленной выше принципиальной схеме импульсного блока питания, далее начнем рассматривать непосредственно сам ремонт.

Часто возникающие неисправности:

• Когда сгорает один из двух варисторов либо оба с предохранителем, то копаем дальше. Так как в основном они без причины не выйдут из строя.
• Полетел диодный мост или диодная сборка. Если в схему включен диод для защиты, то и он как правило вылетает. В этом случае его нужно менять.
• Проблема с конденсатором C1 с напряжением 400В. Хотя не очень часто, но иногда случается. В некоторых случаях его повреждение можно определить визуально. Хотя, это не всегда удается.
• Бывает, что проблемный конденсатор имеет внутренний обрыв, или наоборот коротко замкнутый, либо от времени высох электролит.
• Когда есть подозрение на транзистор переключения, тогда нужно его выпаивать и прозванивать. При большой утечки переходов, его следует заменить.
• Если не регулируется напряжение на стабилизаторе, то также меняем его.
• Коротко замкнутые витки или обрыв в обмотках трансформатора ведет к его замене на новый. Либо дорогостоящая перемотка.
• Повреждение оптрона — случается очень редко.

Импульсный блок питания — наглядные примеры по ремонту

Ремонт импульсного блока питания с несколькими напряжениями

Поломка представляла собой отсутствие в выходном тракте ИИП необходимых напряжений. Например, один блок питания имел сразу две вышедших из строя емкости в первичной цепи, но эти конденсаторы оказались «беременны» )).

Во втором отказывался работать ШИМ-контроллер

При первом визуальном осмотре все конденсаторы выглядели вполне нормальными, но как выяснилось позже, их сопротивление между выводами оказалось очень велико. Кроме этого, внутреннее сопротивление ESR емкости (на снимке под номером 2, обведенное красным кружком) составляло во много раз больше номинального.

Данный конденсатор был установлен в дополнительной обвязки ШИМ-регулятора, следовательно регулятор не подавал признаков жизни. Оживить импульсный блок питания удалось только после установки нового конденсатора.

Ремонт блоков питания от персональных компьютеров

Пример ремонта импульсного блока питания для компьютера. В этом случае, пациентом оказался не дешевый БП мощностью 800 Вт. При попытке его включить срабатывал автомат защиты.

В процессе поиска неисправности, обнаружилось, что виновником поломки оказался транзистор с пробитом переходом, установлен он был в цепи первичного напряжения. Ремонт данного блока питания обошелся владельцу в 3000 руб.

Кстати, намного выгоднее выполнять ремонты именно дорогих компьютерных БП, так как их ремонт иногда может превысить стоимость нового блока.

Примерная стоимость ремонта импульсных блоков питания

Конечно стоимость ремонта различных импульсных блоков питания сильно разнятся. Ведь сейчас в сети Интернет можно найти большое количество принципиальных схем импульсных блоков питания. Но в них много отличий друг от друга, в особенности это проявляется в схемах с PFC, то есть с коэффициентом коррекции мощности.

Но главное в этом деле, является наличие принципиальной схемы на вышедший из строя БП либо свободный доступ к ней в интернете. Следовательно, есть такая схема, то можно считать, что уже пол дела сделано. Так как это кардинально облегчает поиск неисправности и последующий ремонт.

Конечно цена ремонта везде может быть разная, но в основном для стандартных БП находится в размере от 1000 руб. Однако, может доходить и до 10000 рублей для навороченных импульсных блоков питания. Цена выводится сложностью схемотехники устройства. А, также количеством сгоревших компонентов в схеме. Если считать, что все новые блоки питания идентичны, то все поломки могут быть разными.

Вот был один момент: в принесенном на ремонт импульсном блоке питания сгорело 10 компонентов, и три дорожки на плате. Но несмотря на это, ремонт был выполнен успешно, при этом стоимость восстановления устройства обошлась клиенту 9000 рублей. Хотя цена такого импульсника в магазине колеблется в пределах около миллиона рублей. Нужно заметить, что подобные блоки питания ни России ни страны ближнего зарубежья не продают.

Шуруповерт: особенности конструкции и способы ремонта своими руками

Наиболее часто используемый инструмент абсолютно любого домашнего умельца — это, конечно же, шуруповерт. Однако, как и всякий электрический прибор, он подвержен поломкам. Что же делать в этой ситуации? Для исполнения отдельных мероприятий можно воспользоваться электрической дрелью, но только для некоторых. Инструмент также можно отнести к специалистам сервис-центра и ждать, пока они его починят. Однако это сопряжено с тратой денег и времени. Но есть и другое решение — ремонт шуруповерта своими руками. Сделать это не так уж и трудно.

• Особенности конструкции
• Электрические неисправности
• Механические неисправности

Особенности конструкции

Перед изучением неисправностей нужно узнать об устройстве этого оборудования, то есть о схеме шуруповерта.

Начать следует с кнопки активизации. Она исполняет сразу пару функций: запуск электропривода и регулирование скорости оборотов. При надавливании на кнопку происходит замыкание электроцепи. Устройство же, регулирующее обороты, находится на плане. Интенсивность работы определяется силой нажатия на указанную выше кнопку. От расположения ШИМ генератора зависит уровень создаваемого импульса. Если говорить простыми словами, то принцип получается следующим: чем сильнее мастер нажимает на данную кнопку, тем сильнее импульс и напряжение.

Переключение на реверс производится посредством изменения полярности клемм с помощью перекидных контактов, перебрасываемых посредством рукояти реверса.

Электрический двигатель. В таких устройствах, как правило, используются однофазные двигатели коллекторного типа. Они отличаются высоким уровнем надежности, простотой обслуживания и изготовления. В состав конструкции этого привода входит корпус с магнитами, щетки и якорь.

Редуктор. Предназначение данного элемента основывается на преобразовании оборотов двигателя в обороты патронного вала. Есть две разновидности редукторов, которые применяются для производства шуруповертов: классическая и планетарная. Первый вариант применяется в очень редких случаях, потому следует поговорить о планетарных изделиях. Итак, редуктор планетарного типа включает в себя следующие детали:

• солнечная шестеренка;
• кольцевая шестеренка;
• водило и сателлиты.

Вал якоря приводит в движение солнечную шестеренку, зубчики которой заставляют двигаться сателлиты, а они, в свою очередь, передают усилие на водило.

Регулятор усилия позволяет производить регулировку усилия, подаваемого на шуруп. Большинство современных шуруповертов обладают 16 регулировочными режимами. То есть они позволяют работать даже с крайне хрупкими материалами.

Патрон закрепляется на редукторном валу и обладает тремя кулачками, которые фиксируют элемент внутри него.

Электрические неисправности

Узнав о конструкции этого инструмента, можно переходить к рассмотрению самых распространенных неисправностей. И начать следует именно с электрочасти. Самыми характерными «симптомами» такого рода поломок считаются:

• устройство не запускается;
• отсутствует переключение режима «реверс»;
• не работает регулировка числа оборотов.

Шуруповерт не запускается. Для начала следует проверить состояние аккумуляторной батареи. Если вы уже пробовали подзаряжать инструмент, и это не дало никакого положительного результата, то следует взять мультиметр и попытаться выявить проблему. Сначала нужно измерить напряжение на аккумуляторе, которое должно соответствовать показателям, указанным на самой батарее. При слишком низком значении нужно отыскать неисправную деталь — устройство для подзарядки или АКБ.

Проверить состояние «зарядника» можно с помощью мультиметра. Для этого его нужно включить в электросеть и проверить напряжение на холостом ходу. Должно получиться значение примерно на два-три вольта больше номинального. Если же напряжение вовсе отсутствует, то неисправность находится именно в зарядном блоке. В этом случае, чтобы починить инструмент, вам потребуются широкие познания в электронной технике.

Если же поломка в АКБ, то блок нужно вскрыть. После этого нужно внимательно осмотреть состояние проводов и контактов, а также произвести проверку надежности пайки.

В ситуации, если АКБ и зарядное устройство полностью исправны, а инструмент все равно не желает запускаться, его придется разобрать. От аккумуляторных клемм идет пара проводков. Нужно взять мультиметр и измерить напряжение непосредственно на входе кнопки при вставленном АКБ. Если на входе имеется напряжение, то батарею следует извлечь и с помощью специальных зажимов «крокодилов» нужно замкнуть провода, идущие от АКБ. Настраиваем устройство на измерение показателей сопротивления (в Ом). Надавливаем до упора на кнопку и измеряем показатель на выходе. Устройство должно отобразить показатель сопротивления.

Если это произошло — с кнопкой нет никаких проблем, а неисправность либо в щеточках, либо в каких-то иных деталях электрического двигателя. В ситуации, если прибор выдает обрыв, требуется ремонт или полная замена кнопки. Самое важное при демонтаже кнопки — не торопиться и быть максимально аккуратным, в противном случае можно потерять мелкие детали. Аналогичные действия нужно предпринять и в том случае, если отсутствует реверс.

Электропривод функционирует на максимуме, а настройка числа оборотов не работает? Причина этой проблемы может быть и в регулирующем транзисторе, и в кнопке.

В том случае, если все электроцепи привода находятся в исправном состоянии, но шуруповерт так и неисправен, поломка в щетках. Специалисты рекомендуют менять эти части в том случае, если их первоначальная длина стерлась на сорок процентов.

Можно произвести проверку обмоток якоря. В случае, если неисправность именно в них, якорь можно приобрести и заменить своими руками.

Механические неисправности

К поломкам механической части относятся следующие:

• в процессе эксплуатации шуруповерт издает посторонний шум, которого не было раньше;
• инструмент сильно вибрирует;
• устройство запускается, но через некоторое время его начинает заклинивать.

Причинами шума при эксплуатации шуруповерта может быть деформация якорного подшипника или втулок. Для решения этой проблемы следует разобрать двигатель и проверить уровень износа и целостность этих деталей. При вращении якоря не должно быть никаких перекосов и трений. Если есть необходимость, то эти детали можно купить в специальном магазине и поменять собственноручно. Что касается редуктора шуруповерта, что в большинстве ситуаций требуется полная замена сломанных элементов этого узла.

Все действия, о которых рассказано выше, требуют последовательности и аккуратности. Воспользовавшись представленной информацией, можно самостоятельно отремонтировать шуруповерт, не прибегая к помощи специалистов.

Шуруповерт — особенности конструкции и способы ремонта своими руками

Шуруповерт — это универсальный инструмент, способный сверлить, резать, чистить, шлифовать и выполнять другие задачи, что зависит от установленной в патроне насадки. Как и все инструменты, рассматриваемый прибор (независимо от его качества) ломается. В этом случае поможет только ремонт шуруповёрта или покупка нового прибора. Отремонтировать его самостоятельно — просто, с чем может справиться даже новичок. Если возникают затруднения, то инструкция на сайте всегда поможет быстро устранить поломку.

Конструкция шуруповерта

Перед ремонтными работами необходимо изучить в теории устройство шуруповерта макита, например.

Моделей этих инструментов на рынке очень много, но принцип действия и конструктивные особенности похожие.

Все шуруповерты имеют следующие узлы:

• Электродвигатель.
• Редуктор планетарный.
• Блок питания.
• Многофункциональная кнопка «Пуск».
• Переключатель реверсный.
• Регулятор усилий.

Главным управляющим элементом считается пусковая кнопка. Она выполняет несколько задач: замыкает цепь питания электродвигателя и управляет регулятором оборотов.

Сила и глубина нажатия регулируют скорость вращения шпинделя. Это важный показатель в работе устройства. Чем дальше нажата пусковая кнопка, тем больше мощность инструмента.

Внутри корпуса расположен электронный регулятор, состоящий из ШИМ генератора. Этот элемент размещен на плате. Вдоль платы передвигается контакт, которым завершается кнопка «Пуск».

От положения контакта зависит передаваемая величина уровня импульса на ключ. Ключом является полевой транзистор. Принцип действия интуитивно понятный: чем сильнее нажата кнопка, тем больше значение импульса. Транзистор с увеличением импульса все больше открывается и увеличивает напряжение, подаваемое на электродвигатель.

Электрический двигатель представляет собой устройство в цилиндрическом корпусе. Питается электродвигатель от сети постоянного тока. Чаще всего в шуруповертах применяются коллекторные однофазные устройства непрерывного тока. Они просты в изготовлении и надежны.

Мотор состоит из:

• Корпуса.
• Магнитов.
• Щеток.
• Якоря.

Щетки принимают на себя направление тока. При изменении полярности подаваемого напряжения происходит смена направления вращения мотора — реверс.

За реверс отвечает переключатель. Его удобно использовать не только при закручивании, но и откручивании винтов и шурупов.

Редукторный отдел понижает высокие обороты электродвигателя. И передает пониженное вращение на вал патрона. Редукторы могут быть планетарными и классическими. Наиболее распространены планетарные.

Планетарные редукторы состоят из:

• Кольцевой шестерни.
• Солнечной шестерни.
• Водилы.
• Сателлитов.

Водило вращается за счет сателлитов, которые действуют с помощью зубчиков солнечной шестерни. А сама солнечная шестерня работает от вала якоря.

Планетарные редукторы изготавливаются из металла или износоустойчивого пластика. Обычно рассчитаны на две скорости.

Режим первой скорости используется при закрутке или раскрутке саморезов. На второй скорости происходит сверление. Сверлить можно дерево, пластмассу, металл.

От регулятора усилий зависит скорость закручивания изделий. Наиболее популярна шестнадцати ступенчатая градация. Регулируя ее, можно точно определить актуальную скорость затяжки при работе с конкретным материалом.

Питается инструмент от габаритных аккумуляторов. Напряжение, в зависимости от модели, составляет от девяти до восемнадцати вольт.

Устройство шуроповерта

Практически все представленные на рынке модели шуроповертов имеют схожую конструкцию.

Основные узлы шуруповерта

• Электродвигатель. Является исполнительным и основным органом, преобразующим электрическую энергию в энергию вращения.
• Планетарный механизм. Позволяет изменять направление вращения патрона инструмента.
• Широтно-импульсный регулятор. Дает возможность при изменении усилия на кнопку включения корректировать обороты.
• Патрон. Представляет собой механический узел для фиксации бит, свёрл и других инструментов.
• Корпус. Изготовленный из пластика литьем под давлением, он служит остовом для монтажа всех исполнительных узлов шуруповерта. В качестве эстетичного дополнения на корпусе уставлена прорезиненная рукоять.
• Регулятор усилия (трещотка). Устанавливается между планетарным механизмом и патроном. Ограничивает момент затяжки для предотвращения проскальзывания биты в шурупе и, как следствие, возможного повреждения монтируемого материала. Каждая цифра на трещотке обозначает момент затяжки, который увеличивается в зависимости от возрастания цифрового ряда.

Корпус шуруповерта

Современные бытовые устройства имеют, как правило, пластмассовый корпус, что позволяет облегчить конструкцию и снизить стоимость. В редких случаях можно найти корпус из металлических сплавов, отличающийся повышенной прочностью. Для удобства разборки корпус составлен из двух половинок, а для удобства эксплуатации выполняется, обычно, в виде пистолета с удобной ручкой, на которой крепится пусковая кнопка.

Назначение всех деталей и узлов инструмента — как они называются

Если поломался шуруповерт, то перед тем, как его ремонтировать, нужно разобраться, какая конкретно деталь вышла из строя. Чтобы узнать неисправность самостоятельно, надо разобраться с назначением каждого узла и его конструктивными параметрами.

1. Кнопка пуска — именно с нее начинается работа инструмента. Данный механизм выполняет две опции — включает цепь питания, то есть подает напряжение на электромотор, а также регулирует количество оборотов вращения двигателя. Чем сильнее нажатие кнопки, тем с большей скоростью будет вращаться патрон. В качестве регулятора оборотов применяется электронный ШИМ генератор, который установлен на плате. При нажатии на кнопку происходит перемещение контакта по плате. В качестве контакта применяется полевой транзистор, который и играет роль регулятора скорости вращения
2. Электромотор — в портативных инструментах используются однофазные электродвигатели постоянного тока коллекторного типа. К достоинствам этих агрегатов относится высокая надежность и простота обслуживания. Электродвигатель состоит из магнитов (играют роль статора), якоря и щеток. Применение магнитов значительно удешевляет стоимость агрегата
3. Реверс — эта опция реализуется за счет смены полярности на клеммах. Для того чтобы пользователь не выполнял смену полярности вручную, в конструкции инструмента применяются перекидные контакты в виде переключателя. Этот переключатель расположен возле кнопки «Пуск»
4. Редуктор — это набор шестерней, за счет которых происходит увеличение момента вращения патрона или понижение скорости. В «шуриках» применяют два типа редукторов — планетарные и классические. Классические подобны тем, которые устанавливаются на дрелях, только в шуруповертах они встречаются очень редко. Более популярны планетарные редукторы, состоящие из кольцевой (промежуточная) и солнечной шестеренки, а также сателлитов. В действие от вала двигателя приводится солнечная шестерня. От ее вращения в движение приводятся сателлиты, передающие вращающий момент к кольцевой шестеренке. В зависимости от количества скоростей, планетарные редуктора могут быть двухступенчатыми или трехступенчатыми. Чем больше скоростей, тем дороже будет стоить инструмент
5. Регулятор усилия — обычно применяется 16 позиций усилий, но есть и такие модели, которые имеют большее количество. От величины усилия зависит возможность завинчивания шурупа в дерево. Если нужно завинтить шуруп в гипсокартон или другие мягкие материалы, то большое усилие для этого не потребуется, поэтому регулятор можно установить в положение от 1 до 7
6. Патрон — механизм имеет простой принцип работы. Состоит приспособление из трех кулачков, которые надежно фиксируют устанавливаемые насадки. Достоинство быстрозажимных устройств — высокая скорость смены насадок
7. Корпус — пластиковая ударопрочная конструкция, внутри которой расположены все составные детали. Чтобы отремонтировать прибор, надо разобрать корпус. Для этого производители выпускают корпуса из двух частей, соединяемых при помощи винтов
8. Аккумулятор — производители выпускают два типа портативных аккумуляторов с наполнением из никель-кадмия и литий-иона (как на мобильных телефонах). Литий-ионные являются долговечными и более надежными, однако они стоят в 3-4 раза дороже, чем инструменты с никель-кадмиевыми батареями. Обычно с шуруповертом комплектуется две никель-кадмиевые батареи, что связано с небольшим их сроком службы

Это интересно! Если встречаются аккумуляторы, которые имеют цельную конструкцию корпуса, то это означает, что они не предназначены для самостоятельного ремонта.

Если сломался шуруповерт, то отремонтировать его дома не трудно, если только отыскать поломку. К частым проблемам неисправностей шуруповертов относят выход из строя аккумуляторов, замена которых может вызвать некоторые трудности. Рассмотрим механические и электрические неисправности, а также особенности их устранения своими силами.

Как правильно разобрать шуруповерт — инструкция для новичков

Перед тем, как ремонтировать рассматриваемый прибор, его нужно правильно и аккуратно разобрать. Новички не всегда справляются с этой задачей, поэтому будет интересно узнать, как же правильно выполняется разборка. Инструкция по разборке шуруповерта имеет следующий вид:

1. Разборку нужно проводить на столе, чтобы не растерять составные детали. Изначально нужно выкрутить все винты, которыми крепится корпус устройства
2. Раскрыть корпус осторожно, чтобы не повредить его. Чтобы исключить повреждение пластиковой конструкции корпуса, можно воспользоваться пластиковой лопаткой
3. Если после вывинчивания крепежных деталей корпус не разбирается, нужно внимательно осмотреть его внутреннюю конструкцию. В конструкции могут находиться скобы, которые нужно извлечь
4. После разборки нужно располагать детали в порядке их снятия, чтобы не попутать и собрать прибор обратно

Если внутри имеются признаки окислов, то это означает, что в прибор попадала вода. Высока вероятность того, что причиной неработоспособности устройства является высокая влажность, которая повлекла за собой выход из строя деталей шуруповерта. После разборки инструмента, можно переходить к его ремонту. Видео описание процесса разборки ниже.

Ремонт шуруповёрта своими руками и причины неисправности

Любое устройство, сочетающее в себе электрические и механические узлы, со временем приходит в негодность. Это связано как с условиями эксплуатации, так и естественным износом частей. Не исключение и шуруповёрт. В процессе работы его механические узлы быстро забиваются пылью, двигатель работает в тяжёлых условиях, теряется ёмкость аккумулятора. Ремонт шуруповёрта можно доверить сервисным центрам, но провести его самостоятельно выгодней, так как этот процесс совсем несложен.

История появления устройства

Шуруповёрт представляет собой электроинструмент. Основное его назначение, следующее из названия, закручивать или откручивать крепёжный элемент. После того как в 1868 году была изобретена электродрель, развитие электроинструмента получила широкое распространение. Основополагающие компании DeWalt, Bosch, Black&Decker, Makita и Hitachi развивали индустрию, создавая новые устройства.

Появление в 1934 году винта с крестовым разъёмом повлекло спрос на электрический инструмент для его закручивания. Особенно востребованным он оказался в машиностроении. Первого такого рода приспособление называлось гайковёрт. С появлением аккумуляторов устройство получило мобильность, и в обиход вошло название шуруповёрт. Его массовое производство началось в начале 80-х годов.

Современные устройства постоянно совершенствуются, но в большей мере это относится к способу автономности и управления. Конструкция же устройства остаётся неизменной.

Принцип работы и основные узлы

Перед тем как приступить к ремонту шуруповёрта своими руками, необходимо понимать принцип его работы и из каких частей он состоит. Основное отличие шуруповёрта от другого электроинструмента — это использование механизма, останавливающего вращение рабочей части устройства. Происходит это при достижении максимально настроенного для инструмента сопротивления. Эта величина непостоянная и может подстраиваться. Существуют две разновидности прибора:

• работающие от сети 220 вольт;
• использующие аккумуляторную батарею.

Независимо от разновидности устройства, принцип действия у них одинаков и построен на передаче вращательного момента. Он определяет, какой крепёжный инструмент сможет закрутить шуруповёрт. Для увеличения вращающего момента в приборах применяют редукторы с большим передаточным соотношением, но скорость вращения снижается. У шуруповёртов, работающих от сети переменного тока, значение вращающего момента соотносится с потребляемой мощностью инструмента. Основные части, лежащие в основе устройства шуруповёрта, будь то Макита, Хитачи или Зубр, следующие:

• электродвигатель;
• нажимная кнопка;
• регулятор оборотов с реверсом;
• зажимной патрон;
• электронный блок;
• редуктор.

Электродвигатель вращает с установленной скоростью шпиндель, используя для этого планетарный редуктор. Крутящий момент регулируется муфтой, а на шпиндель надет зажимной патрон или шестигранный держатель. В этот патрон устанавливается сменное приспособление под названием «бита». Управляется шуруповёрт электронной схемой и переключением реверса.

Реверс происходит за счёт смены полярности питания. В качестве двигателя используется однофазный коллекторный электродвигатель непрерывного тока. Такой двигатель предназначен для подключения к сети переменного тока. Обмотка возбуждения соединена последовательно с якорной обмоткой и делится на две части. Одна включается до якоря, а другая после него.

В инструменте применяется редуктор планетарного типа. В состав редуктора входят солнечная и кольцевая шестерёнки, сателлиты, водило. Вал электродвигателя вращает солнечную шестерню, которая передаёт вращающий момент сателлитам, а те уже напрямую воздействуют на водило.

Редуктор выпускается одно- и двухступенчатого вида. Во втором случае используется двойное водило, связанное с валом. Конструкция из двух водил и сателлитов располагается в середине кольцевой шестерёнки. Фиксируется она через специальные пазы на корпусе. По всему периметру выступы кольцевой шестерни упираются в подпружиненные шарики через кольцо. Механизм регулирования нагрузки воздействует на кольцо через управляемую пружину, усилие которой изменяется перестановкой регулятора.

Управление оборотами выполняется с использованием импульсной схемы, собранной на микросхеме с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Контроллер управляет полевым транзистором, работающим в режиме ключа. Частота импульсов меняется с помощью переменного резистора. Величина сопротивления резистора зависит от усилия, которое прикладывается к кнопке.

Муфта шуруповёрта представляет собой трещотку. Если нагрузка на патрон превышает допустимое значение, то срабатывает регулятор нагрузки. Усилие пружины становится недостаточным для удержания кольцевой шестерёнки, и она сходит с шариков. Электродвигатель начинает вращать шестерню вхолостую. При переключении в режим электродрели эта шестерня отключается и в работе не участвует.

В качестве источника питания чаще всего используется аккумуляторная батарея с напряжением 12 В или 18 В. Оно характеризует мощность устройства.

Аккумулятор состоит из нескольких элементов, устанавливаемых в одном корпусе и подключённых последовательно. Корпус имеет специальную защёлку, позволяющую быстро извлекать батарею.

Разборка шуруповёрта

Чаще всего, чтобы найти неисправность и отремонтировать устройство, потребуется его разобрать. Так как все устройства внешне похожи, напоминая собой форму пистолета, их разборку можно представить в виде рекомендаций, данных по ремонту шуруповёрта Интерскол:

1. В первую очередь отсоединяется блок аккумуляторной батареи. Для этого потребуется надавить на защёлку и отстегнуть модуль.
2. По периметру устройства выкручиваются все винты с использованием крестовой отвёртки.
3. После откручивания шурупов две половинки корпуса разъединяются, при этом придерживаются детали конструкции, установленные в пазы.
4. Аккуратно отсоединяются переключатель скоростей, кнопка пуск и механизм реверса.
5. Из снятой половины извлекается редуктор. Чтобы его снять, понадобится провернуть редуктор в посадочном месте.

Сборка происходит в обратном порядке. При этом необходимо следить, чтобы все снятые элементы и провода располагались в специально выполненных для них углублениях.

Чтобы провести смазку механических частей или восстановить редуктор, часто последний приходится разбирать. Для этого вначале снимается защитная пластина, после чего по кругу выкручиваются шурупы, и снимается верхняя крышка. В качестве смазки используют вязкие материалы, например, Литол. Важно отметить, что серьёзный ремонт редуктора шуруповёрта своими руками провести практически невозможно, так как отдельно шестерёнки производителями не выпускаются. Поэтому при его повреждении придётся совершить замену всего блока.

Следующим элементом, который приходится разбирать, является патрон. Он представляет собой быстрозажимную конструкцию, которая закрепляется c помощью резьбового соединения, винтом, или конусом Морзе. При первом способе потребуется с помощью шестигранного ключа открутить крепление, а затем, установив ключ в патрон, плотно его зажать. Патрон откручивается вращением ключа.

При втором виде соединения с помощью отвёртки против часовой стрелки выкручивается винт, находящийся в середине губок патрона. Далее, установив и зажав в губках ключ г-образной формы, резким движением ключ необходимо повернуть против часовой стрелки. Извлечение крепления с применением конуса Морзе происходит аккуратными ударами в торец патрона.

Нахождение причины поломки и её устранение

Окончательная поломка инструмента нередко сопровождается предварительными событиями, обращая внимание на которые можно предотвратить серьёзную неисправность: появление посторонних звуков, искрения, запахов горелого, увеличение вибрации, быстрая разрядка батареи.

Разобрав устройство, можно понять, какой узел неисправен. Все неполадки устройства разделяют на два типа:

• электрические;
• механические.

Каждому типу характерны свои первичные признаки, по которым легко вычисляется повреждённая деталь. К особому роду относятся неисправности, связанные с аккумуляторной батареей. Характер поломки связан с тем, что батарея быстро разряжается, или устройство совсем не хочет запускаться.

Если приобретение нового аккумулятора проблематично, можно попробовать его разобрать и заменить в нём неисправный элемент.

Аккумулятор разбирается путём вывода его защёлок из пазов. Под кожухом располагаются элементы с ёмкостью. Их соединение между собой выполнено контактной сваркой. Мультиметром можно измерить величину напряжения на каждой банке. Нормальное значение заряженного элемента составляет 1,2 вольта. Неисправные элементы удаляются — для этого они аккуратно откусываются кусачками в месте контакта, а вместо них устанавливаются аналогичные. Если сварки нет, возможно воспользоваться паяльником. Затем батарею необходимо собрать и установить в шуруповёрт для проверки.

Но не всегда проблема связана с батареей питания. Например, при ремонте шуруповёрта Бош своими руками нередко обнаруживается повреждение схемы зарядного устройства (ЗУ), а не аккумулятора. Ремонт ЗУ заключается в прозвонке радиоэлементов. В первую очередь проверяется сетевой предохранитель и выпрямительный мост.

Обычно при вскрытии корпуса ЗУ по внешним признакам в виде почернения радиоэлементов или платы текстолита сразу видно, какой элемент требует замены. Чаще всего из строя выходят транзисторы, которые располагаются на радиаторах, и операционный усилитель.

Повреждения электрической части

Наиболее часто неисправности в электрической части связаны не только с невозможностью включить инструмент, но также и отсутствием переключения в режим реверса или возможности регулировать обороты.

Если аккумулятор исправен, а при подключении к схеме шуруповёрта напряжение на его клеммах падает, то это говорит о неисправности в элементах мотора устройства. Если напряжение нормальное, проверяется кнопка. Для этого тестер переключается в режим прозвонки и его щупы устанавливаются параллельно кнопке. При её нажатии мультиметр должен издать писк, в противном случае кнопка нерабочая. Деталь можно попробовать восстановить самостоятельно, почистив её контактные группы.

Проверка реверса происходит также с использованием мультиметра. Одним щупом следует дотронуться до входа кнопки, а другим до контакта электродвигателя. При переключении реверса должно возникнуть сопротивление, если оно отсутствует, то повреждение следует искать в проводке. Если не работает регулировка оборотов двигателя, то поломка связана с управляющим транзистором или кнопкой.

Проверка щёток электродвигателя осуществляется визуально, их износ должен быть не более 60 процентов. Если всё в порядке, следует проверить другие элементы двигателя. Чтобы померить сопротивление обмоток, контакты двигателя нужно отключить от остальной части схемы. При обрыве, межвитковом замыкании или замыкании на корпус обмотку потребуется перемотать. Таким же образом проверяется и якорь. Для измерения его сопротивления щупы тестера устанавливаются на пластинах коллектора. Величина сопротивления должна быть равна нулю. Если обмотку починить не получится, придётся приобрести новый двигатель.

Также электрическими неисправностями считаются искрение и потрескивание при работе. Связано это с износом щёток или медленным вращением коллектора из-за его засора.

Неполадки в механических узлах

Если во время работы появились посторонние звуки и происходит клин устройства, то это свидетельствует об износе втулок или подшипников. После разборки редуктора станет понятно, что могло сломаться. Нехарактерные шумы могут образовываться и при деформации вала. Такая поломка проявляется и при биении патрона. Если в патроне ослабевает затягивание, то необходимо проверить муфту на износ. При работе инструмента зубья изнашиваются, и муфта начинает прокручиваться.

Чтобы избежать поломок в редукторе, необходимо периодически его обслуживать. Для этого рекомендуется смазать все трущиеся механические части, желательно заранее удалив остатки старой смазки. Засорение конструкции также может влиять на обороты инструмента.

Посторонние звуки могут быть характерны не только из-за повреждения редуктора, но и быть вызваны двигателем. Шум возникает при оторвавшемся магните или при износе втулок якоря. Для восстановления работы якоря можно попробовать смазать его машинным маслом.

Таким образом, при механических поломках причину найти легко, но проведение ремонта потребует покупки новых комплектующих взамен сломанных. Для нахождения электрических неисправностей понадобится использовать мультиметр.

Originally posted 2018-04-06 09:23:38.