Сегодня в ремонте у нас программируемый терморегулятор теплого пола AC603H c Wi-Fi. Интересно, что одновременно два таких устройства вышли из строя с одинаковыми симптомами — после очередного выключения перестали включаться: не загорается экран, не реагирует на кнопки.
Вообще таких китайских терморегуляторов на рынке очень много, они хоть и имеют разные маркировки и наименования, но по сути очень похожи между собой, отличаясь только внешней панелью управления. Конструктивно они состоят из блока питания и платы управления, соединенных кабелем. По нашим симптомам понятно, что скорее всего неисправен блок питания.
Блок питания формирует напряжения питания +5В на плату управления, а также подает ~220 В на ковер теплого пола с максимальным (регулируемым) током 16 А. Также в него подключается двухжильный провод от внешнего датчика NTC сопротивлением 10 кОм.
В блоке питания напряжение выпрямляется диодным мостом и подается на понижающий трансформатор, который формирует +12 В, которые в свою очередь подаются на стабилизатор напряжения +5 В, откуда оно и попадает на выход через С-фильтр. Напряжение на трансформатор коммутируется через ШИМ-контроллер, который управляет напряжением, подаваемым на обмотку трансформатора.
В нашем случае напряжение +5В на выходе блока отсутствует, поэтому экран не включается. Проверяем по цепочке, где возникла проблема: входной диодный мост ABS210, сглаживающий конденсатор фильтра, напряжение на входе и выходе ШИМ-контроллера, далее на вторичной обмотке трансформатора и на стабилизаторе. Также, в некоторых случаях, если есть подозрение на замыкание обмоток трансформатора , можно проверить сопротивление обмоток — оно не должно превышать пары Ом.
В нашем случае мы видим, что напряжение подается на ШИМ-контроллер (330 В), но с него не уходит на трансформатор. Вероятно, проблема в самом ШИМ или его обвязке. Рассмотрим эту часть схемы более подробно.
LN5R04D — это высокопроизводительный ШИМ-контроллер, оснащенный встроенным высоковольтным ключом питания, обеспечивающим непрерывную выходную мощность до 3,5 Вт в широком диапазоне сетевого напряжения 85–265 В. Контроллер питания работает по типичной топологии обратноходовой схемы, образуя высоковольтный AC/DC контроллер обратноходового преобразователя (Flyback) для маломощных блоков питания. Это гораздо более сложное устройство, чем обычный Buck-преобразователь. Внутреннему высоковольтному источнику пускового тока требуется лишь небольшой ток от резистора Vin для запуска системы, что значительно снижает его энергопотребление. При низкой выходной мощности микросхема автоматически снижает рабочую частоту, достигая очень низкого энергопотребления в режиме ожидания. Когда напряжение Vcc достигает 10 В, микросхема активирует защиту от перенапряжения, ограничивая рост выходного напряжения и предотвращая его чрезмерное повышение, вызванное повреждением цепи обратной связи. Микросхема также обеспечивает комплексную защиту от перегрузки и короткого замыкания, быстро устраняя перегрузку на выходе, короткое замыкание на выходе и другие нештатные ситуации, повышая надежность электропитания. Микросхема также имеет встроенную защиту от перегрева, снижая рабочую частоту или отключая выход в случае перегрева.
Даташит на данную микросхему: LN5R04D_LiiSemiconductor
Распиновка (корпус SOP-8, распаяно 6 контактов) и измерения напряжения:
В типичном обратноходовом (flyback) преобразователе используется 4 контакта трансформатора:
Два контакта — это сама первичная обмотка. Один конец идет на сток (Drain) встроенного ключа микросхемы (через вывод 8 — HV), другой конец — на плюс высоковольтного конденсатора. Это основная (силовая) часть первичной обмотки. Через неё течёт большой ток ключа микросхемы, создавая основное магнитное поле для передачи энергии во вторичную цепь.
Другие два контакта — это вспомогательная (Auxiliary) обмотка, которая питает микросхему после запуска (вывод 1 — Vin). Это дополнительная (питающая/обратной связи) часть той же самой первичной обмотки. Они находятся на том же каркасе и используют те же витки (просто сделан отвод от части витков).
Обмотка выполняет две критически важные функции:
а) Питание микросхемы (Vcc) после запуска (через диод D3):
После того как микросхема запустилась и начала переключаться, на всей первичной обмотке (между выводами 1 и 3) появляются высокочастотные импульсы. Эти же импульсы, пропорционально числу витков, возникают и на участке 2-3. Они выпрямляются диодом D3, сглаживаются конденсатором C3 и используются для стабильного питания микросхемы в рабочем режиме. Это называется самопитанием. Без этой части обмотки микросхеме нечем питаться после запуска, и она будет постоянно сбрасываться.
б) Формирование сигнала обратной связи (FB, через конденсатор C4):
Напряжение с той же дополнительной обмотки (2-3) через делитель (или напрямую через C4) подаётся на вывод FB (Pin 4) микросхемы. Это напряжение пропорционально выходному напряжению на вторичной обмотке. По нему микросхема понимает, нужно ли увеличить или уменьшить длительность импульсов (ШИМ), чтобы стабилизировать выходное напряжение. Без этого сигнала обратной связи блок питания не сможет стабилизировать выход, а при обрыве нагрузки может уйти в разнос и сжечь нагрузку.
Разбираем показания.
1. Vin (4-6В): Это вспомогательная обмотка (Auxiliary Winding), подключенная через 2 последовательных резистора по 1 МОм к цепи 330 В. После запуска микросхема питается от нее. Наличие 4-6В говорит, что преобразователь циклически перезапускается.
3. Vcc (3-5В): Это вход питания микросхемы от встроенного стабилизатора. Напряжение тут меньше необходимого для запуска микросхемы (должно быть около 9 В). Скачки напряжения говорят о том, что микросхема циклически перезапускается.
8. HV (330 Вольт): Это выпрямленное и сглаженное напряжение с диодного моста. Наличие 330В подтверждает, что входная цепь (предохранитель, диодный мост, сглаживающий конденсатор) исправна.
4. Vfb (0 В): Это самый важный для диагностики сигнал. Напряжение здесь должно быть в районе 2.5 В и более при нормальной работе (опорное напряжение внутреннего компаратора). 0В говорит о критической проблеме в цепи обратной связи или о том, что ШИМ-контроллер не запускается.
В данной схеме цепь обратной связи примитивна: она замыкается напрямую на дополнительную первичную обмотку через керамический конденсатор С4, и он не пробит. Напряжение на эту самую вспомогательную обмотку подается через электролитический конденсатор С3 47 мкФ х 25 В и диод D3 (маркировка RS1M, обычный быстродействующий диод 100 В/1А). То есть цепь обратной связи не повреждена, т.к. она не снимает напряжение со вторичной цепи и не использует отпопару, а конденсатор в ней не в КЗ.
Первая цепь (330В -> диод -> трансформатор -> вывод 8 (HV) микросхемы): Это главная силовая цепь. Диод (показания 590 мВ), он вместе с RC-цепочкой (100 кОм и конденсатор) гасит выбросы напряжения на ключе. Эта цепь исправна.
Вторая цепь (трансформатор -> диод -> Vcc микросхемы): Это цепь питания микросхемы (вспомогательная обмотка). После запуска она берет на себя питание микросхемы с вывода 3 (Vcc). Диод (580 мВ) — выпрямительный. Цепь также исправна.
Между выводами 8 (HV/Drain) и 5 (GND) 1400 (1.4V) в одном направлении и обрыв в другом. Это нормальное показание для исправного мощного встроенного MOSFET-транзистора.
Если силовая часть и ключ целы, а питание Vcc (~4-6В) есть, но преобразователь не работает, причина почти всегда в цепи запуска (стартовой цепи).
Как происходит запуск в этой микросхеме:
Сетевое напряжение выпрямляется, на конденсаторе 400В появляется 330В.
Чтобы микросхема начала работать, на её вывод Vcc (3) должно прийти напряжение около 9-10 В.
Первый импульс она получает не от трансформатора, а от высоковольтной стартовой цепи. В даташите она описана как «Встроенный источник пускового тока высокого напряжения».
Эта цепь — слабое место! Внутри микросхемы или внешне стоит высоковольтный резистор (или токовый источник), который от напряжения 330В через вывод HV (8) медленно заряжает конденсатор в цепи Vcc (47 мкФ x 25 В).
Как только Vcc достигает порога запуска, микросхема начинает генерировать импульсы, появляется напряжение на вспомогательной обмотке, и она берёт питание на себя.
Проверяем, что сопротивление обоих резисторов 1 МОм (маркировка 105), убеждаемся, что цепь запуска целая.
Логика следующая: резистор 1 МОм исправен, вход HV (330В) есть. Конденсаторы Vcc (47 мкФ x2) должны заряжаться, но напряжение на Vcc всего 4-6В.
Это означает, что ток утечки в цепи Vcc настолько велик, что резистор 1 МОм не может зарядить конденсаторы до порогового напряжения. Резистор — это источник тока, его ток заряда: I = U / R = 330В / 1 000 000 Ом = 0.33 мА. Этого тока едва хватает в штатном режиме.
Последний пункт легко проверяется, сопротивление должно быть в районе 1 Ом. А самая вероятная причина — высохший электролит С3 (синий — замененный).
И действительно, замена электролита C3 на 47 мкФ на аналогичный с большим напряжением (на 35 В выпускается в корпусе такого же размера) решила проблему и обеспечила некоторый запас.
Для информации, разберем основные элементы платы управления. Плата маркирована как AC829WIFI-SIP-V1.0 и питается от +5 Вольт. Основа системы — Nuvoton N76E003AT20 — программируемый 8-бит микроконтроллер со встроенной 18кБ флэш-памятью хранит все настройки.
N76E003 — это встраиваемый 8-битный высокопроизводительный 1T микроконтроллер на базе 8051 с флэш-памятью. Набор инструкций полностью совместим со стандартным 80C51 и имеет улучшенную производительность. N76E003 содержит до 18 Кбайт основной флэш-памяти, называемой APROM, в которой хранится содержимое пользовательского кода. Флэш-память N76E003 поддерживает функцию внутриприкладного программирования (IAP), которая позволяет обновлять встроенную прошивку. Имеется дополнительная флэш-память, называемая LDROM, в которой обычно хранится загрузочный код для выполнения внутрисистемного программирования (ISP). Размер LDROM настраивается и составляет максимум 4 Кбайт.
Для упрощения программирования и проверки, флэш-память позволяет программировать и считывать данные электронным способом с помощью параллельного записывающего устройства или внутрисхемного программирования (ICP). После подтверждения кода пользователь может заблокировать его для обеспечения безопасности.
N76E003 обеспечивает дополнительный мониторинг энергопотребления, включая сброс при включении питания и обнаружение 4-уровневого просадки напряжения, что стабилизирует последовательность включения/выключения питания для обеспечения высокой надежности системы.
Работа микроконтроллера N76E003 потребляет очень мало энергии и имеет два экономичных режима энергопотребления для снижения энергопотребления — режим ожидания и режим пониженного энергопотребления, которые выбираются программно. В режиме ожидания отключается тактовая частота ЦП, но продолжается работа периферийных устройств. В режиме пониженного энергопотребления останавливается вся системная тактовая частота для минимизации энергопотребления. Системную тактовую частоту N76E003 также можно замедлить с помощью программного делителя тактовой частоты, что обеспечивает гибкость в соотношении производительности и энергопотребления.
Как становится понятно, что весь код зашит в эту микросхему, а вендор может обновить прошивку «на лету» через интернет по device id, т.к. устройство получает публичный IP адрес при подключении к Wi-Fi. Более того, при общении с поддержкой SmartLife, они пушили прошивку мне на устройство. Интересно, что публичный IP адрес записывается в память при первичном конфигурировании и не обновляется при его изменении без сброса устройства.
Также на плате установлена микросхема часов реального времени, даты и календаря DS1302Z , питание которой поддерживается с помощью аккумулятора ML1220 (не батарейкой!). При вынимании батарейки эта информация сбрасывается.
Контроллер дисплея не имеет маркировки.
Дополнительно на плате распаян контроллер WiFi WBR3.
Из силовых элементов на плате используется линейный регулятор напряжения 3,3 В с током 1А: CJB1117B-3.3. Его типовая схема включения содержит один танталовый конденсатор 10 мкФ на входе и один на выходе емкость 22 мкФ.
Как мы видим, плата управления содержит мало ремонтопригодных элементов.
Сегодня я успешно сдал экзамены и получил официальный сертификат преподавателя по операционной системе РЕД ОС,…
Мы знаем, что многие привыкли к IPTV сервисам edem.tv, iedem.tv, itook.tv и их зеркалам. Ведь…
Geekbench - пакетов тестов для измерения производительности хостов. Он доступен в разных версиях - 4,…
Традиционно, утилиты для работы с железом можно разделить на информационные, диагностические, а также тестирующие производительность…
Введение архитектуры Zen 5 — это лишь часть истории. Настоящая революция от AMD заключена в мобильных процессорах…
Компания ESET в 2023 году перестала поддерживать Windows 7 и прочие устаревшие операционные системы в…
