Autore: Keith Lofstrom
E-mail: keithl@klic.rain.com
Versione: 1.01
Data: 11 Gennaio, 1994
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ATTENZIONE! ATTENZIONE! ATTENZIONE! ATTENZIONE! ATTENZIONE!
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Gli alimentatori nascondono tensioni letali; con ciò intendo dire che possono UCCIDERVI. Si, proprio così, a meno che non siate particolarmente attenti, NON vi alzerete di nuovo domattina. Fate conto di giocare con una bomba nucleare.
Se non comprendete i circuiti elettronici, lasciate perdere gli alimentatori. Si tratta di circuitazione analogica, non di circuitini logici. Vi occorre una certa predisposizione nel trattare con correnti, tensioni e forme d'onda, o non riuscirete a comprendere cosa accade. Scovate qualcuno come me, che conosce tutto dell'elettronica ma è completamente incompetente in altri campi, che ha bisogno di software personalizzato, e scambiatevi i servizi. Non rischiate la vita a meno che non sappiate esattamente cosa state facendo.
La riparazione degli alimentatori è una sfida, come lo è scalare le montagne, e forse è altrettando pericolosa. Mettete in preventivo un tempo adeguato (3-4 ore, a cui aggiungere le varie passeggiate al rivenditore di componenti elettronici), non tentate la riparazione quando siete stanchi o distratti, o senza avere a disposizione gli strumenti idonei. Assicuratevi che di avere intorno qualcuno che possa trasportarvi d'urgenza all'ospedale nel caso doveste prendervi una brutta scossa elettrica.
Se vi fate male, nonostante le mie ammonizioni, io NON posso essere considerato responsabile. Fate conto che io non abbia mai pubblicato questo documento, che la mia firma sia stata falsificata, le parti più importanti siano state cancellate dal vostro newsfeed, ecc. Se non siete in grado di assumervi la responsibilità per la vostra vita, non riparate gli alimentatori.
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ATTENZIONE! ATTENZIONE! ATTENZIONE! ATTENZIONE! ATTENZIONE!
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Ho riparato circa 40 di questi alimentatori, che si erano guastati solitamente a causa di cattiva progettazione, scadente costruzione, o scelta di componenti inadeguati. Se desiderate riparare correttamente un alimentatore, dovrete essere in grado di reperire dei componenti più robusti, che comunque soddisfino le altre specifiche del progetto; il compito è reso in qualche modo più semplice grazie al progresso tecnologico nella fabbricazione di componenti elettronici. Una riparazione ben fatta necessita anche di un piccolo lavoro di progettazione.
Vi occorreranno un tracciacurve per semiconduttori, o in alternativa preparatevi a costruire un sacco di accozzaglie di componenti studiati ad hoc per ricavare le caratteristiche dei componenti. La maggior parte dei componenti di potenza che si guastano non hanno alcun sostituto diretto facilmente reperibile. L'esame di alcuni componenti con sorgenti di alimentazione in corrente continua può bruciarli.
Vi occorrerà anche un oscilloscopio (una larghezza di banda di 5 MHz è sufficiente), un voltmetro, e un bel mucchio di databook relativi a transistor di potenza e diodi. I databook National Semiconductor, International Rectifier, Texas Instruments e Motorola dovrebbero essere sufficienti; per alcuni regolatori potrebbero anche servirvi i databook SGS Thompson, Siemens, e Signetics.
Senza uno schema, preparatevi a perdere del tempo per tracciare i circuiti. Se vivete in East Armpit o in Nebraska, probabilmente non vi sarà possibile reperire i componenti che vi necessitano, e quindi è meglio abbandonare subito l'impresa.
Un trasformatore di isolamento ed un Variac risulteranno utili, come anche un bel mucchio di resistori di potenza con cui costruire un carico fittizio. Un alimentatore da banco per alimentare dall'esterno le uscite dell'alimentatore è utile, sebbene personalmente utilizzo allo scopo il tracciacurve.
[Note per la ricerca dei guasti e la riparazione di piccoli alimentatori switching], scritto da Samuel M. Goldwasser. Si tratta di una eccellente guida a tutto quanto avreste sempre voluto sapere sugli alimentatori switching. E' un documento da leggere!
Inserite almeno due interruttori fra la vostra persona e la linea elettrica; scollegare la presa di alimentazione vale come un interruttore. Sbagliare è umano, e può capitare di dimenticare un interruttore acceso di tanto in tanto. Una dimenticanza non deve risultare letale. Toglietevi orologi e gioielli metallici. O lasciate andare all'inferno qualcun'altro. La vita è già fin troppo breve. Se siete un professore, lasciate mettere le mani nell'alimentatore ad uno studente ingenuo :-)
Controllate il fusibile. Tenetene a disposizione a volontà, potreste bruciarne una dozzina fino al termine della riparazione. Per circa un terzo dei casi i fusibili si bruciano per nessuna ragione apparente.
Siete certi che tutto sia collegato correttamente ed i selettori ed interruttori siano nelle corrette posizioni? Ho visto un Dottore in Filosofia perdere quattro ore per scoprire un fantomatico guasto in un piccolo circuitino che "dovrebbe funzionare ma non va". Quando innocentemente domandai "a che serve questo piccolo interruttore?", si fermò a pensare per circa 10 secondi prima di diventar rosso come un peperone...
I buoni progetti raramente si guastano. Se l'alimentatore è guasto, molto probabilmente la colpa è di qualche ingegnere idiota. Non date per scontato che ogni cosa sia ben progettata; se vi sembra che il circuito che avete esaminato non possa assolutamente funzionare, ricontrollatelo. Se qualcosa sembra decisamente stupida, avete scoperto una verità sostanziale su alcuni progettisti di alimentatori. Ci sono in giro un sacco di bravi progettisti di alimentatori, ma raramente ho avuto la possibilità di dare uno sguardo ai loro lavori semplicemente perchè non hanno mai avuto bisogno di essere riparati.
Un resistore arrostito è segno che qualcos'altro si è bruciato per primo. Scoprite cosa ha causato la bruciatura, o ne brucerete un altro.
Acquistate parti di ricambio in più. Durante la ricerca del guasto brucerete di sicuro alcuni componenti.
Prima di dare tensione all'alimentatore, concentrate la vostra attenzione sui circuiti del primario. Un tipico alimentatore switching funzionante a 115/230 Volt monta un ponte raddrizzatore ad onda intera e due condensatori di filtro, che portano la tensione sul primario a 340 Volt DC. Assicuratevi che sia presente un resistore di potenza per scaricare i condensatori; in caso contrario, saldatene temporaneamente uno e lasciatelo per tutto il tempo in cui dovete lavorare sull'alimentatore. Un resistore da 22 KiloOhm 10 Watt è in grado di scaricare un condensatore da 1000 uF montato sul primario in circa 1 minuto. E' anche possibile utilizzare un resistore di valore inferiore per ottenere una scarica più rapida, ma potreste dimenticarvi di smontarlo e finire per bruciarlo quando rimetterete in servizio l'alimentatore. In ogni caso, sbarazzatevi della tensione presente sul primario prima di mettere le mani nell'alimentatore.
Quando realizzate dei carichi fittizi, ricordate di caricare tutte le uscite dell'alimentatore. Alcuni alimentatori switching non funzionano correttamente se non viene assorbita almeno un po' di corrente da ciascuna uscita. Un carico del 20% rispetto alla massima portata risulta spesso adeguato.
Quando pensate di aver riparato l'alimentatore, alimentatelo a varie tensioni utilizzando un Variac; fatelo funzionare ad una tensione di almeno 1,2 volte della normale tensione di rete se possibile. Nota: ad alcuni alimentatori non piace affatto funzionare ad un valore di tensione metà della normale tensione di rete (vedi sopra la nota sulle stupidità di progettazione). Se in questo modo finite per romperlo, alemo saprete cosa accade in caso di abbassamenti di tensione. Se come risultato si ottengono delle sovratensioni sulle uscite (mi è capitato una volta) allora gettate via l'alimentatore, e se possibile kludge su un progetto differente. Le sovratensioni fanno fuori apparecchi costosi.
Tutto si può aggiustare, ma a volte il gioco non vale la candela. Siate pronti ad arrendervi.
I componenti che ho visto guastarsi sono, in ordine di probabilità decrescente:
Condensatori elettrolitici. Gli alimentatori switching caricano i condensatori elettrolitici con un sacco di corrente alternata, e molti condensatori non sono progettati per subire questo tipo di trattamento. I condensatori si arrostono, e o se ne vanno in cortocircuito o si aprono. Il peggior guasto avviene nel caso di un condensatore "semi-aperto", che si apre e si chiude alla frequenza di rete (me ne sono capitati un paio, una pena per scoprirli).
Mi è capitato un caso in cui si è guastato un condensatore sull'ingresso di un filtro a pi-greco su un secondario:
--|&>|-----+----- Induttore------+--------- Uscita 5 Volt
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----- Questo -----
----- &<--- -----
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Si trattava della sezione di alimentazione a 5 Volt di un alimentatore switching da 5V/12V, dove il regolatore operava a valle della tensione filtrata a 5 Volt. Quando il condensatore indicato si è aperto, l'induttore assorbiva la maggior parte della tensione di switching dal trasformatore e diodi, rendendo estremamente difficoltoso per il regolatore ottenere i 5 Volt alla sua uscita. Quindi c'erano ben 35 Volt dove si supponeva ce ne dovessero essere 12; come risultato, tutti i condensatori al tantalio da 16 Volt montati sul ramo di alimentazione a 12 Volt si bruciarono, e lo stesso accadde per buona parte della roba collegata all'uscita a 12 Volt.
La ragione iniziale per la presenza del filtro a pi-greco era un eccesso di ripple sulle uscite, che era causato dalla elevata ESR dei condensatori utilizzati. Ho sostituito i condensatori con altri di migliore qualità.
Sostituzione: non sostituite semplicemente il condensatore con un altro della stessa tensione e capacità - vi occorre un tipo a basso ESR perchè altrimenti, se si è guastato l'originale si guasterà anche il ricambio. On sistema poco ortodosso per ottenere un basso ESR consiste nell'utilizzare più condensatori, magari di capacità maggiore, collegati in parallelo. Potete farvi una qualche idea del ESR con il tracciacurve, utilizzando per il pilotaggio una bassa tensione alternata (approssimativamente 200mV): un condenstore a basso ESR appare come un cerchio, mentre uno con alto ESR appare come un ellisse a causa della componente resistiva. Montate inoltre componenti progettati per lavorare ad alta temperatura, almeno a 105 gradi Centigradi
Se trovate dei resistori di potenza montati a contatto con un condensatore elettrolitico, allontanateli quanto basta per far circolare l'aria nel mezzo. I condensatori elettrolitici sono terribilmente sensibili alle alte temperature, la maggior parte sono dichiarati idonei per soli 85 gradi Centigradi.
Il transistor o i transistor principali di switching. Di solito si tratta di un transistor di potenza in contenitore TO3. Questi componenti di solito si guastano perchè qualcosa li ha messi in cortocircuito (dovrebbe esserci qualcosa per spegnere l'alimentatore in presenza di sovracorrenti, ma ciò avrebbe richiesto il montaggio di un altro resistore da 50 Lire, troppo costoso :-( ). I transistor spesso si guastano anche perchè la corrente di lavoro è troppo bassa rispetto al valore richiesto.
Si tratta di solito dei componenti più facili da controllare, supponendo che sia disponibile un tracciacurve, anche se è meno probabile che si guastino rispetto ad uno dei 10 o giù di lì elettrolitici. Personalmente smonto il transistor e lo controllo prima di tentare dell'altro. Se il transistor funziona, prendo nota di alcune delle misurazioni fornite dal tracciacurve, visto che potrei accidentalmente bruciarlo durante la riparazione.
Vi occorre un transistor che possa sopportare una tensione di almeno 1,5 volte quella di picco del primario, preferibilmente anche di 2 volte. Dovrete scoprire il valore della corrente di lavoro del transistor che avete smontato, e in base a tale valore scegliere il ricambio. Quando cercate il ricambio, acquistate un nuovo transistor con:
I progressi compiuti dai componenti elettronici rendono possibile il reperimento di un ricambio idoneo; esaminate il ricambio con un tracciacurve.
Diodi del secondario: ho dovuto sostituirne alcuni; come risultato del guasto di un diodo spesso si ottiene uno sbilanciamento nelle tensioni del secondario.
Sostituiteli con:
Circuiti integrati regolatori; questi si guastano di rado, ma un produttore di alimentatori potrebbe averne ricevuto una partita difettosa e, come risultato, un intera partita di alimentatori potrebbe guastarsi per lo stesso motivo. Ci sono così tanti modi in cui un regolatore può guastarsi che sarebbe difficoltoso anche solo tentare di enumerarli, sebbene un alimentatore emette un ticchettio potrebbe avere un circuito integrato di regolazione guasto, se non riuscite a trovare nient'altro di anormale. Il ticchettio è segno che la catena di regolazione è interrotta da qualche parte.
E' probabile che perdiate un sacco di tempo per reperire un ricambio. E' richiesto un ricambio identico. Montate il ricambio su uno zoccolo; utilizzate uno zoccolo di qualità in cui il circuito integrato si inserisca saldamente, visto che delle escursioni termiche potrebbero anche far fuoriuscire un circuito integrato dal proprio zoccolo.
Controllate il fusibile.
Spolverate il dannato alimentatore con kleenex e bastoncini netta orecchie. Naturalmente non avrete mai pensato di sostituire i filtri dell'aria sulla ventola. La polvere uccide gli alimentatori. Dopo questa esperienza di spolveramento, sono sicuro che cambierete i filtri molto più spesso.
Esaminate un esemplare funzionante dell'alimentatore, se disponibile. Procuratevi uno schema se possibile. La Apple e la Sun sono restie a fornire schemi, la HP invece è più disponibile. Per i cloni è inutile nutrire la seppur minima speranza.
Cercate tutti i soliti difetti che si vedono ad occhio: tracce interrotte, cortocircuiti, componenti bruciati.
Scollegate l'alimentatore, prendendo nota da qualche parte della posizione ed orientamento dei vari connettori (se devo dirvi queste cose, vuol dire che non siete qualificati!). Non utilizzate il normale circuito alimentato come carico, sebbene potrebbe essere interessante conoscere il valore della corrente assorbita in modo da poter costruire dei carichi fittizi. Utilizzate un alimentatore da banco per controllare il funzionamento del circuito alimentato.
Applicate una tensione continua sulle varie uscite dell'alimentatore, una per volta, utilizzando un alimentatore esterno; ciò allo scopo di scoprire eventuali cortocircuiti. Pilotate i condensatori in corrente alternata utilizzando un tracciacurve, in modo da scoprire condensatori aperti o con ESR eccessiva.
Caricate le uscite a circa 20% del carico totale. Alimentate il primario con un tracciacurve in corrente alternata, fino a raggiungere lentamente circa 40 Volt AC. Dovreste riuscire a vedere i condensatori del primario che si caricano. In questo modo è possibile scoprire cortocircuiti e condensatori aperti.
Se portate l'ingresso fino alla piena tensione di lavoro e non accade niente, controllate la tensione sul primario, di solito circa 340 Volt. Se l'alimentatore funziona a soli 115 Volt, e monta un solo condensatore, allora ai suoi terminali misurerete probabilmente solo 170 Volt circa.
Se c'è tensione, e il primario è separatamente isolato tramite un apposito trasformatore di isolamento, localizzate il comune del primario, di solito la tensione minore sul primario (avete tracciato il circuito, ricordate?). Collegate l'ingresso del segnale dell'oscilloscopio a questo punto (a 50 Volt/divisione, sweep e sincronismo di linea), e vi troverete un significativo segnale in corrente alternata. Provate a collegare questo punto alla massa dell'oscilloscopio tramite un resistore da 100 KiloOhm; se il segnale non diminuisce, allora non siete adeguatamente isolati. Se invece il segnale diminuisce, spegnete l'alimentatore, scollegate tutto, scaricate i condensatori, collegate in questo punto la massa dell'oscilloscopio, e fornite nuovamente tensione.
Controllate la presenza di oscillazioni nei dintorni del circuito integrato regolatore. Se non ce ne sono, controllate la tensione di alimentazione. I regolatori switching a volte sono alimentati tramite un proprio piccolo alimentatore separato, direttamente dalla tensione del primario tramite un grosso resistore di potenza. Alcune volte sono alimentati alla partenza tramite un piccolo circuito di kickstart dal primario, e quindi da un avvolgimento separato dal trasformatore. Questo tipo di circuito è il miglior candidato per i guasti del tipo tick...tick...tick. Per far avviare questo tipo di alimentatore, dovrete alimentare il regolatore separatamente con un alimentatore da banco.
Da questo punto in poi, si tratta di misurazioni, ricerca dei guasti, riparazioni, e via discorrendo. Fateci sapere gli errori che trovate sugli alimentatori; forse possiamo riuscire a mettere in imbarazzo alcuni produttori al punto di convincerli a realizzare degli alimentatori di miglior qualità.
NOTA: Di nuovo - e ripeto - non tentate la riparazione degli alimentatori a meno che non siate un buon riparatore di circuiti analogici, sappiate operare con sicurezza con circuiti ad alta tensione, ed abbiate a disposizione gli strumenti adatti. In caso contrario, portate l'alimentatore presso un centro di assistenza tecnica. Mi rovinerei la giornata se sapessi che qualcuno, dotato più di ambizione che di buon senso, leggesse queste note e si facesse del male nel tentativo di compiere un'operazione per la quale non è ancora pronto.