Napájecí deska LG OLED EAY65689424: hledání závady na startovací cestě – od relé po SSC3S900

Při opravách OLED televizorů LG se opakovaně setkáváme s napájecími deskami, které na první pohled „fungují napůl“: pohotovostní režim je přítomen, jednotlivá napětí lze naměřit, ale přístroj se nespustí úplně. Přesně takto se chovala napájecí deska LG EAY65689424.

Nápadným příznakem bylo nejprve relé. U funkčních desek je při zapnutí obvykle slyšet zřetelné cvaknutí. U této napájecí desky relé nesepínalo čistě, respektive vůbec. Zároveň na výstupních konektorech chyběla očekávaná provozní napětí.

Hledání závady nakonec nevedlo k samotnému relé, ale hluboko do primární startovací obvodu napájecího zdroje.

Původní obraz závady

Na konektoru k základní desce byly naměřeny tyto hodnoty:

• na jmenovité větvi 12 V pouze asi 7 V
• na větvi 22 V 0 V
• hlavní relé nesepínalo čistě
• výkonové hlavní napájení se nespouštělo

Důležité je: snížené napětí na větvi označené jako „12 V“ neznamená u moderních napájecích zdrojů televizorů automaticky závadu. Některé napájecí větve pracují v pohotovostním režimu jinak a plného napětí dosahují až po povelu k zapnutí ze základní desky.

Skutečným problémem tedy nebylo naměřené napětí 7 V samo o sobě, ale otázka: proč se hlavní napájení vůbec nedostane do provozního stavu?

Proč může relé cvakat s různou hlasitostí

Zajímavým opravárenským indikátorem je právě zvuk relé.

Relé 12 V potřebuje určitý cívkový proud, aby pevně přitáhlo magnetickou kotvu. Zjednodušeně platí: I = U / R.

Klesne-li napětí na cívce, klesne i proud. Magnetická síla přitom klesá rychleji než jen úměrně proudu.

Proto relé může například při 8 nebo 9 V ještě reagovat, ale přitahuje jen velmi měkce nebo tiše. To může mít různé příčiny:

• zestárlý malý elektrolytický kondenzátor v pomocném napájení
• propadající se napájecí napětí
• tranzistor, který již čistě nespíná
• optočlen se sníženým CTR
• rezistor, jehož hodnota vzrostla (zvysokoohmovatěl)
• špatné pájené spoje
• nebo samotné relé

U této desky se však relé nakonec ukázalo být jen příznakem.

Optočlen jako možná závada způsobená stárnutím

Podezření na chvíli padlo na osazené optočleny řady EL101X-G, konkrétně na EL1018.

Optočlen se uvnitř skládá ze dvou galvanicky oddělených částí: infračervené LED na vstupní straně a fototranzistoru na výstupní straně.

Prochází-li LED proud, vyzařuje světlo. Toto světlo dopadá na fototranzistor a uvádí jej do vodivého stavu. Obě strany zůstávají galvanicky odděleny.

Typickým projevem stárnutí je, že vnitřní LED časem vyzařuje méně světla. Tím klesá takzvaný CTR – Current Transfer Ratio: CTR = (I_C / I_F) × 100 %.

Optočlen tak může v jednoduchém diodovém testu vypadat zcela normálně, a přesto už nedodává dostatečný výstupní proud. To je důležitý bod pro opravárenskou praxi: úspěšný diodový test automaticky neznamená, že optočlen stále dosahuje svého původního CTR.

Pro spolehlivé ověření by měl být optočlen vypájen a testován při definovaném proudu LED. Možné testovací zapojení je například: +5 V přes 1,6 kΩ na anodu LED v optočlenu, katoda na GND. Tím teče LED přibližně 2 až 2,5 mA. Na výstupní straně se poté měří kolektorový proud fototranzistoru.

V konkrétním případě závady se však ukázalo, že optočlen nebyl hlavní příčinou.

Rozhodující řadič: SSC3S900

Další zkoumání vedlo k SSC3S900, LLC current-resonant off-line spínacímu řadiči. Tento obvod odpovídá za start rezonančního hlavního převodníkového stupně.

Zvlášť zajímavé jsou tři vývody:

• VSEN – detekce síťového napětí / brown-in
• VCC – napájení řadiče
• ST – vstup pro vnitřní startovací obvod

Základní průběh zjednodušeně vypadá takto: síťové napětí / vysokonapěťová sběrnice → pin ST → vnitřní startovací proudový zdroj → VCC → kondenzátor VCC → řadič startuje → LLC měnič.

Řadič potřebuje dostatečně vysoké napětí VCC, než může zahájit činnost.

Rozhodující měření: VCC = 0 V

Na SSC3S900 bylo zjištěno: VCC vůči GND zůstávalo při pokusu o zapnutí na 0 V. To byla velmi důležitá naměřená hodnota.

Nejprve se bez napětí ověřilo, zda mezi VCC a GND není zkrat. Multimetr krátce ukázal velmi nízký odpor. Po několika sekundách hodnota výrazně stoupla.

To je typické pro kondenzátor: při přiložení multimetru je kondenzátor vybitý a krátkodobě se chová jako nízkoohmový. Během nabíjení zkušebním napětím multimetru zobrazovaný odpor stoupá. Trvalý zkrat na VCC tak bylo možné vyloučit.

Zůstala tedy rozhodující otázka: proč se kondenzátor VCC nenabíjí?

VSEN nejprve podezřelý

Na pinu VSEN bylo naměřeno přibližně 1,27 V. Protože tato hodnota je blízko startovacího prahu, nabízelo se nejprve podezření, že detekce síťového napětí neuvolňuje řadič.

Proto byl podrobněji prozkoumán rezistorový řetězec VSEN. Horní strana se skládala mimo jiné ze dvou vysokoohmových rezistorů o hodnotě přibližně:

• 4,7 MΩ
• 4,7 MΩ

Na dolní straně směrem k GND se nacházely:

• 110 kΩ
• 4,7 kΩ

Vzniká tak klasický vysokoohmový napěťový dělič. Celkový dolní odpor činí: 110 kΩ + 4,7 kΩ = 114,7 kΩ.

Na horním konci děliče bylo naměřeno přibližně 105,7 V. Dosadíme-li tyto hodnoty do vzorce napěťového děliče: U_VSEN = 105,7 V × (114,7 kΩ / (9,4 MΩ + 114,7 kΩ)) ≈ 1,27 V.

Přesně tato hodnota byla také skutečně naměřena. Bylo tedy jasné: dělič VSEN pracuje výpočtově přesně tak, jak odpovídá skutečně naměřeným rezistorům. Závada tedy pravděpodobně nebyla v této oblasti.

Stopa vede k pinu ST

Do centra pozornosti se tak dostala startovací cesta na pinu ST. Tento pin napájí vnitřní startovací obvod řadiče.

Je-li tato cesta přerušena, dochází k následujícímu: vysoké napětí přítomno → přerušení → pin ST → žádný startovací proud → VCC = 0 V → SSC3S900 nestartuje → stupeň LLC zůstává vypnutý.

A přesně zde nakonec byla závada.

Skutečná závada: prasklé rezistory „152“

Pod lupou byly viditelně poškozeny sotva viditelné SMD rezistory. Na všech bylo označení: 152.

SMD kód znamená: 15 × 10² = 1500 Ω, tedy 1,5 kΩ. Rezistory měly velikost pouzdra 0402.

Pouhým okem vypadaly zpočátku poměrně nenápadně. Teprve pod lupou byly patrné praskliny, respektive rozpraskaná pouzdra.

To vysvětlovalo i dříve částečně zcela nesmyslná měření odporu v řádu megaohmů: skutečná nízkoohmová startovací cesta byla přerušena, takže multimetr mohl měřit už jen přes vedlejší cesty obvodu.

Tím byla příčina závady nalezena.

Proč více rezistorů v sérii?

Ve vysokonapěťové oblasti se často používá více rezistorů zapojených za sebou. To má několik výhod:

• lepší rozložení napěťového namáhání
• menší zátěž na jednu součástku
• lepší odolnost proti impulzům
• nižší riziko elektromigrace
• nižší lokální ztrátový výkon

Proto by takový rezistorový řetězec neměl být jednoduše nahrazen jediným rezistorem se stejnou celkovou hodnotou. Prostorové rozmístění je součástí elektrického návrhu.

Původní hodnota, nebo mírně zvýšit?

Původně byly osazeny rezistory 1,5 kΩ. Při třech rezistorech to dává: 3 × 1,5 kΩ = 4,5 kΩ.

Pro SSC3S900 je pro externí startovací rezistor doporučen rozsah nad touto hodnotou. Odtud vznikla úvaha použít místo původních 1,5 kΩ například 3 × 2,2 kΩ. Tím vznikne: 3 × 2,2 kΩ = 6,6 kΩ.

To je blíže doporučenému rozsahu a zároveň snižuje proudové namáhání jednotlivých rezistorů.

Platí ale: kdo chce opravovat co nejvíce v souladu s originálem, měl by znovu použít původní hodnotu 1,5 kΩ. Změna na 2,2 kΩ je již vědomá změna návrhu a měla by se provádět jen tehdy, je-li přesné zapojení a funkce těchto rezistorů nade vši pochybnost pochopena.

Vhodná náhrada

Protože originální rezistory mají jen velikost pouzdra 0402, neměl by se použít jakýkoli standardní rezistor. Zvlášť zajímavé jsou:

• zvýšená zatížitelnost
• dobrá odolnost proti impulzům/přepětí
• kvalitní tlustovrstvé provedení

Jako robustní variantu pro vědomý přechod na 2,2 kΩ lze doporučit například vysoce výkonný 0402 z řady Vishay CRCW-HP.

Důležitější než konkrétní výrobce je však: správná velikost pouzdra, správná hodnota odporu, dostatečný ztrátový výkon, odolnost proti impulzům/přepětí a pokud možno dobrá teplotní odolnost.

Co dělá tuto závadu obzvlášť zajímavou

Tato závada velmi pěkně ukazuje, proč se oprava spínaných napájecích zdrojů často nevyřeší jedinou zjevnou naměřenou hodnotou.

Původním příznakem bylo: relé nesepíná správně. První podezření by tedy mohlo znít: relé je vadné.

Ve skutečnosti však řetězec závady vedl přes: relé nesepíná → hlavní napájení se nespouští → řadič nedostává VCC → kondenzátor VCC se nenabíjí → prozkoumat startovací cestu → přívod k ST přerušen → prasklé rezistory 0402.

Relé tak bylo pouze viditelným, respektive slyšitelným, koncem mnohem hlouběji ležící příčiny.

Závěr

U LG EAY65689424 vedlo hledání závady od chybějícího hlavního napájení 12/22 V přes relé a optočleny nakonec k primárnímu startovacímu obvodu.

Klíčová zjištění byla:

• tiché nebo chybějící cvaknutí relé je často jen příznak
• optočleny mohou stárnout, ale měly by se posuzovat podle CTR, ne jen diodovým testem
• krátkodobě nízký odpor na VCC může pocházet jednoduše z kondenzátoru VCC
• VSEN lze velmi dobře ověřit pomocí skutečně naměřených hodnot děliče
• zůstává-li VCC na 0 V, přestože zkrat není přítomen, je nutné prozkoumat startovací cestu
• extrémně malé SMD rezistory mohou být mechanicky prasklé, přestože navenek vypadají téměř normálně
• kvalitní lupa, respektive mikroskop, patří u moderní opravy spínaných zdrojů prakticky k základnímu vybavení

V tomto případě byla skutečná příčina nakonec překvapivě nenápadná: několik prasklých SMD rezistorů 0402 ve startovací cestě zabránilo tomu, aby si SSC3S900 vybudoval napájení. Malá závada součástky s velkým dopadem.

Bezpečnostní upozornění

Popsaná měření probíhají částečně na primární straně síťově napájeného spínaného zdroje. Tam mohou i po odpojení od sítě zůstávat na kondenzátorech napětí v řádu několika set voltů. Měření na primární straně by měla být prováděna pouze s vhodnou měřicí technikou a odpovídajícími zkušenostmi. Primární GND a sekundární GND / GND základní desky se nesmí zaměnit.