Схемотехника и типовые неисправности блока питания лазерного принтера HP LaserJet 2300

В лазерных принтерах неисправность электроники является достаточно редким явлением. Однако блоки питания (БП) в этой статистике не учитываются, потому что вероятность их отказов определяется, в первую очередь, стабильностью и качеством питающей сети. Поэтому отказы БП лазерных принтеров происходят с точно такой же частотой, как и отказы блоков питания других периферийных и бытовых устройств. Несмотря на то, что в большинстве случаев ремонт принтеров осуществляют методом замены неисправного модуля или неисправной платы, в настоящее время было бы неосмотрительно "выбросить" плату БП, даже не попытавшись выяснить реальную причину ее неисправности.

Приводимая в этой статье принципиальная схема одного из самых популярных принтеров класса рабочих групп "HP LJ 2300" поможет нашим читателям подойти к вопросу диагностики блока питания более профессионально.

БП принтера "HP LJ 2300" построен по схеме импульсного преобразователя (см.принципиальную схему на рис. 1). Схема силовой части блока практически ничем не отличается от схем аналогичных узлов других принтеров Hewlett Packard. Наибольшие отличия схем БП можно найти только в их вторичных цепях.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема блока питания

Сетевой кабель подключается к принтеру через разъем J101. Входные цепи блока (предохранитель FU201, варистор VZ201, по-зистор TH201 и элементы сетевого фильтра) обеспечивают защиту от помех, токовых бросков и бросков напряжения питающей сети.

Варистор VZ201 защищает первичные цепи блока питания от повышенного напряжения сети. Если сетевое напряжение превышает порог срабатывания варистора (620 В), его сопротивление значительно снижается, и через входной предохранитель FU201 начинает протекать значительный по величине ток. В результате этого предохранитель перегорает, но при этом остальные элементы первичных цепей чаще всего остаются целыми.

Позистор TH201 защищает диодный мост D201 от пускового броска тока. Конденсаторами C201, С209, C210, С204-С206,варистором VZ202 и дросселями L201, L202 обеспечивается фильтрация как симметричных, так и несимметричных импульсных помех питающей сети.

Импульсный преобразователь построен на основе ШИМ контроллера со встроенным силовым ключом (МОП транзистором) IC601 типа STR-Z2064. Микросхема STR-Z2064 является заказной (в сервисные центры не поставляется), поэтому ее отказ приводит к очень большим сложностям в ремонте. Силовой транзистор в составе микросхемы включен последовательно с первичной обмоткой 1-2 импульсного трансформатора Т601 (выв. 1 - сток, выв. 14 - исток). При открывании транзистора через первичную обмотку импульсного трансформатора T601 начинает протекать ток (см. рис. 2).

Рис. 2. Фрагмент схемы включения силового ключа

Протекание постоянной составляющей тока и, соответственно, подмагничивание сердечника трансформатора Т601 предотвращается конденсатором С640.

Микросхема IC601 запускается напряжением с выхода сетевого выпрямителя, которое подается на выв. 5 (VCC) через делитель (R651-R653 R671 R672 R657). Этой цепью создается пусковой ток, значение которого составляет единицы миллиампер. Величины этого тока недостаточно для обеспечения нормального функционирования микросхемы в рабочем режиме, поэтому в этом случае микросхема питается от обмотки 3-5 Т601 через выпрямитель D616 C636. Это же напряжение используется для питания оптрона PC601, стоящего в цепи защиты.

Стабилизация выходных напряжений осуществляется методом ШИМ по сигналу обратной связи, подаваемому на выв. 8 (CONT) микросхемы IC601, который формируется оптроном PC602. Ток светодиода этого оптрона формируется регулируемым стабилитроном IC605 (TL431). На управляющий вход R микросхемы IC605 через делитель R695 R697 R698 подается напряжение канала +3,3 В. Кроме того, сюда же через резистор R696 подается и напряжение канала +24 В. Таким образом, сигнал обратной связи пропорционален колебаниям напряжений на выходах каналов +3,3 и +24 В. Увеличение этих напряжений приводит к увеличению тока черезIC605 и через светодиод оптрона PC601. В результате, фототранзистор оптрона открывается и потенциал на выв. 8 IC601 падает. В итоге длительность импульсов тока через первичную обмотку Т601 уменьшается, что приводит к уменьшению выходных напряжений до номинальных уровней. В случае уменьшения выходных напряжений потенциал на выв. 8 IC601 растет, длительность управляющих импульсов увеличивается и уровень выходных напряжений стабилизируется.

Блокировка ШИМ контроллера IC601 при возникновении аварийных режимов работы блока питания осуществляется подачей сигнала высокого уровня на выв. 4 IC601, который формируется оптроном PC601. Это происходит в следующих случаях:

- превышение напряжения на выходах каналов +5 и +3,3 В;

- превышение тока в канале +24 В;

- превышение тока в канале +3,3 В.

Напряжения на выходах каналов контролируются цепями R666 ZD608 и R667 ZD609, а токи - цепью IC503 Q605. При возникновении любого из этих аварийных режимов на выв. 1 оптрона PC601 подается напряжение, вызывающее протекание тока через его светодиод. В результате этого фототранзистор оптрона открывается, и на выв. 4 IC601 устанавливается высокий потенциал.

Рассмотрим каждый из вариантов аварийной работы блока питания.

Превышение напряжения в каналах +5 и +3,3 В отслеживается стабилитронами D609 и D608 соответственно. Если к любому из этих стабилитронов прикладывается напряжение, превышающее их напряжение стабилизации, ток через них растет. Открывание любого из стабилитронов приводит к подаче напряжения на выв. 1 оптрона PC601 и протеканию тока через светодиод оптрона.

Превышение тока в канале +24 В отслеживается транзистором Q605 и токовым датчиком R693 R694, включенным в переход эмиттер-база транзистора Q605. В случае возникновения слишком большого тока в канале +24 В падение напряжения на токовом датчике увеличивается. В результате потенциал базы транзистора Q605 относительно его эмиттера уменьшается, что приводит к открыванию транзистора, подаче напряжения на выв. 1 оптрона PC601 и к появлению тока через светодиод оптрона.

Превышение тока в канале +3,3 В отслеживается одним из компараторов микросхемы IC503. Между двумя входами этого компаратора включен токовый датчик, представляющий собой резистор R688 (22 мОм). Падение напряжения на этом резисторе соответствует величине тока в канале. Если ток в канале растет, то разность потенциалов между выв. 9 и 8 компаратора IC503 увеличивается, компаратор переключается, и на его выходе (выв.14) формируется низкий потенциал. Этим сигналом открывается транзистор Q605, что приводит к протеканию тока через светодиод оптрона PC601 и блокировке ШИМ контроллера IC601.

Как видно из представленной схемы, блок питания принтера формирует следующие напряжения:

- +24 В, используется для питания двигателей, источников высоких напряжений,соленоидов, реле, вентилятора и т.п.;

- +3,3 В, используется для питания всей цифровой части принтера - микросхем контроллера и форматера, памяти и т.д.;

- +5 В, используется для питания светодиодов оптронов датчиков, светодиодов лазера, интерфейсных цепей параллельного порта и USB-порта.

Все выходные напряжения БП формируются путем выпрямления импульсов, снимаемых с вторичных обмоток трансформатор T601. В каналах +3,3 и +24 В выпрямители реализованы по двухполупери-одной схеме на диодных сборках DA601 и DA602. В канале +5 В выпрямитель реализован по однопо-лупериодной схеме на диоде D619. Напряжение +5 В дополнительно стабилизируется с помощью интегрального стабилизатора IC602 типа 78M05.

Так как процесс запуска импульсного блока питания является наиболее опасным и подавляющее число неисправностей возникает именно в этот момент, разработчики обеспечивают такой режим включения источника, при котором длительность импульсов первичной обмотки трансформатора нарастает плавно. Этот процесс получил название "мягкий старт". В данном блоке питания "мягкий старт" обеспечивается конденсатором C638, подключенным к выв. 7 контроллера STR-Z2064. В момент запуска микросхемы этот конденсатор начинает заряжаться, и по мере его заряда длительность выходных импульсов микросхемы плавно увеличивается.

К первичной цепи БП подключается еще и схема управления печкой, в составе которой имеются симистор Q301, реле RL301 и оптрон SSR301 (на рис. 1 отсутствуют).

Рассмотрим типовые неисправности БП. Традиционно, в наибольшей степени отказам подвержена первичная часть БП, а именно входные цепи и микросхема ШИМ контроллераIC601.

Перед рассмотрением основных неисправностей БП обсудим вопрос диагностики микросхемы IC601. Ввиду того что у автора отсутствует информация о функционировании и внутренней архитектуре микросхемы STR-Z2064, говорить о ее полной функциональной проверке не приходится, но этого в большинстве случаев и не требуется. Отказ этой микросхемы можно выявить очень простым и эффективным способом - проверкой внутреннего силового транзистора. В случае пробоя его переходов, а эта проблема является наиболее типичной, выв. 1 и 14 будут короткозамкнуты. Наличие малого сопротивления между этими выводами говорит о необходимости замены микросхемы. У исправной микросхемы сопротивление между указанными выводами составляет более 20 МОм. Однако необходимо помнить о наличии защитного диода в переходе сток-исток внутреннего транзистора. Поэтому если "+" омметра приложить к выв.14, а "-" к выв. 1, то будет контролироваться сопротивление диода в прямом направлении(сотни Ом). Кроме того, в случае пробоя внутреннего транзистора, через микросхему начинает протекать очень большой ток, который очень часто приводит к разрушению корпуса чипа. В этом случае выявить проблемы с микросхемой можно визуальным способом.

В таблице приведены характерные для этого блока питания неисправности. При возникновении проблем с рассматриваемым блоком питания можно предложить следующий порядок действий:

1. С помощью омметра проверяют исправность предохранителя FU201. Обрыв предохранителя, кроме неисправности в цепях БП, возможен из-за неисправности цепи управления печкой. Поэтому для проверки БП можно отключить кабель питания печки от соединительного разъема J303 и выпаять симистор Q301. При включении принтера без печки будет возникать состояние фатальной ошибки, однако БП будет функционировать нормально.

2. Визуально оценивают целостность корпусов варистора VZ201, позистора TH201, микросхемы IC601. На этом же этапе сразу визуально оценивают качество конденсаторов (вздутие корпусов, хотя такая проблема для принтеров HP не характерна).

3. Переходят к диагностике при включении принтера, и на этом этапе необходимо проконтролировать следующие напряжения:

- на выходе диодного моста (около +300 В);

- на выв. 5 микросхемы IC601 (около +16 В);

- на выходе блока питания (напряжения +3,3 В, +5 В, +24 В).

Таблица. Характерные неисправности блока питания

Автор: Виктор Ткаченко (г. Пенза)

Источник: Ремонт и сервис