Popravak perilice rublja Gorenje

Danas je dobivena na popravak upravljačka ploča perilice rublja Gorenje iz 2021. godine.

Oznaka ploče je „EN BM-3.22 PS-21/L0-54-B-14-8-E/ REV23“. Postoji više inačica ove ploče, a kod narudžbe se vjerojatno svaki znak mora točno poklapati kako bi se dobila elektronički potpuno ista ploča sa istim softverom. Cijena ploče u evropskim zemljama je u rasponu 70-170 Eura, najjeftinije je naručiti iz Poljske, Češke ili Njemačke.

Sama ploča ima oznaku njemačke tvrtke DIEHL Controls. Ova tvrtka vuče korijene iz 1942. godine kada Paul Kolb osniva tvrtku AKO (Apparatebau Paul Kolb) za proizvodnju električnih ograda (pastira). Od 1950-tih godina tvrtka proizvodi grijalice i infracrvene radijatore. U konačnici, 1956. godine tvrtka razvija električni upravljački sustav za prvu automatsku perilicu rublja AEG-LAVAMAT. Tijekom 1968. godine tvrtka AKO osniva odjel elektronike, a 1980. godine kreće masovna proizvodnja perilica rublja sa potpuno elektroničkim upravljačkim sklopovima. Na prijelazu iz 1994. u 1995. godinu zbog sve težeg održavanja konkurentnosti poslovanja tvrtka AKO se pridružuje njemačkoj grupaciji Diehl. Od 1998. godine radi daljnje konkurentnosti na tržištu Diehl Controls otvara pogone u Poljskoj, Meksiku i naravno Kini. Ondje proizvodi elektroniku i module iz područja upravljanja, umrežavanja, napajanja, kontrole motora i slično.

Naša perilica se nakon završetka programa pranja isključila i nakon toga se više ne može uključiti, odnosno ne pokazuje nikakve znakove života (kao da je isključena iz mrežnog napajanja).

Kad nema naznaka prisutnosti napona obično se prvo provjere mrežni kabao te njegovi kontakti i spojevi. Zatim slijedi provjera mrežnih osigurača (rastalni, MOV, PTC), ulaznih RSO i EMI filtara i sličnih ulaznih mrežnih zaštita i filtara. U našem slučaju sve navedeno je ispravno.

Na pločici se ne vide elementi sa tragovima termičkih ili mehaničkih oštećenja. Na Internetu se ne mogu naći nikakvi podaci o ovoj ploči, štoviše ne može se iskopati shema elektroničkih ploča bilo kojeg modernijeg kućanskog aparata. Najbolje što ćete naći je „wiring diagram“ odnosno shema spajanja pojedinih vanjskih komponenti na ploču. Servisni priručnici su uglavnom ograničeni na dijelove strujnih krugova koji su predviđeni za popravak te u najboljem slučaju sadrže samo male dijelove shemi izlaznih krugova.

Preostaje nam identificirati sklopove na našoj tiskanoj pločici i sustavno tražiti na kojem sklopu dolazi do prekida kontinuiteta strujnog kruga. Pločica je sa dvostranom štampom i puno tiskanih veza prolazi ispod komponenti, a sama pločica nije prozirna tako da je vrlo teško pratiti spojeve gornjih i donjih tiskanih veza. Mnoge komponente su u najmanjim tipovima SMD kućišta, ima namjenskih komponenti za koje je nemoguće naći bilo kakve podatke, a neke nemaju nikakve oznake. Sve ovo je tipično za modernu elektroniku koja se proizvodi robotski i nije predviđena za popravak na razini komponenti.

Da stvar bude gora, na našoj pločici su gotovo svi lemni spojevi i kontakti prekriveni nekakvim slojem oksida (svojevrsne korozije) koja je vjerojatno nastala kondenzacijom ili prodorom vlage na pločicu. Tako su sva lemna mjesta povećanog električnog i termičkog otpora što onemogućava slijeđenje veza „zujalicom“ i jako otežava lemljenje spojeva. Svaki spoj je potrebno površinski zagrebati do zdravog lema da bi se dobio električni kontakt kod ispitivanja ili mehanički potpuno očistiti od oksida da bi se mogao kvalitetno prelemiti. Pločica je inače smještena na samom dnu kućišta perilice ispod cijevi za odvod što svakako nije najsretnije rješenje. Ipak, površinsku hrđu, hladni lem i slično ovdje (još uvijek) ne možemo kriviti za neispravnost ove pločice jer su lemni spojevi ispod korozije električki ispravni.

Po tipu ugrađenih komponenti našu pločicu možemo razlučiti na tri funkcionalne cjeline:

• elektronički krug (napajanje) za pogon elektromotora perilice (donja polovica ploče)
• SMPS napajanje za upravljačku elektroniku (gornji desni kvadrant ploče)
• upravljačka elektronika (gornji lijevi kvadrant ploče)

Elektronički krug (napajanje) za pogon elektromotora perilice je tipične izvedbe i najlakše se identificira na ploči. Sadrži slijedeće osnovne komponente:

• Relej za uključenje/isključenje kruga napajanja elektromotora – HF3FA (kontakti 10 A, 250 V, zavojnica 12 V)
• Varistor (MOV) za zaštitu od mrežnog prenapona – S14 K300 (300 V AC)
• PTC termistor za zaštitu od prevelike struje (kratkog spoja) C-751A 140
• LC filtar (sprječavanje prodora VF smetnji koje stvara SMPS napajanje u mrežne vodove)
• Diodni mosni ispravljač – GBU806 (8 A, 600 V)
• Filtarski kondenzator – 390 µF, 400 V
• Integrirani krug za pražnjenje filtarskog kondenzatora nakon isključenja napajanja – CAP200DG
• IM393-M6E (Integrated Power Hybrid) – driver za trofazni elektomotor, 600 V, 10 A

Za hibridni modul IM393-M6E nisam siguran da je baš toga tipa jer se oznake nalaze sa donje strane, no po obliku kućišta i rasporedu nožica svakako se radi o nekom hibridu za upravljanje vrtnjom elektromotora iz te serije. Također, ulazni zaštitni i filtarski mrežni elementi su zajednički za sve sklopove.

Ovaj strujni krug dolazi pod napajanje tek kada upravljačka elektronika uključi odgovarajući relej. Relej je u našem slučaju ispravan ali se ne uključuje tako da moramo tražiti grešku negdje drugdje.

Slijedi provjera SMPS napajanja upravljačke elektronike. Ovo napajanje ima topologiju kao i sva druga SMPS napajanja no nakon detaljnijeg proučavanja i izvođenja dijela elektroničke sheme našli smo i neke netipične spojeve.

Tako se u našem slučaju izmjenični mrežni napon poluvalno ispravlja preko dvije serijski spojene diode US1M (700 V, 1 A), a struja se ograničava otpornikom od 10 Ω. Zanimljivo je da se druga mrežna priključnica uvodi preko mosnog ispravljača GBU806 u krugu napajanja elektromotora, odnosno preko unutrašnje diode koja se nalazi između pinova za izmjenični i negativni napon. Time je ispravljanje i dalje poluvalno, a ovakav slučaj zapravo imamo kod svakog mosnog diodnog ispravljača gdje u svakoj poluperiodi vode dvije diode. Ovdje u svakoj grani imamo dvije bitno različite diode i zapravo ne znam koja je osnovna ideja korištenja ovakvog dizajna. Očekivali bismo zaseban diodni mosni ispravljač ili u najgorem slučaju jednu diodu za poluvalno ispravljanje. Svakako da se ovdje napon umjesto na jednu raspoređuje na tri diode, iako ne podjednako, osim ako su vrlo sličnih karakteristika. No dijeljenje napona vjerojatno nije razlog ovog spoja (diode su deklarirane za napon 700 V) nego je ovo moguće napravljeno kao zaštitna mjera zbog konstrukcije ostatka sklopova na pločici gdje dio dijeli zajedničku masu sa napajanjem, odnosno zbog ograničenja uvođenja izravnih mrežnih vodova koji uvijek mogu biti fazni ili nulti ovisno kako se okrene utikač.

Filtarski kondenzator je 22 µF, 400 V. Na ovom kondenzatoru mjerimo napon od 328 V (cca 230 V x 1,44) pa možemo smatrati da je ispravljački dio ispravan. U nepropusnom smjeru prema naponu 328 V spojene su još dvije TVS diode (SMAJ 170A) za blokadu negativnih napona koje može inducirati prekidački krug sa primarnom zavojnicom transformatora.

1. Sumnja na prekidački integrirani krug TNY285DG

U primarnom dijelu SMPS napajanja nalazi se integrirani krug TNY285DG koji objedinjuje oscilator (132 kHz) i izlazni MOSFET (725 V) za pogon primara transformatora te je predviđen za SMPS napajanja snage do 15 W. Ovaj čip na našoj pločici ne radi tako da transformator ne dobiva prekidački napon na primaru, čime nemamo nikakve napone ni na sekundarima transformatora. Logično, onda napajanje ne dobiva ni čitava upravljačka elektronika. Transformator SMPS napajanja inače ima dva sekundarna namota od kojih je jedan sa središnjim izvodom, čime na izlazu dobivamo tri linije niskih napona. Lijepo se uočavaju i tri ispravljačke linije gdje su filtarski kondenzatori deklarirani za 40 V, no u ovom trenutku nikako ne možemo točno znati koji su nominalni izlazni naponi iz SMPS napajanja.

Dio tiskane pločice sa elementima SMPS napajanja upravljačke elektronike. Elektrolitski kondenzatori su uklonjeni kako bi se mogle pratiti tiskane veze.

Izvedena elektronička shema SMPS napajanja.

Integrirani krug TNY285DG ima Drain i Source izlaze iz internog MOSFET-a te još dvije upravljačke linije. Na Drain i Source pinovima mjerimo napon 328 V tako da čip dobiva potrebno napajanje, no ne oscilira i ne vrši prekidanje. Prije nego zaključimo da je čip neispravan, moramo provjeriti da nije problem u signalima na upravljačkim pinovima koji ga drže isključenog. Tu se stvari malo kompliciraju jer su dva upravljačka pina na ovom čipu multifukcionalna i reagiraju na određene vrijednosti napona i struje. Sam čip može biti automatski isključen ukoliko nastane strujno preopterećenje izlaznog MOSFET-a, ako dođe do prevelikog zagrijavanja (iznad 142°C) ili ako padne napon napajanja čipa ispod 4,9 V. Čip će se automatski isključiti ako opterećenje (primar transformatora) nije u zadanim granicama, a to se odnosi na kratki spoj, otvoreni krug (bez opterećenja) i za slučaj prevelikog opterećenja.  Naravno čip reagira i na povratni krug za praćenje izlaznog napona i sukladno tome regulaciju oscilacija kako bi se izlazni napon stabilizirao.

2. Provjera da li se čip TNY285DG automatski isključuje zbog nekog kvara na okolnim komponentama

BP/M (Bypass/Multi-Function) pin ima osnovnu namjenu osiguranja internog napona napajanja čipa od 5,85 V preko vanjskog kondenzatora 100 nF. Taj kondenzator (C1) se preko primarne linije (328 V) nabije na napon cca 6 V i tim naponom se inicijalno pokreće čip TNY285DG. Kad se čip jednom pokrene, na sekundarnim namotajima se pojavi napon, te se čip dalje napaja preko donje sekundarne linije, preko diode D1 i otpornika R1. Prema tvorničkim podacima napon napajanja na pinu BP/M mora biti u granicama 5,6 – 6,3 V i ako padne ispod 4,9 V čip će se isključiti. Mi smo na ovom pinu izmjerili napon od 5,98 V čime možemo zaključiti da čip dobiva svoje napajanje. U čip je inače ugrađen interni regulator napona 5,85 V.

EN/UV (Enable/Undervoltage) pin je senzorski pin i na njega se dovodi uzorak izlaznog napona kako bi se mogla vršiti njegova automatska regulacija promjenom frekvencije oscilatora.

Ono što na shemi odmah uočavamo kao vrlo netipično to je da povratni regulacijski krug u našem slučaju nije izveden optoparom, transformatorom ili sličnim izolacijskim elementom kako je to uobičajeno kod velike većine SMPS napajanja. Takvim elementima se postiže galvanska izolacija između primarnog i sekundarnog kruga čime nikako ne može doći do prodora visokog napona sa primara na niskonaponske sekundarne linije. Također, galvanskim odvajanjem masa primara i sekundara sprječava se unos mrežnog šuma (zajedničkog šuma) u linije napajanja osjetljivih elektroničkih komponenti i sklopova (signalne i podatkovne linije). U našem slučaju dvije linije napona na dvostrukom sekundarnom namotaju dijele istu masu sa primarnim krugom, dok je preostali sekundarni namotaj odvojen i ima svoju masu (svoj plus i minus).

Ponekad se zbog same uštede komponenti ili nekog drugog razloga (mehaničke osjetljivosti) ne koriste optički, transformatorski, digitalni ili neki drugi izolatori nego se koristiti izravna povratna veza preko običnog otporničkog djelitelja napona. Međutim, u tom slučaju sekundarni namotaj mora imati zajedničku masu sa primarnim krugom ili se mora koristiti pomoćni namotaj za dobivanje uzorka napona i napajanje samog prekidačkog čipa. Kao što se vidi na shemi, u našem slučaju primarni krug i dvostruki sekundarni namotaj dijele istu masu, a uzorak izlaznog napona za kontrolu regulacije se dobiva sa gornjeg sekundarnog namotaja transformatora.

U povratnom krugu se nalaze tri SMD elementa u SOT-23 kućištu sa oznakama LA3, 3GW i A8K. Tko god je pokušavao identificirati SMD komponente po otisnutim kodovima zna da tu može biti puno problema i dvojbenih situacija. Iste oznake može imati više različitih SMD komponenti, a unatoč raznim tablicama sa kodovima koje možete naći na Internetu uvijek se lako desi da komponenta ima neku svoju namjensku oznaku, da uopće nema oznaku ili da neka oznaka nikako ne odgovara ponuđenim opisima. Za SMD element oznake LA3 nisam našao neke logične rezultate, a prema spoju sa ostalim elementima na našoj pločici i prema očekivanom elementu u samom krugu to je vrlo vjerojatno shunt regulator TL431 ili TL432 u SOT-23 kućištu ili neka njegova inačica. Komponenta oznake 3GW je PNP tranzistor BC857C (50 V, 100 mA), a komponenta sa oznakom A8K je NPN BRT (Bias Resistor Transistor) također 50 V, 100 mA.

Shunt regulator TL431/TL432 u osnovi djeluje kao zener dioda kojoj se može podesiti zener napon u rasponu 2,5 V do 36 V preko jednostavnog djelitelja napona sa dva otpornika na referentnom pinu regulatora. Napon od 2,5 V je dakle minimalan napon na kojem shunt regulator počne voditi. Ako trebamo primjerice stabilizirati napon od 12 V, onda ćemo odabrati otpornike za djelitelj napona tako da na 12 V ulaznog napona dobijemo malo manje od 2,5 V izlaznog napona koji dolazi na referentni pin regulatora. Čim izlazni napon malo poraste iznad 12 V, to će napon na referentnom pinu također porasti i doseći 2,5 V te će regulator provesti, odnosno preko pinova katoda i anoda će poteći struja. Kako poteče struja preko regulatora tako baza tranzistora 3GW dobiva potreban prednapon za njegovo uključenje (vođenje), a posljedično provede i tranzistor A8K. On time shuntira pin EN/UV na kojem nastaje pad napona jednako kako bi to bilo i sa opto-tranzistorom u optoparu.

Prema tvorničkim podacima napon na senzorskom pinu EN/UV mora biti u granicama 0,8 – 1,6 V (za struju -25 µA) ili 1,8 – 2,6 V (za struju 25 µA). Mi smo izmjerili 1,65 V što pokazuje da tranzistor A8K nije u proboju, no ovdje nemamo nikakav povratni napon (struju) pa ta izmjerena vrijednost vjerojatno nema puno smisla.

Što se tiče ostatka sheme, na primarnom namotaju i paralelno ispravljačkim diodama na sekundarnim namotajima dodani su RC snubber filtri. Ovi filtri prigušuju VF smetnje koje se u prekidačkim napajanjima najčešće manifestiraju kao nepoželjna parazitska istitravanja (oscilacije) na početku i kraju svakog prekidačkog ciklusa.

Na kraju nismo pronašli razlog zbog kojeg primarni pogonski čip TNY285DG ne radi. Svi naponi se čine u nominalnim granicama i preostaje naručiti novi čip.

3. Zaključak dok čekamo da Kinezi pošalju čip

Za SMPS napajanja su do danas razvijeni vrlo kompleksni čipovi pa ako ne radi primarni oscilator to ne mora nužno značiti da ne valja driverski čip ili izlazni MOSFET. Moderni SMPS čipovi sadrže više senzorskih krugova koji prate struje i napone u primarnim i sekundarnim krugovima te mogu biti isključeni iz raznih razloga, odnosno kvarova na drugim komponentama. Također, ako je i pregorio prekidački MOSFET, bilo integriran u sam oscilatorski čip ili kao samostalna komponenta, razlog može biti i nefunkcionalnost „clamp“ zaštite od induciranih negativnih naponskih pikova, pozitivnih prenapona, pojave VF oscilacija, indukcija od rasipnih induktiviteta (induktiviteta curenja) i drugo, što je posebno naglašeno ako je na jezgri više sekundarnih namotaja kao u našem slučaju. Razvijeno je više topologija takvih clamp/snubber filtara, a odabire se ona koja daje najbolji odnos učinkovitosti i opterećenja primarnog kruga za pojedini slučaj. U našem slučaju je ugrađen RC snubber filtar za prigušivanje VF titranja te dvije diode preko otpornika za ograničenje struje. Obrnuto polarizirana dioda RS1J kratko spaja negativne induktivno inducirane napone, a za SR1AA nismo našli podatke no to je vjerojatno neki tip zener ili TVS diode sa visokim probojnim naponom koja ograničava pojavu prenapona u pozitivnom smjeru.

Popravak SMPS napajanja u amaterskim uvjetima postaje sve teži posao jer su ispravljački krugovi sve kompleksniji, ugrađenim specijaliziranim čipovima, transformatorima i drugim komponentama se više ne zna broj, a minijaturizacija nekih SMD komponenti sve više ide ispod 1 mm. Tako bi i na ovoj pločici prije narudžbe čipa rado detaljno provjerio sve tranzistore i diode (nema ih puno), ali za to je potrebno njihovo mikroskopsko odlemljivanje i ponovno vraćanje na mjesto. Ispitivanje na pločici bez odlemljivanja sigurno neće dati pouzdane rezultate. Drugi problem je taj da ako i želimo ispitati tranzistor na pločici (postoje pouzdani instrumenti za to), jednostavno ne znam kako i odakle prisloniti tri pipalice na sićušne kontakte SMD tranzistora. Pipalica instrumenta koja se golim okom čini kao igla, kad se pod mikroskopom približi SMD komponenti, izgleda kao „slon naslonjen na buhu“.

Ono što smo mogli provjeriti ommetrom i dioda-testom to smo provjerili, čip TNY285DG košta nekoliko desetaka euro-centi pa ako nakon zamjene napajanje i dalje neće raditi, onda ćemo ići u detaljniju analizu drugih mogućih problema.

Spomenimo još da se upravljački krug bazira na dva mikrokontrolera serije MC56F82746V i R5F104GJG. Tu možemo uočiti i uobičajene optičke izolatore (optocoupler) za povezivanje mikrokontrolera sa perifernim komponentama (H11L1) i jedan čip oznake SN293 što je vjerojatno dvostruki diferencijalni komparator napona (LM293). U ovom dijelu se definitivno ne mogu vršiti neki popravci bez specijalnih alata i bez originalnih tvorničkih shema i namjenskih softvera.

4. Čip TNY285DG je zamijenjen ali napajanje i dalje ne radi.

Čip TNY285DG je zamijenjen ali napajanje i dalje ne radi. Sada moram detaljnije provjeriti upravljačke krugove na pinovima BP/M i EN/UV. Napon napajanja na pinu BP/M je prilikom mjerenja je i dalje stabilan. Kondenzator za napajanje od 100 nF je ispravan, no svejedno sam ga preventivno zamijenio. To nije riješilo problem.

Slijedeće sam odspojio pin EN/UV i preko potenciometra 100 kΩ ga spojio na masu. Time dinamički simuliram strujni krug za pokretanje i regulaciju frekvencije rada oscilatora. Na određenim strujama odvoda čip započinje oscilirati, napon na sekundarima počinje rasti, no za kratko vrijeme (pola sekunde) napon odmah pada. Osciliranje ulazi u petlju gdje se isto stalno pokušava pokrenuti, no neki zaštitni mehanizam ga stalno gasi. Ostaje samo mogućnost da je prekidački MOSFET preopterećen i zaštita unutar čipa ga isključuje čim struja preko njega pređe nominalni prag.

Elementi  paralelno primarnom namotaju transformatora (zaštitne dioe, snubber filtar) nisu u kratkom spoju i svi namotaji transformatora su ispravni jer bez problema mjerimo induktivitet svih namotaja. Preostaje jedino da je prekomjerno opterećenje u sekundarnim ispravljačkim krugovima.

5. Traženje mogućih neispravnosti (kratkih spojeva) u sekundarnim krugovima napajanja

Ispravljačke diode i filtarski kondenzatori su ispravni, tako da sada trebamo provjeriti stabilizatorske krugove koji slijede iza njih. Ti krugovi su prilično složeni, a zbog SMD komponenti nije ih lako izolirati. Jednako tako pasivni elementi crne boje su bez oznaka i nemoguće je biti siguran da li se radi o otporniku, kondenzatoru ili zavojnici. Uklonio sam dva elementa koje je bilo najlakše ukloniti kako bi na dvije linije odvojio ispravljački dio od stabilizacijskih i regulacijskih krugova.

Problem sada treba tražiti na ovom dijelu ploče. Crvenim pravokutnikom L označena je pozicija zavojnice koju smo uklonili da bi izolirali (dio) regulacijskog kruga napajanja u V2 grani napajanja. Isto tako, crvenim pravokutnikom J označen je kratkospojnik koji smo uklonili da bi izolirali (dio) regulacijskog kruga napajanja u V1 grani napajanja.

Nakon ovoga oscilator je proradio. Na liniji V1 mjerim napon 21,4 V, na liniji V2 napon je 3,3 V, a na liniji V3 je napon 31,6 V. Ovo ne znači puno jer ne znam koji bi trebali biti nominalni naponi, no sada je jasno da su jedna ili više linija napajanja preopterećene nekim kratkim spojem. Koliko se generalno može vidjeti linija V1 je za napajanje prednje ploče sa displejom perilice što je i logično jer je jedina galvanski odvojena od mrežnih vodova, a nikako ne bi bilo pametno da se na prednjoj ploči po kojoj se dira nalazi mrežna faza.  Linija V2 je za napajanje mikrokontrolera (MCU), te je logično da ova linija bude u povratnom krugu stabilizacije napona jer je najnižeg napona i treba biti najstabilnija. Linija V3 je za napajanje Integrated Power Hybrid IC-a. Ovaj IC se napaja sa 15 V i njegovi pinovi za napajanje nisu u kratkom spoju. Vjerojatno se sa ove linije napajaju i releji.

6. Moguć djelomični kratki spoj na liniji napajanja V2

Sada kada su ispravljački krugovi odvojeni, na liniji V2 mjerimo prilično veliko omsko opterećenje od 12 Ω. Iako na naponu 3,3 V to stvara struju od 275 mA, ovo bi ipak bila ogromna potrošnja struje za napajanje dva MCU-a. Očito je nešto u kratkom spoju.

Čini se da je u (polu)kratkom spoju jedan filtarski SMD kondenzator na liniji V2 jer je on svakako spojen paralelno na ovu liniju (na slici smo taj kondenzator označili sa slovom “C”). Na prvu je teško biti siguran radi li se uopće o kondenzatoru jer nema nikakvih oznaka, a praktično je nemoguće pratiti dvostruke tiskane veze kroz desetke pasivnih i aktivnih SMD komponenti koje čine krugove regulacije i stabilizacije napona napajanja, koji se uz sve to međusobno isprepliću kroz dvostranu štampu. Ovaj kondenzator vjerojatno čini niskopropusni LC filtar napajanja MCU-a u kombinaciji sa SMD zavojnicom 10 µH koju smo odlemili radi odvajanja krugova (L). Takav filtar prigušuje VF smetnje koje bi se preko SMPS napajanja mogle probiti na MCU.

7. Zamjena kondenzatora VF filtra

Kondenzator smo odlemili, pojazuje otpor 12 Ω tako je svakako neispravan. Po izgledu te komponenete i prema mjestu gdje se nalazi u strujnom krugu ovo bi svakako trebao biti kondenzator. Međutim, isti nema nikakve oznake.

S obzirom da ne znamo vrijednost SMD kondenzatora, isto moramo nekako izračunati. Frekvencija rada čipa TNY285DG u SMPS napajanju je u rasponu 124-140 kHz. To znači da bi naš filtar morao gušiti sve frekvencije veće od barem 100 kHz. Uz izmjerenu zavojnicu induktiviteta 10 µH, kondenzator bi u tom slučaju trebao imati vrijednost od barem 250 nF. Što je vrijednost kondenzatora veća, granična frekvencija filtra će biti niža. Najveća vrijednost SMD kondenzatora kojeg sam našao u svojim zalihama je 5 µF što daje graničnu frekvenciju niskopropusnog filtra od cca 22 kHz. Ovaj filtar će stoga dobro potiskivati VF smetnje SMPS napajanja.

8. Pločica je oživjela

Nakon zamjene kondenzatora pločica je oživjela, releji se periodički uključuju i isključuju što je za očekivati jer nema spojenih vanjskih komponenti.

Što se dakle ovdje dogodilo: kondenzator u krugu LC filtra VF smetnji za napajanje MCU-a je otkazao i otišao u djelomični kratki spoj (12 Ω). Uslijed toga porasla je potrošnja struje u V2 grani napajanja, a posljedično tome porasla je i struja kroz sekundarni te primarni namotaj transformatora. Integrirani krug TNY285DG u primaru SMPS napajanja je detektirao povećanu potrošnju struje te se isključio. Isključenjem čipa pak je čitav niskonaponski dio pločice je ostao bez napajanja, uključujući i MCU-e, releje i prednju ploču perilice.

9. „Poslije bitke je lako biti general“

„Poslije bitke je lako biti general“ pa se sada postavljaju pitanja zašto se nisu odmah odspojili sekundarni krugovi da se nedvojbeno utvrdi da je sa primarnim krugom sve u redu. Razlog je taj što su tri sekundarna kruga prilično složena sa petnaestak tranzistora i integriranim krugom oznake IJ6NE za koji nismo našli nikakve podatke. Zbog velike zavojnice u blizini vjerojatno je to neki DC/DC Step down (buck) converter, a moguće da je i neki drugi tip naponskog regulatora ili pak kakav tranzistorski par u zajedničkom kućištu. Potrebno je dobro ispratiti tiskane vodove preko tih komponenti da se nađe najbolji način za praktično odvajanje tih krugova. To nije nikako lako napraviti na ovakvoj mikrotehnologiji i ako ćemo se upuštati u to onda moramo biti sigurni da je kvar upravo tu negdje. Odlemljivanje i ponovno zalemljivanje SMD komponenti manjih od milimetra lako može mehanički i termički oštetiti komponente i tiskane veze. Ova pločica nije predviđena za takve popravke.

Integrirani krug IJ6NE, moguće u krugu DC/DC Step down (buck) convertera ili nekog drugog regulatora/stabilizatora napona. 

Kratki spoj na sekundarnim linijama napajanja ne možete ispitati ommetrom bez odlemljivanja namotaja transformatora koji sami po sebi predstavljaju omski kratki spoj. Što je još gore, ovdje kratki spoj nije bio potpun i otpor sekundarnog namotaja je još uvijek daleko manji od otpora (polu)kratkog spoja neispravnog kondenzatora. Također, filtarski elektrolitski kondenzatori će sigurno poremetiti mjerenje jer se pune mjernim naponom iz ommetra. To se manifestira tako da se ommetar ne može smiriti na jednoj vrijednosti nego se one stalno mijenjanju, najčešće prema gore ili dolje proporcionalno tome kako se puni kondenzator. Kod SMD sklopova si jednostavno ne možemo priuštiti odlemljivanje i zalemljivanje na bilo kojem mjestu samo u svrhu testiranja, kako smo navikli kod klasične elektronike.

Ispitivanje kondenzatora zalemljenih na pločici u smislu kratkog spoja je također nesiguran način ispitivanja ispravnosti jer kratki spoj ne mora biti potpun, a osim toga kondenzatori mogu biti vezani paralelno zavojnicama, otpornicima i drugim elementima niskih omskih vrijednosti. Takav je slučaj sa kondenzatorima u V1 grani napajanja (DC/DC konverter) i ovdje svi kondezatori na pločici testerom kontinuiteta pokazuju kratki spoj.

Mjere opreza!

Potrebno je posebno naglasiti kako je kod popravke ovakvih ploča treba biti krajnje oprezan glede prisutnosti mrežnog napona i napona na visokonaponskim kondenzatorima. U našem slučaju SMPS kondenzator se isprazni preko čipa TNY285DG u zadnjim ciklusima rada, no svejedno treba biti oprezan i prije rada na pločici provjeriti prisutnost napona na takvim kondenzatorima. Također, mjerni instrumenti moraju biti galvanski odvojeni od mreže (najbolje da su baterijski) jer se lako može napraviti kratki spoj preko različitih izvedbi uzemljenja.

Iz svakog iskustva ponešto se novo nauči

Svakim ovakvim sustavnim popravkom postajemo pametniji i svjesniji modernih „pametnih“ čipova u koje su ugrađene razne naponske, strujne i termičke zaštite. Ove zaštite sprječavaju havarije na pločici poput pregrijavanja, taljenja, a u konačnici i eksplozija te požara na komponentama i vodovima, no kod dijagnoze kvara mogu „zamaskirati“ neki inače očiti problem. U našem slučaju, da nije bilo zaštite vjerojatno bi pregorjela SMD zavojnica ili neispravni kondenzator jer struja kratkog spoja nije bila velika. No, da se dogodio potpuni kratki spoj na većem naponu (V1 ili V3) onda bi vjerojatno stradao transformator, a moguće i druge komponente.

Sada preostaje vratiti ploču u perilicu i nadati se najboljem…

10. Perilica i dalje ne radi

Naša ploča je smještena na dnu kućišta perilice.

Nakon ugradnje ploče u perilicu, ista i dalje ne radi. Čuje se periodično ukapčanje i iskapčanje releja, no displej na prednjoj ploči je mrtav. Sada već sa sigurnošću možemo pretpostaviti da je u kvaru i linija napajanja displeja (V1). Ne preostaje drugo nego opet uzeti mikroskop te pokušati izolirati kvar na toj liniji. Ovdje se nalazi nepoznati integrirani krug IJ6NE i da bi ga identificirali moramo nacrtati dio sheme sa elementima na koje je ovaj IC vezan.

Dio ploče na kojem treba tražiti druge kvarove.

Sada vidimo da je prema načinu spajanja u strujni krug ovo posve sigurno DC/DC Step down ili buck konverter koji relativno visoki ulazni napon od 21,4 V treba spustiti na 5 V ili čak 3,3 V ovisno koji čipovi su na kontrolnoj ploči sa displejom perilice. Kontrolna ploča se inače sa pločom napajanja spaja preko svega 7 žica. To znači da se koristi neki dvostrani digitalni protokol razmjene podataka. No, pogledajmo što je s tom granom napajanja.

11. To što je otklonjen jedan (polu)kratki spoj ne mora značiti da negdje ne postoji još nekoliko (polu)kratkih spojeva

Nakon što sam izolirao ispravljački od regulacijskog dijela napajanja, na regulacijskom dijelu grane V1 se mjeri djelomični kratki spoj od 3,6 Ω. S obzirom da smo prethodno uklonili djelomični kratki spoj na liniji V2, ovaj preostali djelomični kratki spoj na liniji V1 nije uzrokovao toliki porast struje da bi se SMPS čip TNY285DG isključio. Čak štoviše, napon na liniji V1 se uspijeva održavati dovoljno visokim i uz taj djelomični kratki spoj.

Moja pretpostavka je bila da se relej periodično isključuje i uključuje zato jer MCU logika ne prepoznaje senzore koji moraju biti spojeni na ploču. No, sada kada smo odspojili liniju V1, relej se normalno uključi samo jednom i ostaje uključen.

12. Famozni integrirani krug IJ6NE

Prvo sam morao nekako identificirati taj famozni čip oznake IJ6NE. Kod takvih oznaka obično prva dva slova čine samu oznaku čipa, a ostale brojčane i slovne oznake su datumski kodovi. Pod oznakom IJ nisam pronašao nikakav čip u SOT 23-6 (SOT 26) kućištu koji bi odgovarao nacrtanoj shemi. Međutim pod oznakom AJ nalazim čip AP5100 koji bi po svim parametrima mogao odgovarati za našu primjenu. To je podesivi DC/DC Step down konverter koji ulazne napone u rasponu 4,75 – 24 V može spustiti na napone u rasponu 0,81 – 15 V, a maksimalna izlazna struja je 1,2 A. Nama svakako treba čip koji može podnijeti ulazni napon od barem 21,4 V tako da je AP5100 za to prikladan, a ima i odgovarajući raspored pinova.

13. Što je onda u kratkom spoju?

Prva sumnja glede kratkog spoja pada na tri filtarska kondenzatora na ulazu u DC/DC konverter (C1, C2, C3). Ove kondenzatore sam u svrhu ispitivanja morao odlemiti i isti nisu u kratkom spoju. Na ulaznoj liniji sada ostaje samo IJ6NE i njegov ulaz je u tom djelomičnom kratkom spoju (3,6 Ω). Međutim, to nije sve. U kratkom spoju je također i izlaz iz čipa IJ6NE.

S obzirom da ne želim napraviti istu grešku kao kod SMPS čipa, sada prvo provjeravam četiri filtarska kondenzatora na izlazu iz DC/DC konvertera. Ovi kondenzatori nisu u kratkom spoju, kao ni čitava linija iza njih. Međutim, u kratkom spoju je Schottky dioda STPS140Z (40 V, 1A) koja štiti od negativne naponske indukcije iz zavojnice L1.

14. Zamjena Schottky diode

Schottky dioda nosi oznaku S14 što bi trebala biti STPS140Z (40 V, 1A). Ne želim sada čekati nekoliko tjedana da stigne nova dioda iz Kine pa sam na pločici neke neispravne grafičke kartice našao sličnu Schottky diodu SR24 (40 V, 2 A). Ova dioda je u izlaznom krugu regulatora, no zamjenom ove diode više ne mjerimo kratki spoj ni na ulaznom krugu regulatora. Ipak, malo je sumnjivo što ulazni i izlazni pinovi regulatora IJ6NE prema masi pokazuju približno isti otpor. Razlog tome je što su ulazni i izlazni pin IJ6NE i dalje u djelomičnom kratkom spoju (3,6 Ω). Sada je jasno da se kratki spoj ulaza u regulator ostvarivao preko djelomičnog kratkog spoja pinova 5 i 6 regulatora IJ6NE te potpunog kratkog spoja (proboja)  Schottky diode S14. Očito da ćemo morati zamijeniti i čip IJ6NE.

15. Koliki bi trebao biti napon iz DC/DC konvertera?

Ne znamo koji izlazni napon treba dati DC/DC konverter, no ne bi trebao biti veći od 5 V. Malo je čudno što sekundarna linija daje toliko visok napon (21,4 V), a onda se mora koristiti DC/DC Buck konverter da istog učinkovito smanji na nominalnu vrijednost. Vidimo međutim da na ovom dijelu pločice ima puno praznih mjesta bez zalemljenih komponenti, tako da je moguće da su neke druge inačice ovih perilica opremljene dodatnim sklopovima i funkcijama za koje su potrebni viši naponi napajanja.

Izlazni napon iz DC/DC konvertera možda bi se mogao otkriti tako da se vidi koje komponente napaja na kontrolnoj ploči perilice. Posve sigurno tu mora biti neki MCU na 5 V ili 3,3 V no moguće je da i na kontrolnoj ploči postoje neki dodatni regulatori napona. Dostup kontrolnoj ploči perilice sada nemam pa idemo drugim putem.

Ukoliko je dakle čip IJ6NE doista AP5100 ili neki njegov ekvivalent, onda izlazni napon određuje omjer otpornika R1 i R2. Ovi otpornici su bez oznaka tako da moramo odlemiti čip kako bi im izmjerili vrijednosti i izračunali njihov omjer.

Formula za izračun otpornika za željeni izlaznog napon je:

U našem slučaju R1 = 46,9 kΩ, R2 = 9,1 kΩ što daje omjer za izlazni napon 5 V. Za R1 se uvijek uzima otpor od oko 45-50 kΩ kako bi se dobio najbolji odnos između efikasnosti rada i točnosti izlaznog napona DC/DC konvertera. Ovaj račun potvrđuje da je čip IJ6NE istih karakteristika kao AP5100.

16. Druge teško prepoznatljive komponente

Sada kada znamo da DC/DC koverter pretvara ulazni napon od 21,4 V u izlazni napon od 5 V, trebalo bi provjeriti i da li je sve u redu sa ostatkom sklopova.

Linija napajanja od 5 V također napaja i neke komponente vezane uz podatkovne linije. Jedna od njih je mali integrirani krug u SOT 23-5 kućištu sa oznakom TN. Više različitih čipova u takvom kućištu nosi oznaku TN, a to su uglavnom regulatori napona i CMOS logički integrirani krugovi. U našem slučaju je ovo vjerojatno CMOS inverter (buffer) za TX podatkovnu liniju (74HCT1G126GW).

Pored konektora su još dvije komponente u SOT 23 kućištu sa oznakom A7. To mogu biti dvostruke diode, regulatori napona, izvori referentnog napona i MOSFET-i. Prema načinu na koji je naš element vezan u shemi to su vjerojatno dvostruke diode koje služe za ESD zaštitu podatkovnih linija, po svemu sudeći BAV99.

Također vidimo i dvije crne izdužene komponente sa utisnutim logom „AKO“, bez drugih oznaka. Nisam nigdje našao podatke o ovakvim komponentama, no prema načinu spajanja ovo su vjerojatno common mode filtri za filtriranje EMI i drugih šumova iz naponskih i podatkovnih linija. TX i RX podatkovne linije preko kojih MCU na ploči napajanja komunicira sa MCU-om na kontrolnoj ploči su dugačke oko 1 metar (od vrha do dna kućišta perilice) tako se uz ESD zaštitu ovdje posve sigurno koriste šumni filtri (common mode filter choke, common mode EMI filter), jedan za liniju napajanja i jedan za podatkovne linije.

Glavnu ploču sa kontrolnom pločom povezuju samo četiri žice: dvije su za napajanje 5 V, a druge dvije za dvosmjernu digitalnu komunikaciju između MCU-a.

Ovo je sada kompletna shema linije napajanja 5 V s time da se preko ove linije napaja i krug senzora razine (prelijevanja) vode u perilici sa dva tranzistora. Ovaj dio sheme za sada nećemo crtati.

17. Još jedan (polu)kratki spoj

Mjerenjem smo našli da su neispravne i obje zaštitne dvostruke diode A7 (BAV99), odnosno pokazuju približno jednake otpore u oba smjera. Ovo je puno kratkih spojeva (probijenih komponenti) na liniji 5 V i čini se da je ovdje došlo do nekakvog prodora visokog napona ili visokonaponskog impulsa. Gotovo je jednostavnije ovdje ugraditi neki gotov modul takvog DC/DC konvertera za 5 V.

Sve su to vrlo jeftine komponente, jedini je problem što treba čekati nekoliko tjedana da stignu iz Kine…