Risolvere il problema del rumore di clic sul display Apple da 27": 4 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Ti è mai capitato che uno dei tuoi amati display iniziasse a fare molto rumore quando lo usi? Questo sembra accadere dopo che il display è stato utilizzato per diversi anni. Ho eseguito il debug di uno dei display pensando che ci fosse un bug intrappolato nella ventola di raffreddamento, ma si è scoperto che la radice dell'errore è molto più complicata.

Passaggio 1: panoramica della progettazione dell'alimentatore

Ecco le istruzioni su come identificare e risolvere il problema del rumore di clic riscontrato su alcuni modelli di display Apple Thunderbolt e computer IMac.

Il sintomo è solitamente un rumore abbastanza fastidioso proveniente dal display che suona come foglie che si schiantano. Il rumore di solito si accende dopo che il display è stato utilizzato per un po'. Il problema tende a scomparire dopo che la macchina è stata scollegata per alcune ore, ma tornerà in pochi minuti dopo aver utilizzato il dispositivo. Il problema non scompare se la macchina viene messa in stato di sospensione senza essere scollegata.

La fonte del problema è causata dalla scheda di alimentazione poiché proverò a seguire il processo di identificazione del problema. Con una conoscenza sufficiente, è un problema che può essere risolto per pochi dollari di componenti.

AVVERTIMENTO!!! ALTA TENSIONE!!! AVVERTIMENTO!!! PERICOLO!

L'intervento sull'alimentatore è potenzialmente pericoloso. Esiste una tensione letale sulla scheda anche dopo che il dispositivo è stato scollegato. Provare questa soluzione solo se si è esperti nella gestione del sistema ad alta tensione. È NECESSARIO l'uso di un trasformatore di isolamento per evitare cortocircuiti verso terra. Il condensatore di accumulo di energia impiega fino a cinque minuti per scaricarsi. EFFETTUARE LA MISURAZIONE DEL CONDENSATORE PRIMA DI LAVORARE SUL CIRCUITO

AVVERTIMENTO!!! ALTA TENSIONE!

Il design della maggior parte del modulo di alimentazione del display Apple è un convertitore di alimentazione a due stadi. Il primo stadio è un pre-regolatore che converte l'alimentazione CA in ingresso in un'alimentazione CC ad alta tensione. La tensione di ingresso CA può essere compresa tra 100 V e 240 V CA. L'uscita di questo pre-regolatore è generalmente compresa tra 360V e 400V DC. Il secondo stadio converte la corrente continua ad alta tensione fino all'alimentazione di tensione digitale per computer e display, solitamente da 5 a 20 V. Per il display Thunderbolt, ci sono tre uscite: 24,5 V per la ricarica del laptop. 16,5-18,5V per retroilluminazione a LED e 12V per logica digitale.

Il preregolatore viene utilizzato principalmente per il rifasamento. Per la progettazione di alimentatori di fascia bassa, viene utilizzato un semplice raddrizzatore a ponte per convertire l'ingresso CA in CC. Ciò causa un'elevata corrente di picco e uno scarso fattore di potenza. Il circuito di correzione del fattore di potenza corregge questo disegnando una forma d'onda di corrente sinusoidale. Spesso, la società elettrica pone una restrizione su quanto basso è il fattore di potenza che un dispositivo può prelevare dalla linea elettrica. Un fattore di potenza scadente comporta una perdita aggiuntiva sull'attrezzatura della società elettrica, quindi è un costo per la società elettrica.

Questo pre-regolatore è la fonte del rumore. Se smonti il display fino a quando non riesci ad estrarre la scheda di alimentazione, vedrai che ci sono due trasformatori di alimentazione. Uno dei trasformatori è per il pre-regolatore mentre l'altro trasformatore è il convertitore da alta a bassa tensione.

Passaggio 2: panoramica del problema

Il progetto del circuito di rifasamento è basato sul controllore prodotto da ON Semiconductor. Il numero di parte è NCP1605. Il design si basa sul convertitore di potenza DC-DC in modalità boost. La tensione di ingresso è un'onda sinusoidale rettificata invece di una tensione continua uniforme. L'uscita per questo particolare modello di alimentazione è determinata essere 400V. Il condensatore di accumulo di energia di massa è costituito da tre condensatori da 65uF 450V funzionanti a 400V.

ATTENZIONE: SCARICARE QUESTI CONDENSATORI PRIMA DI LAVORARE SUL CIRCUITO

Il problema che ho osservato è che la corrente assorbita dal convertitore boost non è più sinusoidale. Per qualche ragione, il convertitore si spegne a intervalli casuali. Ciò porta a una corrente incoerente prelevata dalla presa. L'intervallo in cui si verifica lo spegnimento è casuale ed è inferiore a 20kHz. Questa è la fonte del rumore che senti. Se disponi di una sonda di corrente alternata, collega la sonda al dispositivo e dovresti essere in grado di vedere che l'assorbimento di corrente del dispositivo non è uniforme. Quando ciò accade, l'unità display disegna una forma d'onda di corrente con grandi componenti armoniche. Sono sicuro che l'azienda elettrica non è soddisfatta di questo tipo di fattore di potenza. Il circuito di correzione del fattore di potenza, invece di essere qui per migliorare il fattore di potenza, sta effettivamente causando un cattivo flusso di corrente in cui viene assorbita una grande corrente in impulsi molto stretti. Nel complesso, il display ha un suono terribile e il rumore di alimentazione che genera nella linea di alimentazione farà rabbrividire qualsiasi ingegnere elettrico. Lo stress extra che pone sui componenti di alimentazione probabilmente causerà il guasto del display nel prossimo futuro.

Esaminando il foglio dati per NCP1605, sembra che ci siano diversi modi in cui l'uscita del chip può essere disabilitata. Misurando la forma d'onda intorno al sistema, diventa ovvio che uno dei circuiti di protezione sta entrando in azione. Il risultato è che il convertitore boost viene spento in tempi casuali.

Passaggio 3: identificare il componente esatto che causa il problema

Per identificare l'esatta causa alla radice del problema, è necessario eseguire tre misurazioni della tensione.

La prima misura è la tensione del condensatore di accumulo di energia. Questa tensione dovrebbe essere di circa 400V +/- 5V. Se questa tensione è troppo alta o troppo bassa, il partitore di tensione FB viene spostato fuori specifica.

La seconda misura è la tensione del pin FB (Feed back) (Pin 4) rispetto al nodo (-) del condensatore. La tensione dovrebbe essere a 2,5 V

La terza misura è la tensione del pin OVP (Over voltage protection) (Pin 14) rispetto al nodo (-) del condensatore. La tensione dovrebbe essere a 2,25 V

ATTENZIONE, tutti i nodi di misura contengono alta tensione. Per la protezione deve essere utilizzato un trasformatore di isolamento

Se la tensione del pin OVP è a 2,5 V, verrà generato il rumore.

Perché questo accade?

Il design dell'alimentatore contiene tre divisori di tensione. Il primo divisore campiona la tensione CA in ingresso, che è a 120 V RMS. È improbabile che questo divisore si guasti a causa della tensione di picco inferiore ed è composto da 4 resistori. I successivi due divisori campionano la tensione di uscita (400 V), ciascuno di questi divisori è costituito da 3 resistori da 3,3 M ohm in serie, che formano un resistore da 9,9 Mohm che converte la tensione da 400 V a 2,5 V per il pin FB e 2,25 V per il Perno OVP.

Il lato basso del divisore per il pin FB contiene un resistore da 62K ohm effettivo e un resistore da 56K ohm per il pin OVP. Il partitore di tensione FP si trova sull'altro lato della scheda, probabilmente parzialmente coperto da un po' di colla siliconica per il condensatore. Sfortunatamente, non ho un'immagine dettagliata dei resistori FB.

Il problema si è verificato quando il resistore da 9,9 M Ohm ha iniziato a spostarsi. Se l'OVP scatta durante il normale funzionamento, l'uscita del convertitore boost si disattiva, provocando un'interruzione improvvisa della corrente di ingresso.

Un'altra possibilità è l'inizio della deriva del resistore FB, che può causare un aumento della tensione di uscita sopra i 400 V, fino allo scatto dell'OVP o danni al convertitore CC-CC secondario.

Ora arriva la correzione.

La correzione prevede la sostituzione dei resistori difettosi. È meglio sostituire i resistori sia per l'OVP che per il partitore di tensione FP. Questi sono i 3 resistori da 3,3 M. Il resistore da utilizzare dovrebbe essere un resistore a montaggio superficiale dell'1%, dimensione 1206.

Assicurati di pulire il flusso rimasto dalla saldatura poiché con la tensione applicata, il flusso può fungere da conduttore e ridurre la resistenza effettiva.

Passaggio 4: perché non è riuscito?

Il motivo per cui questo circuito si è guastato dopo un po' di tempo è dovuto all'alta tensione applicata a questi resistori.

Il convertitore boost è sempre attivo, anche se il display/computer non viene utilizzato. Pertanto, per come è progettato, verranno applicati 400 V ai 3 resistori della serie. Il calcolo suggerisce di applicare 133V a ciascuno dei resistori. La tensione di lavoro massima suggerita dalla scheda tecnica del resistore del chip Yaego 1206 è di 200 V. Pertanto, la tensione progettata è abbastanza vicina alla tensione di lavoro massima che questi resistori dovrebbero gestire. Lo stress sul materiale del resistore deve essere grande. La sollecitazione del campo ad alta tensione potrebbe aver accelerato la velocità con cui il materiale si deteriora favorendo il movimento delle particelle. Questa è la mia congiuntura. Solo un'analisi dettagliata dei resistori guasti da parte di uno scienziato dei materiali comprenderà appieno il motivo del guasto. A mio parere, l'utilizzo di 4 resistori in serie anziché 3 ridurrà lo stress su ciascun resistore e prolungherà la vita del dispositivo.

Spero ti sia piaciuto questo tutorial su come riparare il display Apple Thunderbolt. Si prega di prolungare la vita del dispositivo che già possiedi in modo che meno di loro finiscano in discarica.