Recherche des pannes

1 - Introduction

Rechercher une panne et réparer une carte électronique est une science. Si le dépannage est une science, il nécessite la connaissance parfaite de l'électricité générale et des fonctions électroniques usuelles qui constituent, par l'assemblage, les cartes électroniques. Il est nécessaire de savoir interpréter le rôle de chaque fonction et la réaction en cas de mauvais fonctionnement en analysant sont schéma bloc.

Pour trouver une panne vous aurez essentiellement besoin, en plus de quelques-uns de vos sens habituels comme la vision, l'odorat et l'ouïe, d'un multimètre digital équipé d'un ohmmètre et d'une fonction test diode.

Figure 1.1: Multimètre digital équipé d'un ohmmètre et d'une fonction test diode

La fonction test diode, symbolisée par un dessin de diode sur le sélecteur de fonctions du multimètre permet de mesurer la tension de seuil dans le sens passant et bloquant (tendant vers l'infini dans ce cas) d'une jonction mesurée entre ses bornes.

Il est utilisable pour évaluer l'état des diodes, mais également celui des transistors, qui apparaissent aux yeux de l'instrument, comme deux diodes montées tête-bêche (entre la base et le collecteur et la base et l'émetteur).

La deuxième fonction bien utile (hormis le voltmètre, ohmmètre et tout ce qui s'en suit) est la fonction testeur de continuité. C'est tout simplement un signal sonore qui est émis par le multimètre si la résistance électrique d'un circuit est inférieure aux dizaines d'ohms en général. C'est donc une fonction bien pratique pour vérifier la présence ou l'absence de court-circuit, de faux contacts...

2 - Méthodologie de recherche d'une panne :

Observez les symptômes de la panne. Essayez de les constater par vous-même plutôt que de vous les faire décrire. Car la personne vous confiant l'appareil en panne peu très bien avoir omis quelque détail qui a toute son importance pour débuter correctement l'investigation.

Une fois le défaut constaté, travaillez si possible, hors tension (débranchez la prise...) pour localiser la panne. Cela vous évitera les risques d'électrocution. En fait, la plupart des pannes se recherchent avec l'ohmmètre et/ou le testeur de continuité, ou encore simplement "à l'œil", donc nul besoin de travailler sous tension et de prendre de risques inutiles. Dans le cas d'appareils basse tension, faites de même, cela vous évitera de faire un court-circuit par inadvertance et de griller tout le reste du circuit. Travailler hors tension permet d'éviter également une aggravation éventuelle de la panne.

Vérifiez à l'œil nu dans un premier temps si quelques composants, soudures ou pistes de circuit imprimé n'auraient pas noircis ou ne seraient pas ébréchés. Attention, aux dépôts de poussières pouvant faire penser que certains composants ont cramé alors qu'il n'en est rien. Essayez de sentir si le composant suspect à une odeur de brûlé, genre plastique fondu.

Figure 1.2: pistes noircis et ébréchés

A défaut de schéma, munissez-vous sur Internet des Datasheets des composants (circuits intégrés principalement) susceptibles d'être impliqués dans la panne. Cela vous permettra de vérifier par exemple que le gestionnaire de l'alimentation à découpage doit être alimenté en 15 volts sur sa patte 8, et donc de remonter à la "source" si ces 15 volts sont absents (par ex: résistance grillée). De plus, la plupart des constructeurs ajoutent quelques schémas d'applications de leurs composants, souvent repris par les fabricants d'appareils.

Si vous avez un onduleur (non branché au secteur) ou un transformateur d'isolement (230V / 230 V) utilisez le lorsque vous travaillez sous (haute) tension, vous serez isolé de la phase et la faible puissance limitera les dégâts si vous laissez tomber une pince métallique ou un tournevis dans le châssis de l'appareil.

Figure 1.3: protection par transformateur d'isolement de faible puissance.

Lors de la récupération d'un appareil, vérifiez, avant toute interventions, qu'il ne manque pas des cartes ou composants électroniques, qu'elles ne soient pas endommagées physiquement et que les composants soient bien sec (En cas de pluie, laissez sécher l'appareil plusieurs jours).

Pour l'inspection visuelle, certaines spécifications peuvent préconiser l'utilisation d'instruments grossissants pour l'examen des cartes électroniques. La tolérance des instruments grossissants est de ± 15 % du rapport de grossissement sélectionné.

Les instruments grossissants utilisés pour l'inspection doivent convenir à l'élément traité. L'éclairage doit être adapté aux instruments de grossissement utilisés. A moins que le grossissement requis soit spécifié dans la documentation contractuelle, le grossissement le tableau 1.1 sont déterminé par les éléments sous inspection. Les conditions d'arbitrage servent à vérifier les produits rejetés en utilisant le grossissement d'inspection.

Largeurs ou diamètre de la pastille	Le pouvoir du grossissement
	Plage de l'inspection	Maximum arbitraire
>1,0 mm [0,0394 po]	1,5X à 3X	4X
>0,5 à 1,0 mm [0,0197 à 0,0394 po]	3X à 7,5X	10X
0,25 à 0,5 mm [0,00984 à 0,0197 po]	7,5X à 10X	20X
<0,25 mm [0,00984 po]	20X	40X

Tableau 1.1: Grossissements d'inspection (Largeur de la pastille).

Avec les cartes électroniques à plusieurs largeurs de pistes, le grossissement le plus fort peut être utilisé pour l'ensemble de la carte.

3- Localisation de la carte ou du circuit en panne

Tous les machines automatisées tels que les machines à commande par cartes électroniques, à commande par API, l'une des premières étapes du dépannage du système consiste à la vérification des dispositifs extérieurs telles que les cartes d'affichages, les claviers, les voyants, les capteurs..., ces dispositifs extérieurs permettent de localiser le circuit en panne ; l'alimentation du système représente une deuxième source d'indices.

L'un des avantage à rechercher des indices à partir des sources extérieurs est que vous n'avez pas à démonter le système au complet pour le réparer il est en effet beaucoup plus facile de commencer par l'extérieur.

Avant d'entrer dans les circuits du système, vous devez savoir que celui-ci se divise en sections, la figure 1.4 en montre les différents éléments. Le système représenté comporte trois sections mais il pourrait en compter davantage. Chacune des sections remplit une fonction ou un rôle précis.

Figure 1.4: les différents éléments d'un système.

Chaque section comporte des circuits électroniques souvent une section est constituée d'une simple carte sur laquelle les circuits sont montés, ce qui en facilite la localisation et l'utilisation. Lorsque l'un des composants devient défectueux, le système au complet peut tomber en panne.

Pour dépanner un circuit, vous devez commencer de l'extérieur en cherchant le chemin jusqu'à l'intérieur. Il s'agit d'un processus qui se fait étape par étape et chaque étape vous conduit peu plus loin à l'intérieur des circuits, elle vous mène en effet à l'étape suivante

Exemple de chemin pour la recherche d'un défaut :

Faire fonctionner la machine et analyser son fonctionnement en suivant le manuel d'utilisation ou l'opérateur de la machine, pour les conditions de fonctionnement et d'utilisation

Détecter la carte électronique en défaillances, la déconnecter et faire fonctionner la machine sans cette carte pour être sûr de la panne (utiliser le schéma du constructeur s’il est disponible)

Procéder une inspection visuelle de la carte de circuit imprimé s’il y a mauvaise soudure, composants grillées, poussière…..

Analyser le fonctionnement de la carte en divisant sont schéma par des blocs de fonctionnement et détecter le bloc en défaillance en utilisant des instruments de contrôles

Détecter la nature de la panne (court-circuit, ou circuit ouvert…) faire les mesures nécessaires pour détecter le composant en défaut

Dessouder le composant et le remplacer par un autre ou son équivalent en utilisant un catalogue d’équivalence

Connecter la carte dépannée et maître la machine en fonctionnement au moins 1 h

Exemple des cartes électroniques :

Figure 1.5: Cartes électronique d'alimentation linéaire.

Section1 : Le transformateur permet de réduire la tension du secteur de 220 V à 30 V efficace

Section2 : Le redresseur permet de rendre le signal unidirectionnelle (+ et -) à partir d'un signal bidirectionnelle (phase et neutre) mais variable en fonction du temps

Section3 : Le filtre permet de réduire la variation de la tension en fonction du temps

Section 4.1 ; 4.2 ; 4.3 ; 4.4 : Les régulateurs permet de fixer une tension constante stable et précise (30 V , 18V, 12V et 5V) pour alimenter les différentes cartes ou blocs électroniques

Figure 1.6: Carte d'alimentation à découpage.

Section1,2 : Le redresseur et le filtre ont le même rôle que pour une alimentation linéaire

Section 3 : Le commutateur permet de produire un courant à travers le transformateur de type carré comme le montre la figure précédente

Section 4 : Le transformateur permet d'une part de transformer la tension appliquée à une plus grande ou plus réduite de tension suivant le nombres de spires d'autre part assurer une isolation galvanique entre le secteur et la charge.

Section 5 : Le générateur d'impulsion est un circuit électronique ou un circuit intégré spécialement conçue pour produire un signal carré pour commander le commutateur

Section 6 :L'amplificateur d'erreur contrôle les courts-circuits au niveau de la charge.

Schéma blocs d'un moniteur pour machine à commande numérique ou ordinateur

Figure 1.7: Schéma blocs d'un moniteur.

Section 1 : L'alimentation est généralement de type à découpage permet d'alimenter les différentes blocs du moniteur

Section 2 : Le décodeur de couleurs permet de décoder les signaux R.G.B provenant de la carte graphique

Section 3 : La carte graphique permet de traiter le signal vidéo composite pour séparer les signaux R.G.B et le signal de synchronisation vertical V et horizontal H

Section 4 : Le séparateur H/V permet de séparer le signal de balayage vertical V (trame déplacement du spot de haut vers le bas) et le signal de balayage horizontal H (ligne déplacement du spot de gauche vers la droite) qui limite l'image

Section 5 : L'oscillateur trame produit un signal en dent de scie de fréquence 50 Hz pour déplacer le spot de haut vers le bas et synchroniser avec le synchro V

Section 6 : L'oscillateur ligne produit un signal en dent de scie de fréquence 15625 Hz pour déplacer le spot de gauche vers la droite et synchroniser avec le synchro H

Section 7 : L'ampli vertical permet d'amplifier le signal en dent de scie à une valeur qui s'adapte avec les bobines de déflexion verticales

Section 8 : L'ampli horizontal permet d'amplifier le signal en dent de scie à une valeur qui s'adapte avec les bobines de déflexion horizontal et de produire une très haute tension (THT) à l'intérieur du tube à rayon cathodique (TRC)

Section 9 : L'ampli vidéo permet d'amplifier les trois signaux de base R (rouge) ; G (green : vert) et B (bleu)

Section 10 : Le tube à rayon cathodique agit sur les signaux R,G,B ; les chants crées par les deux bobines de déflexions ; la luminance crée par le filament et le THT pour afficher l'image à l'écran

4. Préventions EOS/DES

La décharge électrostatique (DES) est le transfert rapide d'une charge électrique statique d'un objet à un autre avec un différent potentiel qui a été créé par une source électrostatique. Quand une charge électrostatique est permise d'entrer en contact avec ou près d'un composant sensible il peut causer du dommage au composant.

Surcharge électrique (EOS) est le résultat interne d'une application involontaire d'énergie électrique entraînant la détérioration des composants. Celle-ci peut être provoquée par de nombreuses sources différentes, par exemple un équipement de processus électrique ou une DES survenant lors de la manipulation ou du traitement.

Les composants sensibles à la décharge électrostatique (SDES) sont des composants qui sont affectés par des surtensions d'énergie électrique élevée. La sensibilité relative d'un composant au DES est dépendante de sa construction et du matériau. Comme les composants sont devenus plus petits et opèrent plus vite, la sensibilité augmente.

Les composants SDES risquent de ne plus fonctionner ou de subir une modification de leurs valeurs. Ces défaillances peuvent être immédiates ou latentes. Une défaillance immédiate peut entraîner des tests supplémentaires et un réusinage ou une mise au rebut. Toutefois, les conséquences d'une défaillance latente sont les plus sérieuses. Même si le produit a réussi l'inspection et le test fonctionnel, il peut tomber en panne après avoir été livré au client.

Avant de manipuler ou de traiter les composants sensibles, il faut tester soigneusement les outils et équipements afin de s'assurer qu'ils ne produisent pas d'énergie à effet adverse, y compris les pointes de tension. Les recherches actuelles indiquent que les tensions et pointes de tension inférieures à 0,5 volt sont acceptables. Toutefois, pour un nombre croissant de composants extrêmement sensibles, les fers à souder, pompes à dessouder, instruments de test et autres équipements ne doivent jamais produire de pointes de tensions supérieures à 0,3 volt.

Comme l'exigent la plupart des spécifications DES, le test périodique peut-être nécessaire pour prévenir les dommages, car les performances des équipements peuvent se dégrader après un certain temps d'utilisation.

Les programmes de maintenance sont également nécessaires pour les équipements de processus afin de maintenir leur capacité pour ne pas provoquer de dommage EOS.

Les dommages EOS sont certainement de nature similaire aux dommages DES, puisqu'elles sont le résultat d'énergie électrique indésirable.

Surfaces de travail	Surfaces cirées, peintes ou vernies Vinyle et plastiques non traités Le verre
Plancher	Le béton scellé Parquet ciré ou fini Sol couvert de tuiles et moquette
Vêtements et personnel	Sarrau non DES Les matières synthétiques Chaussures non DES Cheveux
Chaises	Fini bois Vinyle Fibre de verre Roulettes non conductrices
Matériaux d'emballage et de manipulation	Sachets de plastique, film et enveloppes Film à bulle et mousse Mousse de polystyrène Casiers à composants, bacs, plateaux et boîtes non DES
Outils et matériaux d'assemblage	Aérosols en pression Air comprimé Brosses synthétiques Pistolets thermiques, séchoirs Photocopieuses et imprimante

Tableau 1.1: Sources typiques de charges statiques.

Les principaux coupables sont essentiellement les isolants, car ils concentrent l'énergie là où elle a été produite ou appliquée, au lieu de la laisser se répartir à la surface du matériau. Voir le tableau 1-1. Les matériaux courants tels que les sacs en plastique ou les contenants en mousse de polystyrène sont d'importants générateurs d'électricité statique. Ils sont donc interdits dans les zones de traitement, notamment les zones antistatiques/protégées contre l'électricité statique (EPA). Le déroulement de ruban adhésif d'un rouleau peut générer 20,000 volts. Même les buses à air comprimé servant à déplacer l'air au-dessus des surfaces isolantes produisent des charges électrostatiques.

Les charges électrostatiques destructrices sont souvent induites sur des conducteurs proches, telles que la peau humaine et par la suite déchargée dans les conducteurs de la carte électronique. Cela peut arriver lorsqu'une personne possédant un potentiel de charge électrostatique touche une carte électronique. Celle-ci peut être endommagée par une décharge acheminée jusqu'au composant SDES par les pistes du circuit imprimé. Les décharges électrostatiques peuvent être trop faibles pour être ressenties par l'être humain (moins de 3,500 volts), mais suffisant pour endommager les composants SDES.

Le Tableau 1-2 donne des exemples de production typique de tensions statiques.

Source	10-20% humidité	65-90% humidité
Marcher sur la moquette	35,000 volts	1,500 volts
Marcher sur le parquet de vinyle	12,000 volts	250 volts
Banc de travail	6,000 volts	100 volts
Enveloppes de vinyle (Directives de travail)	7,000 volts	600 volts
Sac de plastique pris sur le banc	20,000 volts	1,200 volts
Chaise de travail avec coussinet en mousse	18,000 volts	1,500 volts

Tableau 1.2: Productions typiques de tensions statiques.

Lorsque les composants et cartes électroniques SDES ne sont pas en cours de traitement à un poste de travail ou dans un environnement antistatique, il faut les protéger contre les sources d'électricité statique. Cette protection peut être des boîtes conductibles à écran de protection statique, bouchon de protection, sachets ou films.

Les composants SDES ne doivent être retirés de leur enveloppe protectrice qu'à des postes de travail antistatiques.

Il est important de comprendre la différence entre les trois types de matériaux d'enveloppes protectrice :

• écran de protection statique (ou emballage barrière),
• antistatique,
• matériaux dissipant l'électricité statique.

Les emballages à écran statique empêchent que la décharge électrostatique n'aille endommager la carte électronique en traversant l'emballage. Les matériaux d'emballage antistatique (à faible charge) servent à assurer un rembourrage économique et un emballage intermédiaire des composants SDES.

Les matériaux antistatiques ne génèrent pas de charges lorsqu'un mouvement est appliqué. Toutefois, si une décharge électrostatique se produit, elle peut traverser l'emballage et atteindre le composant ou la carte électronique, entraînant des détériorations EOS/DES sur les composants SDES.

Les matériaux dissipant l'électricité statique possèdent une conductivitée suffisante pour dissiper sur leur surface les charges appliquées et élimines ainsi les pointes de forte énergie. Les composants quittant une zone de travail protégée EOS/DES doivent être suremballés dans des matériaux à écran de protection statique, qui en général contiennent également à l'intérieur des matériaux antistatiques et dissipant l'électricité statique

5. Poste de travail protégé contre les EOS/DES

Un poste de travail protégé contre les EOS/DES empêche la détérioration des composants sensibles, par des pointes de tension et des décharges électrostatiques, pendant le déroulement des opérations. Les postes de travail protégés doivent inclure la prévention contre les détériorations EOS en évitant l'utilisation d'équipements de réparation, fabrication ou test produisant des pointes de tension. Les fers à souder, pompes à dessouder et instruments de test peuvent produire un niveau d'énergie suffisant pour détruire les composants extrêmement sensibles, et gravement détériorer les autres.

Figure 1.8: Bracelet antistatique connecté en série.

1. Bracelet antistatique personnel

2. Plateau, shunts, etc. de protection EOS

3. Dessus de table de protection EOS

4. Plancher ou tapis de protection EOS

5. Sol du bâtiment

6. Référence de mise à la terre

7. Mise à la terre

Pour la protection DES, il faut prévoir un chemin de mise à la terre afin de neutraliser les charges électrostatiques qui pourraient circuler vers un composant ou une carte électronique. Les EPA/postes de travail protégé contre les DES comportent également des surfaces de travail antistatiques ou dissipant la statique, connectée à un point commun de mise à la terre. Il est également prévu de mettre à la terre la peau de l'opérateur, de préférence par un bracelet antistatique permettant l'élimination des charges produites sur sa peau ou ses vêtements.

Figure 1.9: Bracelet antistatique connecté en parallèle.

Le circuit de mise à la terre doit prévoir une protection de l'opérateur contre le contact, avec un circuit sous tension, qui pourrait résulter d'une inattention ou d'une défaillance d'équipement. On utilise en général à cette fin une résistance en série dans le circuit de terre. Cela a aussi pour effet de ralentir la décroissance de la charge, ce qui permet de prévenir les étincelles ou pointes d'énergie provenant des sources DES. Il faut en outre effectuer un relevé des sources de tension disponible pouvant être rencontrée à la station de travail, afin d'assurer une protection adéquate contre les dangers électriques corporels.