H3000型2.2kW變頻器開關(guān)電源檢修一例
故障檢修過程一波三折,匪夷所思,其中包含的東西太多,在一定程度上帶來了敘述的困難,但非常有意思,值得我的一寫,和您的一看。
故障現(xiàn)象和初步檢測:
接手一臺(tái)上海眾辰H3000型小功率變頻器一臺(tái),故障為面板無顯示。第一步檢測變頻器的主電路端子,整流和逆變電路的正、反向電阻值正常。送入單相380V電源,測主電路P、N端子的DC500V電壓正常,但從控制端子上,測10V和24V輔助電源都為0V,由此判斷該變頻器的開關(guān)電源沒有工作。
進(jìn)一步檢查:
為方便敘述,將開關(guān)電源的相關(guān)振蕩回路,簡畫成圖1。
1、測量開關(guān)變壓器T1的一次側(cè)工作電流回路N1、Q1、R4等元件均正常,并檢測負(fù)載回路,無明顯短路故障,判斷開關(guān)電源處于停振狀態(tài)。
圖1 開關(guān)電源振蕩回路的簡化電路
2、開關(guān)電源起振的正常工作過程簡述:
變頻器上電后,DC500V(維修電源)經(jīng)R1、R2啟動(dòng)電阻,為U1的供電7腳,提供不小于1mA的起振電流,隨后8腳VREF端產(chǎn)生5V基準(zhǔn)電壓輸出,R5、C3定時(shí)電路與內(nèi)部電路構(gòu)成的振蕩器電路得到5V電源而起停工作,6腳輸出PWM激勵(lì)信號,開關(guān)管Q1微導(dǎo)通,產(chǎn)生經(jīng)流N1、R4的漏極電流,N2產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢力,經(jīng)D1、D2供給U1的7腳。其后因正常Q1正常工作的建立,N2輸出的交變電壓,經(jīng)D1、C1、D2、C2整流濾波,形成U1的穩(wěn)定工作電源。N2、D1、C2等元件,構(gòu)成振蕩芯片的自供電電路。
R1、R2為啟動(dòng)電路,只提供U1起振工作的“觸發(fā)電流”,使電路起振,因而有些開關(guān)電源電路,將啟動(dòng)電阻更換為電容元件(提供瞬態(tài)的起振電流),也是可以正常工作的。而U1的正常工作,是依賴于N2繞組及整流濾波電路正常供電的。
看一下振蕩形成的基本條件:
1)N1、Q1、R4工作電流通路是“通暢無阻”的;
2)R1、R2啟動(dòng)電路是好的;
3)U1芯片是好的,4腳外圍定時(shí)電路是好的。
如果以“能量”的角度來看,在由起振到正常工作過程中,U1從電源吸取的約1mA的啟動(dòng)電流,僅能觸發(fā)Q1進(jìn)入“微導(dǎo)通”狀態(tài),如果自供電電路異常,U1得不到及時(shí)的能量補(bǔ)充,則無法控制Q1的正常導(dǎo)通。表現(xiàn)為測量U1的7腳供電電壓,在6~12V之間擺動(dòng),測量8腳電壓在零點(diǎn)幾伏之間擺動(dòng),6腳輸出電壓為零點(diǎn)幾伏。
3、本例故障的實(shí)測情況是這樣的:
測量U1的供電7腳基本上為(請注意)穩(wěn)定的15V,測8腳和6腳為0V。在7腳供電電源正常的前提下,8腳的5V輸出,是U1能夠正常振蕩的前提條件。7腳有了供電,但8腳的輸出電壓為0V,則有可能是U1芯片壞掉了。為節(jié)省檢修時(shí)間,先直接將U1換新,看電路能否起振。
將U1換新后,檢測結(jié)果不變。此時(shí)應(yīng)該先行證實(shí)U1芯片及外圍振蕩元件是好的,故停掉DC500V供電,單獨(dú)在U1的7、5腳施加DC18V電源,檢測8、4、6腳的電壓值加以判斷。檢測結(jié)果,8腳輸出穩(wěn)定的5V(正常);4腳為2.3V(振蕩電路工作正常),6腳輸出電壓為6~9V(此時(shí)因無反饋電壓建立,輸出脈沖占空比較大。輸出激勵(lì)脈沖正常),結(jié)論是:U1芯片及外圍定時(shí)電路,均是正常的,電路停振原因,在起動(dòng)電路或U1的自供電電路。
先采用我那個(gè)屢試不爽的法子,即減小啟動(dòng)電阻的阻值,以提升觸發(fā)能量,看電路能否正常工作,用1MΩ電阻并聯(lián)于R1、R2兩端,為變頻器上電,電路真的起振工作了,但測量+5V輸出為0~1.6V左右,測量其它各路輸出,也嚴(yán)重偏低。
測U1的7腳電壓,為波動(dòng)的10~14V電壓,8腳、4腳、6腳均為0~1V左右的波動(dòng)電壓,說明U1的振蕩“后繼乏力”,自供電電路仍無法提供U1驅(qū)動(dòng)Q1正常工作的“激勵(lì)能量”。
請注意以下檢測過程:
停電,檢測D1、D2的正反向電阻均正常,拔下電容C1、C2,用指針式萬用表檢測其充電能力(表現(xiàn)為指針擺幅)均正常。依此判斷結(jié)果,往下的維修方向就要調(diào)整了,不會(huì)再在自供電電路上下功夫了。
正好數(shù)字萬用表有電容擋,用2000uF電容擋測量C2容量時(shí),顯示0.33uF,換用20uF擋位測量時(shí),同樣。而測量C1時(shí),容量基本上正常。依此判斷結(jié)果,是C2失容,造成無法為U1補(bǔ)給充分的驅(qū)動(dòng)能量,使電源處于停振、起振的間歇工作狀態(tài)。
又倒過頭來,再次用指針式萬用表,將同樣容量的正常電容與C2測量擺幅相比較,C2仍有“正常的”充放電能力!
更換電容C2,上電后開關(guān)電源工作正常。
4、兩個(gè)疑問點(diǎn):
故障雖然是修復(fù)了,但揭開兩個(gè)疑問點(diǎn),具有實(shí)際的檢修引導(dǎo)意義。
1)對C2電容量的檢測差異
本例故障,如果僅用指針式萬用表檢測,電容C2既有充、放電指示,又無漏電電阻,應(yīng)該是好的。那么下一步的檢修,就會(huì)南轅北轍,越走越遠(yuǎn),鉆了牛角尖兒。
但偶爾用數(shù)字萬用表的電容擋測量,則得出C2失效的判斷。
將兩表的測量方法對比,前者相當(dāng)于用直流電源,提供充、放電電流;后者用一定的頻率的交變電流,測試電容的容量(性能),可見,后者對電容容量的檢測方法,要較前者為優(yōu)。檢測結(jié)果,是C2對交變電流的“容電能力”已經(jīng)喪失。手頭有兩種萬用表,對比測試,會(huì)有令人驚奇的體驗(yàn),能積累檢修者的經(jīng)驗(yàn)。
本例電容用指針式和數(shù)字式萬用表測量電容量,所得出的截然不同的結(jié)論,是身為“資深維修者”的我,也貌似第一次碰到,其機(jī)理容后探討。
2)7腳電壓的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)
a、當(dāng)從外部施加18V直流電源,電源能充分滿足U1輸出能力的需求時(shí),表現(xiàn)為7、8、腳為穩(wěn)定直流電壓(4腳振蕩電壓也是穩(wěn)定的)。而一般情況下,PMW脈沖輸出端6腳,因反饋電壓尚未建立,其輸出為最大占空比脈沖,測試直流電壓可高達(dá)6~9V。
6腳脈沖電壓的有無,取決于穩(wěn)壓環(huán)路——輸出電壓采樣電路的形式,當(dāng)6腳輸出電壓為0V時(shí),并不能因此判斷無PMW脈沖電壓輸出,振蕩芯片就已經(jīng)壞掉,同時(shí)測量1、2腳(內(nèi)部放大器)電壓值,可以作出輔助判斷,當(dāng)測量1腳電壓低于1V、2腳電壓高于2.5V時(shí),因達(dá)到內(nèi)部電路的過壓保護(hù)上限,故6腳為0V即是正常的。當(dāng)測量2腳電壓低于2.5V、1腳電壓高于1V時(shí),此時(shí)6腳電壓為0V,則可以判斷振蕩芯片已壞。
b、本例在線以原供電方式,檢測U1的7腳靜態(tài)電壓,達(dá)到15V以上,但此電壓幾乎無波動(dòng)變化,測其8腳電壓為0V。我開始的判斷,是當(dāng)7腳供電電壓“正?!睍r(shí),首先8腳應(yīng)有+5V基準(zhǔn)電壓的輸出。因我忽略了3844的起振閥值實(shí)際為16V(停振閥值為10V),因而造成U1已壞的誤判。
上電期間,當(dāng)U1的7腳電壓上升為16V起振閥點(diǎn)之后,8腳輸出5V振蕩電源,振蕩電路具備工作條件,此時(shí)若起振能量不足,驅(qū)動(dòng)電流的輸出,拉動(dòng)7腳電壓使其快速跌落,則表現(xiàn)為間歇振蕩現(xiàn)象,測7、8、4、6腳電壓,均為波動(dòng)電壓,并且幅值較小。
測量7腳電壓雖然較高,哪怕已達(dá)15V以上,但尚未到達(dá)起振閥點(diǎn),振蕩電路沒有工作,U1芯片不從電源吸取電流,表現(xiàn)為8腳的5V電壓為0V,7腳的供電電壓較為穩(wěn)定。
確定芯片是否已經(jīng)振蕩工作,可用測量7腳供電電壓是波動(dòng)的還是穩(wěn)定的?8腳有無波動(dòng)電壓輸出?這兩點(diǎn)加以輔助判斷,若為波動(dòng)電壓,雖測量7腳直流電壓的最大幅度未達(dá)到16V(用示波器檢測,其峰值其實(shí)是可達(dá)16V以上的),8腳電壓僅為0點(diǎn)幾伏,但可以確定U1芯片及外圍振蕩電路環(huán)節(jié),都是好的。若測量7腳為穩(wěn)壓電壓(但低于起振閥點(diǎn)),8腳電壓為0V,則說明停振故障,是由供電電壓低落(起振能量不足)所引起。
通常,R1、R1稱為啟動(dòng)電阻或啟動(dòng)電路,實(shí)際上,供電端7腳所接電容C2也是啟動(dòng)電路的一部分。因R1、R2電阻值較大(一般為300~500kΩ之間),C2較小的漏電電流(即使其漏電電阻在百千歐姆級),即形成對啟動(dòng)電壓/電流的分壓/分流,而使啟動(dòng)能量嚴(yán)重不足。當(dāng)其電容量嚴(yán)重下降時(shí),使啟動(dòng)動(dòng)力“后勁不足”而啟動(dòng)失效。而往往,容量下降與輕微漏電,二者又是同步出現(xiàn)的。
384x的供電端7腳電容,相比于其它電路的電解電容,好像更容易“失容或失效”,我在維修過程中,已碰到過多例,說明這不是一個(gè)偶然的現(xiàn)象,其背后一定有更為深層次的原因,容后文探討。
c、如果測量振蕩芯片的7、8、4、6腳都有波動(dòng)電壓形成,哪怕7腳供電端的波動(dòng)電壓低至3~8V以下,也說明芯片及振蕩回路大致是好的,電路不易形成正常振蕩的原因大致有兩方面:
一是芯片電源所提供的振蕩能量不足,如供電端電容失效,自供電電路整流二極管或電容不良;二是因負(fù)載電路存在過流故障,引發(fā)芯片的過電流保護(hù)動(dòng)作。前者的7、8、4、6腳波動(dòng)電壓幅值較低,后者的幅值較高。
如果配合測量電流采樣信號輸入端3腳電壓值,可作出更為準(zhǔn)確的輔助判斷。當(dāng)測量3腳近于0V,如0.003V,則說明間歇振蕩不是由過流原因所引起,檢修重點(diǎn)在起振電路;若測3腳電壓達(dá)0.1V(用示波器檢測,信號峰值達(dá)1V)以上,說明故障系由負(fù)載電路過流所引起,檢修重點(diǎn)在開關(guān)變壓器二次側(cè)整流濾波電路和后級負(fù)載電路。
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