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H3000型2.2kW变频器开关电源检修一例

H3000型2.2kW变频器开关电源检修一例

2013/5/7 10:06:11

     故障检修过程一波三折,匪夷所思,其中包含的东西太多,在一定程度上带来了叙述的困难,但非常有意思,值得我的一写,和您的一看。

故障现象和初步检测:

接手一台上海众辰H3000型小功率变频器一台,故障为面板无显示。第一步检测变频器的主电路端子,整流和逆变电路的正、反向电阻值正常。送入单相380V电源,测主电路PN端子的DC500V电压正常,但从控制端子上,测10V24V辅助电源都为0V,由此判断该变频器的开关电源没有工作。

进一步检查:

为方便叙述,将开关电源的相关振荡回路,简画成图1

1、测量开关变压器T1的一次侧工作电流回路N1Q1R4等元件均正常,并检测负载回路,无明显短路故障,判断开关电源处于停振状态。

1 开关电源振荡回路的简化电路

2、开关电源起振的正常工作过程简述:

变频器上电后,DC500V(维修电源)经R1R2启动电阻,为U1的供电7脚,提供不小于1mA的起振电流,随后8VREF端产生5V基准电压输出,R5C3定时电路与内部电路构成的振荡器电路得到5V电源而起停工作,6脚输出PWM激励信号,开关管Q1微导通,产生经流N1R4的漏极电流,N2产生感应电动势力,经D1D2供给U17脚。其后因正常Q1正常工作的建立,N2输出的交变电压,经D1C1D2C2整流滤波,形成U1的稳定工作电源。N2D1C2等元件,构成振荡芯片的自供电电路。

R1R2为启动电路,只提供U1起振工作的“触发电流”,使电路起振,因而有些开关电源电路,将启动电阻更换为电容元件(提供瞬态的起振电流),也是可以正常工作的。而U1的正常工作,是依赖于N2绕组及整流滤波电路正常供电的。

看一下振荡形成的基本条件:

1N1Q1R4工作电流通路是“通畅无阻”的;

2R1R2启动电路是好的;

3U1芯片是好的,4脚外围定时电路是好的。

如果以“能量”的角度来看,在由起振到正常工作过程中,U1从电源吸取的约1mA的启动电流,仅能触发Q1进入“微导通”状态,如果自供电电路异常,U1得不到及时的能量补充,则无法控制Q1的正常导通。表现为测量U17脚供电电压,在6~12V之间摆动,测量8脚电压在零点几伏之间摆动,6脚输出电压为零点几伏。

3、本例故障的实测情况是这样的:

测量U1的供电7脚基本上为(请注意)稳定的15V,测8脚和6脚为0V。在7脚供电电源正常的前提下,8脚的5V输出,是U1能够正常振荡的前提条件。7脚有了供电,但8脚的输出电压为0V,则有可能是U1芯片坏掉了。为节省检修时间,先直接将U1换新,看电路能否起振。

U1换新后,检测结果不变。此时应该先行证实U1芯片及外围振荡元件是好的,故停掉DC500V供电,单独在U175脚施加DC18V电源,检测846脚的电压值加以判断。检测结果,8脚输出稳定的5V(正常);4脚为2.3V(振荡电路工作正常),6脚输出电压为6~9V(此时因无反馈电压建立,输出脉冲占空比较大。输出激励脉冲正常),结论是:U1芯片及外围定时电路,均是正常的,电路停振原因,在起动电路或U1的自供电电路。

先采用我那个屡试不爽的法子,即减小启动电阻的阻值,以提升触发能量,看电路能否正常工作,用1MΩ电阻并联于R1、R2两端,为变频器上电,电路真的起振工作了,但测量+5V输出为0~1.6V左右,测量其它各路输出,也严重偏低。

测U1的7脚电压,为波动的10~14V电压,8脚、4脚、6脚均为0~1V左右的波动电压,说明U1的振荡“后继乏力”,自供电电路仍无法提供U1驱动Q1正常工作的“激励能量”。

请注意以下检测过程:

停电,检测D1D2的正反向电阻均正常,拔下电容C1C2,用指针式万用表检测其充电能力(表现为指针摆幅)均正常。依此判断结果,往下的维修方向就要调整了,不会再在自供电电路上下功夫了。

正好数字万用表有电容挡,用2000uF电容挡测量C2容量时,显示0.33uF,换用20uF挡位测量时,同样。而测量C1时,容量基本上正常。依此判断结果,是C2失容,造成无法为U1补给充分的驱动能量,使电源处于停振、起振的间歇工作状态。

又倒过头来,再次用指针式万用表,将同样容量的正常电容与C2测量摆幅相比较,C2仍有“正常的”充放电能力!

更换电容C2,上电后开关电源工作正常。

4、两个疑问点:

故障虽然是修复了,但揭开两个疑问点,具有实际的检修引导意义。

1)对C2电容量的检测差异

本例故障,如果仅用指针式万用表检测,电容C2既有充、放电指示,又无漏电电阻,应该是好的。那么下一步的检修,就会南辕北辙,越走越远,钻了牛角尖儿。

但偶尔用数字万用表的电容挡测量,则得出C2失效的判断。

将两表的测量方法对比,前者相当于用直流电源,提供充、放电电流;后者用一定的频率的交变电流,测试电容的容量(性能),可见,后者对电容容量的检测方法,要较前者为优。检测结果,是C2对交变电流的“容电能力”已经丧失。手头有两种万用表,对比测试,会有令人惊奇的体验,能积累检修者的经验。

本例电容用指针式和数字式万用表测量电容量,所得出的截然不同的结论,是身为“资深维修者”的我,也貌似第一次碰到,其机理容后探讨。

27脚电压的静态和动态

a、当从外部施加18V直流电源,电源能充分满足U1输出能力的需求时,表现为78、脚为稳定直流电压(4脚振荡电压也是稳定的)。而一般情况下,PMW脉冲输出端6脚,因反馈电压尚未建立,其输出为最大占空比脉冲,测试直流电压可高达6~9V

6脚脉冲电压的有无,取决于稳压环路——输出电压采样电路的形式,当6脚输出电压为0V时,并不能因此判断无PMW脉冲电压输出,振荡芯片就已经坏掉,同时测量1、2脚(内部放大器)电压值,可以作出辅助判断,当测量1脚电压低于1V2脚电压高于2.5V时,因达到内部电路的过压保护上限,故6脚为0V即是正常的。当测量2脚电压低于2.5V1脚电压高于1V时,此时6脚电压为0V,则可以判断振荡芯片已坏。

b、本例在线以原供电方式,检测U17脚静态电压,达到15V以上,但此电压几乎无波动变化,测其8脚电压为0V。我开始的判断,是当7脚供电电压“正常”时,首先8脚应有+5V基准电压的输出。因我忽略了3844的起振阀值实际为16V(停振阀值为10V),因而造成U1已坏的误判。

上电期间,当U17脚电压上升为16V起振阀点之后,8脚输出5V振荡电源,振荡电路具备工作条件,此时若起振能量不足,驱动电流的输出,拉动7脚电压使其快速跌落,则表现为间歇振荡现象,测7846脚电压,均为波动电压,并且幅值较小。

测量7脚电压虽然较高,哪怕已达15V以上,但尚未到达起振阀点,振荡电路没有工作,U1芯片不从电源吸取电流,表现为8脚的5V电压为0V7脚的供电电压较为稳定。

确定芯片是否已经振荡工作,可用测量7脚供电电压是波动的还是稳定的?8脚有无波动电压输出?这两点加以辅助判断,若为波动电压,虽测量7脚直流电压的最大幅度未达到16V(用示波器检测,其峰值其实是可达16V以上的),8脚电压仅为0点几伏,但可以确定U1芯片及外围振荡电路环节,都是好的。若测量7脚为稳压电压(但低于起振阀点),8脚电压为0V,则说明停振故障,是由供电电压低落(起振能量不足)所引起。

通常,R1R1称为启动电阻或启动电路,实际上,供电端7脚所接电容C2也是启动电路的一部分。因R1R2电阻值较大(一般为300~500kΩ之间),C2较小的漏电电流(即使其漏电电阻在百千欧姆级),即形成对启动电压/电流的分压/分流,而使启动能量严重不足。当其电容量严重下降时,使启动动力“后劲不足”而启动失效。而往往,容量下降与轻微漏电,二者又是同步出现的。

384x的供电端7脚电容,相比于其它电路的电解电容,好像更容易“失容或失效”,我在维修过程中,已碰到过多例,说明这不是一个偶然的现象,其背后一定有更为深层次的原因,容后文探讨。

c、如果测量振荡芯片的7846脚都有波动电压形成,哪怕7脚供电端的波动电压低至3~8V以下,也说明芯片及振荡回路大致是好的,电路不易形成正常振荡的原因大致有两方面:

一是芯片电源所提供的振荡能量不足,如供电端电容失效,自供电电路整流二极管或电容不良;二是因负载电路存在过流故障,引发芯片的过电流保护动作。前者的7846脚波动电压幅值较低,后者的幅值较高。

如果配合测量电流采样信号输入端3脚电压值,可作出更为准确的辅助判断。当测量3脚近于0V,如0.003V,则说明间歇振荡不是由过流原因所引起,检修重点在起振电路;若测3脚电压达0.1V(用示波器检测,信号峰值达1V)以上,说明故障系由负载电路过流所引起,检修重点在开关变压器二次侧整流滤波电路和后级负载电路。

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