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变频器开关电源电路常见故障、检测及维修,这么简单的方法别说你还不知道

2022-04-09 11:41:25      点击:
上一篇:电源设计痛点分析,工程师必知

变频器的开关电源电路完全可以简化为下图电路模型,电路中的关键要素都包含在内了。

而任何复杂的开关电源,剔除枝蔓后,也会剩下上图这样的主干。

其实在检修中,要具备对复杂电路的“化简”的能力,要在看似杂乱无章的电路伸展中,拈出这几条主要的脉络。

要向解牛的庖丁学习,训练自己的眼前不存在什么整体的开关电源电路,只有各部分脉络和脉络的走向——振荡回路、稳压回路、保护回路和负载回路等。

看一下电路中有几路脉络。

1、振荡回路:开关变压器的主绕组 N1、Q1 的漏 -- 源极、R4 为电源工作电流的通路;R1 提供了启动电流;自供电绕组 N2、D1、C1 形成振荡芯片的供电电压。

这三个环节的正常运行,是电源能够振荡起来的先决条件。

当然,PC1 的 4 脚外接定时元件 R2、C2 和 PC1 芯片本身,也构成了振荡回路的一部分。

2、稳压回路:N3、D3、C4 等的+5V 电源,R7—R10、PC3、R5、R6 等元件构成了稳压控制回路。

当然,PC1 芯片和 1、2 脚外围元件 R3、C3,也是稳压回路的一部分。

3、保护回路:PC1 芯片本身和 3 脚外围元件 R4 构成过流保护回路;N1 绕组上并联的 D2、R6、C4 元件构成了 IGBT 的保护电路;实质上稳压回路的电压反馈信号——稳压信号,也可看作是一路电压保护信号。

但保护电路的内容并不仅是局限于保护电路本身,保护电路的起控往往是由于负载电路的异常所引起。

4、负载回路:N3、N4 次级绕组及后续电路,均为负载回路。

负载回路的异常,会牵涉到保护回路和稳压回路,使两个回路做出相应的保护和调整动作。

振荡芯片本身参与和构成了前三个回路,芯片损坏,三个回路都会一齐罢工。

对三个或四个回路的检修,是在芯片本身正常的前提下进行的。

另外,要像下象棋一样,用全局观念和系统思路来进行故障判断,透过现象看本质。

如停振故障,也许并非由振荡回路元件损坏所引起,有可能是稳压回路故障或负载回路异常,导致了芯片内部保护电路起控,而停止了 PWM 脉冲的输出。

并不能将和各个回路完全孤立起来进行检修,某一故障元件的出现很可能表现出“牵一发而全身动”的效果。

开关电源电路常表现为以下三种典型故障现象:一、次级负载供电电压都为 0V。

变频器上电后无反应,操作显示面板无指示,测量控制端子的 24V 和 10V 电压为 0V。

检查主电路充电电阻或预充电回路完好,可判断为开关电源故障。

检修步骤如下:1、先用电阻测量法测量开关管 Q1 有无击穿短路现象,电流取样电阻 R4 有无开路。

电路易损坏元件为开关管,当其损坏后,R4 因受冲击而阻值变大或断路。

Q1 的 G 极串联电阻、振荡芯片 PC1 往往受强电冲击而损坏,须同时更换;检查负载回路有无短路现象,排除。

2、更换损坏件,或未检测中有短路元件,可进行上电检查,进一步判断故障是出在振荡回路还是稳压回路。

检查方法:a、先检查启动电阻 R1 有无断路。

正常后,用 18V 直流电源直接送入 UC3844 的 7、5 脚,为振荡电路单独上电。

测量 8 脚应有 5V 电压输出;6 脚应有 1V 左右的电压输出。

说明振荡回路基本正常,故障在稳压回路;若测量 8 脚有 5V 电压输出,但 6 脚电压为 0V,查 8、4 脚外接 R、C 定时元件,6 脚外围电路;若测量 8 脚、6 脚电压都为 0V,UC3844 振荡芯片坏掉,更换。

b、对 UC3844 单独上电,短接 PC2 输入侧,若电路起振,说明故障在 PC2 输入侧外围电路;电路仍不起振,查 PC2 输出侧电路。

二、开关电源出现间歇振荡,能听到“打嗝”声或“吱、吱”声,或听不到“打嗝”声,但操作显示面板时亮时熄。

这是因负载电路异常,导致电源过载,引发过流保护电路动作的典型故障特征。

负载电流的异常上升,引起初级绕组激磁电流的大幅度上升,在电流采样电阻 R4 形成 1V 以上的电压信号,使 UC3844 内部电流检测电路起控,电路停振;R4 上过流信号消失,电路又重新起振,如此循环往复,电源出现间歇振荡。

检查方法:a、测量供电电路 C4、C5 两端电阻值,如有短路直通现象,可能为整流二极管 D3、D4 有短路;观察 C4、C5 外观有无鼓顶、喷液等现象,必要时拆下检测;供电电路无异常,可能为负载电路有短路故障元件;b、检查供电电路无异常,上电,用排除法,对各路供电进行逐一排除。

如拔下风扇供电端子,开关电源工作正常,操作显示面板正常显示,则为 24V 散热风扇已经损坏;拔下+5V 供电接子或切断供电铜箔,开关电源正常工作,则为+5V 负载电路有损坏元件。

三、负载电路的供电电压过高或过低。

开关电源的振荡回路正常,问题出在稳压回路。

输出电压过高,稳压回路的元件损坏或低效,使反馈电压幅度不足。

检查方法:a、在 PC2 输出端并接 10k 电阻,输出电压回落。

说明 PC2 输出侧稳压电路正常,故障在 PC2 本身及输入侧电路;b、在 R7 上并联 500Ω电阻,输出电压有显著回落。

说明光电耦合器 PC2 良好,故障为 PC3 低效或 PC3 外接电阻元件变值。

反之,为 PC2 不良。

负载供电电压过低,有三个故障可能:1、负载过重,使输出电压下降;2、稳压回路元件不良,导致电压反馈信号过大;3、开关管低效,使电路(开关变压器)换能不足。

检查与修复方法:a、将供电支路的负载电路逐一解除(注意!不要以开路该路供电整流管的方法来脱开负载电路,尤其是接有稳压反馈信号的+5V 供电电路!反馈电压信号的消失,会导致各路输出电压异常升高,而将负载电路大片烧毁!)判断是否由于负载过重引起电压回落;如切断某路供电后,电路回升到正常值,说明开关电源本身正常,检查负载电路;输出电压低,检查稳压回路。

b、检查稳压回路的电阻元件 R5—R10,无变值现象;逐一代换 PC2、PC3,若正常,说明代换元件低效,导通内阻变大。

c、代换 PC2、PC3 若无效,故障可能为开关管低效,或开关和激励电路有问题,也不排除 UC3844 内部输出电路低效。

更换优质开关管、UC3844。

对于一般性故障,上述故障排查法是有效的,但不一定百分之百地灵光。

若检查振荡回路、稳压回路、负载回路都无异常,电路还是输出电压低,或间歇振荡,或干脆毫无反应,这此情况都有可能出现。

先不要犯愁,让我们往深入里分析一下电路故障的原因,以帮助尽快查出故障元件。

电路的间歇振荡或停振的原因不在起振回路和稳压回路时,还有哪些原因可导致电路不起振呢?(1)主绕组 N1 两端并联的 R、D、C 电路,为尖峰电压吸收网络,提供开关管截止期间,储存在变压器中磁场能量的泄放通路(开关管的反向电流通道),保护了开关管不被过压击穿。

当 D2 或 C4 严重漏电或击穿短路时,电源相当于加上了一个很重的负载,使输出电压严重回落,U3844 供电不足,内部欠电压保护电路起控,而导致电路进入间歇振荡。

因元件并联在 N1 绕组上,短路后不易测出,往往被忽略;(2)有的开关电源有输入供电电压的(电压过高)保护电路,一旦电路本身故障,使电路出现误过压保护动作,电路停振;(3)电流采样电阻不良,如引脚氧化、碳化或阻值变大时,导致压降上升,出现误过流保护,使电路进入间歇振荡状态;(4)自供电绕组的整流二极管 D1 低效,正向导通内阻变大,电路不能起振,更换试验;(5)开关变压器因绕组发霉、受潮等,品质因数降低,用原型号变压器代换试验;(6)R1 起振电路参数变异,但测量不出异常,或开关管低效,此时遍查电路无异常,但就是不起振。

修理方法:变动一下电路既有参数和状态,让故障暴露出来!试减小 R1 的电阻值(不宜低于 200kΩ以下),电路能起振。

此法也可做为应急修理手段之一。

无效,更换开关管、UC3844、开关变压器试验。

输出电压总是偏高或偏低一点,达不到正常值。

检查不出电路和元件的异常,几乎换掉了电路中所有元件,电路的输出电压值还是在“勉强与凑合”状态,有时好像能“正常工作”了,但让人心里不踏实,好像神经质似的,不知什么时候会来个“反常表现”。

不要放弃,调整一下电路参数,使输出电路达到正常值,达到其工作状态,让我们“放心”的地步。

电路参数的变异,有以下几种原因:1、晶体管低效,如三极管放大倍数降低,或导通内阻变大,二极管正向电阻变大,反向电阻变小等;2、用万用表不能测出的电容的相关介质损耗、频率损耗等;3、晶体管、芯片器件的老化和参数漂移,如光电耦合器的光传递效率变低等;4、电感元件,如开关变压器的 Q 值降低等;5、电阻元件的阻值变异,但不显著。

6、上述 5 种原因有数种参于其中,形成“综合作用”。

由各种原因形成的电路的“现在的”这种状态,是一种“病态”,也许我们得换一下检修思路了,中医有一个“辨证施治的”理论,我们也要用一下了,下一个方子,不是针对哪一个元件,而是将整个电路“调理”一下,使之由“病态”趋于“常态”。

就这么“模糊着糊涂着”,把病就给治了。

修理方法(元件数值的轻微调整):1、输出电压偏低:a、增大 R5 或减小 R6 电阻值;b、减小 R7、R8 电阻值或加大 R9 电阻值。

2、输出电压偏高:a、减小 R5 或增大 R6 电阻值;b、增大 R7、R8 电阻值或减小 R9 电阻值。

上述调整的目的,是在对电路进行彻底检查,换掉低效元件后,进行的。

目的是调整稳压反馈电路的相关增益,使振荡芯片输出的脉冲占空比变化,开关变压器的储能变化,使次级绕组的输出电压达到正常值,电路进入一个新的“正常的平衡”状态。

好多看似不可修复的疑难故障,就这样经过一、两只电阻值的调整,波澜无惊地修复了。

检修中须注意的问题:1、在开关电源检查和修复过程中,应切断三相输出电路 IGBT 模块的供电,以防止驱动供电异常,造成 IGBT 模块的损坏;2、在修理输出电压过高的故障时,更要切断+5V 对 CPU 主板的供电,以免异常或高电压损坏 CPU,造成 CPU 主板报废。

3、不可使稳压回路中断,将导致输出电压异常升高!4、开关电源电路的二极管,用于整流和用于保护的,都为高速二极管或肖基特二极管,不可用普通 IN4000 系列整流二极管代用。

4、开关管损坏后,最好换用原型号的,现在网络这么发达,货物来源不成问题,一般都能购到的。

淘宝网上许多东西都能以便宜的价格购到,注意质量!

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