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：

接手一臺上海眾辰H3000型小功率變頻器一臺，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啟動電路是好的；

3）U1芯片是好的，4腳外圍定時電路是好的。

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，測量8腳電壓在零點(diǎn)幾伏之間擺動，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（此時因無反饋電壓建立，輸出脈沖占空比較大。輸出激勵脈沖正常），結(jié)論是：U1芯片及外圍定時電路，均是正常的，電路停振原因，在起動電路或U1的自供電電路。

先采用我那個屢試不爽的法子，即減小啟動電阻的阻值，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，為波動的10~14V電壓，8腳、4腳、6腳均為0~1V左右的波動電壓，說明U1的振蕩“后繼乏力”，自供電電路仍無法提供U1驅(qū)動Q1正常工作的“激勵能量”。

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，顯示0.33uF，換用20uF擋位測量時，同樣。而測量C1時，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、兩個疑問點(diǎn)：

故障雖然是修復(fù)了，但揭開兩個疑問點(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，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，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，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，此時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，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，此時若起振能量不足，驅(qū)動電流的輸出，拉動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腳供電電壓是波動的還是穩(wěn)定的？8腳有無波動電壓輸出？這兩點(diǎn)加以輔助判斷，若為波動電壓，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稱為啟動電阻或啟動電路，實(shí)際上，供電端7腳所接電容C2也是啟動電路的一部分。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），即形成對啟動電壓/電流的分壓/分流，而使啟動能量嚴(yán)重不足。當(dāng)其電容量嚴(yán)重下降時，使啟動動力“后勁不足”而啟動失效。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腳都有波動電壓形成，哪怕7腳供電端的波動電壓低至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)動作。前者的7、8、4、6腳波動電壓幅值較低，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。