涨知识 | 变频器开关电源故障检修实

例一:康沃CVF-G1 型开关电源故障检修

   接手了3台康沃CVF-G1型小功率机器，故障皆为开关电源无输出，无屏显。该机开关电源的IC为3844B，手头无此型号的IC，况不可能3台机器都是3844B损坏了吧？故先从其外围电路查起。

    所有开关电源不外乎有以下几条支路：1、上电启动支路，往往由数只较大阻值的电阻串联而成，上电时将500V直流引至3844B供电脚，提供开关管的起振电压；2、正反馈和工作电源支路，由反馈绕组和整流滤波电路组成（有的机器由两绕组供电支路组成，有的兼用。）；3、稳压支路，一般由次级5V供电支路，将5V电压的变化与一基准电压相比较，其变量由光耦反馈到初级3844B的2脚，但该机型的电压反馈是取自初级。

    电路起振的条件是：1、500V供电回路正常，500V直流经主绕组加至开关管漏极，开关管源极经小阻值电流采样电阻形成供电回路；2、上电启动支路正常，提供足够幅度的起振电压（电流）；3、正反馈和工作电源支路正常，提供满足幅度要求的正反馈电压（电流）和工作电源；4、负载侧无短路，负载侧短路无法使反馈电压建立起来足够的幅度，故电路不能起振。以上电路可称之为振荡回路。

    为缩小故障，应采用将稳压支路开路，看电路能否起振。应施行降、调压供电并将易受过电压冲击损坏的电路供电切断，确保安全。若能起振，说明满足起振条件的4个支路大致正常，可进而排查稳压支路的故障元件。若仍不能起振，说明故障在振荡回路，可查找上述的四个支路。

   依上述检查次序，甲、乙、丙机开关电源的故障都在振荡电路。检查甲机四个支路及3844B外围元件都无异常，试将一块3845B代换之，电源输出正常，修复；乙机，换用3845B后仍不能起振，4个支路元件都无异常，试将上电启动支路的300k电阻并联200k    电阻后，上电恢复正常；丙机也为3844B损坏，换新块后故障排除。

    只有乙机的故障稍微有趣，试分析如下：

表面看起来，乙机查不出一个坏件，致使维修陷入困境。但减小启动支路的电阻值后，则能正常工作。乙机的“异常之处”到底在哪里呢？可能是元器件性能的微弱变化导致电器参数的的变动，如开关管放大能力的些微降低、或开关变压器因轻度受潮使Q值变化、或3844B输出内阻有所增大，或阻容元件有轻微变异，上述原因的查找与确认委实不易，或者是有一种，甚至有可能是数种原因参与其中。但上述多种原因只导致了一个后果：开关管不能被有效启动，电路不能起振！解决的办法是转变掉现有状态，往促成开关管起振的方面下力气，在起动支路并联电阻是Zui省力也是Zui有效的一个方法。

    顺便说明一下，该机的启动支出路电阻为300k，再加上其它环节的电阻，实际加到开关管栅极的启动电流仅1mA多一点。虽然场效应管为电压控制器件，理论上不吸取电流，但能使其导通的结电容充电电流，恰恰是使其导通的硬指标。从此一角度来讲，场效应管仍为电流驱动器件。当电路参数产生变动后，原启动支路的供给电流不足以使开关管导通乃至微导通，所以电路不能起振。将此启动电流值稍稍加大，电路便有可能起振。300k启动电阻有阻值偏大之嫌，我认为稍稍减小其阻值有利无弊。

    因而高效率的修理方法不妨走以下的路子：检查开关管不坏，4个支路大致无异常，先在启动支路上并联电阻试验，无效后，再换用3844B，再无效，才下功夫细查电路。往往第一、二个步骤，故障就已经排除了。

    例二：佳灵JP6C-9开关电源故障一例

    上电，操作面板无显示，检测主电路输入、输出端子电阻均正常。判断为控制板开关电源故障。细听有轻微的间隔的嗒、嗒声，显然为电源起振困难。据经验，此种现象多为电源负载异常引起。查各路电源的整流、滤波及负载电路，均无异常；先后脱开散热风扇电源、逆变驱动电源、操作面板显示电源等电流较大的电源支路，故障现象依旧。

   检查并联在开关变压器一次绕组的尖峰电压吸收网络（由电阻与电容并联后与二极管串联），用指针式万用表测量二极管正反向电阻均为15欧姆，感觉异常。将两只并联二极管拆开检测，正常。细观察，电容器有细微裂纹，测其引脚，查出为2kV 103电容击穿短路。更换后，机器恢复正常。

   此电容短路引起开关电源起振困难的故障殊不多见。

   此电压尖峰电压吸收网络的设置，本是为了吸收开关管截止期间产生的异常的危及开关管安全的尖峰电压，但电容击穿后，开关变压器一次绕组相当于并联了二极管。对开关变压器来说，开关变压器在开关管导通期间吸入的能量在开关管截止期间，被二极管快速泻放，不能够积累产生振荡能量，同时二极管相当开关变压器一个过重的负载，因而造成开关电源起振困难的故障现象。

   例三：台安N2-1013变频器开关电源故障

   上电即跳OC故障，检测逆变输出模块未损坏，六块逆变驱动IC已损坏大半。进一步检查发现，开关电源有一奇特现象：甩开CPU主板供电时，测+5V正常，但其它支路的供电较正常偏高，如+15V为+18V，22V的驱动供电为26V，担插上CPU主板的接线排时，测+5V仍正常，但其它支路的供电较则出现异常升高现象！如22V的驱动供电甚至于上升为近40V（PC923、PC929的供电极限电压为36V），驱动IC的损坏即源于此。

   重点检查稳压环节，IC202、PC9等外围电路皆无异常。进一步查找其它电路也无“异常”，检修陷入僵局。

    分析：电路的稳压环节是起作用的。稳压电路的电压采样取自+5V电路，拔掉CPU主板的接线排时，相当于+5V轻载或空载，+5V的上升趋势使电压负反馈量加大，电源开关管驱动脉冲的占空比减小，开关变压器的激磁电流减小，其它支路的输出电压相对较低；当插入CPU主板的接线排时，相当于+5V带载或重载，+5V的下降趋势使电压负反馈量减小，电源开关管驱动脉冲的占空比加大，开关变压器的激磁电流上升，使其它支路的输出电压幅度上升。现在的状况是，+5V电路空载时，其它供电虽输出较低，但仍偏高。+5V加载后，其它供电支路则出现异常高的电压输出！故障环节要么是电源本身故障导致带载能力变差，要么是负载电路异常，两者的异常都使得稳压电路进行了恪尽职守的“误”调节，结果是维护了+5V故障电路的“电压稳定”，出现了其它供电支路“异常的电压变化”！

   下手检修+5V电路，拔下电源滤波电容C239，220u10V，检测：容量仅十几个微法，存在明显的漏电电阻。一只电容的失效正好满足了两个条件：容量变小使电源带载能力差，漏电使负载变重。

   更换此电容后，试机正常。

   例四：东元7200GA-30kW变频器

    该机在遭受雷击损坏修复后，运行了一个多月，又出现了奇怪的故障现象：运行当中有随机停机现象，可能几天停机一次，也可能几个小时停机一次；起动困难，起动过程中电容充电短接接触器哒哒跳动，起动失败，但操作面板不显示故障代码。费些力气起动成功后又能运转一段时间。

   将控制板从现场拆回，将热继电器的端子短接，以防进入热保护状态不能试机；将电容充电接触器的触点检测端子短接以防进入低电压保护状态不能试机，进行全面检修，检查不出什么异常，都是好的呀。

   又将控制板装回机器，上电试机，起动时接触器哒哒跳动，不能起动。拔掉12CN插头散热风扇的连线后，情况大为好转，起动成功率上升。仔细观察，起动过程中显示面板的显示亮度有所降低，判断故障为控制电源带负载能力差。

各路电源输出空载时，输出电压为正常值。将各路电源输出加接电阻性负载，电压值略有降低；+24V接入散热风扇和继电器负载后，+5V降为+4.7V，此时屏显及其它操作均正常。但若使变频器进入启动状态，则出现继电器哒哒跳动，间或出现“直流电压低”、“CPU与操作面板通讯中断”等故障代码，使操作失败。测量中，当+5V降为+4.5V以下时，则变频器马上会从启动状态变为待机状态。详查各电源负载电路，均无异常。

   分析：控制电源带负载能力差的判断是正确的。由于CPU对电源的要求比较苛刻，不低于4.7V时，尚能勉强工作；但当低于4.5V时，则被强制进入“待机状态”；在4.7V到4.5V之间时，则检测电路工作发出故障警报。

    可是意想不到的是此故障的检修竟然相当棘手，遍查开关电源的相关元器件竟“无一损坏”！无奈之下，试将U1（KA431AZ）的基准电压分压电阻之一的R1（5101）并联电阻试验，其目的是改变分压值而使输出电压上升。测输出电压略有上升，但带载能力仍差。细观察线路板，分流调整管Q1似有焊接痕迹，但看其型号为原型号，即使更换也是从同类机中拆换的。该机的开关管Q2为高反压和高放大倍数的双极型三极管，市场上较难购到，况电路对这两只管子的参数有较严格的要求。再结合故障分析，分流调整管的工作点有偏移，对Q2基极电流的分流太强，将导致电源带载能力差。试将与电压反馈光耦串接的电阻R6（330欧）串联47欧电阻以减小Q1的基极电流，进而降低其对Q2的分流能力，使电源的带载能力有所增强。上电试机，无论加载或启动操作，+5V均稳定输出5V，故障排除！

    故障推断：开关管Q1有老化现象，放大能力下降，故经分流后的Ib值不足使其饱合导通（导通电阻增大）而使电源带载能力变差；分流支路有特性偏移现象，使分流过大，开关管得不到良好驱动，从而使电源带载能力差。

   例五：英威腾P9/G9-55kW变频器

    在雷雨天气中突然停机，面板无显示，疑遭雷击损坏。

    检查：输入整流模块与输出逆变模块俱无损坏。开关电源无输出，开关管损坏，电源引入铜箔条及开关管漏极回路的铜箔条都已与基板脱离，说明此回路承受了大电流冲击。

    更换开关管与振荡块3844B后，给开关电源先送入交流220V整流电源，不起振，也验明了无短路现象；再送入500V直流电源，上电即烧电源引入保险丝F1。停电测量检查，无短路现象，更换保险丝后上电，低于300V直流时，不起振，送入500V时仍烧保险丝。分析电源的负载电路有短路故障时，电源往往不能起振；怀疑起振后开关管回路存在短路故障，但测量检查，确实无短路现象。检修进入死胡同。

    仔细观察开关电源的线路板，开关电源的约550V直流电源通过主直流回路引入，线路板为双面线路板。电源引入端子在线路板的边缘，正面为+极引线铜箔条，反面为-极引线铜箔条，发现线路板边缘——+、-铜箔条之间有一条“黑线”！由于潮湿天气，使线路板材的绝缘降低，引起+、-铜箔条之间跳火，线路板碳化。电源电压低于某值时不会击穿，高于500V时便使碳化线路板击穿，烧掉保险丝。烧保险的原因并非起振后开关管回路有短路故障，而由线路板碳化引起。

     清除线路板边缘的碳化物并做好绝缘处理，送入500V时不再烧保险，但不能起振。检查3844B供电支路的整流二极管D38（LL4148）有一定的反向电阻，更换后试机正常。

   由线路板潮湿后被击穿碳化，引起烧保险故障，这也是开关电源中较少碰到的故障现象