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晶体管老化失效所表现的故障现象及检修

作者:tyg 日期:2018-4-23 15:59:43 人气:

​晶体管器件的老化和失效故障,更为隐蔽,其表现出的故障现象也更加难以琢磨,比之检修电容器、接触器等元件,又上升了一个难度上的等到级。下文以检修开关电源的两个故障实例,来说明对晶体管老化故障的检修。这两例故障,一例为输出电压偏高,一例为输出电压偏低,但故障元件都是隐蔽得很,饶有趣味啊。

该机器为7200PA型37kW变频器,故障现象为:运行当中出现随机停机现象,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,起动时充电接触器哒哒跳动,不能起动。拔掉12CN插头散热风扇的连线,为开关电源减轻负载后,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,判断故障为开关电源带负载能力差。

拆下电源/驱动板,从机外送入直流500V维修电源,单独检修开关电源电路。

本机开关电源电路为单端正激式隔离型开关稳压电源。电路由分立元件组成,故障率较低。由开关管和分流控制管构成振荡和稳压电路的主干,外围电路极其简洁。

拆下电源/驱动板,从机外送入直流500V直流维修电源,单独检修开关电源电路。

开关电源的次级绕组及后续整流滤波电路,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(如50欧5W电阻),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,CPU发出故障报警。

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。该机的开关管Q2为高反压和高放大倍数的双极型三极管(NPN功率管),型号为QM5HLL-24;Q1为分流控制管,电路对这两只管子的参数有较严格的要求,市场上较难购到。再结合故障现象分析,可能为开关管Q2低效,如β值降低,使TC2储能下降,电路带载能力变差;也可能为Q1的工作偏移,对Q2基极电流分流能力过强,使电源带载能力变差。但手头无原型号开关管,用户催修甚急。试调整电路,将分流调整管的工作点下调,使之低对Q2基极电流的分流作用,进而提升开关管Q2的导通能力,使TC2储能增加。

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(此故障排除是采取了权宜之计,应急修复的措施,并未查出和更换故障元件,对故障进行根治)!

故障推断:1、开关管Q2有老化现象,放大能力下降,Ic值偏低,开关变压器储能变小,而使电源带载能力变差;2、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。第一种原因可能性大。

附记:以后该台变频器又因模块损坏故障送修,手头有QM5HLL-24管子,故换掉开关管Q2,将串接47Ω电阻解除,恢复原电路后,开关电源工作正常。说明该机器开关电源电路带载能力差的故障原因,确系Q2开关管低效所致。

可以总结一点:电解电容因工艺和材质的特点,性能容易渐变和低效,但这种电容的渐变和低效,还是容易引起注意的。其它元件,电阻一般是较为稳压的。 那么还容易渐变和低效的原件,应该首属晶体管了。早期的电子电路维修工作者,针对性的分立元件的晶体管,维修工作中对管子放大倍数的检测,成为常规手段之一。以后,随着IC电路的出现,随着IC工作可靠性的提高,往往忽略了对IC内容晶体管的渐变和低效的问题。PC817也可以称之为IC电路,内部集成了发光管和三极管,其它被广泛应用的模拟IC和数字IC,内部内部也是由晶体管所集成,总会有晶体管渐变和低效的可能。在长期的维修中,我也碰到数例这种情况。这种情况,单纯测试IC的引脚电阻,很难察觉到什么异常。而上电进行动态电压检测,往往有效。

遇有疑难故障,多注意晶体管的渐变和低效,注意IC内部晶体管的渐变、低效、失效!

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