變頻器晶體管老化故障維修思路分析

　　[故障實(shí)例1]該機(jī)器為東元7200PA型37kW變頻器，故障現(xiàn)象為：運(yùn)行當(dāng)中出現(xiàn)隨機(jī)停機(jī)現(xiàn)象，可能幾天停機(jī)一次，也可能幾個(gè)小時(shí)停機(jī)一次；起動(dòng)困難，起動(dòng)過程中電容充電接觸器噠噠跳動(dòng)，起動(dòng)失敗，但操作面板不顯示故障代碼。費(fèi)些力氣起動(dòng)成功后又能運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間。

　　將控制板從現(xiàn)場(chǎng)拆回，將熱繼電器的端子短接，以防進(jìn)入熱保護(hù)狀態(tài)不能試機(jī)；將充電接觸器的觸點(diǎn)檢測(cè)端子短接以防進(jìn)入低電壓保護(hù)狀態(tài)不能試機(jī)，進(jìn)行全面檢修，檢查不出什么異常，都是好的呀。

　　又將控制板裝回機(jī)器，上電試機(jī)，起動(dòng)時(shí)充電接觸器噠噠跳動(dòng)，不能起動(dòng)。拔掉12CN插頭散熱風(fēng)扇的連線，為開關(guān)電源減輕負(fù)載后，情況大為好轉(zhuǎn)，起動(dòng)成功率上升。仔細(xì)觀察，起動(dòng)過程中顯示面板的顯示亮度有所降低，判斷故障為開關(guān)電源帶負(fù)載能力差。

　　拆下電源/驅(qū)動(dòng)板，從機(jī)外送入直流500V維修電源，單獨(dú)檢修開關(guān)電源電路。

　　本機(jī)開關(guān)電源電路為單端正激式隔離型開關(guān)穩(wěn)壓電源。電路由分立元件組成，故障率較低。由開關(guān)管和分流控制管構(gòu)成振蕩和穩(wěn)壓電路的主干，外圍電路極其簡(jiǎn)潔。

　　拆下電源/驅(qū)動(dòng)板，從機(jī)外送入直流500V直流維修電源，單獨(dú)檢修開關(guān)電源電路。

　　開關(guān)電源的次級(jí)繞組及后續(xù)整流濾波電路，各路電源輸出空載時(shí)，輸出電壓為正常值。將各路電源輸出加接電阻性負(fù)載（如50歐5W電阻），電壓值略有降低；24V接入散熱風(fēng)扇和繼電器負(fù)載后， 5V降為 4.7V，此時(shí)屏顯及其它操作均正常。但若使變頻器進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，則出現(xiàn)繼電器噠噠跳動(dòng)，間或出現(xiàn)“直流電壓低”、“CPU與操作面板通訊中斷”

等故障代碼，使操作失敗。測(cè)量中，當(dāng) 5V降為 4.5V以下時(shí)，則變頻器馬上會(huì)從啟動(dòng)狀態(tài)變?yōu)榇龣C(jī)狀態(tài)。詳查各電源負(fù)載電路，均無異常。

　　分析：控制電源帶負(fù)載能力差的判斷是正確的。由于CPU對(duì)電源的要求比較苛刻，不低于4.7V時(shí)，尚能勉強(qiáng)工作；但當(dāng)?shù)陀?.5V時(shí)，則被強(qiáng)制進(jìn)入“待機(jī)狀態(tài)”；在4.7V到4.5V之間時(shí)，則檢測(cè)電路工作，CPU發(fā)出故障報(bào)警。

　　意想不到的是此故障的檢修竟然相當(dāng)棘手，遍查開關(guān)電源的相關(guān)元器件竟“無一損壞”！無奈之下，試將U1（KA431AZ）的基準(zhǔn)電壓分壓電阻之一的R1（5101）并聯(lián)電阻試驗(yàn)，其目的是改變分壓值而使輸出電壓上升。測(cè)輸出電壓略有上升，但帶載能力仍差。該機(jī)的開關(guān)管Q2為高反壓和高放大倍數(shù)的雙極型三極管（NPN功率管），型號(hào)為QM5HLL-24；Q1為分流控制管，電路對(duì)這兩只管子的參數(shù)有較嚴(yán)格的要求，市場(chǎng)上較難購到。再結(jié)合故障現(xiàn)象分析，可能為開關(guān)管Q2低效，如β值降低，使TC2儲(chǔ)能下降，電路帶載能力變差；也可能為Q1的工作偏移，對(duì)Q2基極電流分流能力過強(qiáng)，使電源帶載能力變差。但手頭無原型號(hào)開關(guān)管，用戶催修甚急。試調(diào)整電路，將分流調(diào)整管的工作點(diǎn)下調(diào)，使之降低對(duì)Q2基極電流的分流作用，進(jìn)而提升開關(guān)管Q2的導(dǎo)通能力，使TC2儲(chǔ)能增加。

　　試將與電壓反饋光耦串接的電阻R6（330歐）串聯(lián)47歐電阻，以減小Q1的基極電流，進(jìn)而降低其對(duì)Q2的分流能力，使電源的帶載能力有所增強(qiáng)。上電試機(jī)，無論加載或啟動(dòng)操作， 5V均穩(wěn)定輸出5V，故障排除（此故障排除是采取了權(quán)宜之計(jì)，應(yīng)急修復(fù)的措施，并未查出和更換故障元件，對(duì)故障進(jìn)行根治）！

　　故障推斷：1、開關(guān)管Q2有老化現(xiàn)象，放大能力下降，Ic值偏低，開關(guān)變壓器儲(chǔ)能變小，而使電源帶載能力變差；2、分流支路有特性偏移現(xiàn)象，使分流過大，開關(guān)管得不到良好驅(qū)動(dòng)，從而使電源帶載能力差。第一種原因可能性大。

　　附記：以后該臺(tái)變頻器又因模塊損壞故障送修，手頭有QM5HLL-24管子，故換掉開關(guān)管Q2，將串接47Ω電阻解除，恢復(fù)原電路后，開關(guān)電源工作正常。說明該機(jī)器開關(guān)電源電路帶載能力差的故障原因，確系Q2開關(guān)管低效所致。

　　[故障實(shí)例2]一臺(tái)多年使用的變頻器，在逆變模塊損壞并修復(fù)后，為變頻上電，測(cè)CPU板 5V供電，約為6V，測(cè)控制回路的 15V供水，高達(dá)近20V。輸出電壓明顯偏高，但輸出電壓值較為穩(wěn)定。懷疑是萬用表測(cè)量誤差（如數(shù)字萬用表內(nèi)部9V電源能量不足造成的測(cè)量誤差），換用另一塊萬用表檢測(cè)，還是如此。

　　說明開關(guān)電源存在故障，未敢給CPU主板供電，摘下電源/驅(qū)動(dòng)板，單獨(dú)檢修，為保險(xiǎn)起見，切斷了驅(qū)動(dòng)IC的四路供電，等輸出電壓值正常后再連接負(fù)載電路。

　　該例故障，輸出電壓尚能穩(wěn)定，說明穩(wěn)壓電路還是起作用的，穩(wěn)壓環(huán)節(jié)還是“透氣”的。試將TL431基準(zhǔn)電路的VREF端子的上分壓電阻減小，或想辦法加大反饋光耦的輸入側(cè)電流，檢測(cè)各路輸出電壓略有下降，也說明穩(wěn)壓環(huán)節(jié)還是能對(duì)輸出電壓作出反應(yīng)和起了調(diào)節(jié)作用的。但感覺電壓的下降量極小，電路能對(duì)輸出電壓作出反應(yīng)，但反應(yīng)的靈敏度降低。

　　把穩(wěn)壓環(huán)節(jié)看成一個(gè)誤差放大器的話，是這個(gè)放大器的放大倍數(shù)明顯不夠了啊。

　　該電路也是由兩只分立晶體管構(gòu)成的振蕩和穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓的所有控制，最后都落實(shí)到開關(guān)管基極電流的控制上，一是開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電流過大，二是分流管的Ic電流過小，對(duì)開關(guān)管Ib電流的分流能力不足。

　　挑選一只放大倍數(shù)高的分流管對(duì)原管進(jìn)行代換，又檢查了穩(wěn)壓電路的所有環(huán)節(jié)，未查出變值和不良元件，單獨(dú)拆下TL431，作了穩(wěn)壓性能試驗(yàn)，沒有問題。檢修陷入了僵局。

　　將電路板放置了幾天，沒有管它，但腦子里有時(shí)還在轉(zhuǎn)悠著這個(gè)事。將疑點(diǎn)放在了光電耦合器PC817的身上！TL431與PC817相配合，將輸出電壓的變化隔離和反饋至一次振蕩電路。PC817內(nèi)含發(fā)光二極管一只和光敏三極管一只，長(zhǎng)期工作后，發(fā)光二極管的發(fā)光效率變低，光敏三極管受光量減小，導(dǎo)通內(nèi)阻變大，相當(dāng)于誤差放大器的放大信倍變低了。另

外，也不排除光敏三極管老化、低效、放大倍數(shù)降低等等的可能，二者中的其一不良，便導(dǎo)致穩(wěn)壓控制能力減弱，輸出電壓升高。但光耦器件的在線測(cè)量，只能測(cè)出輸入側(cè)發(fā)光二極管的正反向電阻或電壓降，其它指標(biāo)則無能為力。

　　將光耦拆除，換用一只優(yōu)質(zhì)元件，開機(jī)，測(cè)各路輸出電路，嘩！全部正常和穩(wěn)定了！

　　可以總結(jié)一點(diǎn)：電解電容因工藝和材質(zhì)的特點(diǎn)，性能容易漸變和低效，但這種電容的漸變和低效，還是容易引起注意的。其它元件，電阻一般是較為穩(wěn)壓的。那么還容易漸變和低效的原件，應(yīng)該首屬晶體管了。早期的電子電路維修工作者，針對(duì)性的分立元件的晶體管，維修工作中對(duì)管子放大倍數(shù)的檢測(cè)，成為常規(guī)手段之一。以后，隨著IC電路的出現(xiàn)，隨著IC工作可靠性的提高，往往忽略了對(duì)IC內(nèi)容晶體管的漸變和低效的問題。PC817也可以稱之為IC電路，內(nèi)部集成了發(fā)光管和三極管，其它被廣泛應(yīng)用的模擬IC和數(shù)字IC，內(nèi)部?jī)?nèi)部也是由晶體管所集成，總會(huì)有晶體管漸變和低效的可能。在長(zhǎng)期的維修中，我也碰到數(shù)例這種情況。這種情況，單純測(cè)試IC的引腳電阻，很難察覺到什么異常。而上電進(jìn)行動(dòng)態(tài)電壓檢測(cè)，往往有效。

　　遇有變頻器老化故障維修疑難故障，多注意晶體管的漸變和低效，注意IC內(nèi)部晶體管的漸變、低效、失效！

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