上電檢測UC384x系列振蕩芯片好壞的方法

上電檢測UC384x系列振蕩芯片好壞的方法

本例開關電源電路（以中達VFD-B型22kW實際電路為原型），根據電路結構特點，可以分為振蕩與穩壓控制電路、推動級和逆變輸出級三部分，劃分故障範圍和維修。開關電源故障的檢修難點和要點，是判斷UC284x系列振蕩芯片的工作狀态，是處于正常還是非正常狀态。将原電路中振蕩和穩壓電路重繪如下圖1所示的振蕩與穩壓電路，所有采用UC284x系列振蕩芯片的開關電源電路，都與此大緻相近，由此電路的深入分析，可以找到掌握檢修變頻器開關電源電路的“金鑰匙（規律）”。
本文給出實用的UC284x系列振蕩芯片的上電檢測方法，很有用噢。
1、開關電源電路正常工作時，振蕩芯片DU2的各腳電壓狀态
圖1 UC3842與外圍元件構成的振蕩（與穩壓）電路
振蕩芯片的各腳電壓系變頻器待機狀态由數字萬用表的直流電壓擋，測得的實際電壓值。
DU6的⑦、⑤腳為供電端，電源起振後由DD52、DC79整流濾波建立的穩定供電電壓為17V，開關電源的實際工作供電一般為16~20V左右；⑧腳為5V基準電壓輸出端，這是一個不随供電電壓高低變壓的穩定電壓值；④腳為振蕩鋸齒波電壓形成端，由于定時電路采用5V供電，所以該腳電壓值也不随芯片供電電源電壓而變化。④、⑧腳電壓值是穩定的，不随電源的工作狀态而變化。
①、②腳接内部電壓誤差放大器，當處于閉環穩壓控制狀态下，2腳電壓應該為2.5V左右，1腳電壓在1.65V左右，由P*、N端引入DC530V電源變化或負載電流變化時，這兩腳的電壓有微弱變化，但瞬間納入穩壓控制下，仍會保持原值（除非因故障原因出離穩壓控制範圍，而進入電壓開環狀态）。
③腳為電流采樣信号輸入端，根據負載電流變化呈現一個随機變化值，一般在0~0.1V左右。在空載狀态，則表現為測量的穩定值，工作時該腳電壓會有所上升。
⑥是PWM脈沖輸出端，随負載電流變化，輸出脈沖的寬度也在随機調整中。一般在0~2V以内變化。
所測電壓值有兩個特點：
1）除8、4腳電壓值為固定值外，正常工作情況下，7腳供電電壓基本上也是穩定的。2腳電壓基本上也穩定于2.5V左右。但其它機型因1、2腳之間元件的取值不同，各機型的1腳電壓值會有較大差異；
2）3腳和6腳電壓，處于随機調整狀态，信号電壓值在小範圍内是頻繁變化的。而且由3腳的負載是開關管栅、源極回路還是本例機型的推動變壓器繞組的不同，會導緻3腳輸出電壓值和電壓波形的較大差異；
3）電路正常的狀态隻有一種，而非正常狀态則為數種或數十種不止，表現為千差萬别。故障狀态的檢測電壓值與正常電壓值的比較，就有了局限性——往往隻能反映出非正常狀态，但不可能反映出故障根源在何處，因而由檢測到的異常電壓值判斷故障根源，就更為重要。
因而除8、4、2腳外，所測其它各腳的“正常工作電壓值”，僅供參考，不能在檢修其它機型，甚至檢修本例機型時“生硬套用”——電源電壓的不同、輸出電路負載電流的不同，都會使其它引腳的電壓值有所變化。圖1中是振蕩芯片各引腳（以8引腳為例）在線測量電壓值，是給出了UC384x振蕩芯片工作時各腳電壓的一個大緻範圍，可以參考。
綜上所述，那麼找到和掌握一種對UC484x（指CU3842/3/4/5及UC3842A/3A/4A/5A系列計8種芯片）振蕩芯片電路故障檢修，近于“通用的”和“終極性”的檢修方法（而非确定的引腳電壓值），就非常必要了。開關電源電路異常時，或檢修完畢因檢修不徹底存在故障隐患時，有可能造成上電即燒開關管，或上電即燒振蕩芯片的故障，令初修開關電源的維修人員手足無措，産生“怕”的心理，其實采取一些簡單措施，如在開關電源的供電電源回路中事先串接1A保險管，或采取串接40W燈泡限流的措施，都可達到避免開關管損壞的故障發生。下述檢修方法，是暫時解除開關管的供電電源（或斷掉總電源，隻給振蕩芯片提供低壓直流電源），隻給振蕩芯片供電，檢修振蕩與穩壓電路均正常後，再恢複正常開關電源正常供電，不但檢測方便，而且避免了振蕩芯片和開關管的無謂損壞。
2、振蕩與穩壓電路的檢修方法
1）方法一：用外供低壓直流為UC484x振蕩芯片電路上電，測量各腳電壓進行檢測和判斷
這樣做的好處，是不必對電路做任何改動，隻是直接從振蕩芯片的5、7端供入17~20V（用0~24V的可調直流穩壓電源更好）直流電源，通過測量IC1的各腳電壓變化，即能大緻判斷振蕩芯片的好壞。
圖2 振蕩芯片單獨上電示意圖
解除變頻器的主電路供電，單獨為振蕩芯片提供16V以上的直流電源，以避過芯片内部16V的欠電壓保護動作阈值。外供電壓從電源引腳7、5腳引入。假定振蕩芯片IC1是正常的，4腳定時元件R1、C1也是好的。引入16V以上直流電源後：
1）測量IC1的8腳應有穩定的5V基準電壓輸出；
2）測量IC1的4腳應該有1.5~2.5V左右的振蕩電壓，如用示波器，可測得振蕩電壓的幅度、頻率和（鋸齒波）波形。
3）因為反饋電壓信号最低（2.3V左右，實際為從1腳誤差放大器最高輸出返回的，經R4、R6分壓的的電壓值），IC1内部誤差放大器輸出誤差信号電壓最高，從IC1的1腳應該能測量到4~5V的電壓值；
4）因為此時的電流采樣輸入信号最小（其實為0V），IC1内部PWM鎖存器處于置位狀态， 6腳輸出為最大占空比的脈沖信号。從IC1的6腳應該能測得幅值較高輸出脈沖電壓（如3V~12V），或用示波器測得脈沖信号電壓波形。
符合以上檢測結果，則說明振蕩芯片和外圍定時電路都是好的，可以排除其故障可能性。出現以下檢測結果，可以判定為振蕩芯片損壞，先換掉振蕩芯片，再檢查其它故障（往往是換掉振蕩芯片，故障也随之修複了）。
1）為IC1引入電源後，測8腳輸出的5V電壓為零或偏離5V較多，振蕩芯片已壞；
2）芯片的8腳電壓正常，但測量4腳脈沖電壓值為0V，檢查R1、C1外圍元件正常，振蕩芯片已壞；
3）檢測6腳輸出脈沖電壓為0V，說明振蕩芯片已壞。因4腳和6腳外圍電路的差異，測量6腳輸出脈沖電壓值也有差異，可以電壓的有無作為判斷依據。若6腳電壓值為零或與7腳供電電壓值相等，說明振蕩芯片已壞。一般經過上述3個檢測步驟，即可判斷振蕩芯片的好壞了。
注意！雖然UC384x芯片資料中給出電源電壓為30V，但單獨為芯片供電時，如單獨為3842B芯片上電，當供電電壓超過20V時，6腳輸出脈沖電壓消失，在16~19V範圍以内有輸出電壓，起振後低于10V，輸出電壓消失。因而建議采用可調直流穩壓電源，以提供适宜的供電電壓，便于檢測6腳輸出脈沖。
中達VFD-B型22kW變頻器開關電源電路檢修過程中，當對圖1所示 UC3842與外圍元件構成的振蕩與穩壓（實際）電路單獨上電時，所測電壓值見下表1。由表1可看出，其檢測結果符合上述分析。8、4腳與正常工作狀态的電壓值一緻，在6腳能測到較高幅度（脈沖占空比較大）的輸出脈沖電壓，由此可以直觀判斷振蕩芯片的好壞。
2）方法二：用DC530V通過啟動電阻為UC484x振蕩芯片電路上電，測量各腳電壓進行檢測和判斷
暫時先解除開關管的供電，如将開關管焊離電路闆，或檢修後先不焊開關管，隻為振蕩芯片經啟動電阻提供DC530V電源。如圖1所示實際電路中，可将推動變壓器DT2的一次繞組暫時用導線短接，屏蔽驅動脈沖信号，使後級開關管（逆變電路）停止工作，便于檢修前級振蕩與穩壓電路。
注意！不可用斷開電流采樣電阻R3來斷開開關管電源回路的方法，上電前應确定R3是好的，IC3的3腳有可靠的電阻接地保障。若R3處于斷路狀态，開關管還連接于電路中，則可能由3腳經開關管的漏、源極向振蕩芯片的6引入危險的高電壓，而導緻振蕩芯片IC1的永久性損壞！
圖3 隻為振蕩芯片提供DC530V起動電壓的示意圖
接通開關電源的供電後，出現兩種情況：
1）測量IC201的供電端7腳為較低的穩定電壓值，如8V，4、6腳為穩定的0V。說明振蕩芯片已壞。
2）測量7腳電壓有較大範圍内波動，如在10~16V之間波動；測量8、1、2腳有較低的波動電壓值；但3、4、6腳電壓值為0V，說明電路停振狀态，無脈沖電壓輸出。檢查4腳外部定時電路，若無異常，芯片損壞。
3）測量7腳電壓有較大範圍内波動，如在10~16V之間波動；測量2、3腳電壓為0V（但用mV電壓擋，仍能測出微弱電壓的變化）；測量8、4、6腳有較低的波動電壓值，說明芯片有脈沖電壓輸出，振蕩芯片及外部定時電路等外圍電路，基本上是正常工作的。
以上測驗，說明供電端7腳的波動電壓，和8、4、6腳的波動電路值，已經告訴了我們一個——振蕩芯片“起振工作”的信息：這說明電路已經啟動了基準電壓輸出，振蕩信号形成、PWM脈沖輸出的正常工作機制，但因啟動電阻隻能提供2mA以下的供電流，開關電源的自供電電壓未能形成，所以形成這樣一個過程：振蕩芯片接受啟動電流（0.5mA）後→振蕩芯片開始啟動工作，4腳産生振蕩電壓→6腳輸出PWM脈沖→内部電路工作後，從供電端7腳吸入更大的工作電流（需5mA左右）→導緻6、8、4、6腳電壓變得更低，接近0V→振蕩芯片失去啟動電壓停止工作→供電端7腳啟動電壓上升至開啟阈值，電路又重新起動，形成啟動、停止的循環動作，使芯片的7、8、4、6腳電壓産生0V以上的電壓波動。
用DC530V通過啟動電阻為UC484x振蕩芯片電路上電，測量所得振蕩芯片各腳電壓值見下表1。
另外，表1中，還列出了用DC530V通過啟動電阻為UC484x振蕩芯片電路上電時，4腳外接定時電路異常，電路處于停振狀态中各腳的芯片各腳的電壓值，以供參考。
表1中達VFD-B型22kW變頻器開關電源振蕩芯片3種工作狀态的各腳電壓值（以⑤腳為0V基準，用數字萬用表的直流電壓擋測量得出）
通過以上檢查，說明振蕩芯片本身及外圍定時電路，基本上是好的，但還需要芯片外部穩壓電路進行檢測，以中達VFD-B型22kW變頻器開關電源為例（見圖1），包括1、2腳外部電路和如圖4所示的外部輸出電壓饋電路（或外部誤差放大電路）。

圖4振蕩芯片外部輸出電壓反饋電路
可以在停電狀态，用萬用表的電阻擋測量DU6振蕩芯片1、2腳外圍元件及圖4電路中元件的好壞。外部輸出電壓反饋電路，主要由2.5V基準電壓源和光耦合器DPH8為核心器件構成，将輸出電壓的變化最後轉變為光耦合器DPH8的輸出端3、4腳等效電阻的變化。
可能用外加0~12V可調直流電壓，試驗圖4-21所示電路，能否正常傳輸反饋電壓信号。将0~12V可調電壓加至電壓采樣電阻DR90上端，調整輸入電壓在0~12V之間變化，當輸入電壓在9V以下時，測量DPH8的3、4腳電阻值為較大的固定值且不變化，随後随輸入電壓的升高（由10V變為12V），3、4腳電壓由數十千歐姆變為數千歐姆，說明振蕩芯片外部電壓反饋電路是正常的，能正常傳輸反饋電壓信号；若測量DPH8電阻3、4腳電阻值一直無變化，說明穩壓電路是失控的，檢查修複後，再為開關電源正常上電試機。
3、中達VFD-B型22kW變頻器開關電源的故障檢修實例
﹝故障實例1﹞一台中達VFD-B型22kW變頻器，檢查開關管DQ19已經炸裂，測DQ20的D、S極已經短路，開關變壓器DT1的一次繞組的引線也已燒斷，但測量繞組還是好的。将繞組斷頭，刮除絕緣帶錫後，加延長導線接入電路闆，檢查開關管的栅、源極附屬元件，有損壞者換新。
先不忙着焊入開關管，為了檢查振蕩芯片及外圍電路有無故障，可以在不焊開關管的情況下，為開關電源引入DC530V供電電源，檢測DU6的各腳工作狀态，判斷前級振蕩電路是否正常。
測量結果，8、4、6腳有波動電壓信号，說明前級振蕩電路是好的。又檢查DU5、DPH8等穩壓控制環節都正常。焊好開關管，先将開關管供電回路中串接1A保險管，通電測試各路輸出電壓正常，恢複原供電，變頻器工作正常。
﹝故障實例2﹞中達VFD-B型22kW變頻器（參見圖4-18開關電源電路），除+5V輸出正常外，其它各路輸出電壓嚴重偏高，如+24V升高為35V以上，14V升高至20V左右。
故障分析：該機的+5V輸出，是開關變壓器DT1二次繞組的交變電壓，經DD46、DC54整流濾波為+10V直流電壓，再經5V穩壓IC電路DU9穩壓成+5V輸出，至主闆MCU電路的。檢測+10直流電壓也為正常值，故障表現就有點“怪異”了。振蕩芯片DU6所需的電壓反饋信号，即取自+10V輸出點，由此可知，穩壓電路的控制結果，即是使DD46、DC54整流濾波電壓值等于+10V，此點電壓偏高或偏低，電路都會做出穩壓調整動作，改變輸出PWM脈沖的占空比（即改變DT1的儲能），使此點電壓等于+10V為止。根據測量結果，判斷穩壓電路已經實施了“正常控制動作”，穩壓控制電路“正常”的。但從其它輸出電壓偏高來看，穩壓電路又是“失職”的，穩壓控制确定又處于失控狀态。
故障檢查：檢查DU5、DPH8、DU6等相關穩壓電路，沒發現異常元件，從+10V穩定來看，芯片内部誤差放大器肯定也是好的，用示波器4腳、6腳測振蕩頻率為25kHz左右，芯片工作正常，測6腳輸出脈沖電壓值在變頻器停機狀态為1.4V，比其它同類機型的輸出電壓值偏高，說明脈沖占空比較同類機型偏大。由測試結果推理，穩壓控制還是有失控現象。而此時DD46、DC54的整流濾波電壓應該偏高對啊，怎麼唯獨該路輸出電壓還是正常的呢？
故障判斷：由于+5V輸出還是正常的，采用為+5V加、減負載的方法，引起電壓反饋采樣電壓+10V電壓的變化，引發電路的穩壓控制動作，檢測其它輸出電壓有無變化（和變化趨勢），來判斷故障出在哪一環節。拔掉MCU主闆DJP1排線端子時，相當于+10V空載，+10V的上升趨勢使電壓負反饋量加大，電源開關管驅動脈沖的占空比減小，測其它支路的輸出電壓相對降低，如+24V降為由+35V降為32V；當插入CPU主闆的接線排時，相當于+10V帶載，+10V的下降趨勢使電壓負反饋量減小，電源開關管驅動脈沖的占空比加大，使其它支路的輸出電壓大幅度上升。檢查結果是，+10V電路空載時，其它供電電壓雖有所降低，但仍偏高。
從+10V電壓可以維持不變看，DU5、DPH8、DU6等穩壓控制環節是沒有問題的。可能為+10V負載電路有問題，+10V正常背後隐藏了“不正常”因素：
1）假設+10V供電電源的帶載能力變差，即輸出電流能力不夠，為了提高輸出能力，維持+10V電壓值不變，穩壓電路隻有盡最大努力，使DU6輸出脈沖具有較大的占空比，以補償電路的帶載能力（提升其輸出電壓至+10V）；
2）+10V（+5V）負載電路過載，将+10V拉低，穩壓控制的結果，使DU6輸出脈沖占空比加大，維持+10V電壓值不變。
因為輸出電壓采樣信号是取自+10V，以上兩種故障原因，都會使開關電源電路“單方面照顧”了+10V的穩定，而使其它各路輸出電壓大幅度上升！穩壓控制電路越是對+10V輸出電路“恪盡職守”，其它各路輸出就越是表現為失控。
故障修複：拔掉DJP1主闆排線端子，解除負載後，輸出電壓仍舊偏高，故可以排除上述2）故障原因；又由于+5V為經DU9穩壓後提供，并能保持于穩壓值上，所以檢查重點落在DD46、DC54的整流濾波電路的帶載能力差上。故障原因有二，一是整流二極管DD46的整流能效低，經常表現為正向電阻變大和反向電阻變小；二是DC54濾波電容的電容量變小，或有漏電現象。焊下電解電容DC54，發現元件底部有漏液現象，用電容表測量電容值，由标稱值的470μF降為20μF，近于失效，使+10V電路的帶載能力嚴重不足。
更換DC54，測開關電源的各路輸出電壓值，都恢複正常。


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鹹慶信
2012年3月27日星期二