Oprava frekvenčního měniče Invertek Optidrive E3

Dostal jsem frekvenční měnič s tím, že je spálený. Součástky by se mohly hodit, ale protože jsou vánoce, mám dost času na prozkoumání zapojení. Podívám se, jestli bych měnič neuměl opravit i když jediné využití bude plynulý rozjezd cirkulárky.

Výkonové prvky, usměrňovač, blok IGBT modulů a tranzistor 2SK2225 už někdo měnil, tak budou asi v pořádku. Schéma zapojení měniče není dostupné, tak zkusím jeho část načrtnout podle plošných spojů, abych se v tom trochu vyznal.

Desky plošných spojů

1. Deska UNI POWER FILTER obsahuje tlumivku, odrušovací a filtrační kondenzátory. Skupina šesti paralelně zapojených odporů je v sérii s usměrňovačem a nabíjí se přes ně kondenzátory. Relé G8P-1A4P potom odpory přemostí.

2. Deska s displejem, tlačítky a obvody, které se starají o komunikaci měniče s okolím.

3. Deska se zdrojem, řídící elektronikou a výkonovými polovodiči je našroubovaná na masivní hliníkový chladič. Sedm IGBT tranzistorů je integrováno do výkonového modulu 7MBP75TEA120

Spínaný zdroj je řízen obvodem UC3844. Na jeho vstup se přes usměrňovač dostane stejnosměrné napětí, ale na výstupu zdroje už nic není. Budu se tedy zabývat spínaným zdrojem. Spálený by mohl být integrovaný obvod, nebo něco kolem něj.

Úkoly měniče s obvodem UC3844

1. Dokud na napájecím pinu 7 není alespoň 16V, má obvod minimální spotřebu a nic nedělá. Po překročení 16V obvod začne pracovat a na výstupu generovat obdélníkový signál, kterým se ovládá výkonový tranzistor. Takže jsem připojil externí napájení a po dosažení 16,5V se obvod rozběhl. Na pinu 8 je referenční napětí 5V a na pinu 6 je kmitočet 50kHz, kterým je ovládán MOSFET 2SK2225. Proč tam dali tranzistor v pouzdru TO-3, nestačil by nějaký menší? Vždyť ten zdroj bude mít výkon pár watt. Jo on má max. napětí 1500V, tak takové tranzistory se asi v TO-220 nevyrábí.

2. Pin 2 je vstup operačního zesilovače, komparátoru, který je určen pro sledování výstupního napětí a regulaci šířky výstupního pulsu. Sledované napětí je přivedeno přes odporový dělič 10k / 9k7 a porovnáváno s vnitřním referenčním napětím 2,5V. Takže se očekává, že napětí bude 5V. Přivedl jsem regulovatelné napětí a ověřil, že při 5,11V se kmitočet 50kHz na výstupu odpojí. To znamená, že napěťová regulace funguje dobře.

3. Pin 3 je vstup druhého komparátoru. Ten je určen pro sledování proudu, který teče primárním vinutím transformátoru. Napětí na tomto vstupu je porovnáváno s vnitřní referencí 1V. Vstup je připojen na dvojici paralelně zapojených SMD odporů 6R8. Připojil jsem regulovatelné napětí z laboratorního zdroje, pomalu jej zvyšoval a očekával odběr v desítkách mA už při pár desetinách voltu. Ale odběr není žádný, odpory jsou spálené. Takže první chyba je objevena. Ale obvod UC3844 po dosažení 1,1V na pinu 3 odpojí výstupní kmitočet 50kHz, tohle je v pořádku. Žádná část řídícího obvodu není poškozená.

Odstranění závady

Co s těmi odpory? Když by na nich bylo napětí 1V, což odpovídá maximálnímu výkonu měniče, poteče každým 147mA. To je 147mW. Odpory jsou v pouzdru 0805, takže max. zátěž by mohla být 125mW. Proud teče odpory max. 50% času, takže by to měly vydržet, ale nevydržely. Vyměním je a podívám se, co dalšího by mohlo být poškozeno.

No, SMD rezistory tak malých hodnot nemám, budu tam muset dát obyčejný vývodový odpor s hodnotou 2R2. To je míň, než tam bylo, max. proud teď bude 450mA.

Při spínání výkonového FET tranzistoru zdroje vznikají na primárním vinutí trafa napěťové pulsy, které je potřeba někde spotřebovat. Obvykle se k tomu používají rychlé diody a RC články. Kondenzátory by byly celkem velké a tady žádné nejsou. Zato je u primárního vinutí je dvojice nějakých divných diod. BZG 03 C 160, takovou neznám a hlavně nemám. No, ona je to zenerova dioda a zenerovo napětí je 160V. Takže když bude puls při zavírání tranzistoru větší než 320V, do série zapojené diody se otevřou a spotřebují jej.

Na vstup měniče jsem připojil usměrněných 230V z oddělovacího transformátoru a ono se nic neděje. Stejnosměrné napětí pro start obvodu UC3844 je přiváděno přes dvojici odporů 150k a teď je za nimi 12V. Když budu měnič napájet 400V, tak to asi bude dobré, ale teď je potřeba přidat pár voltů z laboratorního zdroje. Měnič se rozběhl a na jeho displeji se objevilo chybové hlášení oznamující, že je podpětí na stejnosměrném meziobvodu.

Na obrázku z osciloskopu je vidět žlutý paprsek prvního kanálu, který zobrazuje spínání výkonového tranzistoru. Kmitočet je 50kHz, Druhý kanál zobrazuje proud tekoucí primárním vinutím. Je vidět, jak po připojení napětí na vinutí proud lineárně roste, až dosáhne 130mA.

Feritový transformátor má nějak moc sekundárních vinutí, ještě se podívám, kam všechny vedou. Tři jsou navzájem galvanicky oddělené a napájí ovládání tří IGBT tranzistorů, které jsou připojeny na kladný pól usměrňovače. Další vinutí napájí tři IGBT, které jsou připojeny na záporný pól usměrňovače. Pak jsou tu ještě další galvanicky oddělená vinutí, které napájí malou desku s displejem a sběrnicí pro řízení.

Jednotlivé obvody jsou navzájem odděleny spoustou optočlenů, jejich činnost už mě nezajímá. Měnič jsem smontoval a vyzkoušel, jak se pomalu roztáčí míchačka a cirkulárka.