變頻器晶體管老化故障維修思路分析

　　[故障實例1]該機器為東元7200PA型37kW變頻器，故障現象為：運行當中出現隨機停機現象，可能幾天停機一次，也可能幾個小時停機一次；起動困難，起動過程中電容充電接觸器噠噠跳動，起動失敗，但操作面板不顯示故障代碼。費些力氣起動成功后又能運轉一段時間。

　　將控制板從現場拆回，將熱繼電器的端子短接，以防進入熱保護狀態(tài)不能試機；將充電接觸器的觸點檢測端子短接以防進入低電壓保護狀態(tài)不能試機，進行全面檢修，檢查不出什么異常，都是好的呀。

　　又將控制板裝回機器，上電試機，起動時充電接觸器噠噠跳動，不能起動。拔掉12CN插頭散熱風扇的連線，為開關電源減輕負載后，情況大為好轉，起動成功率上升。仔細觀察，起動過程中顯示面板的顯示亮度有所降低，判斷故障為開關電源帶負載能力差。

　　拆下電源/驅動板，從機外送入直流500V維修電源，單獨檢修開關電源電路。

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

　　拆下電源/驅動板，從機外送入直流500V直流維修電源，單獨檢修開關電源電路。

　　開關電源的次級繞組及后續(xù)整流濾波電路，各路電源輸出空載時，輸出電壓為正常值。將各路電源輸出加接電阻性負載（如50歐5W電阻），電壓值略有降低；24V接入散熱風扇和繼電器負載后， 5V降為 4.7V，此時屏顯及其它操作均正常。但若使變頻器進入啟動狀態(tài)，則出現繼電器噠噠跳動，間或出現“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。測量中，當 5V降為 4.5V以下時，則變頻器馬上會從啟動狀態(tài)變?yōu)榇龣C狀態(tài)。詳查各電源負載電路，均無異常。

　　分析：控制電源帶負載能力差的判斷是正確的。由于CPU對電源的要求比較苛刻，不低于4.7V時，尚能勉強工作；但當低于4.5V時，則被強制進入“待機狀態(tài)”；在4.7V到4.5V之間時，則檢測電路工作，CPU發(fā)出故障報警。

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

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

　　故障推斷：1、開關管Q2有老化現象，放大能力下降，Ic值偏低，開關變壓器儲能變小，而使電源帶載能力變差；2、分流支路有特性偏移現象，使分流過大，開關管得不到良好驅動，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，故換掉開關管Q2，將串接47Ω電阻解除，恢復原電路后，開關電源工作正常。說明該機器開關電源電路帶載能力差的故障原因，確系Q2開關管低效所致。

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

　　說明開關電源存在故障，未敢給CPU主板供電，摘下電源/驅動板，單獨檢修，為保險起見，切斷了驅動IC的四路供電，等輸出電壓值正常后再連接負載電路。

　　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電流，檢測各路輸出電壓略有下降，也說明穩(wěn)壓環(huán)節(jié)還是能對輸出電壓作出反應和起了調節(jié)作用的。但感覺電壓的下降量極小，電路能對輸出電壓作出反應，但反應的靈敏度降低。

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

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

　　挑選一只放大倍數高的分流管對原管進行代換，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，單獨拆下TL431，作了穩(wěn)壓性能試驗，沒有問題。檢修陷入了僵局。

　　將電路板放置了幾天，沒有管它，但腦子里有時還在轉悠著這個事。將疑點放在了光電耦合器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內含發(fā)光二極管一只和光敏三極管一只，長期工作后，發(fā)光二極管的發(fā)光效率變低，光敏三極管受光量減小，導通內阻變大，相當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、放大倍數降低等等的可能，二者中的其一不良，便導致穩(wěn)壓控制能力減弱，輸出電壓升高。但光耦器件的在線測量，只能測出輸入側發(fā)光二極管的正反向電阻或電壓降，其它指標則無能為力。

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

　　可以總結一點：電解電容因工藝和材質的特點，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，應該首屬晶體管了。早期的電子電路維修工作者，針對性的分立元件的晶體管，維修工作中對管子放大倍數的檢測，成為常規(guī)手段之一。以后，隨著IC電路的出現，隨著IC工作可靠性的提高，往往忽略了對IC內容晶體管的漸變和低效的問題。PC817也可以稱之為IC電路，內部集成了發(fā)光管和三極管，其它被廣泛應用的模擬IC和數字IC，內部內部也是由晶體管所集成，總會有晶體管漸變和低效的可能。在長期的維修中，我也碰到數例這種情況。這種情況，單純測試IC的引腳電阻，很難察覺到什么異常。而上電進行動態(tài)電壓檢測，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內部晶體管的漸變、低效、失效！

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