变频器晶体管老化故障维修思路分析

日期：10/8/2021 4:26:59 PM 点击： tag：变频器晶体管老化 变频器老化故障维修

    变频器晶体管老化比较常见，但故障比较隐蔽，其表现出的故障现象也更加难以琢磨，比之检修变频器电容器、接触器等元件，又上升了一个难度上的等级。本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。

　　[故障实例1]该机器为东元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，使之降低对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。

 

　　[故障实例2]一台多年使用的变频器，在逆变模块损坏并修复后，为变频上电，测CPU板 5V供电，约为6V，测控制回路的 15V供水，高达近20V。输出电压明显偏高，但输出电压值较为稳定。怀疑是万用表测量误差（如数字万用表内部9V电源能量不足造成的测量误差），换用另一块万用表检测，还是如此。

　　说明开关电源存在故障，未敢给CPU主板供电，摘下电源/驱动板，单独检修，为保险起见，切断了驱动IC的四路供电，等输出电压值正常后再连接负载电路。

　　该例故障，输出电压尚能稳定，说明稳压电路还是起作用的，稳压环节还是“透气”的。试将TL431基准电路的VREF端子的上分压电阻减小，或想办法加大反馈光耦的输入侧电流，检测各路输出电压略有下降，也说明稳压环节还是能对输出电压作出反应和起了调节作用的。但感觉电压的下降量极小，电路能对输出电压作出反应，但反应的灵敏度降低。

　　把稳压环节看成一个误差放大器的话，是这个放大器的放大倍数明显不够了啊。

　　该电路也是由两只分立晶体管构成的振荡和稳压电路，稳压的所有控制，最后都落实到开关管基极电流的控制上，一是开关管的驱动电流过大，二是分流管的Ic电流过小，对开关管Ib电流的分流能力不足。

　　挑选一只放大倍数高的分流管对原管进行代换，又检查了稳压电路的所有环节，未查出变值和不良元件，单独拆下TL431，作了稳压性能试验，没有问题。检修陷入了僵局。

　　将电路板放置了几天，没有管它，但脑子里有时还在转悠着这个事。将疑点放在了光电耦合器PC817的身上！TL431与PC817相配合，将输出电压的变化隔离和反馈至一次振荡电路。PC817内含发光二极管一只和光敏三极管一只，长期工作后，发光二极管的发光效率变低，光敏三极管受光量减小，导通内阻变大，相当于误差放大器的放大信倍变低了。另

外，也不排除光敏三极管老化、低效、放大倍数降低等等的可能，二者中的其一不良，便导致稳压控制能力减弱，输出电压升高。但光耦器件的在线测量，只能测出输入侧发光二极管的正反向电阻或电压降，其它指标则无能为力。

　　将光耦拆除，换用一只优质元件，开机，测各路输出电路，哗！全部正常和稳定了！

　　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。

　　遇有变频器老化故障维修疑难故障，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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