上电检测UC384x系列振荡芯片好坏的方法

上电检测UC384x系列振荡芯片好坏的方法

本例开关电源电路（以中达VFD-B型22kW实际电路为原型），根据电路结构特点，可以分为振荡与稳压控制电路、推动级和逆变输出级三部分，划分故障范围和维修。开关电源故障的检修难点和要点，是判断UC284x系列振荡芯片的工作状态，是处于正常还是非正常状态。将原电路中振荡和稳压电路重绘如下图1所示的振荡与稳压电路，所有采用UC284x系列振荡芯片的开关电源电路，都与此大致相近，由此电路的深入分析，可以找到掌握检修变频器开关电源电路的“金钥匙（规律）”。
本文给出实用的UC284x系列振荡芯片的上电检测方法，很有用噢。
1、开关电源电路正常工作时，振荡芯片DU2的各脚电压状态
图1 UC3842与外围元件构成的振荡（与稳压）电路
振荡芯片的各脚电压系变频器待机状态由数字万用表的直流电压挡，测得的实际电压值。
DU6的⑦、⑤脚为供电端，电源起振后由DD52、DC79整流滤波建立的稳定供电电压为17V，开关电源的实际工作供电一般为16~20V左右；⑧脚为5V基准电压输出端，这是一个不随供电电压高低变压的稳定电压值；④脚为振荡锯齿波电压形成端，由于定时电路采用5V供电，所以该脚电压值也不随芯片供电电源电压而变化。④、⑧脚电压值是稳定的，不随电源的工作状态而变化。
①、②脚接内部电压误差放大器，当处于闭环稳压控制状态下，2脚电压应该为2.5V左右，1脚电压在1.65V左右，由P*、N端引入DC530V电源变化或负载电流变化时，这两脚的电压有微弱变化，但瞬间纳入稳压控制下，仍会保持原值（除非因故障原因出离稳压控制范围，而进入电压开环状态）。
③脚为电流采样信号输入端，根据负载电流变化呈现一个随机变化值，一般在0~0.1V左右。在空载状态，则表现为测量的稳定值，工作时该脚电压会有所上升。
⑥是PWM脉冲输出端，随负载电流变化，输出脉冲的宽度也在随机调整中。一般在0~2V以内变化。
所测电压值有两个特点：
1）除8、4脚电压值为固定值外，正常工作情况下，7脚供电电压基本上也是稳定的。2脚电压基本上也稳定于2.5V左右。但其它机型因1、2脚之间元件的取值不同，各机型的1脚电压值会有较大差异；
2）3脚和6脚电压，处于随机调整状态，信号电压值在小范围内是频繁变化的。而且由3脚的负载是开关管栅、源极回路还是本例机型的推动变压器绕组的不同，会导致3脚输出电压值和电压波形的较大差异；
3）电路正常的状态只有一种，而非正常状态则为数种或数十种不止，表现为千差万别。故障状态的检测电压值与正常电压值的比较，就有了局限性——往往只能反映出非正常状态，但不可能反映出故障根源在何处，因而由检测到的异常电压值判断故障根源，就更为重要。
因而除8、4、2脚外，所测其它各脚的“正常工作电压值”，仅供参考，不能在检修其它机型，甚至检修本例机型时“生硬套用”——电源电压的不同、输出电路负载电流的不同，都会使其它引脚的电压值有所变化。图1中是振荡芯片各引脚（以8引脚为例）在线测量电压值，是给出了UC384x振荡芯片工作时各脚电压的一个大致范围，可以参考。
综上所述，那么找到和掌握一种对UC484x（指CU3842/3/4/5及UC3842A/3A/4A/5A系列计8种芯片）振荡芯片电路故障检修，近于“通用的”和“终极性”的检修方法（而非确定的引脚电压值），就非常必要了。开关电源电路异常时，或检修完毕因检修不彻底存在故障隐患时，有可能造成上电即烧开关管，或上电即烧振荡芯片的故障，令初修开关电源的维修人员手足无措，产生“怕”的心理，其实采取一些简单措施，如在开关电源的供电电源回路中事先串接1A保险管，或采取串接40W灯泡限流的措施，都可达到避免开关管损坏的故障发生。下述检修方法，是暂时解除开关管的供电电源（或断掉总电源，只给振荡芯片提供低压直流电源），只给振荡芯片供电，检修振荡与稳压电路均正常后，再恢复正常开关电源正常供电，不但检测方便，而且避免了振荡芯片和开关管的无谓损坏。
2、振荡与稳压电路的检修方法
1）方法一：用外供低压直流为UC484x振荡芯片电路上电，测量各脚电压进行检测和判断
这样做的好处，是不必对电路做任何改动，只是直接从振荡芯片的5、7端供入17~20V（用0~24V的可调直流稳压电源更好）直流电源，通过测量IC1的各脚电压变化，即能大致判断振荡芯片的好坏。
图2 振荡芯片单独上电示意图
解除变频器的主电路供电，单独为振荡芯片提供16V以上的直流电源，以避过芯片内部16V的欠电压保护动作阈值。外供电压从电源引脚7、5脚引入。假定振荡芯片IC1是正常的，4脚定时元件R1、C1也是好的。引入16V以上直流电源后：
1）测量IC1的8脚应有稳定的5V基准电压输出；
2）测量IC1的4脚应该有1.5~2.5V左右的振荡电压，如用示波器，可测得振荡电压的幅度、频率和（锯齿波）波形。
3）因为反馈电压信号最低（2.3V左右，实际为从1脚误差放大器最高输出返回的，经R4、R6分压的的电压值），IC1内部误差放大器输出误差信号电压最高，从IC1的1脚应该能测量到4~5V的电压值；
4）因为此时的电流采样输入信号最小（其实为0V），IC1内部PWM锁存器处于置位状态， 6脚输出为最大占空比的脉冲信号。从IC1的6脚应该能测得幅值较高输出脉冲电压（如3V~12V），或用示波器测得脉冲信号电压波形。
符合以上检测结果，则说明振荡芯片和外围定时电路都是好的，可以排除其故障可能性。出现以下检测结果，可以判定为振荡芯片损坏，先换掉振荡芯片，再检查其它故障（往往是换掉振荡芯片，故障也随之修复了）。
1）为IC1引入电源后，测8脚输出的5V电压为零或偏离5V较多，振荡芯片已坏；
2）芯片的8脚电压正常，但测量4脚脉冲电压值为0V，检查R1、C1外围元件正常，振荡芯片已坏；
3）检测6脚输出脉冲电压为0V，说明振荡芯片已坏。因4脚和6脚外围电路的差异，测量6脚输出脉冲电压值也有差异，可以电压的有无作为判断依据。若6脚电压值为零或与7脚供电电压值相等，说明振荡芯片已坏。一般经过上述3个检测步骤，即可判断振荡芯片的好坏了。
注意！虽然UC384x芯片资料中给出电源电压为30V，但单独为芯片供电时，如单独为3842B芯片上电，当供电电压超过20V时，6脚输出脉冲电压消失，在16~19V范围以内有输出电压，起振后低于10V，输出电压消失。因而建议采用可调直流稳压电源，以提供适宜的供电电压，便于检测6脚输出脉冲。
中达VFD-B型22kW变频器开关电源电路检修过程中，当对图1所示 UC3842与外围元件构成的振荡与稳压（实际）电路单独上电时，所测电压值见下表1。由表1可看出，其检测结果符合上述分析。8、4脚与正常工作状态的电压值一致，在6脚能测到较高幅度（脉冲占空比较大）的输出脉冲电压，由此可以直观判断振荡芯片的好坏。
2）方法二：用DC530V通过启动电阻为UC484x振荡芯片电路上电，测量各脚电压进行检测和判断
暂时先解除开关管的供电，如将开关管焊离电路板，或检修后先不焊开关管，只为振荡芯片经启动电阻提供DC530V电源。如图1所示实际电路中，可将推动变压器DT2的一次绕组暂时用导线短接，屏蔽驱动脉冲信号，使后级开关管（逆变电路）停止工作，便于检修前级振荡与稳压电路。
注意！不可用断开电流采样电阻R3来断开开关管电源回路的方法，上电前应确定R3是好的，IC3的3脚有可靠的电阻接地保障。若R3处于断路状态，开关管还连接于电路中，则可能由3脚经开关管的漏、源极向振荡芯片的6引入危险的高电压，而导致振荡芯片IC1的永久性损坏！
图3 只为振荡芯片提供DC530V起动电压的示意图
接通开关电源的供电后，出现两种情况：
1）测量IC201的供电端7脚为较低的稳定电压值，如8V，4、6脚为稳定的0V。说明振荡芯片已坏。
2）测量7脚电压有较大范围内波动，如在10~16V之间波动；测量8、1、2脚有较低的波动电压值；但3、4、6脚电压值为0V，说明电路停振状态，无脉冲电压输出。检查4脚外部定时电路，若无异常，芯片损坏。
3）测量7脚电压有较大范围内波动，如在10~16V之间波动；测量2、3脚电压为0V（但用mV电压挡，仍能测出微弱电压的变化）；测量8、4、6脚有较低的波动电压值，说明芯片有脉冲电压输出，振荡芯片及外部定时电路等外围电路，基本上是正常工作的。
以上测验，说明供电端7脚的波动电压，和8、4、6脚的波动电路值，已经告诉了我们一个——振荡芯片“起振工作”的信息：这说明电路已经启动了基准电压输出，振荡信号形成、PWM脉冲输出的正常工作机制，但因启动电阻只能提供2mA以下的供电流，开关电源的自供电电压未能形成，所以形成这样一个过程：振荡芯片接受启动电流（0.5mA）后→振荡芯片开始启动工作，4脚产生振荡电压→6脚输出PWM脉冲→内部电路工作后，从供电端7脚吸入更大的工作电流（需5mA左右）→导致6、8、4、6脚电压变得更低，接近0V→振荡芯片失去启动电压停止工作→供电端7脚启动电压上升至开启阈值，电路又重新起动，形成启动、停止的循环动作，使芯片的7、8、4、6脚电压产生0V以上的电压波动。
用DC530V通过启动电阻为UC484x振荡芯片电路上电，测量所得振荡芯片各脚电压值见下表1。
另外，表1中，还列出了用DC530V通过启动电阻为UC484x振荡芯片电路上电时，4脚外接定时电路异常，电路处于停振状态中各脚的芯片各脚的电压值，以供参考。
表1中达VFD-B型22kW变频器开关电源振荡芯片3种工作状态的各脚电压值（以⑤脚为0V基准，用数字万用表的直流电压挡测量得出）
通过以上检查，说明振荡芯片本身及外围定时电路，基本上是好的，但还需要芯片外部稳压电路进行检测，以中达VFD-B型22kW变频器开关电源为例（见图1），包括1、2脚外部电路和如图4所示的外部输出电压馈电路（或外部误差放大电路）。

图4振荡芯片外部输出电压反馈电路
可以在停电状态，用万用表的电阻挡测量DU6振荡芯片1、2脚外围元件及图4电路中元件的好坏。外部输出电压反馈电路，主要由2.5V基准电压源和光耦合器DPH8为核心器件构成，将输出电压的变化最后转变为光耦合器DPH8的输出端3、4脚等效电阻的变化。
可能用外加0~12V可调直流电压，试验图4-21所示电路，能否正常传输反馈电压信号。将0~12V可调电压加至电压采样电阻DR90上端，调整输入电压在0~12V之间变化，当输入电压在9V以下时，测量DPH8的3、4脚电阻值为较大的固定值且不变化，随后随输入电压的升高（由10V变为12V），3、4脚电压由数十千欧姆变为数千欧姆，说明振荡芯片外部电压反馈电路是正常的，能正常传输反馈电压信号；若测量DPH8电阻3、4脚电阻值一直无变化，说明稳压电路是失控的，检查修复后，再为开关电源正常上电试机。
3、中达VFD-B型22kW变频器开关电源的故障检修实例
﹝故障实例1﹞一台中达VFD-B型22kW变频器，检查开关管DQ19已经炸裂，测DQ20的D、S极已经短路，开关变压器DT1的一次绕组的引线也已烧断，但测量绕组还是好的。将绕组断头，刮除绝缘带锡后，加延长导线接入电路板，检查开关管的栅、源极附属元件，有损坏者换新。
先不忙着焊入开关管，为了检查振荡芯片及外围电路有无故障，可以在不焊开关管的情况下，为开关电源引入DC530V供电电源，检测DU6的各脚工作状态，判断前级振荡电路是否正常。
测量结果，8、4、6脚有波动电压信号，说明前级振荡电路是好的。又检查DU5、DPH8等稳压控制环节都正常。焊好开关管，先将开关管供电回路中串接1A保险管，通电测试各路输出电压正常，恢复原供电，变频器工作正常。
﹝故障实例2﹞中达VFD-B型22kW变频器（参见图4-18开关电源电路），除+5V输出正常外，其它各路输出电压严重偏高，如+24V升高为35V以上，14V升高至20V左右。
故障分析：该机的+5V输出，是开关变压器DT1二次绕组的交变电压，经DD46、DC54整流滤波为+10V直流电压，再经5V稳压IC电路DU9稳压成+5V输出，至主板MCU电路的。检测+10直流电压也为正常值，故障表现就有点“怪异”了。振荡芯片DU6所需的电压反馈信号，即取自+10V输出点，由此可知，稳压电路的控制结果，即是使DD46、DC54整流滤波电压值等于+10V，此点电压偏高或偏低，电路都会做出稳压调整动作，改变输出PWM脉冲的占空比（即改变DT1的储能），使此点电压等于+10V为止。根据测量结果，判断稳压电路已经实施了“正常控制动作”，稳压控制电路“正常”的。但从其它输出电压偏高来看，稳压电路又是“失职”的，稳压控制确定又处于失控状态。
故障检查：检查DU5、DPH8、DU6等相关稳压电路，没发现异常元件，从+10V稳定来看，芯片内部误差放大器肯定也是好的，用示波器4脚、6脚测振荡频率为25kHz左右，芯片工作正常，测6脚输出脉冲电压值在变频器停机状态为1.4V，比其它同类机型的输出电压值偏高，说明脉冲占空比较同类机型偏大。由测试结果推理，稳压控制还是有失控现象。而此时DD46、DC54的整流滤波电压应该偏高对啊，怎么唯独该路输出电压还是正常的呢？
故障判断：由于+5V输出还是正常的，采用为+5V加、减负载的方法，引起电压反馈采样电压+10V电压的变化，引发电路的稳压控制动作，检测其它输出电压有无变化（和变化趋势），来判断故障出在哪一环节。拔掉MCU主板DJP1排线端子时，相当于+10V空载，+10V的上升趋势使电压负反馈量加大，电源开关管驱动脉冲的占空比减小，测其它支路的输出电压相对降低，如+24V降为由+35V降为32V；当插入CPU主板的接线排时，相当于+10V带载，+10V的下降趋势使电压负反馈量减小，电源开关管驱动脉冲的占空比加大，使其它支路的输出电压大幅度上升。检查结果是，+10V电路空载时，其它供电电压虽有所降低，但仍偏高。
从+10V电压可以维持不变看，DU5、DPH8、DU6等稳压控制环节是没有问题的。可能为+10V负载电路有问题，+10V正常背后隐藏了“不正常”因素：
1）假设+10V供电电源的带载能力变差，即输出电流能力不够，为了提高输出能力，维持+10V电压值不变，稳压电路只有尽最大努力，使DU6输出脉冲具有较大的占空比，以补偿电路的带载能力（提升其输出电压至+10V）；
2）+10V（+5V）负载电路过载，将+10V拉低，稳压控制的结果，使DU6输出脉冲占空比加大，维持+10V电压值不变。
因为输出电压采样信号是取自+10V，以上两种故障原因，都会使开关电源电路“单方面照顾”了+10V的稳定，而使其它各路输出电压大幅度上升！稳压控制电路越是对+10V输出电路“恪尽职守”，其它各路输出就越是表现为失控。
故障修复：拔掉DJP1主板排线端子，解除负载后，输出电压仍旧偏高，故可以排除上述2）故障原因；又由于+5V为经DU9稳压后提供，并能保持于稳压值上，所以检查重点落在DD46、DC54的整流滤波电路的带载能力差上。故障原因有二，一是整流二极管DD46的整流能效低，经常表现为正向电阻变大和反向电阻变小；二是DC54滤波电容的电容量变小，或有漏电现象。焊下电解电容DC54，发现元件底部有漏液现象，用电容表测量电容值，由标称值的470μF降为20μF，近于失效，使+10V电路的带载能力严重不足。
更换DC54，测开关电源的各路输出电压值，都恢复正常。


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咸庆信
2012年3月27日星期二