TEMA ALC2405S15: твердотельное коварство
Попали как-то на мой стол два промышленных блока питания TEMA ALC2405S15. В каждом два канала по 24 В (15 А и 5 А), релейный выход, выдающий инфу о текущем состоянии блока и пассивное охлаждение. Неисправность у них оказалась пустяковой, но нервов они мне попортили изрядно. О том и будет рассказ.
Вели себя блоки по разному: один не включался вообще, второй включался, но только без нагрузки. Визуальный осмотр ничего интересного не выявил. Поиск какой-либо инфы по ним в сети также не дал результатов. Прозвонил мультиметром силовые транзисторы и диоды - все цело. Проверил самодельным прибором ESR электролитических конденсаторов - все ок. Пришлось все таки включить мозг. Для начала, набросал силовую плату (напряжения на схеме измерены на запущенном втором блоке, т.е. более-менее соответствуют исправному блоку).
Блок питания состоит из трех плат - силовой, прикрученной к радиатору, и, впаянных в нее, платы усилителей сигналов обратной связи по току и платы управления (на схеме выше ее контакты обозначены в верхнем левом углу узким прямоугольником с номерами выводов). Выходные цепи на 24 В ничего подозрительного не содержали, прозвонка мультиметром проблем не выявила. Оставалась, конечно, вероятность того, что неисправна плата усилителей, но без схемы проверить это сложно. На силовой плате, вроде бы, тоже было все ок, но на 100% уверенности нет. Сравнение сопротивления в различных точках высоковольтной части этой платы и платы управления относительно нуля на двух блоках питания не выявило заметных различий. Мелкое отличие было только на выводе Vcc (8 пин) микросхемы ШИМ L5991. На одном блоке было несколько МОм, а на втором - иногда сотни кОм, а иногда и те же самые несколько МОм. Очень похоже на проблемы с конденсатором. На фото ниже он отмечен красным.
Конденсатор я выпаял, проверил его емкость и ESR - все ок. Запаял его назад. Проверил напряжение в этой точке при включенных в сеть блоках и разница так же обнаружилась. На включающемся блоке было 18 В, на совсем дохлом - 14 В. Очевидно, что проблема где-то рядом. Проверка сигналов на лапках микросхемы ШИМ показала, что сигналов, блокирующих ее работу, там нет (на DIS было 0 В). В этот момент я оставил попытки разобраться с первым блоком (включающимся), сосредоточившись на втором, имеющем явную стабильную неисправность. Мне показалось подозрительным отсутствие 5 В импульсов на выводе Vref, которые должны формироваться при попытках микросхемы запуститься. Также отсутствовали и импульсы на выводе OUT, отвечающие за управление силовыми транзисторами. Может, дело в какой-то лишней нагрузке на линии 5 В? Долго ковырялся в ней, но ничего проблемного так и не нашел. В процессе порисовал плату управления.
В какой-то момент мне все же пришла в голову мысль запитать микросхему ШИМ от отдельного БП, не подключая 380 В. Так я и сделал. И, внезапно, микросхема запустилась. На Vref появились 5 В, на OUT пошли импульсы. Учитывая, что напряжение Vcc при старте формируется из выпрямленных 380 В через делитель в виде цепочки резисторов, уменьшенное его значение является следствием высокого энергопотребления на линии Vcc. Однако, при подключении к внешнему БП, микросхемы ШИМ на обоих блоках потребляли один и тот же ток. Тут я надолго затупил, пытаясь куда-то выплыть из этого логического тупика.
Решение, как обычно оказалось простым. Я подключил внешний БП через тот же самый резистивный делитель, задействовав только последний резистор из цепочки. И теперь проблемная микросхема опять перестала запускаться. Сравнивая напряжение на Vcc двух микросхем с помощью осциллографа, я заметил важное отличие. На обоих блоках напряжение поднималось до одного уровня, потом проваливалось вниз, потом опять поднималось (примерно, как на рисунке ниже). Это нормально: ШИМ инициализируется, пытается запустить блок питания, который будет потом питать схему от специальной дополнительной обмотки трансформатора, но тот не запускается, т.к. сеть 380 В не подключена. Энергию на это дает тот самый конденсатор, отмеченный на фото выше. Когда энергия в нем заканчивается, напряжение проседает, микросхема ШИМ выключается, конденсатор опять запасает энергию, напряжение поднимается и процесс начинается заново. Частота цикла подъема и проседания напряжения Vcc зависит от емкости отмеченного конденсатора. И частота эта на двух блоках отличалась! На запускающемся она была в два раза выше, чем на мертвом. Но ведь я проверил конденсатор! WTF?!
Коварство конденсатора оказалось безмерным - пока он был нагрет (после выпайки из платы) его емкость была идеальной. Но когда он охлаждался до комнатных 15-20 градусов, емкость резко падала. Проверял я его, конечно, еще теплым, потому все и было ок. После замены конденсатора (оригинальный был твердотельным, как на фото ниже, а заменил я его на обычный электролит) ранее мертвый БП запустился. Но частота импульсов все так же отличалась, только теперь уже у первого блока (запускавшегося раньше) она оказалась раза в два меньше. Я заменил и его конденсатор, частота выровнялась и блок стал нормально запускаться и с нагрузкой. Очевидно, емкость его старого конденсатора была на грани для обеспечения старта устройства.
История получилась с хэппи-эндом, но коварство твердотельных конденсаторов и разные симптомы при одинаковой неисправности сильно увеличили время ремонта и количество затраченных усилий.
PS: Я еще менял местами платы управления, чтобы убедиться в том, что силовая часть не при чем, и выпаивание этих плат оказалось тем еще цирком. Сперва пришлось снять демонтажной оплеткой все, что можно с контактных площадок, потом долго аккуратно прогревать феном место соединения, так как снялось далеко не все. Каким-то чудом ни одна площадка не отлетела, но времени ушло море.