Diagnostyka strony pierwotnej i wtórnej zasilacza przemysłowego

Strona pierwotna i wtórna zasilacza

Zasilacz impulsowy można w uproszczeniu podzielić na stronę pierwotną i wtórną. Strona pierwotna jest związana z napięciem wejściowym oraz przetwarzaniem energii, natomiast strona wtórna odpowiada za uzyskanie i stabilizację napięcia wyjściowego.

Pomiędzy obiema częściami znajduje się zazwyczaj transformator impulsowy zapewniający odpowiednią separację galwaniczną.

Podział ten jest bardzo pomocny podczas diagnostyki, ponieważ pozwala określić, czy problem występuje przed, czy za transformatorem impulsowym.

Diagnostyka strony pierwotnej

Diagnostykę należy rozpocząć od wejścia zasilacza i stopniowo przechodzić w kierunku przetwornicy.

W pierwszej kolejności należy sprawdzić:

• napięcie wejściowe,
• bezpiecznik,
• elementy ochronne,
• filtr przeciwzakłóceniowy,
• prostownik,
• kondensator obwodu pośredniego,
• układ zasilania sterownika PWM,
• tranzystor lub tranzystory mocy,
• elementy sterowania i zabezpieczeń.

Brak napięcia w obwodzie pośrednim może wskazywać na problem w układzie wejściowym. Jeżeli napięcie DC jest prawidłowe, dalszą diagnostykę można prowadzić w kierunku sterownika PWM i stopnia mocy.

Bezpiecznik wejściowy

Przepalony bezpiecznik jest często pierwszym objawem poważniejszej awarii, ale sam bezpiecznik rzadko jest jej przyczyną.

Przed jego wymianą należy sprawdzić, czy w układzie nie występuje zwarcie.

Szczególnej uwagi wymagają:

• mostek prostowniczy,
• tranzystor mocy,
• warystor,
• kondensatory,
• elementy układu przeciwprzepięciowego.

Wymiana bezpiecznika bez usunięcia zwarcia może doprowadzić do kolejnego uszkodzenia.

Mostek prostowniczy

Mostek prostowniczy odpowiada za zamianę napięcia przemiennego na napięcie stałe zasilające dalszą część przetwornicy.

Uszkodzenie może mieć postać zwarcia jednej z diod lub jej przerwy.

Podczas diagnostyki warto sprawdzić poszczególne elementy prostownika oraz napięcie występujące za mostkiem.

Kondensator obwodu pośredniego

Kondensator po stronie pierwotnej magazynuje energię i wygładza napięcie po prostowaniu.

Jego uszkodzenie może powodować:

• zwiększone tętnienia,
• problemy z uruchamianiem,
• niestabilną pracę,
• zwiększony pobór prądu,
• uszkodzenie elementów mocy.

Należy uwzględnić zarówno pojemność, jak i ESR oraz stan fizyczny kondensatora.

Tranzystor mocy strony pierwotnej

Tranzystor mocy odpowiada za przełączanie energii w obwodzie przetwornicy.

Jego uszkodzenie często powoduje:

• zwarcie na wejściu,
• przepalenie bezpiecznika,
• brak pracy przetwornicy,
• uszkodzenie sterownika PWM,
• brak napięcia wyjściowego.

Po wykryciu uszkodzenia tranzystora należy sprawdzić również jego sterowanie oraz elementy zabezpieczające.

Diagnostyka strony wtórnej

Jeżeli strona pierwotna działa prawidłowo, należy przejść do diagnostyki strony wtórnej.

W zależności od konstrukcji sprawdzane są:

• diody prostownicze,
• tranzystory synchroniczne,
• kondensatory filtrujące,
• dławiki,
• bezpieczniki wyjściowe,
• elementy zabezpieczające,
• układ sprzężenia zwrotnego,
• zaciski i połączenia wyjściowe.

Problem po stronie wtórnej może powodować zarówno całkowity brak napięcia, jak i jego niestabilność.

Zwarcie po stronie wtórnej

Zwarcie na wyjściu może powodować zadziałanie zabezpieczeń przetwornicy i zatrzymanie pracy układu.

Źródłem problemu może być:

• przebita dioda,
• uszkodzony tranzystor,
• zwarty kondensator,
• uszkodzony odbiornik,
• zwarcie w przewodach,
• uszkodzony element zabezpieczający.

Przed rozpoczęciem dalszych pomiarów warto określić, czy zwarcie znajduje się wewnątrz zasilacza, czy poza nim.

Kondensatory strony wtórnej

Kondensatory po stronie wyjściowej mają istotny wpływ na jakość i stabilność napięcia.

Ich zużycie może powodować:

• zwiększone tętnienia,
• spadki napięcia,
• niestabilną pracę,
• problemy z rozruchem,
• samoczynne wyłączanie zasilacza.

W przypadku starszych zasilaczy warto szczególnie zwrócić uwagę na ESR kondensatorów.

Diody prostownicze strony wtórnej

Diody po stronie wtórnej pracują przy dużych prądach i mogą ulegać uszkodzeniom termicznym oraz elektrycznym.

Zwarcie diody może przeciążyć przetwornicę, natomiast jej przerwa może powodować brak lub znaczne obniżenie napięcia wyjściowego.

W bardziej wydajnych zasilaczach mogą być stosowane również układy prostowania synchronicznego zamiast klasycznych diod.

Sprzężenie zwrotne pomiędzy stroną pierwotną i wtórną

Regulacja napięcia wyjściowego wymaga przekazania informacji pomiędzy stroną wtórną a układem sterującym strony pierwotnej.

W wielu konstrukcjach funkcję izolowanego sprzężenia zwrotnego realizuje transoptor wraz z układem referencyjnym.

Uszkodzenie któregoś z tych elementów może powodować:

• niestabilne napięcie,
• zbyt wysokie napięcie,
• zbyt niskie napięcie,
• cykliczne uruchamianie,
• wyłączenie przetwornicy.

Jak określić, po której stronie jest problem?

Systematyczna diagnostyka pozwala szybko zawęzić obszar poszukiwania usterki.

Jeżeli brak jest prawidłowego napięcia w obwodzie pośrednim, należy skupić się na stronie pierwotnej i układzie wejściowym.

Jeżeli strona pierwotna pracuje, ale na wyjściu nie pojawia się właściwe napięcie, należy sprawdzić stronę wtórną, transformator oraz sprzężenie zwrotne.

Taki sposób postępowania ogranicza liczbę przypadkowo wymienianych elementów.

Diagnostyka krok po kroku

Praktyczną diagnostykę można prowadzić w następującej kolejności:

• sprawdzenie napięcia wejściowego,
• kontrola bezpiecznika i elementów ochronnych,
• sprawdzenie prostownika,
• pomiar napięcia obwodu pośredniego,
• kontrola sterownika PWM,
• sprawdzenie tranzystora mocy,
• kontrola transformatora impulsowego,
• sprawdzenie prostownika strony wtórnej,
• pomiar napięcia wyjściowego,
• kontrola kondensatorów i sprzężenia zwrotnego.

W przypadku usterek okresowych lub problemów ujawniających się pod obciążeniem przydatna jest również obserwacja przebiegów oscyloskopem.

Bezpieczeństwo podczas diagnostyki

Strona pierwotna zasilacza może być połączona bezpośrednio z niebezpiecznym napięciem sieciowym. Kondensatory obwodu pośredniego mogą dodatkowo magazynować energię po odłączeniu urządzenia od zasilania.

Pomiary należy wykonywać przy użyciu odpowiedniego wyposażenia i z zachowaniem zasad bezpieczeństwa właściwych dla pracy przy urządzeniach energoelektronicznych.

Podsumowanie

Podział zasilacza na stronę pierwotną i wtórną znacznie ułatwia diagnostykę. Sprawdzenie kolejnych bloków — od wejścia, przez obwód pośredni i stopień mocy, aż po prostownik oraz filtrację strony wtórnej — pozwala określić miejsce występowania awarii.

Prawidłowo przeprowadzona diagnostyka nie ogranicza się do znalezienia uszkodzonego elementu. Ważne jest również ustalenie, dlaczego element uległ uszkodzeniu i czy nie doszło do uszkodzenia innych obwodów współpracujących.