Uszkodzenia układów PWM w zasilaczach przemysłowych

Czym jest układ PWM?

Układ PWM (Pulse Width Modulation) odpowiada za sterowanie elementem mocy w przetwornicy impulsowej. Poprzez odpowiednie sterowanie czasem przewodzenia tranzystora możliwa jest regulacja energii przekazywanej do strony wtórnej oraz utrzymanie właściwego napięcia wyjściowego.

Sterownik PWM jest więc jednym z najważniejszych elementów układu sterowania zasilacza impulsowego. Jego awaria może całkowicie zatrzymać pracę przetwornicy.

Objawy uszkodzenia układu PWM

Awaria sterownika PWM może powodować różne objawy, zależnie od konstrukcji zasilacza i rodzaju uszkodzenia.

Do najczęściej spotykanych należą:

• brak napięcia wyjściowego,
• brak przełączania tranzystora mocy,
• cykliczne uruchamianie i wyłączanie zasilacza,
• niestabilne napięcie wyjściowe,
• nadmierny pobór prądu,
• przepalenie tranzystora mocy,
• brak reakcji po podaniu zasilania,
• nieprawidłowe przebiegi sterujące.

W niektórych przypadkach uszkodzenie sterownika PWM może być skutkiem wcześniejszej awarii elementu mocy.

Brak zasilania sterownika PWM

Przed wymianą układu PWM należy sprawdzić jego napięcie zasilające.

Brak zasilania może wynikać z uszkodzenia:

• rezystora startowego,
• przetwornicy pomocniczej,
• diody prostowniczej,
• kondensatora,
• stabilizatora,
• bezpiecznika,
• obwodu zasilania pomocniczego.

W takiej sytuacji wymiana samego sterownika PWM nie usunie rzeczywistej przyczyny problemu.

Brak sygnału sterującego

Jeżeli układ PWM jest prawidłowo zasilany, kolejnym krokiem jest sprawdzenie, czy generuje odpowiedni sygnał sterujący tranzystorem mocy.

Brak impulsów może być związany z:

• uszkodzeniem samego sterownika,
• aktywnym zabezpieczeniem,
• nieprawidłowym sprzężeniem zwrotnym,
• brakiem sygnału startowego,
• problemem z układem pomiarowym,
• nieprawidłowym napięciem zasilania.

Sama obecność napięcia zasilającego układ PWM nie oznacza jeszcze jego prawidłowej pracy.

Zabezpieczenia sterownika PWM

Nowoczesne sterowniki PWM posiadają mechanizmy zabezpieczające, które mogą zatrzymać generowanie impulsów w przypadku wykrycia nieprawidłowych warunków.

Sterownik może reagować między innymi na:

• nadmierny prąd,
• zbyt wysokie napięcie,
• zbyt niskie napięcie zasilania,
• przegrzanie,
• nieprawidłowy sygnał sprzężenia zwrotnego.

Dlatego brak sygnału PWM nie zawsze oznacza uszkodzenie samego układu scalonego.

Problemy ze sprzężeniem zwrotnym

Układ PWM wykorzystuje informację o napięciu wyjściowym do regulacji pracy przetwornicy.

Uszkodzenie elementów sprzężenia zwrotnego może powodować błędne sterowanie lub aktywację zabezpieczenia.

W zależności od konstrukcji należy sprawdzić:

• transoptor,
• układ referencyjny,
• dzielniki napięciowe,
• rezystory,
• kondensatory,
• połączenia pomiędzy stroną wtórną a sterownikiem.

Uszkodzenie tranzystora mocy a układ PWM

Awaria tranzystora mocy może doprowadzić do uszkodzenia sterownika PWM, szczególnie jeżeli napięcie lub prąd przedostały się do jego obwodu sterowania.

Z tego powodu po stwierdzeniu uszkodzenia tranzystora należy sprawdzić również wyjście sterownika PWM oraz elementy znajdujące się pomiędzy nim a tranzystorem.

Podobnie wymiana sterownika PWM bez sprawdzenia tranzystora mocy może zakończyć się ponowną awarią.

Diagnostyka układu PWM

Diagnostykę najlepiej prowadzić etapami.

W pierwszej kolejności należy sprawdzić:

• napięcie zasilające sterownik,
• napięcie startowe,
• obecność sygnału sprzężenia zwrotnego,
• stan zabezpieczeń,
• sygnał wyjściowy PWM,
• rezystory i elementy sterujące tranzystorem,
• stan tranzystora mocy,
• elementy układu snubber.

Do obserwacji przebiegów sterujących przydatny jest oscyloskop. Pozwala sprawdzić częstotliwość, amplitudę i kształt impulsów oraz określić, czy sterownik prawidłowo reaguje na zmieniające się warunki pracy.

Cykliczne uruchamianie zasilacza

Jednym z charakterystycznych objawów problemów z układem PWM jest cykliczne uruchamianie i wyłączanie przetwornicy.

Sterownik może rozpoczynać pracę, wykrywać nieprawidłowy stan i ponownie przechodzić w tryb zabezpieczenia.

Przyczyną może być:

• przeciążenie,
• zwarcie,
• nieprawidłowe napięcie pomocnicze,
• uszkodzenie sprzężenia zwrotnego,
• problem z tranzystorem mocy,
• niestabilne zasilanie sterownika.

Wymiana układu PWM

Wymiana sterownika PWM powinna być poprzedzona sprawdzeniem przyczyny jego uszkodzenia.

Należy zweryfikować przede wszystkim:

• zasilanie układu,
• tranzystor mocy,
• rezystory sterujące,
• sprzężenie zwrotne,
• układ zabezpieczeń,
• elementy snubber,
• obwód zasilania pomocniczego.

Dzięki temu można ograniczyć ryzyko uszkodzenia nowego układu podczas pierwszego uruchomienia.

Test zasilacza po naprawie

Po naprawie układu PWM należy sprawdzić pracę całej przetwornicy.

Test może obejmować:

• kontrolę napięcia wyjściowego,
• pomiar poboru prądu,
• obserwację przebiegów PWM,
• test bez obciążenia,
• test pod obciążeniem,
• kontrolę temperatury,
• sprawdzenie stabilności napięcia.

Szczególnie ważne jest sprawdzenie zachowania zasilacza przy zmianie obciążenia, ponieważ część usterek układu regulacji ujawnia się dopiero podczas pracy pod obciążeniem.

Podsumowanie

Uszkodzenia układów PWM mogą całkowicie zatrzymać pracę zasilacza przemysłowego lub powodować jego niestabilne działanie. Brak impulsów sterujących może jednak wynikać nie tylko z awarii samego sterownika, ale również z problemów z zasilaniem, sprzężeniem zwrotnym, zabezpieczeniami lub tranzystorem mocy.

Prawidłowa diagnostyka powinna obejmować cały układ sterowania przetwornicą, a nie wyłącznie sam układ PWM.