Naprawa zasilacza Chargery S1500 v2.1

Nazwy produktów i marek

Wszystkie nazwy produktów i marek użyte na tej stronie są własnością ich odpowiednich właścicieli. Używane są wyłącznie w celach identyfikacyjnych.

Nawet jeśli wspominam tutaj o niektórych programach lub produktach, nie jestem w żaden sposób popierany przez ich producenta lub sprzedawcę! Wszystkie posty na mojej stronie są postami prywatnymi i nie zawierają reklam.

Wykorzystywanie moich zdjęć, obrazków, tekstów (w tym fragmentów) lub innych plików na własnych stronach jest niedozwolone bez mojej zgody.

Ostrzeżenie

Udostępniam tę stronę osobom zainteresowanym elektroniką i elektrotechniką, którzy lubią się zajmować przywracaniem sprawności uszkodzonych urządzeń.

Urządzenia w opisanej tutaj kategorii (zasilacze) przenoszą napięcia zagrażające życiu. Nieprawidłowa obsługa może zatem zagrozić Twojemu sprzętowi pomiarowemu i/lub Twojemu życiu!

Opis ten nie ma zatem w żaden sposób na celu zachęcenia do samodzielnego wykonywania takich czynności, bez niezbędnej wiedzy specjalistycznej!

Dostępne instrukcje

W momencie naprawy w internecie dostępnych było jedynie kilka wersji instrukcji obsługi (np. v1.1 z 18.06.2013 lub v2.0 z 7.01.2015). Jednak w przeciwieństwie do instrukcji serwisowej, nie zawierała ona żadnych informacji, które mogłyby zostać wykorzystane podczas naprawy.

Opis błędu

Właściciel stwierdził, że przy ostatniej próbie użycia urządzenia słychać było głośny dźwięk iskrzenia, a później, po przechyleniu urządzenia, z korpusu wypadły małe czarne cząsteczki.

Sprawdzenie błędu

Urządzenie włączyło się, wyświetlacz LCD i interfejs użytkownika działały, ale wyjścia nie dało się aktywować. To zachowanie wskazywało na problem z jednym z obwodów wtórnych urządzenia.

Jakość wykonania

Choć właściciel podkreślił, że jest to urządzenie nowe i nigdy nie było naprawiane, to niektóre istotne podzespoły jak prostowniki i tranzystory mocy zostały bardzo niechlujnie zlutowane, a miejsca lutowania nie zostały oczyszczone z topnika.

Dodatkowo niektóre elementy mocy takie jak mostki prostownicze nie zostały w całości pokryte pastą termoprzewodzącą.

Kontrola wizualna

Test rozpoczął się jak zwykle od wizualnej kontroli wszystkich części po obu stronach płytki drukowanej. Pierwsze usterki zostały odkryte po krótkim czasie – uszkodzeniu mechanicznemu uległy dwie części w obudowie SOT-23.

Q16 jest częścią zewnętrznego obwodu sterowania tranzystorem mocy Q20, a Q17 jest częścią zewnętrznego obwodu sterowania tranzystorem mocy Q21 (zarówno Q20, jak i Q21 to MOSFET 28N60M2 w obudowie TO220F). Dodatkowo uszkodzeniu uległy niektóre elementy bierne w obu obwodach. Niektóre uszkodzenia były widoczne gołym okiem, inne można było wykryć jedynie na podstawie pomiarów.

Poniższe ilustracje przedstawiają 4 przykłady.

Problem #1

Elementy uszkodzone mechanicznie należą do obwodu sterującego stroną pierwotną głównego transformatora.

Założenia

Obwody dla Q20, Q21, Q22 i Q23 są podobne.
W przypadku uszkodzonych części, których nie można było już zidentyfikować, przyjąłem ten sam typ, co w sąsiednich, porównywalnych obwodach:

Q16=Q18 (MMBT2222A)
Q17=Q19 (MMBT2222A)

Pomiary

Kończący się MOSFET często niszczy także inne części w swoim sąsiedztwie i w rzeczywistości odczyty niektórych części w pobliżu tranzystorów mocy były podejrzane. Bardziej precyzyjne pomiary dały wyniki opisane w kolejnych sekcjach.
Wszystkie pomiary rezystancji przeprowadziłem używając multimetru laboratoryjnego HP/Agilent 34401A.

Zdania takie jak „Nie wykryto żadnej części!” lub „Część jest wyświetlana jako dioda Zenera!” w poniższych tabelach odnoszą się do komunikatów wyświetlanych przez miernik „Peak Atlas DCA75 Pro”, którego użyłem do testowania półprzewodników.

Części SMD przy Q20

Oporniki

Numer na płytce	Obudowa	Oznaczenie	Wartość oczekiwana (Ω)	Wynik pomiaru (Ω)	Wynik pomiaru nowej części (Ω)
R69	0603	200	20	19,658 *	–
R97	0603	01B	1 K	1,0009 K *	–
R98	0603	01C	10 K	21,409 K	10,025 K
R99	0805	120	12	15 M	12,151

Kondensatory

Numer na płytce	Obudowa	Oznaczenie	Wartość oczekiwana	Wynik pomiaru
C57	0603	–	–	Brak zwarcia, ale uszkodzony mechanicznie. *
C58	0603	–	–	Brak zwarcia. *

Chociaż kondensator C58 był elektrycznie niepozorny, jego połączenia uległy częściowemu wyparowaniu, co również uczyniło go kandydatem do wymiany.

Półprzewodniki

Numer na płytce	Obudowa	Oznaczenie	Typ	Wynik pomiaru	Zamiennik
D14	SOD323	S4	1PS76SB40	Brak połączenia w obie strony! *	BAS40H,115
Q16	SOT-23	nieczytelne!	?	Nie wykryto żadnej części!Mechaniczne uszkodzenie!	MMBT2222A
Q20	TO220F	28N60M2	28N60M2	Nie wykryto żadnej części!	28N60M2

Części SMD przy Q21

Oporniki

Numer na płytce	Obudowa	Oznaczenie	Wartość oczekiwana (Ω)	Wynik pomiaru (Ω)	Wynik pomiaru nowej części (Ω)
R100	0603	200	20	19,658 *	–
R101	0603	01C	10 K	22,476 K *	10,030 K
R102	0603	01B	1 K	0,99879 K *	–
R103	0805	120	12	1,4949 M	12,174

Kondensatory

Numer na płytce	Obudowa	Oznaczenie	Wartość oczekiwana	Wynik pomiaru
C59	0603	–	–	Brak zwarcia, ale uszkodzony mechanicznie. *
C60	0603	–	–	Brak zwarcia. *

Półprzewodniki

Numer na płytce	Obudowa	Oznaczenie	Typ	Wynik pomiaru	Zamiennik
D15	SOD323	S4	1PS76SB40	Brak połączenia w obie strony! *	BAS40H,115
Q17	SOT-23	Nicht lesbar!	?	Nie wykryto żadnej części!Mechaniczne uszkodzenie!	MMBT2222A
Q21	TO220F	28N60M2	28N60M2	Nie wykryto żadnej części!	28N60M2

Części SMD przy Q22

Oporniki

Numer na płytce	Obudowa	Oznaczenie	Wartość oczekiwana (Ω)	Wynik pomiaru (Ω)	Wynik pomiaru nowej części (Ω)
R104	0603	200	20	19,692 *	–
R105	0603	01C	10 K	45,261 * 10,006 K	–
R106	0603	01B	1 K	360,16 * 0,99769 K	–
R107	0805	120	12	1,8309 K	12,195

Kondensatory

Numer na płytce	Obudowa	Oznaczenie	Wartość oczekiwana	Wynik pomiaru
C61	0603	–	–	Brak zwarcia. *
C62	0603	–	–	Brak zwarcia. *

Półprzewodniki

Numer na płytce	Obudowa	Oznaczenie	Typ	Wynik pomiaru	Zamiennik
D16	SOD323	S4	1PS76SB40	Przewodzi w obie strony @ 0,008V.	BAS40H,115
Q18	SOT-23	1P	MMBT2222A ?	Element rozpoznany jako dioda Zenera!	MMBT2222A
Q22	TO220F	28N60M2	28N60M2	OK	28N60M2

Części SMD przy Q23

Oporniki

Numer na płytce	Obudowa	Oznaczenie	Wartość oczekiwana (Ω)	Wynik pomiaru (Ω)	Wynik pomiaru nowej części (Ω)
R108	0603	200	20	19,646 *	–
R109	0603	01C	10 K	10,035 K *	–
R110	0603	01B	1 K	0,99 K *	–
R111	0805	120	12	11,946 *	–

Kondensatory

Numer na płytce	Obudowa	Oznaczenie	Wartość oczekiwana	Wynik pomiaru
C63	0603	–	–	Brak zwarcia. *
C64	0603	–	–	Brak zwarcia. *

Półprzewodniki

Numer na płytce	Obudowa	Oznaczenie	Typ	Wynik pomiaru	Zamiennik
D17	SOD323	S4	1PS76SB40	OK, Vf=0,244V	BAS40H,115
Q19	SOT-23	1P	MMBT2222A ?	Element rozpoznany jako dioda Zenera!	MMBT2222A
Q23	TO220F	28N60M2	28N60M2	OK	28N60M2

Sterownik bramki MOSFET

U10 i U11 to TC4424AV (podwójny sterownik bramki MOSFET 3A w obudowie SO8). U10 steruje tranzystorami Q20 i Q22, podczas gdy U11 steruje tranzystorami Q21 i Q23.

Częściowe schematy

Uwaga! Nie posiadam instrukcji serwisowej do tego urządzenia. Schematy opisane w tej sekcji są wynikiem tzw. „Reverse Engineering” (czyli tworzenie schematu z gotowego urządzenia. Dokładniejszy opis w witrynie Wikipedia) i mogą być niekompletne lub nawet nieprawidłowe!

Q20 i Q22

Q21 i Q23

Sprawdzanie ELKO

Nie wszystkie pomiary kondensatorów były potrzebne do tej naprawy, ale ponieważ urządzenie było już otwarte, więc sprawdziłem też kondensatory elektrolityczne.
Użyłem w tym celu miernik Peak Atlas ESR PLUS ESR70 (Equivalent Series Resistance Meter) do pomiarów w obwodzie. E8 i E9 zmierzyłem także po wylutowaniu.

Część	Połączenie równoległe	Producent i model	Wartość wg. oznaczenia	Wynik pomiaru
E1	E1||E2||E3||E4	CapXon P1610	1000µF/35V/+105°C	?µF; ESR=0,04Ω *2
E2	E1||E2||E3||E4	CapXon P1610	1000µF/35V/+105°C	?µF; ESR=0,04Ω *2
E3	E1||E2||E3||E4	CapXon P1610	1000µF/35V/+105°C	?µF; ESR=0,03Ω *2
E4	E1||E2||E3||E4	CapXon P1610	1000µF/35V/+105°C	?µF; ESR=0,04Ω *2
E5	–	CapXon ?	1000µF/25V/+105°C	1086µF; ESR=0,04Ω
E6	–	CapXon ?	100µF/25V/+105°C	?µF; ESR=0,08Ω *2
E7	–	CapXon P1604	100µF/35V/+105°C	113.0µF; ESR=0,24Ω
E8	E8||E9	Jianghai CD294	330µF/450V/+105°C	602.6µF; ESR=0,10Ω *1 304.3µF; ESR=0.12Ω
E9	E8||E9	Jianghai CD294	330µF/450V/+105°C	603,6µF; ESR=0,08Ω *1 298,8µF; ESR=0,14Ω

Nie wszystkie pomiary w obwodzie dały użyteczny wynik, ale przynajmniej nie wykazały problemu. W tym przypadku rozlutowywanie nie było konieczne.

Dodatkowe pomiary

Część	Obudowa	Typ	Wynik pomiaru
D24	TO220	1F32AV	OK Vf=0,435V @ 5,00mA IV Chart
D25	TO220	1F32AV	OK Vf=0,435V @ 5,00mA IV Chart
Q30	TO247	47N60C3	OK, dalsze dane w poniższej tabeli.
Q31	TO247	47N60C3	OK, dalsze dane w poniższej tabeli.
C58	0603	4,7 nF	Uszkodzenie mechaniczne!
C59	0603	4,7 nF	Uszkodzenie mechaniczne!

	Q30	Q31
Typ	N-Ch Enhancement mode MOSFET with body diode	N-Ch Enhancement mode MOSFET with body diode
Vgs(on)	2,985V przy Id=5,02mA i Ig=3µA	2,998V przy Id=5,03mA i Ig=1µA
Vgs(off)	2,305V przy Id=4,9µA	2,327V przy Id=5,2µA
gm	40,8mA/V przy Id=3,0mA do 5,0mA	38,8mA/V przy Id=3,0mA do 5,0mA
Rds(on)	<1,0Ω przy Id=5,0mA i Vgs=8,0V	<1,0Ω przy Id=5,0mA i Vgs=8,0V
Wykresy	Id/Vds, Id/Vgs	Id/Vds, Id/Vgs

Naprawa

Wymienione części #1

Część	Obudowa	Numer części na płytce
28N60M2	TO220F	Q20, Q21, Q22, Q23
MMBT2222A (1P)	SOT-23 (SMD)	Q16, Q17, Q18, Q19
1PS76SB40 (S4)	SOD323 (SMD)	D14, D15, D16, D17
10k	0603 (SMD)	R98, R101
12Ω	0805 (SMD)	R99, R103, R107
4,7 nF	0603 (SMD)	C58, C59

Q22 i Q23 przeszły test pozytywnie, ale zwykle wymieniam wszystkie tranzystory mocy uszkodzonego mostka H.

Problem #2

Podczas pomiarów zauważyłem, że rezystancja wyjściowa zasilacza jest bardzo mała (poniżej 1 ohm). Zatem wystąpił błąd również po stronie wtórnej.

Poszukiwania uszkodzonego elementu za pomocą kamery termowizyjnej nie przyniosły żadnych rezultatów. Nawet po podaniu prądu 8,5 A żaden element elektroniczny nie stał się zauważalnie cieplejszy, a przewody zasilające okazały się najcieplejszymi elementami. Wywnioskowałem, że uszkodzony element znajduje się na radiatorze i dlatego nie będzie łatwo go znaleźć tą metodą.

Ponieważ nie było wolnego dostępu do śrubek montażowych tranzystorów, do dalszych testów trzeba było tranzystor i radiator wylutować razem. Aby zabezpieczyć płytkę, oryginalny stop cyny został najpierw odessany, zastąpiony stopem cyny o niskiej temperaturze topnienia, a następnie ponownie odessany.

Zwarcie zniknęło po wyjęciu trzeciego (środkowego) radiatora, na którym znajdują się tranzystory mocy Q3 i Q4 oraz czujnik temperatury.

Pomiary tranzystorów mocy po wylutowaniu potwierdziły nieprawidłowe działanie tranzystora Q3. Odpowiadało to również zdjęciom wykonanym wcześniej kamerą termowizyjną, które same w sobie nie dawały pewności. Podczas badania w podczerwieni cewka L2, która jest bezpośrednio połączona z Q3 i Q4, była nieco cieplejsza (1 do 2°C) niż cewka L1.

Część	Obudowa	Typ	Oznaczenie	Wynik pomiaru
Q1	TO220	N-Channel Advanced Power MOSFET	RU1H150R	OK
Q2	TO220	N-Channel Advanced Power MOSFET	RU1H150R	OK
Q3	TO220	N-Channel Advanced Power MOSFET	RU1H150R	Błąd! Wszystkie 3 linie zwarte.
Q4	TO220	N-Channel Advanced Power MOSFET	RU1H150R	OK
Q5	TO220	Bipolar Junction Transistor (BJT)	1508 J13009-2	OK

Nowy Q3, część #1

RU1H150R to chiński półprzewodnik, ale nie było łatwo go znaleźć.
Aby nie dostać podróbki chciałem kupić część od firm które się w tym specjalizują. Mimo że część była częściowo dostępna w witrynach internetowych, moje pytania zostały odpowiedziane negatywnie z informacją, że w chwili obecnej część ta jest niedostępna.

Po dłuższych, bezowocnych poszukiwaniach w końcu wypróbowałem jedną ze stron, na których jest sprzedawane prawie wszystko. W opisie przedmiotu handlarz niemal przyrzekał, że części przez niego sprzedawane to oryginały.

	Oryginalny Q3	Część zamienna #1
Typ	N-Ch Enhancement mode MOSFET with body diode	N-Ch Enhancement mode MOSFET with body diode
Vgs(on)	3,478V przy Id=5,01mA i Ig=0µA	3,581V przy Id=5,01mA i Ig=0µA
Vgs(off)	2,279V przy Id=5,1µA	2,781V przy Id=5,1µA
gm	34,0mA/V przy Id=3,0mA do 5,0mA	37,2mA/V przy Id=3,0mA do 5,0mA
Rds(on)	<1.0Ω przy Id=5,0mA i Vgs=8,0V	<1.0Ω przy Id=5,0mA i Vgs=8,0V

Moim zdaniem wyniki pomiarów tych części za bardzo odbiegały od oryginału i dlatego zdecydowałem się na ich wymianę na części ze znanego, dobrego źródła.

Nowy Q3, część #2

Jak już pisałem w jednym z poprzednich punktów, zdecydowałem się na zakup części z zaufanego źródła.
Po porównaniu parametrów wielu dostępnych tranzystorów mocy od znanych dostawców elektroniki jestem przekonany, że w końcu znalazłem podzespół, który doskonale spełni swoje zadanie przez wiele lat:

CSD19536KCS N-CH MOSFET 100 V 150 A TO220-3

	Oryginalny Q3	Część zamienna #2
Typ	N-Ch Enhancement mode MOSFET with body diode	N-Ch Enhancement mode MOSFET with 0,57Vf body diode
Vgs(on)	3,478V przy Id=5,01mA i Ig=0µA	2,843V przy Id=5,00mA i Ig=0µA
Vgs(off)	2,279V przy Id=5,1µA	2,059V przy Id=5,1µA
gm	34,0mA/V przy Id=3,0mA do 5,0mA	341,3mA/V przy Id=3,0mA do 5,0mA
Rds(on)	<1,0Ω przy Id=5,0mA i Vgs=8,0V	<1,0Ω przy Id=5,0mA i Vgs=8,0V

R22

R22 jest rezystorem na bramce Q3 i on również został zniszczony. Wybrana część zamienna to Yageo RC1206FR-134R7 (4R7/0,25W/1%/200V/100ppm).

Numer części na płytce	Obudowa	Oznaczenie	Wartość oczekiwana (Ω)	Wynik pomiaru (Ω)	Wynik pomiaru nowej części (Ω)
R22	1206	4R7	4R7	2K9	4R696

Wymienione części #2

Część	Obudowa	Numer części
CSD19536KCS	TO220-3	Q1, Q2, Q3, Q4
4R7	1206 (SMD)	R22

Jak już wspominałem, zwykle wymieniam wszystkie tranzystory mocy uszkodzonego mostka H, a poza tym w tym przypadku dodatkowo wybrałem zupełnie nowy typ tranzystora. Dlatego też i tym razem wymieniłem również nieuszkodzone tranzystory Q1, Q2 i Q4.

Test

Bez obciążenia

Pomiarami na wyjściu przy różnych napięciach wyjściowych potwierdziły funkcjonowanie zasilacza.

Z obciążeniem

Zasilacz może dostarczyć 1500 W i dlatego nie może być w pełni przetestowany moim „Rigol DL3031A Electronic Load 150 VDC/60 A/350 W” ze względu na jego ograniczoną maksymalną moc, ale test z małym obciążeniem jest na pewno lepszy niż test bez żadnego obciążenia.

Połączenie pomiędzy D.U.T. (=Testowane urządzenie) i DL3031A zostały zrealizowane przy użyciu 2 zestawów kabli odpowiednich dla 20A każdy i oddzielnych kabli pomiarowych.

Nawet po dłuższej pracy z obciążeniem 300W nie doszło do problemów. Po krótkiej chwili wystartowały oba wentylatory zasilacza, dzięki czemu w trakcie testu nie doszło do nadmiernego wzrostu temperatury.

Cyfrowe starzenie się

Zasilacz jest stosunkowo dobrze wykonany i stosunkowo łatwy w utrzymaniu lub w naprawie. Dałbym producentowi prawie 10 na 10 punktów, gdyby nie zrobił kroku w kierunku cyfrowego starzenia się (po angielsku „digital obsolescence”).

To prawda, że ​​do nowoczesnej elektroniki prawie nigdy nie jest dostępna instrukcja serwisowa, ale w wielu przypadkach można z tym żyć.
Nie mogę jednak znieść szlifowania układów scalonych. W tym zasilaczu zainstalowano 3 układy scalone, których oznaczenia zostały zeszlifowane.