Chargery S1500 v2.1 Reparatur

Produkt und Markennamen

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Warnung

Ich stelle diese Seite Menschen zur Verfügung, die sich für Elektronik und Elektrotechnik interessieren und Spaß daran haben defekte Geräte wieder zum Laufen zu bringen.

Geräte der hier beschriebenen Kategorie (Netzteile) führen lebensgefährliche Spannungen. Eine falsche Handhabung kann daher Ihre Messgeräte und/oder Ihr Leben gefährden!

Diese Beschreibung soll daher in keiner Weise dazu ermutigen, solche Tätigkeiten ohne die erforderlichen Fachkenntnisse selbst durchzuführen!

Verfügbare Handbücher

Zum Zeitpunkt der Reparatur stand im Internet lediglich ein Benutzerhandbuch in wenigen Versionen (z.B. v1.1 vom 18. Juni 2013 oder v2.0 vom 7. Januar 2015) zur Verfügung. Dieses enthielt jedoch, im Gegensatz zu einem Servicehandbuch, keinerlei Informationen, die bei der Reparatur hätten genutzt werden können.

Fehlerbeschreibung

Der Besitzer gab an, dass beim letzten Versuch, das Gerät zu nutzen, ein lautes Funkengeräusch zu hören war und dass später, nachdem das Gerät umgedreht wurde, einige kleine schwarze Partikel aus dem Gehäuse des Geräts gefallen seien.

Fehlerüberprüfung

Das Gerät ließ sich einschalten und das LCD und die Benutzeroberfläche funktionierten, aber der Ausgang ließ sich nicht aktivieren. Dieses Verhalten deutete auf ein Problem mit einem der Sekundärschaltkreise des Geräts hin.

Verarbeitungsqualität

Obwohl der Besitzer betonte, dass es sich um ein Neugerät handelte und es noch nie repariert wurde, waren einige wichtige Bauteile wie Gleichrichter und Power-MOSFETs sehr schlampig verlötet und deren Lötstellen nicht von Flussmittel befreit.

Darüber hinaus waren einige Leistungsbauteile wie etwa Gleichrichterbrücken nicht vollständig mit Wärmeleitpaste bedeckt.

Visuelle Inspektion

Die Prüfung begann wie üblich mit einer Sichtprüfung aller Bauteile auf beiden Seiten der Leiterplatte. Dabei zeigten sich tatsächlich schon nach kurzer Zeit die ersten Mängel – zwei Bauteile im SOT-23-Gehäuse waren mechanisch beschädigt.

Q16 ist Teil des externen Schaltkreises des Leistungs-MOSFETs Q20 und Q17 ist Teil des externen Schaltkreises des Leistungs-MOSFETs Q21 (Q20 und Q21 sind beide 28N60M2 im TO220F-Gehäuse). Darüber hinaus wurden einige passive Komponenten in beiden Schaltkreisen beschädigt. Während einige Schäden mit bloßem Auge sichtbar waren, konnten andere nur durch Messungen erkannt werden.

Die folgenden Bilder zeigen 4 Beispiele.

Problem #1

Die mechanisch beschädigten Bauteile gehören zum Schaltkreis, der die Primärseite des Haupttransformators steuert.

Annahmen

Die Schaltkreise für Q20, Q21, Q22 und Q23 sind ähnlich.
Bei beschädigten Teilen, die nicht mehr identifiziert werden können, wird der gleiche Typ wie in den benachbarten, vergleichbaren Schaltkreisen angenommen:

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

Messungen

Ein sterbender Leistungs-MOSFET zerstört oft auch einige andere Komponenten und tatsächlich waren einige Messwerte an Teilen in der Nähe der toten Leistungs-MOSFETs verdächtig. Genauere Messungen ergaben die in den folgenden Abschnitten beschriebenen Ergebnisse.
Alle Widerstandsmessungen wurden mit dem Tischmultimeter HP/Agilent 34401A durchgeführt.

Sätze wie „Kein Bauteil erkannt!“ oder „Teil wird als Zenerdiode angezeigt!“ in den nachfolgenden Tabellen beziehen sich auf die Ausgabe von „Peak Atlas DCA75 Pro“, welcher zum Testen der Halbleiter verwendet wurde.

SMDs nahe Q20

Widerstände

PCB Nummer	Gehäuse	Beschriftung	Soll-Wert (Ω)	Gemessen (Ω)	Ersatz-Wert (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

Kondensatoren

PCB Nummer	Gehäuse	Beschriftung	Soll-Wert	Gemessen
C57	0603	–	–	Kein Kurzschluss, aber mechanisch beschädigt.*
C58	0603	–	–	Kein Kurzschlus. *

Obwohl der Kondensator C58 elektrisch unauffällig war, waren seine Anschlüsse teilweise verdampft, was auch ihn zum Tausch-Kandidaten machte.

Halbleiter

PCB Nummer	Gehäuse	Beschriftung	Typ	Messergebnis	Ersatz
D14	SOD323	S4	1PS76SB40	Keine Verbindung in beide Richtungen! *	BAS40H,115
Q16	SOT-23	Nicht lesbar!	?	Keine Komponente erkannt! Mechanisch beschädigter Bauteil!	MMBT2222A
Q20	TO220F	28N60M2	28N60M2	Keine Komponente erkannt!	28N60M2

SMDs nahe Q21

Widerstände

PCB Nummer	Gehäuse	Beschriftung	Soll-Wert (Ω)	Gemessen (Ω)	Ersatz-Wert (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

Kondensatoren

PCB Nummer	Gehäuse	Beschriftung	Soll-Wert	Messergebnis
C59	0603	–	–	Kein Kurzschluss, aber mechanisch beschädigt. *
C60	0603	–	–	Kein Kurzschluss. *

Halbleiter

PCB Nummer	Gehäuse	Beschriftung	Typ	Messergebnis	Ersatz
D15	SOD323	S4	1PS76SB40	Keine Verbindung in beide Richtungen! *	BAS40H,115
Q17	SOT-23	Nicht lesbar!	?	Keine Komponente erkannt! Mechanisch beschädigter Bauteil!	MMBT2222A
Q21	TO220F	28N60M2	28N60M2	Keine Komponente erkannt!	28N60M2

SMDs nahe Q22

Widerstände

PCB Nummer	Gehäuse	Beschriftung	Soll-Wert (Ω)	Gemessen (Ω)	Ersatz-Wert (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

Kondensatoren

PCB Nummer	Gehäuse	Beschriftung	Soll-Wert	Messergebnis
C61	0603	–	–	Kein Kurzschluss. *
C62	0603	–	–	Kein Kurzschluss. *

Halbleiter

PCB Nummer	Gehäuse	Beschriftung	Typ	Messergebnis	Ersatz
D16	SOD323	S4	1PS76SB40	Leitet in beide Richtungen @ 0,008V.	BAS40H,115
Q18	SOT-23	1P	MMBT2222A ?	Bauteil als Z-Diode erkannt!	MMBT2222A
Q22	TO220F	28N60M2	28N60M2	OK	28N60M2

SMDs nahe Q23

Widerstände

PCB Nummer	Gehäuse	Beschriftung	Soll-Wert (Ω)	Gemessen (Ω)	Ersatz-Wert (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 *	–

Kondensatoren

PCB Nummer	Gehäuse	Beschriftung	Soll-Wert	Messergebnis
C63	0603	–	–	Kein Kurzschluss. *
C64	0603	–	–	Kein Kurzschluss. *

Halbleiter

PCB Nummer	Gehäuse	Beschriftung	Typ	Messergebnis	Ersatz
D17	SOD323	S4	1PS76SB40	OK, Vf=0,244V	BAS40H,115
Q19	SOT-23	1P	MMBT2222A ?	Bauteil als Z-Diode erkannt!	MMBT2222A
Q23	TO220F	28N60M2	28N60M2	OK	28N60M2

MOSFET Gate Driver

U10 und U11 sind TC4424AV (Dual 3A MOSFET Gate Driver im SO8-Gehäuse). U10 steuert Q20 und Q22, während U11 Q21 und Q23 steuert.

Partial circuits

Achtung! Ich habe kein Servicehandbuch für dieses Gerät. Die Schaltkreise in diesem Abschnitt sind das Ergebnis von Reverse Engineering und können unvollständig oder sogar falsch sein!

Q20 und Q22

Q21 und Q23

Überprüfung der ELKOs

Für diese Reparatur waren nicht alle Kondensatormessungen notwendig, da das Gerät aber bereits geöffnet war, habe ich diese Messungen ebenfalls durchgeführt.
Die Messungen wurden mit dem Peak Atlas ESR PLUS ESR70 (Equivalent Series Resistance Meter) in der Schaltung durchgeführt. E8 und E9 wurden zusätzlich auch außerhalb des Schaltkreises gemessen.

Bauteil	Parallel-Schaltung	Hersteller und Modell	Wert lt. Aufschrift	Messergebnis
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

Nicht alle Messungen in der Schaltung brachten ein brauchbares Ergebnis, zeigten aber immerhin kein Problem an. Ein Auslöten war in diesem Fall also nicht nötig.

Zusätzliche Messungen

Bauteil	Gehäuse	Typ	Messergebnis
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, weitere Daten in der Tabelle darunter.
Q31	TO247	47N60C3	OK, weitere Daten in der Tabelle darunter.
C58	0603	4,7 nF	Mechanisch zerstört!
C59	0603	4,7 nF	Mechanisch zerstört!

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

Ersatz

Ausgetauschte Teile #1

Bauteil	Gehäuse	Bauteil Nummer
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 und Q23 haben den Test bestanden, aber normalerweise tausche ich alle Leistungs-MOSFETs einer betroffenen H-Brücke aus.

Problem #2

Bei den Messungen ist mir aufgefallen, dass der Ausgangswiderstand des Netzteils sehr gering ist (weniger als 1 Ohm). Es lag also auch ein Fehler auf der Sekundärseite vor.

Die Suche nach dem defekten Bauteil mittels Wärmebildkamera führte zu keinem Ergebnis. Auch nach der Einspeisung von 8,5 A wurde kein Bauteil nennenswert wärmer und die Zuleitungen zeigten sich als wärmste Bauteile. Ich vermutete, dass sich das defekte Bauteil auf einem Kühlblech befand und somit mit dieser Methode nicht leicht zu finden war.

Da kein freier Zugang zu den MOSFET-Schrauben bestand, mussten für weitere Tests MOSFET und Kühlkörper gemeinsam ausgelötet werden. Zum Schutz der Platine wurde das Originallot zunächst abgesaugt, durch ein Lot mit niedriger Schmelztemperatur ersetzt und anschließend erneut abgesaugt.

Der Kurzschluss verschwand nach dem Entfernen des dritten (mittleren) Kühlkörpers, der die Leistungs-MOSFETs Q3 und Q4 sowie den Temperatursensor trägt.

Die Leistungs-MOSFET-Messungen außerhalb der Schaltung bestätigten die Fehlfunktion von Q3. Dies stimmte auch mit den zuvor mit der Wärmebildkamera aufgenommenen Bildern überein, die für sich genommen nicht aussagekräftig waren. Während der IR-Untersuchung war Spule L2, die eine direkte Verbindung zu Q3 und Q4 hat, etwas wärmer (1 bis 2°C) als Spule L1.

Bauteil	Gehäuse	Typ	Bezeichnung	Messergebnis
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	Fehlgeschlagen! Alle 3 Leitungen kurzgeschlossen.
Q4	TO220	N-Channel Advanced Power MOSFET	RU1H150R	OK
Q5	TO220	Bipolar Junction Transistor (BJT)	1508 J13009-2	OK

Ersatz Q3, Bauteil #1

Beim RU1H150R handelt es sich um einen chinesischen Halbleiter, der allerdings nicht ganz einfach zu finden war.
Um keine Fälschung zu erhalten, wollte ich das Teil bei Firmen kaufen, die sich darauf spezialisiert haben. Obwohl das Bauteil im Webshop teilweise gelistet war, wurde meine Anfrage mit dem Hinweis abgelehnt, dass es aktuell nicht lieferbar sei.

Nach langer, erfolgloser Suche probierte ich es schließlich auf einer der Seiten, auf denen so ziemlich alles verkauft wird. In der Artikelbeschreibung stand, dass es sich garantiert um ein Original handelte.

	Original Q3	Ersatz-Bauteil #1
Type	N-Ch Enhancement mode MOSFET with body diode	N-Ch Enhancement mode MOSFET with body diode
Vgs(on)	3,478V bei Id=5,01mA und Ig=0µA	3,581V bei Id=5,01mA und Ig=0µA
Vgs(off)	2,279V bei Id=5,1µA	2,781V bei Id=5,1µA
gm	34,0mA/V bei Id=3,0mA bis 5,0mA	37,2mA/V bei Id=3,0mA bis 5,0mA
Rds(on)	<1.0Ω bei Id=5,0mA und Vgs=8,0V	<1.0Ω bei Id=5,0mA und Vgs=8,0V

Die Ergebnisse dieser Ersatzteile wichen meiner Meinung nach zu stark vom Original ab und ich habe mich daher für den Austausch gegen Teile aus bekanntermaßen guter Quelle entschieden.

Ersatz Q3, Bauteil #2

Wie im vorherigen Abschnitt beschrieben, habe ich mich entschieden, ein Bauteil aus einer vertrauenswürdigen Quelle zu kaufen.
Nachdem ich die Parameter vieler verfügbarer Komponenten von namhaften Elektroniklieferanten verglichen habe, bin ich überzeugt, endlich eine Komponente gefunden zu haben, die ihre Aufgabe über Jahre hinweg perfekt erfüllen wird:

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

	Original Q3	Ersatz-Bauteil #2
Type	N-Ch Enhancement mode MOSFET with body diode	N-Ch Enhancement mode MOSFET with 0,57Vf body diode
Vgs(on)	3,478V bei Id=5,01mA und Ig=0µA	2,843V bei Id=5,00mA und Ig=0µA
Vgs(off)	2,279V bei Id=5,1µA	2,059V bei Id=5,1µA
gm	34,0mA/V bei Id=3,0mA bis 5,0mA	341,3mA/V bei Id=3,0mA bis 5,0mA
Rds(on)	<1,0Ω bei Id=5,0mA und Vgs=8,0V	<1,0Ω bei Id=5,0mA und Vgs=8,0V

R22

R22 ist der Gate-Widerstand von Q3 und er wurde ebenfalls zerstört. Das ausgewählte Ersatzteil ist Yageo RC1206FR-134R7 (4R7/0,25W/1%/200V/100ppm).

PCB Nummer	Gehäuse	Beschriftung	Soll-Wert (Ω)	Gemessen (Ω)	Ersatz-Wert (Ω)
R22	1206	4R7	4R7	2K9	4R696

Ausgetauschte Teile #2

Bauteil	Gehäuse	Bauteil Nummer
CSD19536KCS	TO220-3	Q1, Q2, Q3, Q4
4R7	1206 (SMD)	R22

Wie bereits erwähnt, tausche ich normalerweise alle Leistungs-MOSFETs einer betroffenen H-Brücke aus und in diesem Fall habe ich auch einen neuen Leistungs-MOSFET-Typ ausgewählt. Daher wurden auch die nicht defekten Leistungs-MOSFETs Q1, Q2 und Q4 ausgetauscht.

Überprüfung

Leerlauf

Durch Messungen am Ausgang bei unterschiedlichen Ausgangsspannungen wurde die Funktion bestätigt.

Belastung

Das Netzteil kann 1500 W liefern und kann daher mit meiner „Rigol DL3031A Elektronische Last 150 VDC/60 A/350 W“ aufgrund der begrenzten Leistung zwar nicht im vollen Umfang getestet werden, dieser Test ist aber immerhin besser als ein reiner Leerlauftest.

Die Verbindung zwischen dem D.U.T. (=Device Under Test) und der elektronischen Last wurde mittels 2 für je 20A geeigneten Kabelsätzen und separaten Messkabeln realisiert.

Auch nach längerem Betrieb mit einer Last von 300W konnten keine Probleme festgestellt werden. Nach kurzer Zeit liefen beide Lüfter des Netzteils an, so dass im Test kein übermäßiger Temperaturanstieg festgestellt werden konnte.

Digitale Obsoleszenz

Das Netzteil ist relativ gut verarbeitet und lässt sich relativ einfach warten bzw. reparieren. Ich hätte dem Hersteller fast 10 von 10 Punkten gegeben, wenn er nicht einen Schritt in Richtung digitaler Obsoleszenz gegangen wäre.

Es stimmt, dass für moderne Elektronik so gut wie nie ein Servicehandbuch verfügbar ist, aber in vielen Fällen kann man damit leben.
Was ich allerdings nicht ausstehen kann, ist das Abschleifen der ICs. In diesem Netzteil sind 3 ICs verbaut, deren Beschriftungen abgeschliffen wurden.