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三菱FW-V10-1.0KUPS烧IGBT管的检修

求人不如求己,艰苦奋战数月,终于修成正果,彻底修复了该UPS,再此过程受益匪浅,同时感谢各位参与者!

梳理一下整个修理过程:
    其实一开始损坏的原因就是输出滤波电感(L4,0.94mH)的两个引出脚短路,导致逆变管烧毁,继而连带母线发生管烧毁。在没有查出这个问题之前,换一次管子就烧一次,损失惨重。
    在检修过程中又相继发现了:
    下板IC14(C319,集电极开路输出双比较器)损坏,予以更换;
    上板IC17(C4574,四运放)损坏,用LM324代换之、与此同时该芯片12脚处有个过孔不通了,用细铜丝连之解决;
    下板TRI(IGBT-75A)相关的驱动门电路芯片IC6(AC00,二输入端四与非门)损坏,购买新品换上。
    最后发现充电时利用TR1内部的二极管严重发烫,但电流并不大。原来是该管漏电(用Rx10k档测有轻微的导通),另外挑选了完全不漏电的管子后,就解决了发烫问题。
    全部问题解决后,装入机箱就不能逆变,拿出来又好了,反复几次后就彻底不行了,能开机但逆变失败随后报警。
    仔细观察在启动逆变瞬间,TR1栅极有正脉冲,但该管却不导通,以致生成不了母线电压,导致逆变失败。后来查出原因为TR1因管脚短,接长时的“D”脚虚焊,补焊后逆变正常了,充电也都正常。

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以下是开帖内容,予以保留:

被这个电源搞的头也大了,故障是烧逆变输出的IGBT管,查了一个多月了,原因是找到了,但无法解决。

该机110v输入和输出,60v电池供电,半桥输出,正弦波。

烧管的原因查出来了和简单,就是输出只有50Hz方波,丢失了PWM调制波。这样输出的50Hz方波因滤波电感(0.92mH)太小近乎短路,而滤波电容(20uF)又很大,以致逆变时的充放电电流过大,导致烧管。

艰难地测绘出相关电路,找到PWM调制波来源——CPU 直接产生的,现在逆变时仅仅有高电平,难道坏了吗。

CPU其它功能也都正常,正负母线电压(均为200v,也是CPU生成的PWM驱动)也正常。试验用一个555临时搭的20KHz脉冲发生器去代替这个CPU的驱动,可以获得调制的50Hz波。

有高手接触过这类UPS吗,特此请教,先谢了!

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cjw318
LV.7
2
2013-05-28 17:12

十来天了竟然没有回应!

还是自己辛苦点测绘出局部电路加以分析,发现小日本还真有本事,采用的正弦波逆变原理完全颠覆我们的常规方法,以致走进死胡同。

死胡同就是50Hz方波必须由正弦控制的PWM来调制,结果死活也找不到这个PWM在哪里,只有50Hz方波,经过1mH电感和20u电容滤波,当然会烧管子啦!

而现在分析发现设计非常巧妙,不得不佩服!

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cjw318
LV.7
3
2013-05-29 09:28
@cjw318
十来天了竟然没有回应!还是自己辛苦点测绘出局部电路加以分析,发现小日本还真有本事,采用的正弦波逆变原理完全颠覆我们的常规方法,以致走进死胡同。死胡同就是50Hz方波必须由正弦控制的PWM来调制,结果死活也找不到这个PWM在哪里,只有50Hz方波,经过1mH电感和20u电容滤波,当然会烧管子啦!而现在分析发现设计非常巧妙,不得不佩服!

继续:

该机采用半桥结构,逆变管用了一对IGBT管,如果拆了这两个管子,用示波器看驱动波形是标准的50Hz方波,死区时间约几个微秒。

由此分析总觉得少了SPWM,但死活找不到。你想,如果真如此驱动,输出滤波电感仅1mH不到,对50Hz而言近乎短路,而滤波电容又大到20微法,对50Hz而言容性电流将很大,烧管无疑。

因此试着将电容改为2u后果然不再烧管,但输出根本不是正弦波。

那么正常时这个50Hz方波怎么产生正弦波的呢?

研究了几天,原来是这样产生的......待续。

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2013-06-20 11:06
@cjw318
继续:该机采用半桥结构,逆变管用了一对IGBT管,如果拆了这两个管子,用示波器看驱动波形是标准的50Hz方波,死区时间约几个微秒。由此分析总觉得少了SPWM,但死活找不到。你想,如果真如此驱动,输出滤波电感仅1mH不到,对50Hz而言近乎短路,而滤波电容又大到20微法,对50Hz而言容性电流将很大,烧管无疑。因此试着将电容改为2u后果然不再烧管,但输出根本不是正弦波。那么正常时这个50Hz方波怎么产生正弦波的呢?研究了几天,原来是这样产生的......待续。

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cjw318
LV.7
5
2013-06-20 11:42
@cjw318
继续:该机采用半桥结构,逆变管用了一对IGBT管,如果拆了这两个管子,用示波器看驱动波形是标准的50Hz方波,死区时间约几个微秒。由此分析总觉得少了SPWM,但死活找不到。你想,如果真如此驱动,输出滤波电感仅1mH不到,对50Hz而言近乎短路,而滤波电容又大到20微法,对50Hz而言容性电流将很大,烧管无疑。因此试着将电容改为2u后果然不再烧管,但输出根本不是正弦波。那么正常时这个50Hz方波怎么产生正弦波的呢?研究了几天,原来是这样产生的......待续。

继续:

测绘出相关电路,才发现它的PWM波竟然是自激产生的,实测波形也证明了这一点。

具体是由50Hz方波激励管子,经1mH电感在输出滤波电容(达20uF)上产生电流,串联在电感回路里电流传感器检测到这个电流,随即将驱动信号关闭。关闭后电流慢慢(其实很快呵)终止,这时传感器电流没了,又打开了驱动,然后又有了电流,接着......周而复始,就生成了自激PWM脉冲,经过LC滤波后就成了正弦波。

这个方法没有在那本书上看到过,很特别,所以小日本的技术还是不得不佩服!

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飘飘飘
LV.6
6
2013-06-20 15:26
@cjw318
继续:测绘出相关电路,才发现它的PWM波竟然是自激产生的,实测波形也证明了这一点。具体是由50Hz方波激励管子,经1mH电感在输出滤波电容(达20uF)上产生电流,串联在电感回路里电流传感器检测到这个电流,随即将驱动信号关闭。关闭后电流慢慢(其实很快呵)终止,这时传感器电流没了,又打开了驱动,然后又有了电流,接着......周而复始,就生成了自激PWM脉冲,经过LC滤波后就成了正弦波。这个方法没有在那本书上看到过,很特别,所以小日本的技术还是不得不佩服!

把电路传上来!

 

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cjw318
LV.7
7
2013-06-20 19:49
@飘飘飘
把电路传上来! 

不好意思,测绘的草图乱七八糟,因为还没有完全修复,也没时间整理。

等大功告成后,就将测绘草图放上来。

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2013-06-20 20:06
@cjw318
继续:测绘出相关电路,才发现它的PWM波竟然是自激产生的,实测波形也证明了这一点。具体是由50Hz方波激励管子,经1mH电感在输出滤波电容(达20uF)上产生电流,串联在电感回路里电流传感器检测到这个电流,随即将驱动信号关闭。关闭后电流慢慢(其实很快呵)终止,这时传感器电流没了,又打开了驱动,然后又有了电流,接着......周而复始,就生成了自激PWM脉冲,经过LC滤波后就成了正弦波。这个方法没有在那本书上看到过,很特别,所以小日本的技术还是不得不佩服!

与电流传感器检测到的信号进行比较的基准信号应该是正弦波吧!

如果是恒定值,输出应该是方波了!

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cjw318
LV.7
9
2013-06-21 07:04
@gnaijnaoul
与电流传感器检测到的信号进行比较的基准信号应该是正弦波吧!如果是恒定值,输出应该是方波了!

它的稳压取样回路依旧是取自输出的正弦波。

将这个正弦波和CPU产生的基准正弦波进行比较,输出一个对应的控制信号,然后再去调节50Hz的方波宽度。

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2013-06-21 13:09
@cjw318
十来天了竟然没有回应!还是自己辛苦点测绘出局部电路加以分析,发现小日本还真有本事,采用的正弦波逆变原理完全颠覆我们的常规方法,以致走进死胡同。死胡同就是50Hz方波必须由正弦控制的PWM来调制,结果死活也找不到这个PWM在哪里,只有50Hz方波,经过1mH电感和20u电容滤波,当然会烧管子啦!而现在分析发现设计非常巧妙,不得不佩服!

这种东西。只有自已做的,才清楚。。。

说真的。。都帮不上什么忙的。。。。

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gnaijnaoul
LV.6
11
2013-06-21 20:30
@cjw318
它的稳压取样回路依旧是取自输出的正弦波。将这个正弦波和CPU产生的基准正弦波进行比较,输出一个对应的控制信号,然后再去调节50Hz的方波宽度。

是不是电流峰值控制!下面的图是在网上找的,看看跟你测绘的电路是否相似!

 

http://www.hqew.com/tech/fangan/761091.html

 

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cjw318
LV.7
12
2013-06-21 21:26
@gnaijnaoul
是不是电流峰值控制!下面的图是在网上找的,看看跟你测绘的电路是否相似![图片] http://www.hqew.com/tech/fangan/761091.html 

不一样!

你的有时钟信号“CLK”,三菱的是自己产生的。

形成的调制脉冲相对来说是无序的,而且逆变输出电压反馈只与基准正弦波相关,与脉冲电流检测无关。但是在滤波之后已经形成了正弦波的输出处,另有一个电流检测传感器,但也与脉冲形成无关。

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君莫攀
LV.5
13
2013-06-23 10:17
@cjw318
不一样!你的有时钟信号“CLK”,三菱的是自己产生的。形成的调制脉冲相对来说是无序的,而且逆变输出电压反馈只与基准正弦波相关,与脉冲电流检测无关。但是在滤波之后已经形成了正弦波的输出处,另有一个电流检测传感器,但也与脉冲形成无关。

菜鸟发言啊:假设我来做这个东西,我会把它做成以下的控制流程:

cpu发出50hz工频信号,(工作过程以半周波形为例),控制上端IGBT导通,经电感给电容充电,同时检测电容端电压返回cpu内部计算,假设半个波形时间为1毫秒从1/50到25/50毫秒为电压上升段,cpu取样次数为每毫秒一百次,对应一个半波为50次,将每次取样时时电压与CPU内部按照正弦波电压上升幅度设定的参考值作比较,如此时取样的值等于或大于cpu内部的参考值,则输出关闭信号使IGBT关闭,待到下一次取样时电压因外部负载,或内部假负载电阻放电而降低,cpu将命令igbt在次导通直到取样值与参考值相同,IGBT再次关闭,从而在电容端得到一个与正弦波相同的电压波形,半波的下降段即26/50--50/50毫秒的时间内CPU会控制上端的igbt导通的占空比更少,甚至开启下端的igbt将电容端电压拉低,由于实际的控制频率并不是五十hz所以电感将使电路不会过流。下半周的波形控制与其相反,以上纯属个人胡思乱想,只是为报楼至回帖之恩。没有具体电路是不太好参与,哥们还是看看有没有我说的电压取样电路吧,如果有我的设想应该成例,可能正是电压反馈有问题,使得cpu误判电容电压为0控制igbt在半个波内完全导通过电流而烧毁吧。希望对你能有些帮助。

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cjw318
LV.7
14
2013-06-23 19:15
@君莫攀
菜鸟发言啊:假设我来做这个东西,我会把它做成以下的控制流程:cpu发出50hz工频信号,(工作过程以半周波形为例),控制上端IGBT导通,经电感给电容充电,同时检测电容端电压返回cpu内部计算,假设半个波形时间为1毫秒从1/50到25/50毫秒为电压上升段,cpu取样次数为每毫秒一百次,对应一个半波为50次,将每次取样时时电压与CPU内部按照正弦波电压上升幅度设定的参考值作比较,如此时取样的值等于或大于cpu内部的参考值,则输出关闭信号使IGBT关闭,待到下一次取样时电压因外部负载,或内部假负载电阻放电而降低,cpu将命令igbt在次导通直到取样值与参考值相同,IGBT再次关闭,从而在电容端得到一个与正弦波相同的电压波形,半波的下降段即26/50--50/50毫秒的时间内CPU会控制上端的igbt导通的占空比更少,甚至开启下端的igbt将电容端电压拉低,由于实际的控制频率并不是五十hz所以电感将使电路不会过流。下半周的波形控制与其相反,以上纯属个人胡思乱想,只是为报楼至回帖之恩。没有具体电路是不太好参与,哥们还是看看有没有我说的电压取样电路吧,如果有我的设想应该成例,可能正是电压反馈有问题,使得cpu误判电容电压为0控制igbt在半个波内完全导通过电流而烧毁吧。希望对你能有些帮助。

感谢你的出谋划策,多一条思路就多一个解决办法!

根据测绘的图来看,在负载输出端已是正弦波的地方有电压取样,然后与基准正弦波比较,进而控制50Hz方波的宽度。

这个已经是正弦波输出的地方也有一个电流传感器,它是用来检测负载大小及过载保护的。

但是还有一个电流传感器,就在逆变半桥的中点,也就是高频脉冲滤波电感(0.92mH)的前面。它似乎在IGBT导通形成对滤波电容充电的电流,达到某一限定值时关闭IGBT,关闭后没了电流时又将IGBT开通,如此周而复始,就形成了PWM波。因此这个PWM波是没有时钟控制的,只与自身的时间常数有关。

观察滤波后形成的正弦波的相位,与50Hz方波几乎相差(滞后)了1/4周期。

在修理中为防止再烧管子,分别在上下两个IGBT的D极上各串了一个200w的白炽灯,空载工作时呈暗红色,这其实就是对滤波电容充电时形成的无功电流。故障排除后短接灯泡,电池供电电流并不增大,相反还小了一些,这是因为无功电流不再被灯泡所消耗。

补充一下:该机产生烧管的故障原因,在这个关键的高频脉冲滤波电感(0.92mH)上,后来查出是引线根部漆包线漆皮磨破,导致短路,使得电感量几乎为零。这样一来强大的充电电流没了电感限制(那个电流检测传感器,没了电感限流,也就英雄无用武之地),导致烧毁逆变IGBT管,连带烧了正、负母线电压生成的IGBT,换一次烧一次,损失惨重。

后来将电感引线加上套管后就解决了问题,不再烧管了。

因此在不装上逆变IGBT时,无法产生自激PWM脉冲,因此驱动波形就只剩50Hz方波了,以致按常规思路找不到问题症结,步入歧途!

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gnaijnaoul
LV.6
15
2013-06-23 20:46
@cjw318
感谢你的出谋划策,多一条思路就多一个解决办法!根据测绘的图来看,在负载输出端已是正弦波的地方有电压取样,然后与基准正弦波比较,进而控制50Hz方波的宽度。这个已经是正弦波输出的地方也有一个电流传感器,它是用来检测负载大小及过载保护的。但是还有一个电流传感器,就在逆变半桥的中点,也就是高频脉冲滤波电感(0.92mH)的前面。它似乎在IGBT导通形成对滤波电容充电的电流,达到某一限定值时关闭IGBT,关闭后没了电流时又将IGBT开通,如此周而复始,就形成了PWM波。因此这个PWM波是没有时钟控制的,只与自身的时间常数有关。观察滤波后形成的正弦波的相位,与50Hz方波几乎相差(滞后)了1/4周期。在修理中为防止再烧管子,分别在上下两个IGBT的D极上各串了一个200w的白炽灯,空载工作时呈暗红色,这其实就是对滤波电容充电时形成的无功电流。故障排除后短接灯泡,电池供电电流并不增大,相反还小了一些,这是因为无功电流不再被灯泡所消耗。补充一下:该机产生烧管的故障原因,在这个关键的高频脉冲滤波电感(0.92mH)上,后来查出是引线根部漆包线漆皮磨破,导致短路,使得电感量几乎为零。这样一来强大的充电电流没了电感限制(那个电流检测传感器,没了电感限流,也就英雄无用武之地),导致烧毁逆变IGBT管,连带烧了正、负母线电压生成的IGBT,换一次烧一次,损失惨重。后来将电感引线加上套管后就解决了问题,不再烧管了。因此在不装上逆变IGBT时,无法产生自激PWM脉冲,因此驱动波形就只剩50Hz方波了,以致按常规思路找不到问题症结,步入歧途!

期待你的测绘电路,看看什么工作原理!

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君莫攀
LV.5
16
2013-06-23 20:59
@cjw318
感谢你的出谋划策,多一条思路就多一个解决办法!根据测绘的图来看,在负载输出端已是正弦波的地方有电压取样,然后与基准正弦波比较,进而控制50Hz方波的宽度。这个已经是正弦波输出的地方也有一个电流传感器,它是用来检测负载大小及过载保护的。但是还有一个电流传感器,就在逆变半桥的中点,也就是高频脉冲滤波电感(0.92mH)的前面。它似乎在IGBT导通形成对滤波电容充电的电流,达到某一限定值时关闭IGBT,关闭后没了电流时又将IGBT开通,如此周而复始,就形成了PWM波。因此这个PWM波是没有时钟控制的,只与自身的时间常数有关。观察滤波后形成的正弦波的相位,与50Hz方波几乎相差(滞后)了1/4周期。在修理中为防止再烧管子,分别在上下两个IGBT的D极上各串了一个200w的白炽灯,空载工作时呈暗红色,这其实就是对滤波电容充电时形成的无功电流。故障排除后短接灯泡,电池供电电流并不增大,相反还小了一些,这是因为无功电流不再被灯泡所消耗。补充一下:该机产生烧管的故障原因,在这个关键的高频脉冲滤波电感(0.92mH)上,后来查出是引线根部漆包线漆皮磨破,导致短路,使得电感量几乎为零。这样一来强大的充电电流没了电感限制(那个电流检测传感器,没了电感限流,也就英雄无用武之地),导致烧毁逆变IGBT管,连带烧了正、负母线电压生成的IGBT,换一次烧一次,损失惨重。后来将电感引线加上套管后就解决了问题,不再烧管了。因此在不装上逆变IGBT时,无法产生自激PWM脉冲,因此驱动波形就只剩50Hz方波了,以致按常规思路找不到问题症结,步入歧途!
为了防止哥们走弯路多说一句啊,我感觉以电流控制波形有点儿想不通,假设电流1A时为拐点,在轻载时(电流小于拐点)igbt将一直导通电压波形将是方波,要是以检测电压与波形时间进行比例开关控制才能保持轻载到额定功率内波形保持为正弦,不知我的说法哥们是否同意,只是不想哥们在维修时走弯路说一些自己的想法哈,无意像别的帖子里面那样挣得红头胀脸,当然我没有实际电路只是个人的想法而已。你说的也不一定就不可行。
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cjw318
LV.7
17
2013-06-23 21:12
@君莫攀
为了防止哥们走弯路多说一句啊,我感觉以电流控制波形有点儿想不通,假设电流1A时为拐点,在轻载时(电流小于拐点)igbt将一直导通电压波形将是方波,要是以检测电压与波形时间进行比例开关控制才能保持轻载到额定功率内波形保持为正弦,不知我的说法哥们是否同意,只是不想哥们在维修时走弯路说一些自己的想法哈,无意像别的帖子里面那样挣得红头胀脸,当然我没有实际电路只是个人的想法而已。你说的也不一定就不可行。
这个检测电流和负载的轻重无关,只是利用滤波电容的充电电流,配合滤波电感的限流来实现的,即使空载,这个充电电流也是存在的,检修时串入灯泡,即使空载也是微亮状态,就是最好的证明。
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cjw318
LV.7
18
2013-07-03 10:04

这个老大难UPS今天终于修复解决了(内容见楼顶帖)!

感谢各位参与者!

看了头都大的测绘草图,没时间整理,将就着看吧。

 

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zhgr
LV.5
19
2013-08-07 14:43
@cjw318
这个老大难UPS今天终于修复解决了(内容见楼顶帖)!感谢各位参与者!看了头都大的测绘草图,没时间整理,将就着看吧。[图片] 

兄弟:顶一下为你的执着精神,看到草图似曾看到当年孤灯下独绘电路的自己!

         严谨、勤奋、求实、创新!————中华魂

          为辛勤工作在电子领域同行们致敬!

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cjw318
LV.7
20
2013-08-08 06:23
@zhgr
兄弟:顶一下为你的执着精神,看到草图似曾看到当年孤灯下独绘电路的自己!        严谨、勤奋、求实、创新!————中华魂         为辛勤工作在电子领域同行们致敬!

谢谢大家的鼓励!

目前该机交客户使用已经几个星期了,希望不会再有问题了。

只是电路图看来是没时间整理了呀。

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维修2088
LV.1
21
2017-05-17 14:15
@cjw318
谢谢大家的鼓励!目前该机交客户使用已经几个星期了,希望不会再有问题了。只是电路图看来是没时间整理了呀。
母线电压怎么产生的,有图吗
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飘飘飘
LV.6
22
2017-05-18 08:23
@cjw318
这个老大难UPS今天终于修复解决了(内容见楼顶帖)!感谢各位参与者!看了头都大的测绘草图,没时间整理,将就着看吧。[图片] 
兄弟你太有才了,这么复杂你是怎么坚持画出来的?
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cjw318
LV.7
23
2017-08-26 11:34
@飘飘飘
兄弟你太有才了,这么复杂你是怎么坚持画出来的?[图片]

现在已退休数年,回过头来看帖子,竟然不相信这是自己的杰作!

这个工程如果放现在,可想也不敢想了,真的老朽了!

1
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cjw318
LV.7
24
2017-08-26 11:40
@维修2088
母线电压怎么产生的,有图吗
母线电压产生比较简单,就是典型的DC-DC变换,有很多电路可以参考,也没有测绘。
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