Перегоревший конденсатор и неисправный стабилитрон в силовой цепи переключения

У нас есть несколько плат с неисправным питанием. Некоторые платы ожили после замены неисправного конденсатора (вздувшаяся банка). Некоторые платы ожили после замены стабилитрона (думаю, каким-то образом замкнуло на землю. Мой коллега выбросил его, так что я не знаю, в каком он был состоянии). Указанный конденсатор C101 и стабилитрон ZD1 расположены в левом нижнем углу схемы SMPS, показанной ниже:

введите описание изображения здесь

Эти двое являются соседями, поэтому, естественно, я думаю, что они могут выйти из строя из-за одного и того же источника. Однако я понятия не имею, почему они потерпели неудачу. Есть ли конструктивные недостатки в схеме? Это небольшой процент плат в полевых условиях, но я думаю, что это должна быть какая-то конструктивная проблема, которая периодически вызывает проблему. Также обратите внимание, что умерший в полевых условиях конденсатор рассчитан на 50В.

Вот некоторые измерения на Vtrans, Vdiode и Vzener. Vtrans (с нагрузкой на Panel_12V):введите описание изображения здесь

Vdiode (с нагрузкой на Panel_12V):введите описание изображения здесь

Vzener (с нагрузкой на Panel_12V):введите описание изображения здесь

Vтранс ( без нагрузки на Panel_12V):введите описание изображения здесь

Vdiode ( без нагрузки на Panel_12V):введите описание изображения здесь

Vzener ( без нагрузки на Panel_12V):введите описание изображения здесь

Форма сигнала до D120 выглядит так при типичной нагрузке на Panel_12V (выглядит ужасно, но я не знаю, нормально это или нет...):введите описание изображения здесь

Увеличенный снимок формы сигнала до D120 выглядит так во время типичной нагрузки на Panel_12V:введите описание изображения здесь

Плата также издает шипящий звук (довольно громкий, по сравнению с другими платами с импульсной схемой питания, которые я видел). Я не знаю, имеет ли это отношение к причине плохого конденсатора и стабилитрона. Это также проблема, которую мы хотим решить.

Техническое описание микросхемы SMPS FSDM0465RB можно найти здесь: https://www.fairchildsemi.com/datasheets/FS/FSDM0465RB.pdf

Вероятно, это не причина сбоя, но отрицательный конец C109 подключен к GND, наверняка это должен быть Panel_GND. Похоже, вы нарушили изоляцию трансформатора и оптоизолятора.
@SteveG VDD_15V имеет ту же основу, что и U101. Он используется в другой части цепи.
Несмотря на то, что это маломощная схема, я также немного нервничаю из-за связанных входных и выходных заземлений. Сторона высокого напряжения должна иметь «нейтраль» и защитное заземление, и даже после выпрямления входа переменного тока (если это так) я бы все равно оставил защитное заземление отдельно. После двухполупериодного моста (требуется, если вы не можете отличить фазу от нейтрали) у вас будет диодный перепад между опорным заземлением и отрицательной шиной, делать или предполагать, что они одинаковы, является ошибкой.
Эталонный проект Fairchild показывает конденсатор связи 10 нФ между входной и выходной землей. Таким образом, конструкция первичной изоляции является ключевым фактором.

Ответы (2)

Следует поставить прицел на узел между катодом ZD1 и ++ концом С101. Следите за тем, что там происходит во всех условиях низкого и высокого диапазона напряжения узла VCC/340. Для каждого входного условия также измените токовые нагрузки на PANEL_12V и VDD_15V от минимального ожидаемого уровня до максимального. Также при тестировании каждого из четырех углов несколько раз включите и выключите питание.

Скорее всего, вы обнаружите условия, при которых ZD1 просят рассеять значительные пики мощности или напряжения или уровни напряжения, превышающие номинал конденсатора C101.

Влияет ли нагрузка VDD_15V на поведение микросхемы SMPS? Я думал, что здесь главным фактором является только нагрузка на PANEL_12V. Я сделаю больше измерений в этих различных условиях завтра. C101, который умер в полевых условиях, рассчитан на 50 В (я отредактирую пост, чтобы отразить это). Спасибо.

В спецификациях указан максимальный рабочий ток 5 мА для U101, поэтому оцените ток Зенера на наличие избыточного напряжения от контакта 7 обмотки через 100 Ом.

Пиковое напряжение должно быть всего 13 В при мин. и ток 3 ~ 5 мА в среднем. Таким образом, если вы сжигаете стабилитрон, коэффициенты обмотки слишком высоки или диапазон входных напряжений слишком широк?

U101 имеет абсолютное максимальное напряжение 20 В.

Шипение часто возникает из-за отсутствия защиты изоляции и шума ионного потока (от слаботочной короны до острой точки).

Переходные процессы в линии электропередач, PLT могут быть потенциальной проблемой. Поэтому необходимо учитывать изоляцию для импульсов 3 кВ, 10 мкс.

на последнем фото указано 80Vpp это где? трансформатор кончился? Если это так, ток слишком высок.

PLT — это IEC EN61010, стресс-тест качества электроэнергии. http://www.wernermn.com/assets/files/PDF/Solution%20Expo/Presentations/PQ/PQ03.UsingTestEquipmenttoDetectandMeasurePowerQualityIssues.pdf

Номинальный ток пульсаций C101 должен превышать расчетный, поэтому ESR низкий, поскольку отношение витков от первичной обмотки к стабилитрону составляет всего 5:1 от 340 В до 13 В через 100 Ом. R101 слишком высокий пиковый ток. 350 мА (среднеквадратичное значение) и некоторые конденсаторы 22 мкФ рассчитаны только на 20 мА (среднеквадратичное значение) пульсирующего тока.

Я добавил несколько снимков прицела. Напряжение на стабилитроне составляет около 13 В в типичном сценарии использования. Или, может быть, есть какие-то другие условия, которые требуют дополнительного тестирования? Не могли бы вы подробнее рассказать о «шуме ионного потока» и «переходных процессах в линии электропередач»? Спасибо.
на последнем фото указано 80Vpp это где? трансформатор кончился? Если это так, ток через R129 не вычисляется до (80-13)/100.
Добавил в пост дополнительные измерения. Пожалуйста, взгляните на них и посмотрите, помогают ли они определить проблему.
Громкий шипящий звук исходил от C103, который представляет собой керамический конденсатор. Мы заменили его пленочным конденсатором, и уровень шума значительно снизился и стал приемлемым.
Мы также измерили ток, протекающий через R119, с помощью мультиметра. Показание показывает от 8 до 9 мА. Это среднеквадратичное значение, и оно не отражает огромные колебания напряжения, наблюдаемые на осциллографе. Разумно ли предположить, что стабилитрон безопасен?
да, керамика - это микрофонный пьезоматериал, поэтому при больших пульсациях тока тоже может шипеть. Зенер безопасен, но перегружен, а предварительный фильтр RC на 2200 мкс не будет работать с медленными интервалами пакетных импульсов. На холостом ходу плохо регулирует. Пульсации стабилитрона зависят от пикового тока, а не от среднеквадратичного значения, и, конечно, номинальная мощность стабилитрона влияет на его дифференциал Rs или Zs или ESR. МОЯ мысль выглядит как регулятор отрыжки, приводящий к нестабильности, как осциллятор медленной релаксации.
какое отношение витков от первичной катушки к стабилитрону?
Первичная: катушка Зенера = 72:14
хм, соотношение 5:1 для напряжения, идущего на нагрузку стабилитрона 26:1, кажется несоответствующим, что приводит к проблемам со стабильностью регулирования напряжения. Я не знаю оптимального для холостого хода и полной нагрузки, но я бы рассматривал соотношение оборотов 15:1.
так что пульсации Vz сведены к минимуму и избегается низкочастотная нестабильность. Что такое входное напряжение пульсаций pp на 340 В постоянного тока?
ZD1 должен работать в режиме зажима? Или это просто для защиты контакта Vcc U101? Если он все время работает в режиме зажима, будет ли С101 разряжаться через U101 и ZD1, когда ток с катушки отсутствует? Если это так, большой ток может проходить через ZD1, так как между C101 и ZD1 нет токоограничивающего резистора. Может ли это быть причиной отказов ZD1 и C101?
Перегоревший конденсатор и неисправный стабилитрон в силовой цепи переключения
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v