Durchgebrannter Kondensator und schlechte Zenerdiode in einem Schaltstromkreis

Wir haben ein paar Boards mit ausgefallener Stromversorgung. Einige Boards gingen nach dem Austausch eines defekten Kondensators (aufgequollene Dose) in Betrieb. Einige Platinen wurden nach dem Austausch einer Zenerdiode lebendig (irgendwie kurzgeschlossen, glaube ich. Mein Kollege hat sie weggeworfen, daher weiß ich nicht, in welchem ​​​​Zustand sie sich befand). Der besagte Kondensator, C101, und die Zenerdiode, ZD1, befinden sich in der unteren linken Ecke in der unten gezeigten SMPS-Schaltung:

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Diese beiden sind Nachbarn, also denke ich natürlich, dass sie aufgrund derselben Quelle scheitern könnten. Ich habe jedoch keine Ahnung, warum sie gescheitert sind. Gibt es Konstruktionsfehler in der Schaltung? Dies ist ein kleiner Prozentsatz der Boards im Feld, aber ich denke, es muss ein Designproblem sein, das das Problem zeitweise auslöst. Bitte beachten Sie auch, dass der Kondensator, der im Feld gestorben ist, für 50 V ausgelegt ist.

Hier sind einige Messungen bei Vtrans, Vdiode und Vzener. Utrans (mit Last an Panel_12V):Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Vdiode (mit Last an Panel_12V):Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Vzener (mit Last an Panel_12V):Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Vtrans ( ohne Last bei Panel_12V):Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Vdiode ( ohne Last bei Panel_12V):Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Vzener ( ohne Last bei Panel_12V):Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Wellenform vor D120 sieht während einer typischen Last bei Panel_12V so aus (Es sieht schrecklich aus, aber ich weiß nicht, ob es normal ist oder nicht ...):Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die gezoomte Aufnahme der Wellenform vor D120 sieht während einer typischen Last bei Panel_12V so aus:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das Board gibt auch ein Zischen von sich (ziemlich laut, verglichen mit anderen Boards mit Schaltnetzteilen, die ich gesehen habe). Ich weiß nicht, ob es für die Ursache des schlechten Kondensators und der Zenerdiode relevant ist. Es ist aber auch ein Problem, das wir lösen wollen.

Das Datenblatt des SMPS IC, FSDM0465RB, finden Sie hier: https://www.fairchildsemi.com/datasheets/FS/FSDM0465RB.pdf

Wahrscheinlich nicht die Ursache des Fehlers, aber C109 hat sein negatives Ende mit GND verbunden, das sollte sicherlich Panel_GND sein. Es sieht so aus, als hätten Sie die Isolierung des Transformators und des Optokopplers durchbrochen.
@SteveG VDD_15V hat dieselbe Masse wie U101. Es wird in einem anderen Teil der Schaltung verwendet.
Obwohl dies eine Schaltung mit geringem Stromverbrauch ist, werde ich auch etwas nervös wegen der verknüpften Eingangs- und Ausgangsmasse. Die Hochspannungsseite sollte einen „Neutralleiter“ und eine Schutzerde haben, und selbst nach dem Gleichrichten des Wechselstromeingangs (falls dies der Fall ist) würde ich die Schutzerde immer noch getrennt halten. Nach einer Vollwellenbrücke (erforderlich, wenn Sie den Neutralleiter nicht live unterscheiden können) haben Sie einen Diodenabfall zwischen der Massereferenz und der negativen Schiene. Es ist ein Fehler, zu machen oder anzunehmen, dass sie gleich sind.
Das Referenzdesign von Fairchild zeigt eine 10-nF-Koppelkappe zwischen Eingangs- und Ausgangsmasse. Daher ist das primäre Isolationsdesign ein Schlüsselfaktor.

Antworten (2)

Sie sollten einen Bereich auf den Knoten zwischen der ZD1-Kathode und dem ++-Ende von C101 setzen. Überwachen Sie, was dort unter allen Bedingungen des niedrigen und hohen Bereichs des VCC/340-Knotenspannungsbereichs passiert. Für jede Eingangsbedingung variieren auch die Stromlasten an PANEL_12V und VDD_15V von den minimal erwarteten Pegeln bis zum Maximum. Schalten Sie auch an jeder der vier Testecken die Versorgung ein paar Mal ein und aus.

Sie werden wahrscheinlich Bedingungen finden, in denen ZD1 aufgefordert wird, erhebliche Leistungs- oder Spannungsspitzen oder Spannungspegel über der Nennleistung des C101-Kondensators abzuleiten.

Beeinflusst die VDD_15V-Last das Verhalten des SMPS-ICs? Ich dachte, hier ist nur die Last an PANEL_12V der Hauptfaktor. Ich werde morgen weitere Messungen unter diesen verschiedenen Bedingungen durchführen. C101, der im Feld gestorben ist, hat eine Nennspannung von 50 V (ich werde den Beitrag bearbeiten, um dies widerzuspiegeln). Danke schön.

Die technischen Daten geben einen maximalen Betriebsstrom von 5 mA für U101 an, bewerten Sie also Ihren Zenerstrom auf Überspannung von Wicklungsstift 7 über 100 Ohm.

Die Spitzenspannung muss nur 13 V bei Vac min betragen. und Strom 3 ~ 5 mA durchschn. Wenn Sie also Zener ausbrennen, sind die Wicklungsverhältnisse zu hoch oder der Eingangs-V-Bereich zu breit?

U101 hat eine absolute maximale V von 20 V

Das Zischen ist oft auf mangelnden Isolationsschutz und Ionenstromrauschen zurückzuführen (Korona mit niedrigem Strom bis zu einem scharfen Punkt).

Stromleitungstransienten, PLT können ein potenzielles Problem darstellen. Daher muss die Isolierung für 3-kV-, 10-us-Impulse berücksichtigt werden.

letztes Foto zeigt 80Vpp ist wo? Transformator aus? Wenn ja, ist der Strom zu hoch.

PLT ist ein Power Quality Stresstest nach IEC EN61010. http://www.wernermn.com/assets/files/PDF/Solution%20Expo/Presentations/PQ/PQ03.UsingTestEquipmenttoDetectandMeasurePowerQualityIssues.pdf

Der Ripple-Nennstrom von C101 muss das Design übersteigen, daher niedriger ESR, da das Windungsverhältnis von Primär zu Zener nur 5: 1 von 340 VDC bis 13 V bis 100 Ohm beträgt. R101 ist eine zu hohe Stromspitze 350mA rms und einige 22uF-Kappen sind nur für 20mA rms Brummstrom ausgelegt.

Ich habe einige Scope-Aufnahmen hinzugefügt. Die Spannung an der Zenerdiode beträgt in einem typischen Anwendungsszenario etwa 13 V. Oder gibt es vielleicht andere Bedingungen, die mehr Tests erfordern? Könnten Sie mehr auf "Ionenstromrauschen" und "Stromleitungstransienten" eingehen? Danke schön.
letztes Foto zeigt 80Vpp ist wo? Transformator aus? Wenn dies der Fall ist, wird der Strom durch R129 nicht zu (80-13)/100 berechnet
Ich habe dem Beitrag weitere Messungen hinzugefügt. Bitte sehen Sie sich diese an und sehen Sie, ob sie hilfreich sind, um das Problem zu identifizieren.
Das laute Zischen kam von C103, einem Keramikkondensator. Wir haben ihn durch einen Folienkondensator ersetzt und der Geräuschpegel ging deutlich zurück und wurde akzeptabel.
Wir haben auch den durch R119 fließenden Strom mit einem Multimeter gemessen. Der Messwert zeigt 8 bis 9 mA an. Dies ist ein RMS-Wert und spiegelt nicht die enorme Spannungsschwankung wider, die auf dem Oszilloskop zu sehen ist. Ist es vernünftig anzunehmen, dass die Zenerdiode sicher ist?
Ja, Keramik ist ein mikrofonisches Piezomaterial, daher kann es bei viel Welligkeitsstrom auch zischen. Zener ist sicher, aber übersteuert und der RC-Vorfilter von 2200 us funktioniert nicht mit langsamen Burst-Impulsintervallen. Im Leerlauf regelt es nicht gut. Die Zenerwelligkeit hängt vom Spitzenstrom ab, nicht vom Effektivwert, und natürlich wirkt sich die Nennleistung des Zeners auf seine Differenz Rs oder Zs oder ESR aus. MEIN Gedanke sieht aus wie ein Rülpserregler, der zu Instabilität führt, wie ein langsamer Entspannungsoszillator.
Wie ist das Windungsverhältnis von Primär- zu Zenerspule?
Primär:Zenerspule = 72:14
hmm, das Verhältnis von 5: 1 für die Spannung, die zur Zenerlast geht, 26: 1 scheint nicht angepasst zu sein, was zu einem Stabilitätsproblem der Spannungsregelung führt. Ich kenne kein Optimum für Leerlauf und Volllast, aber ich hätte ein Übersetzungsverhältnis von 15:1 in Betracht gezogen
so dass die Vz-Welligkeit minimiert und eine Instabilität bei niedrigen Frequenzen vermieden wird. Was ist die Eingangs-pp-Welligkeitsspannung bei 340 VDC
Soll ZD1 im Klemmmodus arbeiten? Oder dient es nur zum Schutz des Vcc-Pins von U101? Wenn es die ganze Zeit im Klemmmodus arbeitet, entlädt sich C101 dann über U101 und ZD1, wenn kein Strom von der Spule kommt? Wenn dies zutrifft, kann ein großer Strom durch ZD1 fließen, da zwischen C101 und ZD1 kein Strombegrenzungswiderstand vorhanden ist. Könnte dies die Ursache für die Ausfälle von ZD1 und C101 sein?
Durchgebrannter Kondensator und schlechte Zenerdiode in einem Schaltstromkreis
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