科龍6KVA UPS電源故障檢修一例

(廣西廣播電視技術中心桂林分中心)

1 科龍6KVA UPS電源的工作原理

科龍6KVA UPS電源是一款雙變換在線式UPS電源，由整流器、充電器、蓄電池、逆變器等幾部分組成，它是一種以逆變器供電為主的電源形式。當市電正常供電時，市電一方面經充電器給蓄電池充電，另一方面經整流器變成直流后送至逆變器，經逆變器變成交流后再送給負載。僅僅在逆變器出現故障時，才通過轉換開關切換為市電旁路供電。其原理框圖如圖1所示。

該UPS電源至今在直屬臺和縣級臺站已使用多年，且有的臺站是放在機房，夏天溫度較高，目前也陸續出現一些故障，現就我們日常維護工作中碰到的一例故障檢修過程寫出來與大家分享。

2 故障現象

UPS主機面板上的“LINE”和“BYPASS”指示燈亮，而“INV”指示燈不亮，UPS不能正常工作，且靠近主機就聞到電路板燒焦的氣味。

3 檢修過程

從故障現象和聞到電路板燒焦的氣味判斷，該UPS電源不能逆變輸出只有旁路輸出，故障點應該在逆變器電路里并且伴有元器件燒毀。于是關機拆開上面板，觀察發現主控板IGBT模塊PWM驅動電路部分二極管D9和D22（是IGBT模塊1中另一只IGBT管驅動電路里的）引腳處的電路板已嚴重燒焦碳化，其旁邊的電解電容C7（220UF/50V）也有點鼓包，用萬用表測量兩只二極管已損壞擊穿。根據實物畫出IGBT模塊PWM驅動電路如圖2所示。

圖1 科龍6KVA UPS電源工作原理框圖

圖2 主板PWM部分放大電路圖

PWM脈沖信號從光耦IC9（A4504）②腳輸入⑥腳輸出，經過Q1、Q2、Q3、Q4和Q6等元器件組成的電路進行處理放大從Q1的發射極輸出到插座CN7的②③腳再通過連線送到IGBT模塊1（如圖3所示）。從主板CN7送來的PWM信號使模塊1的G1管和模塊2的G2管導通，在變壓器初級形成正半周電壓；從主板CN10送來的PWM信號使模塊2的G1管和模塊1的G2管導通，在變壓器初級形成負半周電壓。從圖2可以看出D9、C7與開關變壓器T其中一個繞組產生23V直流電源給該電路供電；而由R40、D8（5V穩壓管）和C10產生的5V直流電源給光耦IC9（A4504）供電。由于D9損壞擊穿，說明通過其電流應該超過額定電流，所以更換之前先測量C7兩端間的電阻是否有短路，確認無短路后順便在路檢查測量該電路的三極管、二極管及阻容元件，確認無異常后用小刀把D9、D22引腳處已嚴重燒焦碳化的電路板刮干凈，更換了D9 、D22（1.5A/600V快恢復二極管）和C7。然后通電開機，主機面板上的“LINE”和“INV”指示燈亮風扇轉動（此時未加負載），說明逆變器電路已經正常工作，空載工作二十分鐘關機手摸D9與另外三路的二極管溫度比較差不多，于是再次開機并且逐步增加負載到所有負載開啟，查看顯示屏上的輸出電壓和輸出頻率都正常，可是2分鐘左右突然聽到很大的變壓器鐵芯震動的“嗡嗡”聲，幾秒鐘后聽到“叭”一聲響同時看到側面55A保險管處有火花，隨后主機面板上的指示燈變成“LINE”、“BYPASS”和“FAULT”幾個指示燈亮，而“INV”指示燈滅了，并且同時出現報警聲，于是馬上關機，把主機拆下來詳細檢查。檢查發現55A保險管已經燒斷，根據以前檢修過的案例，55A保險管燒斷很可能是IGBT模塊燒壞擊穿導致，因此檢查了兩塊IGBT模塊，確認沒有損壞。接著檢查IGBT模塊PWM驅動電路，發現D9再次燒壞擊穿而D22沒有損壞，同時損壞的還有Q1（型號為TIP142的達靈頓管）。再次換上新的55A保險管、Q1（TIP142）和D9（3A/600V快恢復二極管）。然后通電開機主機面板上的“LINE”和“INV”指示燈亮風扇轉動（此時未加負載），說明逆變器電路已經正常工作，于是接上一臺衛星接收機和一臺20英寸的液晶電視機（應該不到100W）做負載輸出也正常。后來找來一個有五面發熱管（每面400W）的電烤爐做負載測試，當開一面發熱管時，主機變壓器馬上發出鐵芯震動的“嗡嗡”聲，出現這種異常聲音說明逆變器工作時變壓器初級形成正半周電壓時IGBT管的電流與變壓器初級形成負半周電壓時IGBT管的電流不平衡，我們可以通過測量IGBT管的驅動電壓來確認。開機后空載測量四個IGBT管的GE電壓基本都是5V，當開一面發熱管時出故障這一路GE電壓下降到3V左右，而其它三路基本不變，說明故障還是出在驅動電路即圖3里面。于是重點檢測圖3各個三極管及光耦各腳的電壓，跟其它三路比較沒有多大差別，測量23V、5V電源電壓，23V正常5V為4.7V，而其它三路都是5V。該5V電源是由5.1V穩壓管D8與R40、C10等產生的，檢查D8、R40正常，懷疑電解電容C10有問題，于是在C10兩端并上一只100UF/50V的電容后再測量5V正常，此時開啟一面電烤爐沒有“嗡嗡”聲了，接著再增加一面（此時功率為800W）面板指示負載率為17%，工作一小時后再增加一面（此時功率為1200W）面板指示負載率為27%，這和在臺站使用時的真實功率相當，連續工作3個小時后都正常，說明故障是這只電容變質導致，關機用一只新的100UF/50V電容更換那只100UF/25V電容故障排除。

圖3 逆變器原理圖

4 小結

由于UPS電源部分放大電路中的C10（100UF/25V）變質，從而使5V電源電壓下降且紋波加大，導致傳送PWM信號的光耦電路工作異常，致使脈沖信號波形發生劣變，造成驅動不足導致電流不平衡。

[1]徐國家.UPS電源維修手冊.電子工業出版社,2008.

[2]張光明.常見小型UPS電源電路分析與維修寶典.電子工業出版社,2013.