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Schaltnetzteile reparieren

Diese Seite ist noch im Entstehen.

ACHTUNG: Schaltnetzteile reparieren gehört definitiv zu den Tätigkeiten, die außerhalb der Kategorie „Sicher“ liegen!

  • Dieser Kram hier ist Expert only . Schaltnetzteile reparieren ist nichts für Laien. Im Zweifelsfall Finger weg lassen und nachfragen.
  • Egal was ihr tut, bitte achtet auf eure eigene elektrische Sicherheit. Das heißt insbesondere, darauf zu achten, welche Teile man berührt. Denn:
    • Man hat eine offene Elektronik auf dem Tisch liegen, bei der hohe Wechsel- und Gleichspannungen anliegen. Typischweise sind dies 230V Wechselspannung und gleichzeitig an anderen Punkten 325V Gleichspannung. Diese Spannungen sind bei Berührung lebensgefährlich! * Kondensatoren behalten ihre Ladung über Minuten und sind im geladenen Zustand gefährlich! Kondensatoren immer über eienen Entladewiderstand entladen!
    • Mit Trenntrafo zu arbeiten ist obligatorisch, heißt aber nicht, dass man deswegen bei einer Ein-Punkt-Berührung sicher ist. Im Gegenteil! z.B. beim Messen mit dem Oszi klemmt man meistens den eigenen Stuhl/Fußboden an die defekte Schaltung. (Mehr dazu im Kapitel über Trenntrafos)
    • Ab dem Moment, an dem man mit Trenntrafo(s) arbeitet, verlieren FIs ihre Schutzwirkung!. Schädlich sind FIs weiterhin nicht, aber sie schalten im Zweifelsfall nicht ab, sind also nutzlos und wiegen in falsche Sicherheit.
    • Bei falscher Beschaltung ist es leicht, die blanken Metallteile (u.A. BNC-Stecker!) von Oszis oder anderen Laborgeräten auf lebensgefährliche Spannungen zu legen
    • Sobald man mit einer Messpitze (z.B. vom DMM) angetastet hat, wird die zugeörige andere Messspitze evtl. gefährlich!
  • Für diesen Text wird keienerlei Gewähr auf Richtigkeit. Ihr handelt immer in euere eigenen Verantwortung!

Benötigte Werkzeuge

Generelle Quellen

Watchlist:

Prüfen von Transformatoren auf Windungsschluss

Flyback-Wandler und Forward- Wandler

Es gibt Flyback- und Vorwärts-Wandler. Bei den Flyback-Wandlern wird die Energie im Kern des Trafos zwischengespeichert, d.h. wenn der primäre Transistor an ist, wird Energie lediglich in den Kern geladen, durch die Sekundärspule fließt kein Strom, weil sie dafür die falsche Polarität hat. Erst wenn der primäre Schalttransistor aus ist, dreht sich die Polarität der Sekundärspule um, und lädt die sekundären Kondensatoren.

Bei Forward-Wandlern hingegen fließt der Strom durch die Sekundärspule während die Primärspule bestromt ist.

Flyback-Netzteile sind für kleinere Leistungen bis ca 150W1) üblich, während Schaltnetzteile mit größeren Leistungen üblichweise Forward-Netzteile sind. Es gibt verschiedene Designs. Forward-Wandler zeichnen sich dadurch aus, dass sie zwei Schalttransistoren besitzen (FIXME : Stimmt das auch?) und üblicherweise eine ziemlich große Drosselspule auf der Sekundärseite inklusive zwei Dioden (oder einer Doppeldiode) haben.

Systematische Vorgehensweise für Flyback-Wandler

Es gibt vielleicht schnellere Varianten, Defekte zu erkennen. Das hier ist der Ansatz, sich systematisch durchzudebuggen. Für Schnellmethoden siehe unten

Folgende Fragen klären:

  1. Grobe Eingrenzung (liegt der Fehler überhaupt im Netzteil?):
    1. Kommt Strom überhaupt aufs Board? (Netzzuleitung, Stecker, etc) Durchgang prüfen.
    2. Saft drauf: Kommen hinten alle Sekundärspannungen oder mindestens eine Standby-Spannung raus? –> Falls ja, dann könnte es ggf. nicht am Netzteil liegen?
    3. Kurzer Google-Check: Gibt es einen Schaltplan zu diesem Gerät, oder zu diesem Board ? (manchmal steht auch eine Modulbezeichnung auf dem Board). Man tut sich so viel leichter mit einem Schaltplan!
  2. Ist der Weg bis zum Gleichrichter in Ordnung? Durchgang prüfen.
    • Sicherung, falls vorhanden –> Wenn die durch ist, Szenario „Primärseitiger Kurzschluss“
    • Drosselspule hat Durchgang?
    • (Entstörkondensatoren, haben keinen Schluss?)
  3. Sind die Gleichrichterdioden alle funktionsfähig? (Durchlass- und Sperrrichtung!) (FIXME : hier wär ein Prinzipbild nett) Dazu:
    • Mit Diodentester durchmessen:
    • Antastpunkte: HotGND (= die 320VDC-Masse) gegen beide AC-Pole, dann HotVCC (= +320VDC) gegen beide AC-Pole, jeweils mit beiden Multimeterpolungen
    • Besteht hinter dem Gleichrichter ein Kurzschluss?
    • Achtung: Falls der Kurzschluss hinter dem Gleichrichter sitzt, dann scheinen die Dioden keine Sperrrichtung zu haben, sondern zeigen in beide Richtungen eine Diodenspannung
  4. Ist der Elko dahinter i.o.? (Schluss, Kapazität, ESR prüfen) Am besten mit LCR-Meter +
  5. Saft drauf und mit DMM Spannungen messen:
    • 230V ~ bis zum Gleichrichter
    • 320V = am Siebkondensator. Wenn die DC-Spannung signifikant darunter liegt und ein AC-Anteil messbar ist, sind die Siebkondensatoren futsch/nicht präsent?
  6. Wie viele Netzteile sind auf der Platine?
    • Die Netzteile kann man gut finden, indem man die Trafos identifiziert. Jedes Netzteil hat einen Trafo. Aber vorsicht, es gibt einige Spielarten:
      • Tipp: die Größe des Trafos gibt oft einen Hinweis auf die Ausgangsleistung
      • Manche Geräte (z.B. Audio-Verstärker) haben ein kleines Standby-Netzteil, und ein großes für den Hauptstrom, das große wird von der Sekundärseite aus ein/ausgeschaltet, z.B. über einen Optokoppler.
      • Manche Designs verwenden beim Hauptnetzteil für die Steuerung der Schalttransistor(en) einen kleinen Signaltransformator. Dieser kann dann auch als Primär/Sekundärtrennung fungieren, d.h. man spart sich den Optokoppler.
      • Manche Netzteile haben eine Active Power Factor Correction (PFC). (FIXME 2) ), für welche eine Spule oder Trafo verwendet wird. Man kann die PFC daran erkennen, dass die Primärseite Ihren Strom direkt aus dem Brückengleichrichter bezieht, also aus der nicht-geglätteten Spannung. (FIXME 3) )
      • Manche Entstördrosseln zur Gleichtaktunterdrückung (common mode rejection) sehen aus wie Trafos bzw. sind ja auch Trafos. Sie sitzen aber vor dem Brückengleichrichter auf der AC-Seite. Der AC-Teil ist meist sehr übersichtlich, wenn man sich die Leiterbahnen anschaut.
  7. Welches Netzteil liefert keine Spannung?
  8. Gibt es einen Abschaltmechanismus (z.B. für Standby?)
    • Tipp: Anzahl Optokoppler: Jedes Logik- Signal, das von der Sekundärseite (Elektronik) aus einen Schaltregler auf der Primärseite abschalten soll, muss mit einem Optokoppler auf die Primärseite gehen. Ein üblicher Flyback-Regler benötigt genau einen Optokoppler um die Sekundärspannung zu überwachen (Feedback, oft mit TL431 realisiert).
      –> wenn es einen zweiten Optokoppler gibt, dann kann es gut sein, dass dieser zum Abschalten des Hauptnetzteils dient.
    • Wenn das Hauptnetzteil keine Spannung liefert, das Standby-Netzteil aber schon, dann kann es einfach abgeschaltet sein, oder der Fehler liegt im Abschaltmechanismus (Dauer-Aus). -
      → Zweckmäßigerweise erstmal die nächsten Punkte checken.
  9. Den Regler finden und identifizieren, ggf. Pinout googeln.
    • Wird die Primärwicklung über einen bzw. mehrere separate(n) Schalttransistor(en) geschaltet, oder ist der Transistor im Regler integriert?
      (=Wo ist die Primärspule angeschlossen?)
  10. Taktet der Schaltregler?
    • Mit !!Trenntrafo!! und Oszi mit 10x-Tastkopf über dem Drain des Schalttransistors oder dem gesamten Schaltregler gegen HotGND (die Masse zu den 320V) messen. Die Spannung muss zwischen ca. 0V (=Transistor ON) und mehr als 320V liegen (HotVCC + Induktionsspannung) (=Transistor OFF)
    • Wenn der Schaltregler gar nicht taktet, den die Auxilliary Voltage („Bootstrap“ FIXME :4) ) anschauen: Ist die Versorgungsspannung von dem Schaltregler-IC stabil? Wichtig: Mit dem Oszi messen!! Das DMM ist an dieser Stelle unzuverlässig !!
      • Tipp: hat man keinen Schaltplan, dann kann man sich vom Trafo aus vorarbeiten: Mit Durchgangsprüfer Primär- und Aux-Wicklung(en) identifizieren. An der Aux-Wicklung hängt auf einer Seite eine Diode und dahinter die Holdup Capacitance.
      • Typischerweise müssen hier dauerhaft ca. 10-20V anliegen. Fällt die Spannung zu tief, stellt das Schaltregler-IC seine Arbeit ein.
      • Wenn es einen Abschaltmechanismus gibt, greift dieser oft hier ein. (–> verleiche ggf. Schaltplan, Datenblatt des Schaltreglers!)
      • Falls die Spannung etwa 0V ist: Wie wird der Pufferkondensator (Holdup Capacitance) geladen? Es gibt verschiedene Mechanismen:
        • Trickle Charge Resistor: Für den initialen Anlauf wird manchmal ein großer Ladewiderstand (oft auch mehrere in Reihe, einige zig kOhm) eingesetzt, der von HotVCC (=+320V) kommt + Pufferkondensator (Messen mit Oszi, ggf. Kapazität + ESR mit LCR Meter)
        • Manche Schaltregler haben einen eingebauten Startup Circuit, d.h. sie laden den Pufferkondensator selbst auf (ist energieeffizienter). –> Vergleiche mit dem Datenblatt des Schaltreglers
        • Sind mehrere Netzteile auf der Platine, wird die Auxilliary Voltage oft zentral erzeugt und verteilt.
        • Wenn der Schaltregler angelaufen ist, wird die Auxilliary Voltage üblicherweise über eine Auxilliary Winding (= die Selbstversorgungs-Windung auf der Primärseite) gespeist.
          • Kommt da was?
          • Ist die Diode OK?
          • Achtung: bei mehreren Netzteilen mit zentraler Versorgungsspannung kann es auch sein, dass die Auxilliary Winding zwar vorhanden ist, aber nur als Feedback/ Overpower Detection / Open-loop-Detection (FIXME : alles drei?) eingesetzt wird.
  11. Signalform anschauen am Schalttransistor:
    • Schaltet der Transistor überhaupt voll durch?
    • Wenn der Schaltregler nur einen einzelnen Puls erzeugt, und dann relativ lange (Größenordnung von hunderten ms) gar nichts macht, dann ebenfalls die Auxilliary Voltage in Augenschein nehmen. (s. vorheriger Punkt). Das ist ein sehr häufiger Fehler. Das Laden der Holdup Capacitance funktioniert nicht richtig: Typischerweise ist der Kondensator kaputt (Kapazität, ESR messen, ggf. mal einen neuen Kondensator zusätzlich,dranlöten), oder das Laden aus der Aux-Wicklung funktioniert nicht (Diode!?).
    • Wenn der Schaltregler eine Salve von mehreren / vielen Pulsen erzeugt, und dann lange Zeit (Größenordnung hunderte ms) nichts, dann ist entweder Sekundärseitig keine Last dran (OK), oder man hat einen sekundären Kurzschluss (Hiccup Mode)
    • Hiccup Mode? –> klingt nach sekundaärseitigem Kurzschluss
    • FIXME : Woran erkenne ich eine open Loop Detection? FIXME : Idee: Optokoppler kurzschließen?
    • Idle? Heavy Load?
    • Evtl. mit Speicheroszi den Einschaltvorgang anschauen. –> läuft der Regler an und stellt dann den Betrieb ein? –> FIXME was sagt mir das?
  12. Kommt die Spannung auf den Sekundärwicklungen an? (ggf. alle Wicklungen!)
    • Haben die Wicklungen Durchgang?
    • Haben die Wicklungen Schlüsse untereinander? (durchgangsprüfer)
    • Welchen Widerstand (Ohmmeter/DMM) haben die Wicklungen?
      • FIXME : –> Da kann man Schlüsse ziehen, wenn Wicklungen zu niedrigen Widerstand haben sind sie ggf. durchgebrannt. Siehe DiodeGoneWild
      • FIXME : Kann man da mit dem LCR Meter was machen?
  13. FIXME ?? ggf. mit Speicheroszi Einschaltverhalten anschauen??
  14. Ist die Gleichrichtdiode auf der Sekundärseite OK?
    • Tipp: Wenn eine Spule zwischen den zwei Dioden hängt, kann man mit dem LCR Meter messen, welche es ist. Hier wird das beschrieben (Minute 16:50)
  15. Ist die Glättung dahinter OK? Messen mit Oszi, Kondensatoren mit LCR-Meter messen. Achtung bei parallelgeschalteten Kondensatoren: Kapazitätsmessung klappt, ESR-Messung ist Bullshit. Details in Teil3 * Tipp: Wenn eine Drosselspule drin ist, und auf beiden Seiten Kondensatoren, kann man die Spule rauslöten, und kann dann beide Kondensatoren einzeln messen.

Primärseitiger Kurzschluss

Wenn es auf der Primärseite einen Kurzschluss gibt, d.h. entweder die Sicherung durch ist, oder man zwischen den L und N-Anschlüssen einen Durchgang messen kann, dann…

(Dieser Abschnitt muss noch weiter ausgearbeitet werden)

Es gibt ein gutes Video dazu: https://www.youtube.com/watch?v=VpPML0SYkAo|

Schnellmethoden

1)
Quelle: DiodeGoneWild
2)
Gibts da mehrere Designs oder sind das alles Boost-Regler?
3)
nochmal nachdenken, ob das bei allen PFC-Designs so sein muss
4)
Was bedeutet der Begriff „Bootstrap“ genau? evtl. falsc verwendet!