问题排查：ZX7-315型逆变焊机故障排查

逆变焊机主电路的逆变环节是故障多发“地带”，逆变电路多采用MOS场效应晶体管或VMOS场效应晶体管用作功率逆变器件。一般维修者，对场效应晶体管的应用和检测比双极型晶体管要生疏一些。场效应晶体管有多种类型，但用于逆变功率电路的常用为增强型绝缘栅MOS、VMOS场效应晶体管，下面简述一下其基本原理和检测方法。

双极型晶体管与场应晶体管相比，前者有两种载流子参与导电，为双极型器件；后者只有一种载流子（多数载流子）参与导电，又称为单极性晶体管。前者为电流驱动器件，输入阻抗较低，需吸取一定的信号电流；后者是利用电场效应来控制其电流大小的晶体管，为电压驱动器件，具有极高的输入阻抗，（理论上）几乎不取用信号电流，可以大幅度降低驱动电路的功耗。后者还有更多的优点，比如具有负的电流温度系数，即在栅-源电压不变的情况下，导通电流会随管温升高而减小，故不存在由于“二次击穿”现象所引起的管子损坏现象。可以多管并联使用，无需采用均流措施。

VMOS场效应晶体管又称功率场效应晶体管，其全称为V型槽MOS场效应晶体管。它是继MOS场效应晶体管之后新发展起来的高效、功率开关器件。它不仅继承了MOS场效应晶体管输入阻抗高（≥108M）、驱动电流小（0.1μA左右），还具有耐压高（最高1200V）、工作电流大（1.5～100A）、输出功率大（1～250W）、跨导的线性好、开关速度快等优良特性。因此在电压放大器（电压放大倍数可达数千倍）、功率放大器、开关电源和逆变器中已获得广泛应用。

（1）MOS、VMOS功率场效应晶体管的器件图形和标识

常用MOS、VMOS功率场效应晶体管也是一个三引线端元件，D极称漏极，与双极型晶体管的集电极C相对应，G称栅极或门极，与双极型晶体管的基极B相对应，S称为源极，与双极型晶体管的发射极E相对应。图7-19a为P沟道MOS管，相当于PNP双极型晶体管。图7-19b为N沟道MOS管，相当于NPN双极型晶体管。P、N沟道MOS管子的工作电流方向相反，其中N沟道MOS管应用较为广泛；MOS、VMOS管的G、S极间有极高的输入阻抗，易受感应静电冲击而损坏。图7-19c所示器件在G、S之间接有输入电压保护元件DW，为双端交流保护器件，可将输入正向、反向栅偏压抑制于一定范围内（如18V）。图7-19d、e类型的器件，是在D、S极间入反向并联的二极管VD或稳压管WD，以提供管子的反向电流通路，避免受危险反向电压冲击而损坏。图7-19e所示器件接入稳压管WD，同时也消解了正向尖峰电压对管子形成的冲击，起到一定的保护作用。

图7-19 MOS、VMOS器件图形和标识

（2）MOS、VMOS功率场效应晶体管的电气参数

MOS、VMOS的电气参数有数十项之多，但作为开关功率器件考虑，选用元器件，仅注意几项基本参数就可以了。

1）漏-源击穿电压B_VDS：是指栅源电压U_GS一定时，场效应晶体管正常工作所能承受的最大漏源电压。

2）允许漏极电流（直流）I_D：此值小于I_DM（脉冲漏极电流）值和I_DSM（最大漏-源电流）值。

3）最大耗散功率P_DSM：也是一项极限参数，是指场效应晶体管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。

4）栅源电压V_GS：MOS、VMOM管导通和截止的控制电压范围。作为功率开关（不应用于放大区）器件应用时，一般取值为DC10～20V。

1）、2）项为必选参数，1）、2）、3）项参数，在选用上应留有较大余量。应用于高频电路时，还要考虑管子的频率特性以及电流、电压上升率等参数。

器件损坏时，最好选用同型号器件代换，用不同型号管子代换时，应重点考虑代用管子的1）、2）、3）项参数，使之等于或大于原管子的参数值。

本例逆变电路中，K2611的1）、2）参数值为900V，9A，若无原型号代换，可用2SK3548（900V 10A）代替原管；IRF9230的1）、2）参数值为200V，6.5A。IRF224N的1）、2）参数值为250V，3.8A，可选用参数相近的管子代换。注意，代换管子时，除了电气参数，还需注意管子的极性类型，是N沟道还是P沟道类型。

（3）MOS、VMOS功率场效应晶体管测量方法

1）MOS、VMOS器件的上电测量。

图7-20中的R2为栅-源极并联电阻，将高阻抗输入变为低阻，同时提供栅-源结间电容电荷的泄放通路，保障其更好地截止。R1和开关SA引入正向栅偏压（约12V），控制管子的导通与截止。闭合SA时，指示灯HL点亮，说明管子处于导通状态；断开SA时，HL熄灭，说明管子处于截止状态。图中的MOS或VMOS相当于一个电源开关，起到控制指示灯HL亮、灭的作用，可以大致检验管子的好坏和开关特性。可以看出，N沟道MOS/VMOS管子，栅极电压相对于源极电压是正的，其正向栅偏压是正电压，栅极控制电压为正时管子导通；P沟道MOS/VMOS管子，栅极电压相对于源极电压是负的，其正向栅偏压是负电压，栅极控制电压相对于源极为负时管子导通。(www.xing528.com)

图7-20 VMOS器件的上电测量电路

如果用万用表测量MOS、VMOS管子的好坏，即用表内电池提供管子的正向栅偏压，数字式万用表的内部电源一般为9V，红表笔为电源正；指针式万用表×10k档，表内电池为12V，黑表笔为电源正。当两只表笔连接于D、S极时，管子的导通表现为电阻指示值的减小。

测量前的注意事项：MOS、VMOS管的高输入阻抗特点使其不耐感应静电的冲击，带有数千伏静电电动势的人体或其他物体，接触管子的栅极时，易造成管子的永久性损坏！管子出厂和运输中，3个引出脚多用金属导线短接，或采用金属覆膜纸进行屏蔽包装，以避免外来感应电动势将栅-源极击穿。因而人体接触和测量MOS、VMOS管子之前，需泄放人体表面积累的静电电荷，简易方法是用手触摸接地良好的（家庭居室中）金属散热片或水管线等，将人体可能带有的静电释放后，再去实施测量动作。

2）用数字表测量MOS、VMOS管子（以图7-19d器件为例）。

将万用表打到二极管档，第一步，检测极间电压降（电阻值）：测量D、S极之间的电阻（电压降），当红表笔搭接D极时，万用表有电压降指示（如0.5V），反向搭接表笔时，无指示（电阻无穷大）。D、S极之间呈现一只二极管的测量结果；G极与D、S极之间，正、反电阻均为无穷大，无电压降指示。第二步，检测管子控制性能：将红表笔接G极，黑表笔接S极，即用万用表内9V电源提供正向栅偏压，以“触发”管子导通。管子被触发后，检测D、S之间的电阻值，红表笔搭D极，出现极小的压降（显示电阻值接近0），说明管子已经被“触发导通”。用表笔短接G、S极，再检测D、S之间的电阻值，红表笔搭D极，D、S极之间电阻值变为无穷大，说明管子又恢复为截止状态。

上述检测结果，说明管子是好的。未施以正向栅偏压情况下，管子的3个极之间出现固定电阻值，或极小电阻值；施加正向栅偏压以后，D、S极间电阻值仍表现为无穷大，则说明管子是坏的。

3）用指针式万用表测量MOS、VMOS管子[以图7-19d器件为例]。

先将万用表打到R×1k档，测量D、S之间有正、反向电阻，表现为一只硅二极管的测量结果；再打到R×10k档，黑表笔接G极，红表笔接S极，“触发”管子使其导通。然后黑表笔接D极，红表笔接S极，测得管子导通后的极小电阻值（接近零）。用表笔短接G、S极后，黑表笔接D极，红表笔接S极，又变为极大（或无穷大）电阻值。检测结果说明管子是好的。

因MOS、VMOS的栅-源间有等效C_GS电容，故产生电荷存储效应，万用表提供的正向栅偏压能“触发”管子导通，并因G、S极间处于开路状态，而能维持导通状态；当短接G、S极时，C_GS电容的存储电荷被泄放，管子又恢复为截止状态。利用这个特点，可用万用表检测MOS、VMOS管子的开关性能。

以上是对N沟道MOS、VMOS管子的检测方法，检测P沟道MOS、VMOS管子时，更换表笔极性即可。

下面以故障实例，进一步说明逆变焊机的故障检修方法。

[故障实例1]一台ZX3-315型逆变焊机（请参见图7-13、图7-15、图7-17整机电路图），无焊接电压输出而送修。先在停电状态下，检测了逆变焊机的主电路，没发现明显的故障元件。为设备上电，先检测+5V、+12V、24V控制电源是否正常，检查发现+12V输出仅为6.8V，严重偏低，使PWM脉冲发生器KA3525A芯片因供电低于8V而停止脉冲输出。手摸稳压集成电路L7812感觉发烫，为辨别是负载电路异常还是L7812本身损坏所致，暂且脱开后续负载电路，测输出电压仍偏低，判断L7812损坏。在散热片上涂覆散热硅脂并更换L7812新品后，上电试机，故障排除。

[故障实例2]逆变焊机故障表现：有时勉强能焊接，但易粘焊条，焊机内散发出器件烧煳味。上电检查控制电源的3路供电，发现+24V电源偏低，仅为15V左右。充电继电器KA1未能良好吸合。+24V提供逆变功率电路的驱动电路的供电和充电继电器线圈的供电，当该电压低时，一是导致驱动能力不足，焊接电流偏小，二是充电继电器不能良好吸合，工作电流在充电电阻上形成较大的压降，不能提供正常的焊接电流，并且在焊接时，焊接电流流经充电电阻，使电阻严重发热。

故障原因为+24V升压电路（IC1等元件组成）异常，使开关管VT1停止工作，+24V实际上变为由AC14V整流滤波，经L1、D92M-02器件引出的整流电压。检测判断IC1（UC3843）振荡芯片不良，更换后，测+24V输出正常。对焊机进行焊接实验，故障排除。

[故障实例3]一台逆变焊机损坏，检查发现，逆变功率电路的场效应晶体管K2611有7只炸裂损坏，清除损坏元件，并在散热片上重新涂覆导热硅脂。先测量逆变功率电路输入的PWM脉冲信号正常后，更换K2611，上电试机，工作正常。

[故障实例4]一台逆变焊机不能产生焊接电流而送修。停电检测主电路未发现异常，上电检测控制电源，都正常。主电路及控制电源大致正常的情况下，需要检查两路PWM脉冲生成电路及传输通路是否正常。先检测脉冲传输变压器TC2一次绕组的两端有无脉冲信号输入，可用示波器测量脉冲电压波形或用万用表的10V/20V交流电压档，判断有无脉冲信号输入。若测得脉冲信号正常，故障在TC2及后级逆变功率电路，若没有脉冲信号输入，继续往前级电路检查。对地检测KA3525A的PWM脉冲输出端11、14脚，将切换开关SA1拨到“本地控制”位置，调整电流给定电位器，若PWM脉冲形成电路工作正常，测量11、14脚，其输出直流电压有相应的变化。若11、14脚输出脉冲电压正常，故障在24V供电的脉冲驱动电路。若11、14脚测不到脉冲电压，则故障在以KA3525A为核心和电流PI控制、过电流保护等电路。对PWM脉冲形成电路、PI闭环控制电路的保护电路的检修，采取相应措施，进一步缩小故障范围。测量KA3525A的8脚为低电平，说明有保护信号输入，致使KA3525A处于脉冲锁定状态。如将8脚外接晶体管的集电极与8脚脱开，将510Ω脱开，解除KA3528的8脚过电流（过电压）输入信号。此时若11、14脚有正常脉冲信号输出，说明故障原因为保护电路误输入故障信号所致，检查相关保护电路排除故障。若不属保护电路的问题，故障应该在PI电路PWM脉冲形成电路本身。断开CA3140A输出端6脚所接的5.1kΩ电阻，用电位器为KA3525A的9脚引入0～10V可调直流电压，代替由电流反馈信号、PI控制电路给出的“混合控制信号”，若KA3525A脉冲形成电路本身正常，改变9脚输入电压值，测11、14脚应有大幅度的直流电压变化（因输出脉冲电压为PMW脉冲，可等效为直流电压，便于检测）。若改变9脚输入电压，11、14脚输出电压变化正常，说明故障在PI控制电路；若11、14脚仍无脉冲电压输出，则故障为PWM脉冲形成电路本身故障，应检测KA3525A芯片及外围电路。

经检查，为KA3525A芯片损坏，更换新品后，故障排除。