Здравствуйте!
Прошу совета по диагностике/ремонту высоковольтного блока питания. Блок используется для зарядки конденсаторов рентгеновских аппаратов. Изделие не серийное, возможности обратиться к разработчику, к сожалению, уже нет.
Характеристики блока такие: напряжение питания 24В, напряжение на выходе + 10 кВ и -10 кВ. Работает на емкостную нагрузку по 2 мкф в каждом плече.
Схема блока
Конструктивно БЗЗ представляет собой корпус с размещенными в нем платами преобразователя А1.1 и умножителя А1.2.
На корпусе БЗЗ размещены:
- разъем XS1, через который подается напряжение питания плюс 24 В с Пульта Управления (контакты 1,2 и 9,10), напряжение корректировки (контакт 3), и через который снимаются в ПУ контрольное напряжение, соответствующее напряжению на конденсаторной батарее (+ 10 кВ контакт 5 и - 10 кВ контакт 4) и напряжение на тиристоре VS1 (контакт 6), контакт 7 – общий;
- разъемы Р1 и Р2, через которые подсоединяется конденсаторная батарея С1...С4 к плате умножителя А1.2;
- разъем РЗ, через который подается запускающий импульс напряжения с платы умножителя на коммутирующий разрядник F1;
- разъем XS2 «Запуск», через который с ПУ подается запускающий импульс напряжения на плату преобразователя;
2.
Для осуществления быстрой зарядки и стабилизации выходного напряжения применена микросхема (ШИМ контроллер) D1 типа TL494. Для ограничения мощности при заряде конденсаторной батареи в цепи питания преобразователя установлен резистор R4. Напряжение на этом резисторе (пропорциональное току потребления), поступающее через R6 с делителя на R5, R2, сравнивается с напряжением, снимаемым с делителя R3, R1. При превышении значения тока заданному значению величина ШИМ снижается, обеспечивая безопасный режим зарядки.
При разряженных конденсаторах напряжение на делителе R8, R7 близко к нулю, а напряжение на делителе R10, R9, подключенному к плюс 5 В - близко к плюс 5 В. По мере заряда конденсаторов напряжение на делителе R8. R7 растет, а на делителе R10, R9 - падает. При напряжении, равном ±10 кВ, напряжения делителей становятся одинаковыми и величина ШИМ снижается, обеспечивая стабилизацию напряжения. Напряжение, подаваемое с ПУ через резистор R16, смещает рабочую точку стабилизации и позволяет регулировать выходное напряжение.
Через резисторы R11 и R12 напряжение с входа делителей поступает в ПУ на каналы измерения напряжения разряда. На вход делителей напряжение, пропорциональное напряжению разряда, поступает с платы умножителя А1.2.
Конденсаторы С1...С4 преобразователя обеспечивают фильтрацию цепей обратной связи и требуемые динамические характеристики. Конденсатор С5 и резистор R13 определяют частоту работы преобразователя (50 кГц). МОП-транзистор VT2 является возбуждающим и подключён к выходным цепям микросхемы через делитель R14, R15; транзистор VT1 используется в качестве диода. Делитель обеспечивает необходимые параметры управления для данного транзистора.
Сток транзистора VT2 подключён через VT1 к первичной обмотке трансформатора Т1 преобразователя. Принцип работы основан на возникновении свободных резонансных колебаний в обмотках трансформатора при его возбуждении импульсами тока. Мощность колебаний зависит от величины тока возбуждающих импульсов - т.е. пропорциональна их длительности.
Вторичная обмотка состоит из низковольтной и высоковольтной частей, соединенных последовательно. С низковольтной части напряжение через токоограничивающий резистор R22 и диод VD2 поступает на VS1, VD3 узла запуска, заряжая конденсатор С8 через первичную обмотку трансформатора Т2 преобразователя, зашунтированную диодом VD4. Также это напряжение через делитель R18, R19-R20 поступает в ПУ на канал измерения напряжения запуска.
Цепочка из конденсатора С7 преобразователя, резисторов R17, R21 и диода VD1 предназначена для укорочения входного импульса напряжения и защиты тиристора от подачи импульсов напряжения отрицательной полярности. При подаче положительного импульса запуска тиристор открывается, и конденсатор С8 разряжается через открытый тиристор на первичную обмотку Т2. Высоковольтный импульс с вторичной обмотки Т2 поступает через разъем РЗ на коммутирующий разрядник F1.
Схема запуска обеспечивает надёжный поджиг коммутирующего разрядника F1. Задержка поджига с момента прихода синхроимпульса с разъёма XS2 «Запуск» не превышает 4 мкс.
3. На плате умножителя БЗЗ установлены:
- конденсаторы С9 и С10 умножителя;
- диоды VD5...VD8 умножителя;
- токоограничивающие резисторы R23 и R24;
- высоковольтные резисторы измерительного делителя R25 и R26.
Умножитель содержит два канала умножения напряжения на два: положительной и отрицательной полярности. Токоограничивающие резисторы служат для защиты диодов при возникновении колебательного процесса в трансформаторе Т1 при высоковольтном разряде.
Схема преобразователя достаточно необычная, похожа на флайбэк, но, исходя из описания автора, от него отличается:
Однако появилась другая проблема. При зарядке напряжение доходит примерно до 18 кВ, а затем очень медленно доходит до максимального значения. А иногда не доходит, а останавливается на 18 кВ и начинается такой же медленный разряд. То есть ШИМ стабилизация напряжения не работает. При этом нагреваются затворные резисторы транзистора. Установить в чем причина пока не получилось.
Киловольтметром замерял напряжения в плечах, разница между ними составляет менее 500 В, т.о. перекоса напряжения нет. Утечку по поверхности изоляторов тоже исключил, т.к. делал проверку и снимал осциллограммы вне аппарата, подключая запасные конденсаторы.
Есть подозрение, что что-то не так в режиме работы ключевого транзистора. Замена транзистора ситуацию не меняет...
Cнял осциллограммы в двух режимах работы блока: в дежурном (когда он поддерживает напряжение 10 кВ, т.е. около 5 кВ в каждом плече) и в режиме зарядки до максимального напряжения (20 кв).
Для сравнения привожу осциллограммы с такого же блока, но с которым проблем нет (и у него, кстати, скорость зарядки больше):
Видно, что осциллограммы явно отличаются. В первом случае выбросы напряжения намного больше, чем во втором. А колебания имеют меньшую амплитуду и затухают быстрее.
Подскажите, пожалуйста, что еще можно проверить, в какую сторону копать? Какие могут быть варианты решения проблемы?
Буду благодарен за любые дельные советы
Прошу совета по диагностике/ремонту высоковольтного блока питания. Блок используется для зарядки конденсаторов рентгеновских аппаратов. Изделие не серийное, возможности обратиться к разработчику, к сожалению, уже нет.
Характеристики блока такие: напряжение питания 24В, напряжение на выходе + 10 кВ и -10 кВ. Работает на емкостную нагрузку по 2 мкф в каждом плече.
Схема блока
Спойлер
1. Блок зарядки и запуска (БЗЗ) предназначен для заряда конденсаторной батареи в первичной цепи генератора импульсного напряжения и последующего разряда этой батареи на первичную обмотку импульсного трансформатора через коммутирующий разрядник путем подачи запускающего импульса на управляющий электрод разрядника (через разъем P3).Конструктивно БЗЗ представляет собой корпус с размещенными в нем платами преобразователя А1.1 и умножителя А1.2.
На корпусе БЗЗ размещены:
- разъем XS1, через который подается напряжение питания плюс 24 В с Пульта Управления (контакты 1,2 и 9,10), напряжение корректировки (контакт 3), и через который снимаются в ПУ контрольное напряжение, соответствующее напряжению на конденсаторной батарее (+ 10 кВ контакт 5 и - 10 кВ контакт 4) и напряжение на тиристоре VS1 (контакт 6), контакт 7 – общий;
- разъемы Р1 и Р2, через которые подсоединяется конденсаторная батарея С1...С4 к плате умножителя А1.2;
- разъем РЗ, через который подается запускающий импульс напряжения с платы умножителя на коммутирующий разрядник F1;
- разъем XS2 «Запуск», через который с ПУ подается запускающий импульс напряжения на плату преобразователя;
2.
Для осуществления быстрой зарядки и стабилизации выходного напряжения применена микросхема (ШИМ контроллер) D1 типа TL494. Для ограничения мощности при заряде конденсаторной батареи в цепи питания преобразователя установлен резистор R4. Напряжение на этом резисторе (пропорциональное току потребления), поступающее через R6 с делителя на R5, R2, сравнивается с напряжением, снимаемым с делителя R3, R1. При превышении значения тока заданному значению величина ШИМ снижается, обеспечивая безопасный режим зарядки.
При разряженных конденсаторах напряжение на делителе R8, R7 близко к нулю, а напряжение на делителе R10, R9, подключенному к плюс 5 В - близко к плюс 5 В. По мере заряда конденсаторов напряжение на делителе R8. R7 растет, а на делителе R10, R9 - падает. При напряжении, равном ±10 кВ, напряжения делителей становятся одинаковыми и величина ШИМ снижается, обеспечивая стабилизацию напряжения. Напряжение, подаваемое с ПУ через резистор R16, смещает рабочую точку стабилизации и позволяет регулировать выходное напряжение.
Через резисторы R11 и R12 напряжение с входа делителей поступает в ПУ на каналы измерения напряжения разряда. На вход делителей напряжение, пропорциональное напряжению разряда, поступает с платы умножителя А1.2.
Конденсаторы С1...С4 преобразователя обеспечивают фильтрацию цепей обратной связи и требуемые динамические характеристики. Конденсатор С5 и резистор R13 определяют частоту работы преобразователя (50 кГц). МОП-транзистор VT2 является возбуждающим и подключён к выходным цепям микросхемы через делитель R14, R15; транзистор VT1 используется в качестве диода. Делитель обеспечивает необходимые параметры управления для данного транзистора.
Сток транзистора VT2 подключён через VT1 к первичной обмотке трансформатора Т1 преобразователя. Принцип работы основан на возникновении свободных резонансных колебаний в обмотках трансформатора при его возбуждении импульсами тока. Мощность колебаний зависит от величины тока возбуждающих импульсов - т.е. пропорциональна их длительности.
Вторичная обмотка состоит из низковольтной и высоковольтной частей, соединенных последовательно. С низковольтной части напряжение через токоограничивающий резистор R22 и диод VD2 поступает на VS1, VD3 узла запуска, заряжая конденсатор С8 через первичную обмотку трансформатора Т2 преобразователя, зашунтированную диодом VD4. Также это напряжение через делитель R18, R19-R20 поступает в ПУ на канал измерения напряжения запуска.
Цепочка из конденсатора С7 преобразователя, резисторов R17, R21 и диода VD1 предназначена для укорочения входного импульса напряжения и защиты тиристора от подачи импульсов напряжения отрицательной полярности. При подаче положительного импульса запуска тиристор открывается, и конденсатор С8 разряжается через открытый тиристор на первичную обмотку Т2. Высоковольтный импульс с вторичной обмотки Т2 поступает через разъем РЗ на коммутирующий разрядник F1.
Схема запуска обеспечивает надёжный поджиг коммутирующего разрядника F1. Задержка поджига с момента прихода синхроимпульса с разъёма XS2 «Запуск» не превышает 4 мкс.
3. На плате умножителя БЗЗ установлены:
- конденсаторы С9 и С10 умножителя;
- диоды VD5...VD8 умножителя;
- токоограничивающие резисторы R23 и R24;
- высоковольтные резисторы измерительного делителя R25 и R26.
Умножитель содержит два канала умножения напряжения на два: положительной и отрицательной полярности. Токоограничивающие резисторы служат для защиты диодов при возникновении колебательного процесса в трансформаторе Т1 при высоковольтном разряде.
У этого блока были проблемы с электроизоляцией в области умножителя напряжения. Из-за коронных разрядов на выводах элементов происходил неравномерный заряд (перекос напряжения в плечах), что приводило к отключению генерации на МС ШИМ 494. Эту проблему устранил заливкой всех открытых ВВ выводов парафином.Это не просто обратноходовый преобразователь. При открывании транзистора напряжение на высоковольтной стороне очень маленькое, не более 1кВ, при обратном ходе - (норма) 5кВ, поэтому на умножителе будет 1 + 5 = 6кВ. При наличии диода в обмотки возникают затухающие колебания, причем первый период составляет 90% от основного (обратноходового) импульса. На первичной обмотке при этом напряжение приблизительно минус 80 вольт, на умножителе - 4.5 + 5 = 9.5кВ. Без диода минус будет шунтироваться на на землю встроенным в транзистор диодом, колебательный процесс отсутствовать. При этом амплитуда обратных импульсов будет расти, как и перекос напряжений в умножителе, до момента выхода из строя высоковольтных элементов (диодов, конденсаторов) или транзистора.
Однако появилась другая проблема. При зарядке напряжение доходит примерно до 18 кВ, а затем очень медленно доходит до максимального значения. А иногда не доходит, а останавливается на 18 кВ и начинается такой же медленный разряд. То есть ШИМ стабилизация напряжения не работает. При этом нагреваются затворные резисторы транзистора. Установить в чем причина пока не получилось.
Киловольтметром замерял напряжения в плечах, разница между ними составляет менее 500 В, т.о. перекоса напряжения нет. Утечку по поверхности изоляторов тоже исключил, т.к. делал проверку и снимал осциллограммы вне аппарата, подключая запасные конденсаторы.
Есть подозрение, что что-то не так в режиме работы ключевого транзистора. Замена транзистора ситуацию не меняет...
Cнял осциллограммы в двух режимах работы блока: в дежурном (когда он поддерживает напряжение 10 кВ, т.е. около 5 кВ в каждом плече) и в режиме зарядки до максимального напряжения (20 кв).
Спойлер
Спойлер
Подскажите, пожалуйста, что еще можно проверить, в какую сторону копать? Какие могут быть варианты решения проблемы?
Буду благодарен за любые дельные советы
