Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Der chaotische Hauptfaden

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barclay66
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Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Tach zusammen!

Ich beiße mir gerade die Zähne an einem ungewöhnlichen Schaltnetzteil aus. Warum ungewöhnlich? Weil das Teil einen Unijunction-Transistor für den Oszillator und einen Bipolartransistor als Schalter verwendet. Dieser hat an der Basis eine Schutzbeschaltung mit einem Curie-Effekt-Schalter. Außerdem wird auf der Sekundärseite mit einem weiteren Wandlertrafo gearbeitet und die meisten der sieben Sekundärspannungen werden einzeln längsgeregelt. Dieses 220W-Modell wurde in mehreren HP Messinstrumenten verbaut und es ist bekannt für auslaufende Elkos im Sekundärteil.

Bei meinem 54510A Oszi hatte ich diese aber schon kurz nach Kauf gewechselt und es lief auch einwandfrei bis vor einigen Wochen. Dann: Einschalten, Knacks und aus. Der TIPL755A hatte Kurzschluss und die beiden parallelgeschalteten 1 Ohm Widerstände (R13/14) waren durch.

Nach Wechseln der Teile (TIPL755A durch BUX48A ersetzt) wieder das gleiche: Einschalten, Knacks und aus.
Ich habe dann die komplette Primärseite ausgelötet und auch einen Schaltplan angefangen zu zeichnen. Es gibt zwar schon einen im Netz, aber der ist handgemalt und an einigen Stellen auch nicht ganz zutreffend. Fertig bin ich zwar nicht, habe aber die noch nicht ganz fertigen Elemente als Funktionsblöcke drin:
HP 0950-1879_mod.gif
Nachdem ich alle primärseitigen Bauteile geprüft hatte und einen verdächtigen Trimmer (R7, Grundfrequenz) fand, nahm ich mir auch die Steuerplatine vor: Ebenso alle Teile runter und einzeln getestet. Dabei fand ich auch einen defekten PNP-Transistor (weiß leider nicht mehr welcher der vier das war). Dann wurde alles wieder zusammengebaut und getestet. Leider war das Netzteil jetzt im Schluckauf-Modus und beim Versuch, die Grundfrequenz einzustellen (ohne Last ~65kHz) machte es wieder "paff". Dieses Mal wurde der BUX zum Nichtleiter aber der Schalter an seiner Basis (S1, MCT90A) zum dauerhaften Ganzleiter. Ein weiterer Versuch ohne den Schalter verursachte dann noch mehr Schaden (erster Versuch orange, zweiter Versuch rot):
Defects.jpg
Für den nächsten Versuch wollte ich mich etwas absichern und habe daher mal versucht, den Oszillatorteil allein zu betreiben. Also die Leitung zu Pin 8 des Wandlertrafos durchtrennt und dann zwischen Anode von CR29 und Primärmasse eine 9-Volt-Batterie über einen 100R Angstwiderstand angeklemmt. Und was macht der Relaxationsoszillator? Nix, Null, Nada. Sehe ich da was falsch oder müsste der eigentlich so funktionieren? Ich kann garantieren, dass die zugehörigen Bauteile i.O. sind; für den UJT habe ich sogar eine Testschaltung aufgebaut, in der er fleißig vor sich hin knackert:
UJT-Test.GIF
UJT-Test.GIF (3.64 KiB) 1473 mal betrachtet
Zwischenzeitlich habe ich mir noch einen Trenntrafo gezimmert und an einem Zweitgerät (HP 1650A) einige Oszillogramme erstellt. Die kann ich bei Bedarf gern noch anhängen:
Oscillograms.jpg
Kann mir jemand weiterhelfen, wie ich den Türstopper wieder in ein produktives Dasein befördern kann? Ich möchte insbesondere wissen, wie sich Schaltungsteile vielleicht auch einzeln und gefahrlos testen lassen.

Dank & Gruß
barclay66

P.S.: Ich habe mir noch eine Ersatzschaltung für den MCT90A überlegt (ist Unobtanium). An der Basis von Q3 stehen im Normalbetrieb Impulse mit rund 3,2Vpp an, die rund 2,1V ins Negative und 1,1V ins Positive gehen. Bei einer Flussspannung von ca. 1V pro Diode müsste das doch als Begrenzer gehen und der Thermoschalter am Kühlkörper ist dann der Temperaturschutz:
MTS90A Replacement.GIF
MTS90A Replacement.GIF (2.82 KiB) 1472 mal betrachtet
Edith möchte noch ergänzen: Die Sekundärseite kann als Fehlerquelle insoweit ausgeschlossen werden, dass keine der Ausgangsleitungen kurzgeschlossen ist und die Elkos alle neu sind (fast durchgängig Panasonic FC und FR). Selbst ein Kurzschluss dürfte die Primärseite eigentlich nicht jucken, da die Schutzschaltung auch als Crowbar über den 15,5V-Ausgang agiert.
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Bastelbruder
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von Bastelbruder »

Der MTS dürfte ein gewöhnlicher Reedkontakt (Glasröhrchen) sein, um das übereinander zwei Metallrohre oder aufgerollte Blechstreifen geschoben sind. Das eine Material ist aus einer Sonderlegierung mit Curietemperatur 90°C, das Andere ist magnetisch. Sobald die Curietemperatur erreicht ist, schließt der Magnet den Kontakt und der den Transistor kurz. Ich denke daß sich da problemlos ein Widerstandswert um "Overflow" messen läßt. Mit Spannungsbegrenzung hat der Temperaturschalter jedenfalls nichts zu tun, der Basisstrom soll auch durch den Transistor und dort Arbeit verrichten.

Warum ist der Transistor verstorben? Es gibt außer Altersschwäche nicht viele Möglichkeiten. Der Wandler ist selbstschwingend über R15 C17. Die ganze Regelmimik bewirkt vorzeitiges Abschalten und damit Strombegrenzung des Sperrwandlers.
Der UJT wird als Trigger verwendet, damit der Transistor schnell abgeschaltet wird. Die Dioden/Elkokombination an der Basis sorgt dafür daß der TIP41 etwas Betriebsspannung bekommt. C46 würde ich unbesehen erneuern, durch den fließt der zum Ausräumen der Basis dringend benötigte Stromimpuls.

Natürlich sind auch Feinschlüsse irgendwelcher Dioden oder Transformatorwindungen und dramatischer Stromanstieg denkbar, vielleicht macht es Sinn, temporär einen kleinen Emitterwiderstand einzubauen aus dem ein kleiner (diskreter) Thyristor seinen Steuerstrom bekommt und der parallel zum TIP die Ansteuerung klaut.
Zuletzt geändert von Bastelbruder am Fr 20. Jan 2023, 19:29, insgesamt 1-mal geändert.
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barclay66
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Ja, als er noch ganz war, war er offen (R=unendlich). Jetzt ist er dauerhaft leitend. Ist allerdings schon merkwürdig, dass der einfach wie ein etwas dickerer Widerstand einfach auf die Platine gelötet ist und mit sonst nichts thermisch in Kontakt steht.
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Bastelbruder
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von Bastelbruder »

Dann ist es an der Zeit, den Hurgel zu sezieren. Vielleicht läßt sich ein neues Glasrohr einsetzen?

Oder war das womöglich eine Schmelzsicherung die andersrum funktioniert und mit einem Woodmetalltropfen die Anschlüsse verbindet?
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barclay66
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Ehrlich gesagt ist das Bauteil ziemlich weit unten in der Prioritätenliste. Der Möller müsste ja ohne auch funktionieren. Aber ich bekomme den Primärteil nicht funktionell getestet ohne da richtig Saft draufzugeben. Und ich möchte vermeiden, nochmal einen Schwung BUX48A kaufen zu müssen.
andreas6
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von andreas6 »

Eine Glühlampe als Notbremse auf der Netzseite in Reihe zum Netzteil kann den meisten Schaden verhindern. Wenn die dann wirklich gut leuchtet, wirkt das Labornetzteil als Netzspeisung auch prima. Man kann so stufenweise Fehler suchen, ohne gleich den großen Scherbenhaufen zu produzieren.

MfG. Andreas
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Bastelbruder
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von Bastelbruder »

9-Volt-Batterie über einen 100R Angstwiderstand angeklemmt
Der UJT will an B2 10 Volt sehen, erst dann funktioniert die Triggermimik mit den geplanten Werten. Da drüber ist ein Widerstand 200 Ohm 1 Watt. Ich würde da eine Spannung erwarten die wenigstens ein bißchen Leistung produziert, die Spannung / Leistung tritt ja bloß während der Einschaltzeit der Endstufe auf. 20..30 V ohne Vorwiderstand scheint mir deutlich praxisnäher.

P.S. Ein paar BUX48A mit über 1000 Stunden Burn-in dürften bei mir im Lager die Standfestigkeit des Bauteilregals stabilisieren.
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barclay66
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Hi,

ich habe jetzt mal ein paar Sachen probiert:

- Ca. 18,5V auf den Schaltungsteil mit dem UJT gegeben -> Keine Oszillation, 10V an B2 des UJT zu messen (begrenzt über CR30). Einziger weiterer Effekt ist, dass Q4 ziemlich heiß wird. Dachte mir dann, dass die Leistung über Q4 und die B-E-Strecke von Q2 abfließt und da Q4 offenbar zum Teil durchgeschaltet ist, wird er eben heiß. Dann Q2 ausgelötet und Q4 wird nicht mehr heiß. Zappeln tut da aber immer noch nichts. Q4 ausgelötet und mal nach gesehen, ob sich dann an B1 etwas tut: Nada, Gleichspannung.

- Auf Verdacht (auch wenn vorher einzeln geprüft) C5, C6, Q1, Q4 gewechselt. Test wie oben, gleiches Ergebnis.

- Dann mal die Idee mit dem vorgeschalteten Glühobst aufgegriffen und dies schaltbar am Trenntrafo implementiert. Angeschaltet, Lampe leuchtet so bei 30%, keine Oszillation und irgendwann ein Knacksen vom BUX48A -> Durchlegiert!

Jetzt brauche ich erstmal wieder Ersatzteile: BUX48A und am besten noch ein paar TIP41C.

So langsam glaube ich an bösen Vodoo-Zauber...
Zuletzt geändert von barclay66 am Sa 21. Jan 2023, 13:26, insgesamt 1-mal geändert.
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barclay66
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Ah, habe jetzt erst den editierten Beitrag weiter oben bemerkt. Der UJT ist also gar nicht der Oszillator sondern das passiert alles rings um Q3.
Da schließt sich gleich eine Frage an: C46 war ursprünglich ein Tantal-Elko. Da würde ich aber ungern wieder Tantal verbauen, da die so gern mit Kurzschluss glänzen. Könnte man auch einen herkömmlichen Elko nehmen, sofern dessen ESR im Bereich eines Tantal-Elkos liegt?
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ProgBernie
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von ProgBernie »

Bastelbruder hat geschrieben: Fr 20. Jan 2023, 19:15 Warum ist der Transistor verstorben? Es gibt außer Altersschwäche nicht viele Möglichkeiten. Der Wandler ist selbstschwingend über R15 C17.
Funktioniert aber nur wenn der Trafo noch tut und nicht zu stark bedämpft ist. Ansonsten gibt es da keine Strombegrenzung, wenn der erste Hieb von der Zusatzwicklung über R15/C17 den BUX nicht sperrt ist er hin.
Der rot eingekreiste Fehlerfall tritt auf wenn der Emitter vom BUX wegfliegt und die ganzen 330V über die CE-Strecke den C46 plätten und dann Q2 und R4 den Pfad zu Masse schliessen. Danach würde ich auch C17 für suspekt halten.
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von andreas6 »

Hier passt etwas gar nicht. Mit einer Vorschaltlampe (welche?) kann kein so dicker Transistor kaputt gehen. Der Bux48 darf über 150 Watt verheizen, kann 15 A. Oder ist es gar ein Bux84, der auch im Text auftaucht? Kühlkörper?
Ansonsten ist das beschriebene Vorgehen gut um weitere Fehler einzubauen. So eine Baugruppe muss im Detail von allen Seiten fotografiert worden sein, bevor man dort ran geht. Zumal es keine Schaltungsunterlagen gibt, da ist die eigene Dokumentation sehr wichtig. An der fehlt es hier definitiv, wenn man nicht mal sagen kann, welcher Transistor nun an welchem Platz saß.
Undurchsichtige Schaltungen kann man übrigens recht gut mit Ltspice simulieren und dort auch eine virtuelle Fehlersuche betreiben. Eine Materialschlacht ist in aller Regel sehr uneffektiv.

MfG. Andreas
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Bastelbruder
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von Bastelbruder »

Was mir außer der dilettantischen Fehlersuche (beim Auslöten haben sich schon Feinschlüsse temporär versteckt und sind anschließend wieder aufgetaucht ...) sehr mißfällt, ist die mit über 60 kHz gemessene Frequenz. die ist mindestens um Faktor 2 zu hoch für bipolare Transistoren. Entweder fehlt es an Induktivität oder Kapazität.

Und dann hätte ich mindestens das Oszillogramm der Kollektorspannung erwartet. Dort lassen sich einige Dinge erkennen, unter Anderem die korrekte Funktion des von den meisten (von der Zensur gestrichen) falsch eingeschätzten Snubbers an der Primärwicklung. Das ist überhaupt kein Snubber!

Die Kondensatoren sind tatsächlich die Schwingkreiskondensatoren des quasi-Sinuswandlers. Der 33er Widerstand sorgt für ungefährliche Aufladung (Strombremse beim Einschalten) und die Diode schließt den Schwingkreis beim Ausschalten, der nicht nur für allmähliche Energieabgabe auf der Sekundärseite verantwortlich zeichnet. Auch der Spannungsanstieg am Transistor wird gebremst und hält die Schaltverluste klein. C3 schließt den Strompfad im Einschaltmoment, die beiden Einöhmer entkoppeln in Richtung Netz. Bei Ing. Rehrmann oder so läßt sich das vielleicht noch nachlesen.
Die Regelmimik kann zwar den Transistor verfrüht ausschalten, aber die darauf folgende Sinus-Halbwelle wird davon nur in der Amplitude beeindruckt.

Dann ist da noch der Tantalkondensator, ich hätte gern ein Foto. Ich befürchte daß das ein Solid Aluminium (Polymer-)Elektrolytkondensator ist den auch Matt falsch als Tantal verunglimpft hat.

Edith Luminanzki hat noch ein Ding entdeckt: Der inzwischen abgefackelte Rückkopplungswiderstand R15 deutet ebenfalls auf viel zu hohe Frequenz und viel zu hohe Sinus-(?) Ampltude.
shaun
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von shaun »

"Hier passt etwas gar nicht. Mit einer Vorschaltlampe (welche?) kann kein so dicker Transistor kaputt gehen" - wenn der vor den Siebelkos hängt: sicher doch. Die Energie reicht locker.

Das
" Dann mal die Idee mit dem vorgeschalteten Glühobst aufgegriffen und dies schaltbar am Trenntrafo implementiert. Angeschaltet, Lampe leuchtet so bei 30%, keine Oszillation und irgendwann ein Knacksen vom BUX48A -> Durchlegiert!
"
klingt mir danach, dass das Obst vor dem ganzen Gemüse hing.

Im Übrigen - keine Oszillation und dann ein Knacksen ... ohne Oszillation kein Strom, also doch, natürlich, von dem 120k 3W, und wenn der es nicht im ersten Anlauf schafft, die Oszillation zu starten, ist es eigentlich auch schon zu spät.

Das Ding hat ja nun keine Strombegrenzung primär - hat eigentlich schon mal jemand die Sekundärseite angeschaut? Mit Glück ein Kurzschluss in einer Diode oder dahinter, mit Pech ein Windungsschluss. Ich plädiere wie ProgBernie schon schrieb auch dafür, dass der Trafo durch irgendwas zu stark bedämpft wird.
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barclay66
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Uiuiui, bin ich etwa aus Versehen im Mikrocontroller-Forum gelandet?
"Calma Señores"...
Mit einer Vorschaltlampe (welche?) kann kein so dicker Transistor kaputt gehen. Der Bux48 darf über 150 Watt verheizen, kann 15 A. Oder ist es gar ein Bux84, der auch im Text auftaucht? Kühlkörper?
Ansonsten ist das beschriebene Vorgehen gut um weitere Fehler einzubauen. So eine Baugruppe muss im Detail von allen Seiten fotografiert worden sein, bevor man dort ran geht. Zumal es keine Schaltungsunterlagen gibt, da ist die eigene Dokumentation sehr wichtig. An der fehlt es hier definitiv, wenn man nicht mal sagen kann, welcher Transistor nun an welchem Platz saß. Undurchsichtige Schaltungen kann man übrigens recht gut mit Ltspice simulieren und dort auch eine virtuelle Fehlersuche betreiben.
Es war eine 60W Lampe. Es war und ist immer der BUX48A; ich hatte genau einmal einen Zahlendreher drin, wo es um benötigte Ersatzteile geht (bereits korrigiert).
Fotos kommen weiter unten. Es ist völlig unerheblich, wo der defekte 2N3906 auf der Steuerplatine saß. Er kann nur Teil der Regelmimik Richtung Optokoppler gewesen sein oder Teil der Crowbar-Schaltung. Und er ist ersetzt. Zum Thema Simulation frage ich mich, wie diese ohne Daten des Wandlertrafos halbwegs reale Ergebnisse bringen soll.

Was mir außer der dilettantischen Fehlersuche (beim Auslöten haben sich schon Feinschlüsse temporär versteckt und sind anschließend wieder aufgetaucht ...) sehr mißfällt, ist die mit über 60 kHz gemessene Frequenz. die ist mindestens um Faktor 2 zu hoch für bipolare Transistoren. Entweder fehlt es an Induktivität oder Kapazität.
An welchem Punkt ist von einem Feinschluss die Rede? Ich habe die übermäßige Erwärmung von Q4 bemerkt und über deren Ursache nachgedacht.
Der Hobel rennt tatsächlich mit rund 54 KHz unter Last bzw. >66 KHz mit nur kleiner Last. Das habe ich an einem funktionierenden Zwilling (im Eingangspost erwähnt) gemessen (Oszillogramme folgen unten).

Und dann hätte ich mindestens das Oszillogramm der Kollektorspannung erwartet.
Am Kollektor von welchem Transistor, Q3? Ich habe leider keinen Hochvolt-Tastkopf oder 100:1 Vorteiler. Da ich in diesem Bereich auch von induktiven Spitzen ausgehe, möchte ich den Eingangsteil des verbleibenden Oszis nur ungern riskieren. Ansonsten hatte ich im Eingangspost eine Übersicht mit aufgenommenen Oszillogrammen, mit denen ich den Post nicht gleich überfrachten wollte.

Dann ist da noch der Tantalkondensator, ich hätte gern ein Foto. Ich befürchte daß das ein Solid Aluminium (Polymer-)Elektrolytkondensator ist den auch Matt falsch als Tantal verunglimpft hat.
Folgt unten. Foto ist von dem intakten Netzteil. Es handelt sich m.E. um einen ordinären Tantal, da der gleiche Typ (gleiche Farbe und Markings, andere Werte) auch an anderen Stellen verbaut ist.

Das "Dann mal die Idee mit dem vorgeschalteten Glühobst ..." klingt mir danach, dass das Obst vor dem ganzen Gemüse hing.
Ja so ist es. Der Vorschlag weiter oben lautete: "Eine Glühlampe als Notbremse auf der Netzseite in Reihe zum Netzteil kann den meisten Schaden verhindern."
Und da gab es keine Gegenvorschläge oder Bedenken.

Das Ding hat ja nun keine Strombegrenzung primär - hat eigentlich schon mal jemand die Sekundärseite angeschaut? Mit Glück ein Kurzschluss in einer Diode oder dahinter, mit Pech ein Windungsschluss. Ich plädiere wie ProgBernie schon schrieb auch dafür, dass der Trafo durch irgendwas zu stark bedämpft wird.
Müsste das Netzteil nicht auf der Sekundärseite kurzschlussfest sein, wenn eine Thyristor-Crowbar Teil der Schaltung ist? Das wäre doch etwas rüde, würde die Primärseite abfackeln, wenn der Thyristor mal zuschlägt, oder?
Ansonsten habe ich auf der Sekundärseite -auch im Vergleich zum gesunden Netzteil- die Ausgänge gegen Masse und die Gleichrichterdioden gemessen. Keine Auffälligkeiten.

Hier noch die Bilder:

Overview.jpg
Overview.jpg
Primary.jpg
Primary.jpg
Secondary.jpg
Secondary.jpg
Tantal.jpg
Tantal.jpg
Q2 Kollektor standard Last.JPG
Q2 Kollektor std. Last.JPG
Q2 Kollektor minimale Last.JPG
Q2 Kollektor min. Last.JPG
Q3 Basis, Position 0V.JPG
Q3 Basis Pos 0V.JPG
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ferdimh
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von ferdimh »

Gegenrede kommt im Übrigen auch manchmal nicht, weil keiner rechtzeitig geschrieben hat...
Die Glühlampe kann potentiell das Anschwingen verhindern und die Zerstörung verursachen. Der BUX48
Generell fasse ich solche Netzteile nur sehr ungerne an: wenn IRGENDWAS schiefläuft, dass die Schwingung aussetzt, knallt es sofort. Da kann keine Vorschaltfunzel helfen, weil der dicke Elko genug Energie zum Zerstören bietet.

Der BUX48A ist zwar Spannungs- und Strommäßig überlegen, aber beim SOA nicht! Bei 100V darf der BUX48A 0,2A, der TIPL755 aber 0,4A. Der BUX48 stirbt im Fehlerfall also schneller (das macht aber nix, wenn das Ding wirklich nicht will sterben beide).

Eine Crowbar, die das Netzteil anzünden kann, ist durchaus üblich. Wenn das Netzteil Amok läuft, ist ein gesprengtes Netzteil weit vorteilhaft gegenüber Multiorganversagen wegen Überspannung im ganzen Gerät. Die einzige Strombegrenzung, die der Eimer hat, ist die Sättigung vom Übertrager. Da es keinen extra Steuerübertrager gibt, ist das mindestens ein Stück weit ein Spiel mit dem Feuer. Damit es überlebt, muss es trotz Kurzschluß am Schwingen bleiben (sonst brennt der Transistor durch dein Anschwinggleichstrom durch) und so kurze Pulse machen, dass nur wenig Energie gelöffelt wird.Ich erwarte nicht, dass das Ding einen Kurzschluß überlebt (ebenso wie viele zu hochohmig gewordene Elkos).

Zeichne auch mal bitte grob die Sekundärseite raus. Von den Oszillogrammen sieht mir das so aus, als wäre der Eimer eigentlich ein Flußwandler und kein Sperrwandler (es gibt einen zweiten Kern auf der Sekundärseite).

Wenn es mir nicht um historische Restauration ginge würde ich aus dem BJT einen MOSFET machen, den UJT-Kram rausreißen und einen UC3842 einziehen. Der kann nicht wirklich viel besser als der Sperrschwinger, aber man kann ihn gefühlvoll ansaften und das Verhalten beobachten. Das ist für die Fehlersuche extrem wertvoll.

Was auch noch sein könnte ist, dass die Fehlerursache ganz woanders liegt:
Entweder versagt die Regelung und die Crowbar löst aus (und zündet das Ding an), oder durch breite Elkos entstehen Spikes, die die Crowbar auslösen und das Ding anzünden.
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barclay66
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Der BUX48A ist zwar Spannungs- und Strommäßig überlegen, aber beim SOA nicht! Bei 100V darf der BUX48A 0,2A, der TIPL755 aber 0,4A.
Ich hätte da noch BU208A und BU208D (mit integrierter Diode) herumkullern. Wäre davon einer als Alternative geeignet? Ich werde aus den Datenblättern bezüglich SOA nicht recht schlau bzw. diejenigen, die mir vorliegen, enthalten dazu keine Diagramme.

Zeichne auch mal bitte grob die Sekundärseite raus. Von den Oszillogrammen sieht mir das so aus, als wäre der Eimer eigentlich ein Flußwandler und kein Sperrwandler (es gibt einen zweiten Kern auf der Sekundärseite).
Die Sekundärseite ist in dem PDF eines Belgiers zumindest handschriftlich auf Seite 6 dargestellt und stimmt auch soweit:
https://www.radiocollection.be/images/r ... P54503.pdf

Wenn es mir nicht um historische Restauration ginge würde ich aus dem BJT einen MOSFET machen, den UJT-Kram rausreißen und einen UC3842 einziehen. Der kann nicht wirklich viel besser als der Sperrschwinger, aber man kann ihn gefühlvoll ansaften und das Verhalten beobachten. Das ist für die Fehlersuche extrem wertvoll
Daran hatte ich auch schon gedacht. Ich war mir nur nicht sicher, ob sich die Primärwicklung des Wandlertrafos mit dem niedrigen Rdson eines Mosfets verträgt.
Als Ansatzpunkt hatte ich mir die folgende Schaltung angesehen. Sie käme auch ohne die Hilfswicklung aus, falls deren Werte nicht zur Betriebsspannung des UC passen sollten:
nab_ab.png
Was auch noch sein könnte ist, dass die Fehlerursache ganz woanders liegt:
Entweder versagt die Regelung und die Crowbar löst aus (und zündet das Ding an), oder durch breite Elkos entstehen Spikes, die die Crowbar auslösen und das Ding anzünden.
Die Crowbar ließe sich deaktivieren. Bei den Elkos habe ich keine Bedenken. Die sind etwas mehr als ein Jahr alt und alle low-ESR Panasonic.
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von Bastelbruder »

Und die Crowbar bleibt drin!

Den dem Zitat folgenden Text hab ich offline geschrieben, deshalb sind Wiederholungen und Überschneidungen mitanderen Beiträgen möglich. Allein der Tip mit dem neuen Schaltwandler sollte Überlegt werden, der quasi-Sinuswandler ist auch eine sehr effektive EMV-Maßnahme. Wie oft ärgern mich die Schaltnetzteile aktueller TEK und LeCrap Geräte, das Problem liegt doch eigentlich bloß in unzureichender Masse am zu untersuchenden Gerät. Bloß kann ich an schlechter Masse den Tastkopf nicht besser anschließen.
Hier passt etwas gar nicht. Mit einer Vorschaltlampe (welche?) kann kein so dicker Transistor kaputt gehen. Der Bux48 darf über 150 Watt verheizen, kann 15 A. Oder ist es gar ein Bux84, der auch im Text auftaucht? Kühlkörper?
Auch Herr Kaleu weiß: Das muß das Boot abkönnen!

Was den Schaltwandlern der Gründerjahre meist fehlt ist eine Stromüberwachung, gleichzusetzen mit Unterspannungsabschaltung. Es sind in den späten Achtzigern viele Fernseh-Schaltnetzteile nur deshalb verreckt, weil man sie in der Probierstube mit der aus Direktgleichrichterzeiten bewährten Angstlampe in Betrieb genommen hat. Der allerbilligste elektrische Stuhl aka 2-Transistor-Händilader funktioniert bloß deshalb recht zuverlässig, weil die Strommessung in der Emitterleitung als elementare Funktion des Sperrschwingers herangezogen wird. Der Wandler ohne Überwachung stirbt den Hitzetod durch Überstrom wegen unrealistischer Versorgung.

Natürlich gibt es auch keine Beschreibung wie man so ein Teil schonend repariert ohne beliebig viel Magic Smoke zu produzieren.
An der Stelle haben wir heute das kostenlose Hilfsmittel LTspice, damit läßt sich mindestens mal rauskriegen wie das Ding überhaupt funktioniert. Und dann läßt sich auch abschätzen welche minimalen Funktionsblöcke zur Inbetriebnahme zwingend notwendig sind. Auch die fast völlig unbekannten Trafodaten lassen sich durch Probieren in den Plausibilitätsbereich verschieben, Simulations-Startwerte können im Fingerforum erfragt werden.

Leider wird immer und überall mit dem korrekt berechneten Produkt aus vom Kaufmann im SOA-Diagramm gefundenen und sogar richtig abgelesenen Wertepaaren geworben, beim TIPL755A findet sich 10 A bei 18 Volt, eventuell sind noch 10 MHz bei 10 V 0,5 A relevant. Das im Fall Vorschaltlampe viel wahrscheinlichere Datenpaar liegt aber eher bei 200 Volt und 0,18 A - da waren's nur noch 36 Watt. Wohlgemerkt bei T Case=25°C. Darüber folgen Hotspotting und zweiter Durchbruch, der Stroom steigt auf weit über 10 Ampere und die Magnetostriktion bewirkt das hörbare "Knack" des Ferritkerns. Nachdem dann irgendwo eine Unterbrechung versucht hat den Strom aufzuhalten, melden sich die beteiligten Induktivitäten und wissen selbiges durch unbeherrschten Spannungsanstieg zu verhindern. Das tötet weitere Bauteile.
Sicher hat der unbedarfte Bastler schon die nicht nur auf vielen Händiladerplatinen deutlich angedeutete Funkenstrecke mit >5mm Luftspalt entdeckt und als Overkill zu den Akten gelegt. Tatsächlich ist der erste April noch in weiter Ferne.

Der als Ersatz gewählte BUZ48A scheint auch für mich ok, der sollte auch mit der Geschwindigkeit mitkönnen.

Farnell wirbt aktuell mit 450 V, 15 A, 175 W, vom zwielichtigen Hersteller "MULTICOMP PRO", leider nicht mehr lieferbar. Im SOA finde ich die Paarungen 17.5 A, 10 V und 200 V 70 mA. Da waren's nur noch Vierzehn Watt. Das Datenblatt von ONsemi präsentiert äußerst ähnlich aussehende Diagramme, allerdings noch mit Erklärungen "Second breakdown limitations do not derate the same as thermal limit." Naja, die Hotspots interessiert das dann nicht mehr.
Digi-Key hatte den Transistor von ST-Microelectronics die Werbedaten sind identisch, auf Diagramme hat man vorsichtig verzichtet.
Reichelt liefert noch, diesmal von icsemi, und Bürklin von dsi-halbleiter.de, ich habe nicht weiter gesucht.

Der Tantal ist tatsächlich ein Tantal, ziemlich sicher hat man den bei HP auch einer Eingangsprüfung unterzogen. Alle in den Fotos sichtbaren Bauteile stammen jedenfalls nicht aus Hinterhofwerkstätten, die sprichwörtliche Qualität von HP sehe ich nirgends beeinträchtigt.

Daß kein Teilertastkopf fürs Oszi vorhanden ist, ist nicht besonders weitsichtig, schützt solch ein preiswertes Teil doch das deutlich teurere Meßgerät. Für Messungen oberhalb 24 V ist ein Zehnerteiler Pflicht!

Warum der TIP41C nicht ein Typ A ist, dürfte einer sinnvollen Lagerlogistik geschuldet sein, selbst bei nur fast identischem Preis ist das billiger als zwei Lagerorte.
An der Stelle würde auch ein TIP41-Z mit bloß 10 Volt funktionieren.
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Ich werde wohl kommende Woche Nachschub an originalen TIP755A erhalten und ein Hochvolt-Tastkopf wird sich auch organisieren lassen.

In der Zwischenzeit werde ich mal die Ersatzschaltung mit UC3842 entwerfen. Die Varianten 3843, 3845 und 2845 habe ich auch da. Das wird dann erst separat aufgebaut, ausgemessen und angepasst. Mosfets liegen jede Menge rum und ich würde zunächst mit einem BUZ84A anfangen, da der auch TO-3 ist.
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barclay66
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Das ist der erste Wurf für die Ersatzschaltung mit UC3842 und Mosfet. Die Schaltfrequenz orientiert sich am lebenden Beispiel unter Last.
Das meiste habe ich aus dem Datenblatt, einigen Anwendungsbeispielen und Beispielberechnungen.
Was sicher nochmal geprüft werden muss sind der Strommesswiderstand, die Dimensionierung des Snubbers und der Abgriff der Hilfswicklung.
Offen ist auch noch die Frage, ob die Widerstände R13/14 durch eine Drahtbrücke ersetzt werden müssen und ob der Umbau der Crowbar-Schaltung so funktioniert.
Aber mit irgendwas muss man ja anfangen...
Alternative.GIF
andreas6
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von andreas6 »

Die Fotos von der Leiterkarte zeigen dass der Kühlkörper mit dem TO3 viel zu klein ist um dessen mögliche Verlustleistung abzuführen. Der Blechfinger mag im regulären Betrieb ausreichen, aber zur Fehlersuche sollte das schon ein gefurchter Aluklotz mit rund 10x10x10 cm oder eine noch größere dicke Blechplatte sein. Muss dann natürlich extern liegen und über Litzen angeschlossen sein. Aber dieser kleine Kühler kann eine zu hohe Leistung nur wenige Sekunden aufnehmen, dann wird der Transistor zu heiß und stirbt thermisch. Typischerweise sitzen solche Transistoren auf dicken Alublechwinkeln mit mehr als 200 qcm, wenn sie Horizontalablenksignale auf Zündspulen raus feuern.

MfG. Andreas
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Bastelbruder
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von Bastelbruder »

Ich wollte bloß noch andeuten daß der aktuelle Weg nicht funktionieren wird. Der Trafo ist nicht für Schaltwandler konzipiert, die Streuinduktivität dürfte viel zu groß sein. Auch der Zusatztrafo auf der Sekundärseite überträgt Sägezahnimpulse nicht so schön wie Sinüsse.

Der mickrige Kühlkörper ist ein Zeichen dafür daß die Schalltung im Quasi-Sinusbetrieb annähernd bei RESONANZ gearbeitet hat. Fast so wie die beliebten Baxandall-Wandler. Dort verzichtet man sogar auf jegliche Kühlung der Transistoren. Wenn man dem Baxandall die Ansteuerung durch etwas höhere Basis-Vorwiderstände verweigert, leben die Transistoren auch nicht lange.
Hier bekommt der Transistor sicher genügend Ansteuerung, aber er will mehr als er überhaupt verträgt. Deshalb hatte ich zur Hilfe die Stromüberwachung vom Elektrostuhl vorgschlagen. Die sollte den Transistor vor sich selbst schützen und kurze Messungen der Kollektorspannung ermöglichen. Den Kühlkörper - ja der wird heiß, sonst kann er seine bestimmungsgemäßen Aufgabe nicht erfüllen - muß man dazu nicht vergrößern. Die hier überschrittenen Grenzwerte des SOA sind nicht unbedingt von der Temperatur abhängig, ich hab das weiter oben schon erwähnt.

Der Wandler hat sich ursprünglich in Sachen EMV kommod verhalten. Weil der Transistor im Normalfall in der Nähe des resonanten Nulldurchgangs schalten durfte.

Google findet mit Rehrmann und Sinuswandler eine Seite mit der sehr eingängigen Beschreibung. Bis zum Ende durchlesen!

Wohin hat sich die im Magnetismus gespeicherte Energie nach den Knackgeräuschen verflüchtigt? Könnte da vielleicht noch ein unscheinbarer Fehler Energie absaugen? Ich hab mehrfach erlebt daß Transistoren und Dioden bloß halb "durchlegiert" sind und erstmal nur die Sperrspannung drunter gelitten hat.

Ich hab alles gesagt
und würde mich freuen, irgendwann irgendwo eine Erfolgsmeldung zu hören.
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barclay66
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Hm,
Ich wollte bloß noch andeuten daß der aktuelle Weg nicht funktionieren wird. Der Trafo ist nicht für Schaltwandler konzipiert, die Streuinduktivität dürfte viel zu groß sein. Auch der Zusatztrafo auf der Sekundärseite überträgt Sägezahnimpulse nicht so schön wie Sinüsse.
Das hatte sich für mich zuvor anders gelesen:
Allein der Tip mit dem neuen Schaltwandler sollte Überlegt werden, der quasi-Sinuswandler ist auch eine sehr effektive EMV-Maßnahme.


Und dann noch eine Frage hierzu:
Deshalb hatte ich zur Hilfe die Stromüberwachung vom Elektrostuhl vorgschlagen.
Ist damit das hier gemeint?
Der allerbilligste elektrische Stuhl aka 2-Transistor-Händilader funktioniert bloß deshalb recht zuverlässig, weil die Strommessung in der Emitterleitung als elementare Funktion des Sperrschwingers herangezogen wird. Der Wandler ohne Überwachung stirbt den Hitzetod durch Überstrom wegen unrealistischer Versorgung.
D.h., zwischen Emitter und Masse einen Widerstand (z.B. 1 Ohm) einfügen und den Spannungsabfall messen?
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ferdimh
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von ferdimh »

Ich glaube nicht, dass das wirklich ein resonantes Ding ist. Die Sekundärseite sieht mir nicht danach aus. Wenn doch, wird man es an schwer beschissenem Verhalten merken, schon bei kleinen Eingangsspannungen. (Den 3842 kann m an ja getrennt besaften).

Bem 3842 würde ich sparsamer vorgehen:
Die ganze Elektronik auf der Sekundärseite würde ich lassen. Die Regelung hat bisher getan, und wird auch nachwievor den Optokoppler bei zu hoher Spannung bestromen. Der Anlaufwiderstand kann auch ruhig 220 kOhm oder mehr sein, 56k gibt nur unnötige Heizerei.

Und lass die Crowbar wie sie ist!
Je einfacher die ist, desto größer sind die Chancen, dass sie im Fehlerfall das Oszi rettet. Und der 3842 ergibt einen kurzschlußfesten Wandler, da kann gar nix anbrennen.
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Beim 3842 würde ich sparsamer vorgehen:
Ich habe das mal in entsprechender Weise vereinfacht:
Alternative_v2.GIF
Allerdings habe ich noch Bastelbruders Worte vor Augen:
Der Trafo ist nicht für Schaltwandler konzipiert
Aber auf einen Versuch kann man es evtl. angesichts des geringen Aufwandes ankommen lassen. Vielleicht lässt sich da durch Anpassung der Schaltfrequenz oder Wahl eines UC mit 50% Duty Cycle noch etwas optimieren. Ich baue das ganze mal auf und messe mich schrittweise durch.
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barclay66
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

So, ich habe es getan!

Hier die Ansicht des jetzt fremdbeatmeten Netzteils (Schaltung wie im Beitrag über diesem):
IMG_0866.JPG
IMG_0867.JPG
Was funktioniert:
- Die Sekundärspannungen sind alle da und lassen sich auf die Normwerte einstellen
- Die Regelschleife über den Optokoppler funktioniert
- Der BUZ84A bleibt praktisch kalt (ohne Last an der Sekundärseite)

Was ich mir noch ansehen/lösen muss:
- Die Spannung der Hilfswicklung ist für den UC3842 zu wenig. Auch für den UC3843 fehlen noch 0,5V. Evtl. geht es mit einer Schottky-Diode und ohne den 22 Ohm-Widerstand. Mit externer Besaftung ist alles stabil.
- Der Crowbar-Thyristor schaltet durch, obwohl die Spannungen im Rahmen sind. Da ist noch etwas im Argen. Evtl. ist damit auch die Ursache des ursprünglichen Fehlers verknüpft.
- Den Source-Widerstand muss ich vielleicht noch etwas größer wählen. Das kann ich aber nur unter Last prüfen. -> Später
- Die optimale Schaltfrequenz werde ich noch versuchen zu ermitteln. Im Moment läuft alles mit ca. 80 kHz.
- Ob der Snubber optimal konfiguriert ist, weiß ich derzeit auch noch nicht, hängt auch von der finalen Schaltfrequenz ab. Wenn jemand einen Tipp hat, wie man die ermitteln könnte, dann immer her damit.
Konsole
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von Konsole »

Respekt schonmal dafür, so weit gekommen zu sein.
Der UC3843 ist kompatibel zum 3842, braucht aber nur gut die halbe Versorgungsspannung. Vielleicht löst das zumindest das erste Problem.

Edith meint: Du Depp, das hat er doch schon geschrieben. :roll:
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barclay66
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Leider nein. Aber ich habe in der Teilesammlung eine Schottky-Diode gefunden, die bei wenig Strom unter 300mV Flussspannung hat. Das sind schon mal über 1V weniger als die UF4007, die jetzt drin ist. Morgen geht‘s weiter…
andreas6
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von andreas6 »

Wenn die Spannung auf der kleinen netzseitigen Wicklung zu gering ist, probiere mal eine Vervielfacherschaltung. Strom kommt ja offenbar genug heraus, wenn man den vorher mit einem Widerstand bremsen musste. Und es ist nie verkehrt, eine Reihe an Schottkys im Vorrat zu haben. Bei mir sind die ausgelöteten Schottkys selektiert nach über und unter 0,2 V Flussspannung. Aber auch mit normalen schnellen Dioden funktioniert ein Vervielfacher gut.

MfG. Andreas
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ferdimh
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von ferdimh »

Bitte keinen UC3843 verwenden.
Die Hohe-Einschalt-UVLO vom 42er macht sicheres Starten erst möglich (Elko lädt auf 16V; Kiste läuft an, bevor die Spannung unter 10V gesunken ist, kommt Spannung von der Hilfswicklung). Beim 3842 darf sich der Elko nur 1V entladen und die Kiste bleibt wieder stehen.

Zur Snubberauslegung:
Drainspannung des FETs oszillographieren.
Last langsam erhöhen.
Zu sehen ist normalerweise beim Abschalten ein Überschwinger, gefolgt von einem Plateau. Der Überschwinger baut die Energie ab, die in der Streuinduktivität steckt. Da diese 1/2 LI² ist, steigt die Energie quadratisch mit dem Primärstrom (und damit mit dem Laststrom).
Der Kondensator muss so gewählt sein, dass er sich über eine Periode der Schaltfrequenz am gegebenen Widerstand ein gutes Stück entlädt. Ich würde mit viel C anfangen. Ist C zu groß, funktioniert der Snubber trotzdem, es wird nur unnötigerweise mehr Energie vernichtet.
R so lange verkleinern, bis bei Strombegrenzung die Spannungsspitze ein Stück (50V oder so) über dem Plateau ist und zur Spannungsfestigkeit des MOSFETs noch Luft ist.

Eine Leistungszener ist im Übrigen energetisch günstiger als ein Widerstand, da sie die verheizte Energie präzise an die tatsächlich anfallende anpasst. Bei Teillast wird so nicht "auf Verdacht" Energie verbraten. Dafür muss eine Zener mehr Luft lassen, dass sie nicht dauerhaft das Leiten anfängt...
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Hi,

danke für die Tipps. Das kann ich heute Abend mal versuchen. Bezüglich Vervielfacherschaltung müsste man sicherlich schauen, ob da genug Strom rumkommt, da der UC sich bis zu 25mA genehmigt.
In der nicht optimierten Schaltung zappelt die Versorgungsspannung um die 8V herum. Das ist definitiv zu wenig für einen UC3842 und lässt einen UC3843 zwischen Betrieb und Shutdown hin- und herschalten.

Das Thema Snubber gehe ich an, sobald mein Hochvolt-Tastkopf eingetroffen ist.

Zum Thema Source-Widerstand und Snubber möchte ich wie folgt vorgehen:

Sobald das Netzteil stabil läuft, messe ich unter Nennlast die Gesamtstromaufnahme und schaue, bei welcher Schaltfrequenz ein Minimum entsteht, ohne dass die Ausgänge in die Knie gehen. Dass muss ja dann die Frequenz für die bestmögliche Effizienz sein.
Dann schaue ich, wie viel Spannung am Source-Widerstand abfällt. Der Widerstand wird dann so neu berechnet, dass bei Nennlast ca. 0,9V abfallen. Damit sollte der Überlastschutz eingepegelt sein.
Zum Schluss wird dann gemäß obiger Vorschläge der Snubber optimiert. Da gibt es zwar auch einen ganzen Haufen Formeln dafür; mir gefällt jedoch der per Messung verifizierte Ansatz besser.

Dann kommt der erste Test im Gerät.
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Zur Hilfswicklung ist mir noch aufgefallen, dass diese in den meisten Anwendungsbeispielen gegenläufig zur Primärwicklung eingezeichnet ist. Damit soll wohl erreicht werden, dass der UC mit seiner Anlaufspannung wenigstens einmal den Mosfet durchschaltet und dann bei abfallender Flanke auf der Hilfswicklung ein Peak kommt. Das habe ich in meinem Netzteil noch gar nicht überprüft. Noch ein To Do...
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von andreas6 »

Eine Simulation zeigt diese Schaltung als brauchbar, um die Speisung des Chips aus der kleinen Trafowicklung zu sichern:
Villard.png
Villard.png (6.75 KiB) 777 mal betrachtet
Vorsichtshalber nur 6 V Sinus als Quelle angesetzt, kommen oben über glatte 20 V raus, bei einer Last von 25 mA. Wenn weniger reicht, tun es auch normale Dioden. Spitzenströme knapp 1 A, das sollten die Dioden und Elkos können.

MfG. Andreas
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Vielen Dank für Deine Mühe. Das baue ich mal separat auf zum testen.
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von UMdih »

Ich würde dem Elko zwischen VCC und GND deutlich mehr Kapazität verpassen. Anstatt von 100uF würde ich eher mal 470uF probieren.
Ich kenne den UC3842 und auch den UC3843 aus beruflichen Gründen. Allerdings wird dieser Elko (aus welchen Gründen auch immer ;-) ...)
sehr gerne immer mit 100uF oder 220uF viel zu gering dimensioniert und dadurch entstehen dann unnötige Anlaufprobleme. Ein 470uF hat an
der Stelle dann immer "Wunder" bewirkt und seitdem gibt es keinerlei Anlaufprobleme mehr.
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ferdimh
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von ferdimh »

Die relativ kleine Kapazität des Elkos hat aber auch eine Schutzfunktion:
Kommt die Kiste nicht hoch, ist die Zeit, die der Wandler potentiell gegen einen Fehler arbeitet, begrenzt...
Auch 22 oder 47 µF sind öfter mal zu sehen. Problematisch werden die aber eigentlich nur, wenn sie bereits ordentlich Kapazität verloren oder ESR gewonnen haben.
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barclay66
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Hier gibt es mal wieder Neuigkeiten.

... und auch gleich noch Fragen.

Mehrere Versuche, die Stromversorgung für den UC3842 zu realisieren sind gescheitert. Darunter waren:

- Vorhandene Hilfswicklung und Vervielfacherschaltung (kam gar nicht richtig hoch, da der UC schon abschaltet bevor genug Halbwellen durchlaufen)
- Vorhandene Hilfswicklung, Gleichrichtung und DC/DC-Wandler (gleiches wie zuvor)
- Mini-Wandlertrafo parallel zu Primärwicklung und dann von dessen Sekundärwicklung abzweigen (instabil)

Am Ende ist es ein kleiner Buck-Wandler rund um den LNK304 geworden, der stabile 25V bereitstellt (siehe aktuelles Schaltbild).

Alternative_v5.JPG

Der Aufbau wurde in die vorhandenen Höhlungen eingepasst und -soweit notwendig- isoliert. Die senkrecht sitzende Platine enthält die Ansteuerung mit dem UC3842 und waagerecht sitzt der Buck-Wandler.
Der IRFP wurde auf einen neuen Kühlkörper gesetzt wo früher der TO-3 KK saß. Die nach oben stehenden Kühlrippen liegen nach Einbau ins Oszi genau im Luftstrom.

IMG_0931.JPG
IMG_0932.JPG

Damit läuft die ganze Chose sogar unter Last und ab rund 70 kHz stimmen auch die Ausgangsspannungen. Noch besser läuft es so rund um 100 kHz,
allerdings kommt dann ein nicht so gesund klingendes Zirpen aus der Schaltung. Der IRFP wird nicht mal richtig lauwarm und auch sonst steigt kein Magic Smoke auf.
Einzig der 15K Widerstand im Snubber wird ziemlich heiß und daher habe ich mir mal die Oszillogramme angeschaut. Das sieht irgendwie nicht wirklich gut aus:

IMG_0938.JPG

Am Drain des IRFP460A sieht man das typische Nachschwingen nach dem Durchschalten des MOSFETs (weißer Abschnitt A im Bild).
So wie ich es verstanden habe, müsste der Snubber genau hier gegensteuern und da könnte man sicher auch noch optimieren.
Was ich aber gar nicht verstehe sind die fast zwei sinusförmigen Halbwellen, die im gelben Abschnitt B nach der Abschaltung des MOSFETs folgen. Die sollten m.E. nicht da sein, oder?
Aus der Ansteuerung stammen sie jedenfalls nicht, wie das Oszillogramm am Gate wiedergibt.

IMG_0941.JPG

Was mir da aber nicht gefällt, ist das wilde Gezappel bei der ansteigenden Flanke. Könnte man das mit einer kleinen Kapazität gegen Masse bedämpfen, ohne das Nutzsignal abzurunden?
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von ferdimh »

Der Snubber tut seinen Job vorbildmäßig, er hat nämlich die erste riesige Spannungsspitze am Anfang korrekt entsorgt (er ist vom Spannungsanstieg bis zum ersten Sinusförmigen Einbruch aktiv). Wenn der Snubber seinen Job getan hat, bleibt Restenergie übrig, die eben noch ein bisschen Nachschwingen verursacht. Dieser Schwinger ist potentiell ein EMV-Problem und könnte durch andere Dimensionierung des Gesamtkunstwerks noch etwas reduziert werden. Ein großes Problem ist er in meinen Augen aber nicht.
Der Snubber ist ansonsten nicht grob falsch dimensioniert. Man könnte den Kondensator noch verkleinern, so dass er sich während der Einschaltzeit des FETs weiter entlädt (z.Zt. ist die Zeitkonstante 150µs, d.h. das Ding entlädt sich in einem Schaltzyklus fast nicht). Dann greift der Snubber etwas früher und damit potentiell auch weicher.
Wenn du Diode und RC tauschst, kannst du auch die Spannung am Snubberkondensator zweckmäßig oszillographieren und im Zweikanalbetrieb ganz gut sehen, wann der Snubber arbeitet und wann nicht.
Das komplette Wegsnubbern des Überschwingers bei Vollast ist durch Verkleinern des Widerstandes möglich, aber nicht wirklich zweckmäßig - dann wird einfach nur unnötig viel Energie im Widerstand verbraten.

Das Gezappel am Gate würde ich erstmal für einen Messfehler halten. Ich würde zu Testzwecken mal über 1kOhm in ein Koax auskoppeln (direkt an G und Masseende-vom-Sourcewiderstand anlöten, kürzestmögliche Leitungslänge!) und am Oszi mit 50 Ohm Abschluß anschauen. Wenn dann immer noch ein Überschwinger da ist, dann können wir darüber reden, was wir dagegen machen.

EDIT: Beim genauen Hinsehen sieht man den Rumpler beim Einschalten auch auf dem Drain. Der kommt also vermutlich nicht vom Gate...
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Hi,

danke! Ich werde heue Abend die Diode versetzen und mit der Snubber-Kapazität etwas experimentieren.

Bezüglich der langsamen Nachschwinger habe ich eine vergleichbare Darstellung in dieser Application Note gefunden:
https://scdn.rohde-schwarz.com/ur/pws/d ... ethods.pdf
Unbenannt.JPG
Das sieht doch fast genauso aus und wird als Effekt des LC-Schwingkreises bestehend aus Wandlerinduktivität in Verbindung mit der Drain-Source-Kapazität erklärt. Sieht nicht so aus, als ob das unterbunden werden müsste...
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von Bastelbruder »

Die beiden Schwingungen unterscheiden sich primär dadurch daß die Diode bei der hohen Frequenz eingeschaltet und bei der niedrigen ausgeschaltet ist.

Bei der hohen Frequenz ist fast ausschließlich die (Summe der) Streuinduktivität(en) wirksam und bei der niedrigen nur die Induktivität der Primärwicklung.

Das RS-Pamphlet finde ich ziemlich brauchbar.

Der Snubber ist nicht besonders wirksam, die langsame Frequenz sollte viiel stärker gedämpft werden. Gegen die hohe Frequenz helfen Ferritperlen auf den Anschlüssen der Leistungshalbleiter.
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von ferdimh »

Bastelbruder hat geschrieben: Mo 20. Mär 2023, 18:05Der Snubber ist nicht besonders wirksam, die langsame Frequenz sollte viiel stärker gedämpft werden.
Widerspruch!
Die niedrige Frequenz ist hässlich - tut aber kaum weh. In ihrer Sinusform hat sie auch nur geringe Motivation, die Büchse zu verlassen. "Quasi-resonant"-Wandler nutzen das sogar aus, dass sie durch Einschalten auf dem Tal der Schwingung EMV-Dreck sparen.

Um den mit dem vorhandenen Snubber kleinzukriegen, müsste man C (oder R) massiv verkleinern, sonst ist die Dioden für die ganze Zeit des langsamen Schwingers gesperrt.
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von barclay66 »

Nun ja, einen Schritt vorwärts und auch wieder einen oder zwei zurück...

Zunächst habe ich die Diode im Snubber versetzt, sodass sie mit der Anode am Drain des IRFP hängt.
Dann nochmal am Drain mit wesentlich näherer Massezuführung oszillografiert: Sieht natürlich fast genauso aus wie vorher aber mit weniger Spikes. War also die Masseführung zum Messen vorher nicht ideal.
Als Nächstes den Snubber-C von 10 nF auf erst 8,2 nF und dann auf 5 nF reduziert. Ergebnis: Eine geringfügigere Änderung im Einschwingmoment; es bildet sich etwas wie ein kleines Plateau aus; auf jeden Fall das genaue Gegenteil von zerstörerischen Impulsen.

Die größte Überraschung kam, als ich den Einfluss der Schaltfrequenz auf die Signalform untersuchte: Je höher die Frequenz, desto mehr vom Sinus-Schwanz im Ausschaltmoment verschwand! Bei etwa 120 kHz konnte ich den sogar komplett ausblenden. Hier die Messung am Drain bei 124 kHz:

IMG_0942.JPG

Das sieht fast sauberer aus als am Gate!
Und hier noch die Messung an der Anode der Snubber-Diode:

IMG_0944.JPG

Na ja, und dann wollte ich noch eine andere Diode ausprobieren, die noch schneller schaltet: Paff!
Die war etwas weniger Spannungsresistent, legierte durch, riss den IRFP mit sich, dessen Source-Widerstand und auch den UC3842. Zum Glück habe ich alles mehrfach da. Also morgen wieder der Neuaufbau...
tom
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von tom »

Diese Schalung Funktioniert seit Jahrzehnten in zig-tausend Geräten.
Vielleicht kannst Du damit was anfangen.
Schau Dir auch mal die Gate- Ansteuerung an.
Bild_2023-03-21_074707156.png
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ferdimh
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Re: Reparatur Schaltnetzteil HP 54510A bzw. 1650A

Beitrag von ferdimh »

Der Kondensator kann theoretisch solange verkleinert werden, bis entweder die Spannungsspitze am Anfang zu groß wird, oder eine Stufe im Sägezahn entsteht (die Diode also zwischendrin noch mal leitend wird). Da ginge also noch was...
Andererseits ist es vielleicht gut genug, und du optimierst dich kaputt.

Der Ausschwinger "verschwindet" durch Erhöhen der Schaltfrequenz, weil du den lückenden Betrieb verlässt:
Bei niedriger Schaltfrequenz steigt der Primärstrom (und damit das Magnetfeld im Kern) an, bis der Transistor abschaltet. Dann leitet die Diode auf der Sekundärseite, bis der Strom auf 0 geht. Wenn der Strom auf 0 ist, leitet gar nichts mehr, und die Energie, die in diversen Schaltkapazitäten steckt, kann unbehelligt schwingen.
Erhöhst du jetzt die Schaltfrequenz, schaltet der Transistor wieder ein, bevor der Strom auf 0 geht, und die Ausschwingphase wird (zumindest bei hoher Last) vermieden.

Das nutzt den Übertrager etwas besser aus (was du vermutlich hier nicht brauchst), macht aber die Regelschleife zickiger: Dadurch, dass der Strom nicht auf 0 geht, bekommt der Übertrager ein Gedächtnis. Bei gegebener Einschaltzeit wird der Spitzenstrom dann mit jeder Periode größer (oder kleiner). Das gibt eine zusätzliche verzögerte Reaktion, die zusätzliches Schwingpotential birgt.
Der UC3842 kommt damit klar (weil er eben nicht auf die Einschaltzeit, sondern auf den Spitzenstrom guckt), aber historische Schaltungen eher weniger. Daher wird Alttechnik in der Regel so ausgelegt, dass sie stets lückt.

Bei hohen Einschaltzeiten und nichtlückendem Betrieb können immer noch Instabilitäten auftreten. Die kann man beseitigen, indem man ein bisschen Sägezahn aus dem Generator mit auf den Current Sense-Pin gibt. Damit würde ich aber warten, bis ein reales Problem existiert. Meiner Meinung nach läuft der Eimer jetzt schon gut genug.
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