关于DC-DC转换器的易于修复–电源问题

一开始，这没什么大不了的。大约在1985年，电信公司仍在使用设备，DUT是一种远程操作的双绞电话电缆分析仪。几年前，我们对其中的几台进行了广泛的逆向工程并进行了维修，因此OEM已不复存在。客户对我们以前的工作感到非常满意，以至于最近又有另一批古董进行了维修。

作为进行初始逆向工程的SME（主题专家），我将项目交给了我。拿出我的笔记，并尝试用两年前的学习来刷新我的记忆。易于修复–电源问题。这是一个简单的DC-DC转换器，没有调节反馈：-48伏输入到推挽式中心抽头降压变压器，线性调节+ -15Vdc和+5 Vdc输出。几个电阻被烧成酥脆，集电极-发射极钳位二极管短路，7815和7915线性稳压器泄漏到地面失败（幸运的是，因为这有望使负载电路免受损坏），五个电解电容器变干了并在示波器上进行测量。非电解电容器均测试良好。为了预防起见，我更换了所有电源芯片，

TIP51 NPN BJT推挽驱动器过时的晶体管很难找到替代品，但最终找到了在电气上合适的NTE394。它采用的是较大的TO-249封装，而不是原始的TO-218，但采用的是螺栓到散热器的样式，所有机械尺寸看起来都是可行的。在这种情况下，金属机箱外壳本身用作散热器。

最初的TIP51晶体管使用了符合橡胶要求的绝热材料和塑料肩垫圈，以将其集电法兰与底盘电气隔离，但是这些绝缘子体积太小，无法与新晶体管一起重复使用。每个NTE394都带有一个大的云母绝缘体，需要在绝缘体的两侧散布一层薄薄的导热化合物，以实现充分的热传导。我们的零件库存中存储了某种类型的导热油脂– Arctic Silver 5-因此我使用了它。起初，我有点担心，因为这种润滑脂是由悬浮在“高级多合成油”中的微小银颗粒组成的，但其数据表却表明它不导电。随新NTE394一起提供的云母绝缘子看上去有些破旧，在运输时弯曲了，

出于谨慎的我做的第一试射在20伏，而不是正常的48伏-冒烟测试只是如果DUT没有成功不 吸烟。（也许应该称为防烟测试）。开关晶体管之一的集电极上的示波器显示出振荡了几秒钟（yeehaw！），然后突然停止了振荡。随后以更高的电压上电将导致“压缩”现象，即如图1所示的几个振荡周期的短脉冲，然后在重复之前暂停几毫秒。

Q1基地

地面是Q1发射极

Q1收集器

图1  蠕动每隔几毫秒重复一次。Vin是-48V。

那个电源使我陷入了疯狂的追逐中。为了继续在降低的20伏电压下进行测试，我暂时减小了46K4基极偏置电阻，以再次使该信号能够产生波形，希望不会发生任何爆炸。然后是我所遇到的最令人沮丧，费力的，痛苦不堪的故障排除经验。

即使降低了基极偏置电阻，该蠕变也不与电源电压一致。有时它会以18伏的电压开始蠕动，有时直到30伏才开始蠕变。当不压缩时，它仅会吸收约10 mA的电流，两个推挽晶体管几乎都偏置为导通状态，因此显然没有短路组件。

图2  电路看似简单。这有什么问题呢？

为了消除过载的可能性，我卸下了桥式整流器。电路仍然受压。

更换完所有有缺陷的组件后，问题是否出在磁性元件上？主变压器T1（装在金属外壳中，已定制，现在已淘汰）没有多余的备件，但T2是环形磁芯上的几匝电磁线。有短路吗？岩心是否已从先前的断层中被磁化和饱和了？将其从PCB上拿下来，并使用图3的以下电路测量电感：

图3  使用示波器和方波函数发生器测量变压器电感。

图4   DUT变压器的响应在C = 1nF的情况下，电感的计算公式为L = 1 [[（2πf）2 C]，为21.3µH 。

图4看起来还不错，但即使在所有绕组都空载的情况下也有很好的阻尼，将初级绕组的另一半短路会导致电感急剧下降，证明没有短路匝。 

由于所涉及的低压，变压器不太可能在实际工作条件下发生故障，并且环形磁芯不导电，因此不会受到高压（雷击）浪涌的破坏。但是仍然存在可能的磁芯磁化或看不见的裂纹的问题，并且由于我在垃圾箱中有一些大小大致相同的环形磁芯，所以我用相同的匝数缠绕了一些。最初的核心材料类型是未知的，但是通过myjerry操纵的尝试之一已经接近完成，请参见图5。

图5   Amidon FT-50A-77环形材料仍为1µs / div，具有较高的电感（85.9µH），但其他方法也适用。

不幸的是，蠕变继续，所以我将原始的T2放回PCB上，然后将其他T2放回垃圾箱中以备将来使用。

将主变压器T1从PCB上拉出，并进行类似的测试。再次使另一个绕组短路会导致电感急剧下降，从而证明变压器内部没有短路匝。但是，在正常操作的较高电压下该怎么办？

注意（在图2中）T1绕组与82R5电阻和0.1µF电容器串联。我打开了这个分支，并插入（串联）了一个小型变压器（Midcom50398，另一个垃圾箱工件），并用来自函数发生器的方波来驱动它。这迫使电路进入连续工作状态，以便更好地了解挤压的静噪情况。串联的0.1pF电容可对方波进行微分，以限制晶体管的导通时间，希望达到一个安全值，该值不会因连续工作而炸毁晶体管。

我用限幅夹线将T1重新连接回电路。为了测量晶体管和变压器电流，将一个1 ohm电阻插入电路的发射极分支，并使第二个129µH扼流圈（与二极管和27 ohm电阻并联）短路，以消除其影响。然后，当1欧姆电阻两端的电压下降时，就可以在示波器上读取电流。我应该已经看到由于变压器电感的空载，每个电流脉冲都有一个上升沿。相反，我看到了这个：

发射极电流通过1Ω；1V = 1A （I平均 长凳供应米是220毫安）

Q2集电极电压

示波器接地–ve侧为1 ohm

图6  看来，T1初级电流并未按预期上升。

T1出问题了吗？

由于无法获得另一个相同类型的T1，我从电感值大致相同的废旧报废PCB上拉了一个普通的扼流圈，用于临时测试。共模扼流圈具有两个相同的绕组，并且可以很好地替代DUT T1中心抽头式无载初级线圈，以验证我的测试设置。我从电路上拆下了原始的T1，并使用相同的分配器夹线将该扼流圈塞入DUT。

结果令人大开眼界。参见图7和8。

发射极电流通过1Ω；1V = 1A （I平均 长凳供应米是220毫安）

Q2集电极电压

示波器接地–ve侧为1 ohm
 

图7用  共模扼流圈代替T1时，接通Q2时没有变化，但接通Q1时电流很好地斜升了。

发射极电流通过1Ω；1V = 1A（I平均 长凳供应米是220毫安）

Q1集电极电压。峰值电压达到200伏特。示波器接地–ve侧为1 ohm

示波器接地–ve侧为1 ohm

图8  上面无法解释。为什么只有Q1具有所需的电流斜坡？

与原始变压器不同，共模扼流负载在两个推挽驱动晶体管之间显示出截然不同的开关特性。交换扼流圈没有影响，问题一直存在于第二季度。很明显，电路的Q2部分出了问题。

最终，有了一个可靠的线索，我再次用欧姆表戳了戳。Q1和Q2集电极到机箱的距离均为21.5欧姆。我现在有罪魁祸首–必须是T1中心抽头和先前检查过的机箱之间的1pF电容器。Butnope –将帽从PCB上拔下来没有任何区别。尽管温度计告诉我，电路中的机箱也没有其他连接。

然后打了一个令人讨厌的怀疑，并且在仍然连接温度计的情况下，我退了Q2的安装螺钉大约四分之一圈。仪表跳到约8K欧姆。

我松开了Q1的安装螺丝–仪表跳到了无穷大–开路。

晶体管的集电极安装法兰不知何故通过云母绝缘体泄漏到机箱。我知道绝缘子已经弯曲了一个小折痕，但是即使裂缝确实完全穿透了绝缘子也不会引起任何问题，因为导热油脂是不导电的。

再看一下数据手册。如果将导热油脂涂在PCB板上，则它是不导电的。它用于连接到CPU的散热器。当将散热器安装到BGA上时，我们的工作人员会使用这种油脂。在这种使用中，即使它是导电的也不会有问题。

但是数据表却没有说在将晶体管法兰固定到散热器的更高压力下压缩油脂时会发生什么。还记得润滑脂中含有浸在油基中的微小银颗粒吗？当紧密挤压时，这些银颗粒是否会相互接触？如果是这样，当挤入完全穿透云母绝缘体的裂缝中时，这种油脂可能会引起我所看到的问题。

向北极银公司发送电子邮件，几个小时后接到一个电话。是的，他们确认他们的产品在压力下会导电。

然后，我又获得了另外两个完整的云母绝缘子和一些不含银颗粒的真实导热油脂-您知道，每个人都将白色物质称为鸟粪。在那之后没有更多的问题了。

编辑：hfy