Как проверить сварочный инвертор осциллографом

Сварочный инвертор может включаться, запускать вентилятор и реагировать на регулятор тока, но при этом не формировать сварочную дугу или срабатывать по защите. Мультиметр помогает проверить питание, найти короткое замыкание и выявить пробитый силовой транзистор. Но он не покажет, как работают ШИМ-контроллер, драйверы и силовые ключи во время переключения.

Для этого нужен осциллограф. По форме импульсов можно проследить сигнал от управляющей части к силовому каскаду и понять, на каком участке он пропадает или искажается.

Если сначала нужно разобраться с подключением щупа, каналами и базовыми настройками прибора, эти вопросы отдельно рассмотрены в материале «Про осциллограф для новичков — просто и понятно!». Здесь сосредоточимся именно на диагностике и ремонте сварочного инвертора.

Что проверяют осциллографом в сварочном инверторе

У разных аппаратов схемотехника отличается, поэтому универсального набора контрольных точек нет. Общий принцип диагностики один: сигнал проверяют последовательно от управляющей части к силовой.

Осциллограф позволяет посмотреть:

• импульсы на выходе ШИМ-контроллера;
• сигналы на входе и выходе драйверов;
• напряжение затвор–эмиттер IGBT или затвор–исток MOSFET;
• симметрию парных управляющих каналов или плеч преобразователя;
• работу цепи обратной связи;
• пропуски импульсов, искажённые фронты и нестабильное переключение.

Если доступна сервисная документация, полученные осциллограммы лучше сравнивать именно с ней. При её отсутствии полезным ориентиром становятся симметричные каналы одного преобразователя: заметное различие между ними часто помогает локализовать неисправность.

Для сравнения двух сигналов одновременно достаточно двухканального прибора. Например, VERDO SB1623 с полосой 100 МГц и частотой дискретизации до 1 Гвыб/с можно использовать при проверке сигнала до и после драйвера или двух парных управляющих каналов.

Частоту, длительность импульса, размах и другие параметры не будем разбирать заново. Способы таких измерений приведены в нашей статье «Осциллограф в деле: что, как и зачем измерять?».

Последовательность проверки сварочного инвертора

До включения силовой части имеет смысл мультиметром проверить аппарат на короткое замыкание, состояние силовых транзисторов и основные цепи питания. Если силовой ключ пробит, включать силовую часть ради снятия осциллограмм не следует.

Дальше удобно двигаться по цепочке:

• Питание управляющей платы. Если ШИМ-контроллер и драйверы не получают нормального питания, искать управляющие импульсы дальше бессмысленно.
• Выход ШИМ-контроллера. Проверяют, формируются ли на выходе контроллера ШИМ-импульсы и остаются ли они стабильными.
• Выход драйвера. Если на выходе контроллера сигнал есть, а после драйвера он пропадает или заметно искажается, неисправность следует искать между контроллером и силовым ключом.
• Управление силовыми ключами. Сравнивают парные каналы, амплитуду и форму импульсов, фронты и паузы между переключениями.
• Обратная связь. Если импульсы появляются, а затем пропадают или меняются без ожидаемой причины, нужно учитывать возможное срабатывание защиты и работу цепей обратной связи.

Такой подход полезнее, чем измерять случайные точки платы и пытаться поставить диагноз по одной осциллограмме.

Какие осциллограммы сварочного инвертора указывают на неисправность

При ремонте особенно полезно сравнивать сигналы в связанных участках схемы.

Обратить внимание стоит на ситуации, когда:

• импульсы присутствуют на выходе контроллера, но отсутствуют после драйвера;
• один из парных управляющих сигналов заметно отличается по амплитуде или форме;
• периодически пропадают отдельные импульсы;
• фронты управляющего сигнала заметно затянуты;
• после переключения появляются выраженные выбросы или высокочастотные колебания, которых нет в симметричном канале;
• коэффициент заполнения или длительность импульса меняются без ожидаемого изменения режима работы.

Необычная осциллограмма не всегда означает неисправность конкретной детали. Например, отсутствие ШИМ может быть нормальной реакцией контроллера на сигнал защиты.

Высокочастотный «звон» после фронта тоже может появляться не в самом инверторе, а в измерительной цепи, например из-за длинного провода заземления щупа.

Если неисправность проявляется редко, полезна длинная запись с возможностью затем увеличить нужный участок. Например, у VERDO SB1802 глубина записи достигает 400 Мточек, поэтому такой прибор удобен при поиске редких пропусков импульсов и кратковременных событий.

Настройка триггера для подобных случаев описана в статье «Что такое триггер в осциллографе: как "поймать" сигнал и остановить картинку».

Безопасность при измерениях в силовой части

Это принципиальный момент при диагностике сварочных инверторов. У большинства обычных настольных осциллографов общий провод пассивного щупа электрически связан с защитным заземлением. Поэтому подключение «крокодила» к плавающей точке силовой части может замкнуть её на землю через осциллограф.

Особенно осторожно нужно относиться к измерению управляющего напряжения верхних ключей моста или полумоста. Само напряжение затвор–эмиттер или затвор–исток может быть небольшим, но потенциал эмиттера или истока при этом способен быстро изменяться относительно земли.

Обычный пассивный щуп допустим только в точках, которые можно безопасно привязать к общему проводу осциллографа.

Для плавающих точек силовой части используют подходящий дифференциальный или изолированный пробник. При выборе учитывают:

• максимальное дифференциальное напряжение;
• допустимое синфазное напряжение;
• полосу пропускания;
• ограничения по рабочему напряжению;
• категорию измерений CAT, если она применима к конкретному пробнику и измерительной цепи.

Важно различать обычный высоковольтный однополюсный пробник и высоковольтный дифференциальный пробник. Первый расширяет допустимый диапазон измеряемого напряжения, но при работе с заземлённым осциллографом не делает измерение плавающим относительно земли. Перед подключением нужно учитывать ограничения всей измерительной системы, а не только самого осциллографа.

Какой осциллограф выбрать для ремонта сварочных инверторов

Для ремонта сварочных инверторов не обязательно покупать прибор с максимальными характеристиками. Важнее, чтобы он позволял одновременно сравнивать управляющие сигналы и достаточно подробно отображал быстрые переходные процессы.

Двухканальный осциллограф — разумный минимум. Он позволяет одновременно посмотреть сигнал до и после драйвера либо сравнить два парных управляющих канала.

Четырёхканальный осциллограф удобнее при регулярном ремонте. С его помощью можно наблюдать сразу несколько сигналов мостового преобразователя и быстрее замечать различия между плечами.

Полосу пропускания не стоит выбирать только по частоте переключения сварочного инвертора. Даже если силовые ключи работают на десятках килогерц, быстрые фронты содержат значительно более высокочастотные составляющие.

Чем короче время нарастания фронта, тем большая полоса требуется измерительному тракту. Ограничение при этом вносит не только сам осциллограф, но и используемый пробник.

Для многих типовых задач ремонта практичным отправным уровнем можно считать цифровой осциллограф с полосой около 100 МГц и частотой дискретизации порядка 1 Гвыб/с или выше. Например, этим требованиям соответствует четырёхканальный VERDO SB1645: четыре входа удобны, когда нужно одновременно сравнивать несколько управляющих сигналов мостового преобразователя.

Более широкая полоса и большая глубина записи становятся полезнее при детальном исследовании быстрых коммутационных процессов и редких событий.

Чем отличаются полоса пропускания, частота дискретизации и глубина памяти и как эти характеристики связаны между собой, подробно разобрано в материале «Выбор осциллографа: анализ ключевых параметров».

Для сварочного инвертора дополнительно нужно учитывать, какими пробниками будут выполняться измерения. При работе с плавающими силовыми узлами подходящий дифференциальный пробник может оказаться важнее дополнительного запаса полосы самого осциллографа.

Что в итоге

Осциллограф при ремонте сварочного инвертора помогает проследить работу преобразователя по цепочке:

Если на одном участке сигнал соответствует ожидаемому, а после следующего узла пропадает или искажается, область поиска неисправности заметно сокращается.

Для периодического ремонта обычно достаточно двухканального цифрового осциллографа. При регулярной диагностике мостовых схем удобнее четыре канала. А при измерениях в силовой части не менее важны подходящий пробник и безопасная схема подключения.

Частые вопросы

Что делать, если ШИМ-импульсы есть, но инвертор не работает?

Проверить, сохраняется ли сигнал после драйвера и на управляющих выводах силовых ключей. Наличие ШИМ на выходе контроллера ещё не подтверждает исправность следующих каскадов.

Достаточно ли проверить только частоту ШИМ?

Нет. Два сигнала могут иметь одинаковую частоту, но отличаться амплитудой, длительностью импульсов, формой фронтов или наличием пропусков.

Всегда ли различие между двумя плечами означает неисправность?

Не обязательно. Сравнивать сигналы лучше с сервисной документацией и учитывать режим работы инвертора. Существенная асимметрия лишь указывает, где стоит продолжить диагностику.

Что проверить, если подозрительная осциллограмма появляется только при одном подключении щупа?

Сначала исключить влияние самого измерения: проверить способ подключения, длину общего провода и характеристики пробника. На быстрых фронтах измерительная цепь сама может вносить искажения.