智慧家庭 沒智慧-Honeywell人機介面故障-維修DIY

我的 智慧家庭 裝置控制面板,之前因為社區停電而我忘了先把Breaker關掉,結果復電之後,這個面板竟然就開不起來了,想說這個面板也好幾年了,我猜應該是過保固了,拿去維修鐵定是要很多錢,乾脆就自己修吧。

上電卻無電流

先來看一下故障的狀況,基本上就是電源打開不會動,如下圖整個畫面都黑黑的,這到底是怎麼回事?

上電沒有反應的控制面板
上電沒有反應的控制面板

我試過由外部電源供應器供電,想說觀察一下電流大小,但怪的是連電流都沒有,如下圖黃色字的部分,電流是0安培耶,看起來就是一副斷路的樣子。

外接電源竟然無電流
外接電源竟然無電流

拆解控制面板機身

為了查出哪裡有故障,我只好把機器拆開來如下圖,左側有變壓器、扼流圈、電感、電容等等,這就是電源電路一次側的主要元件;右側則是主機板,它與電源電路做在同一片板子上。

控制面板內部電路板
控制面板內部電路板

根據經驗只要主機板有跑起來,一定會有電流少說應該也要有100mA,如果電流是零,或著電流小到儀器偵測不到,表示主機板一定沒有跑起來,所以沒有耗電,若是如此那應該就是電源沒有供電,所以我們就要從電源電路著手。

控制面板的電源電路
控制面板的電源電路

電源的電路圖一般不會太複雜,我有稍微做一下反向工程,大概就是上圖這個樣子,它就是一個交換式電源,根據下圖的外殼的標示它需要送24V直流電,但我實際測量原本的供電環境卻是供24V交流電,由於這個是交換式電源的架構,基本上AC/DC兩者都可以運作,我這裡做實驗給的是24VDC。

外殼標示輸入電壓為24VDC
外殼標示輸入電壓為24VDC

變壓器

接著就利用電錶,根據電路圖試著從輸入端到功率電晶體的輸入端檢查是否都有電,下圖上方就是電源電路的部分,從左邊扼流圈到中間黃色游標處所在的電晶體,都用電錶測量電壓,結果是整路都有24V,但是我另外測量了變壓器的另一頭,它就是沒有DC output,雖然我暫時也不知道它這個輸出應該要幾V,但是這個電路的構造我知道它會是一個直流輸出,沒有DC output 就表示變壓器的輸入端沒有電流變化,因為變壓器只能對交流電流反應。

測量電源路徑是否都有電壓
測量電源路徑是否都有電壓

變壓器的輸入端有電壓,但卻沒有電流變化,那就有兩個可能,一個是變壓器的線圈斷掉,另一個可能是功率電晶體處於罷工的狀態,我實際測量變壓器的線圈之後,發現線圈是短路的狀態,所以變壓器沒問題,那問題就是功率電晶體囉?

功率電晶體

由於功率電晶體是接受外部的控制電壓來工作,所以要先確認到底是功率電晶體本身故障,還是外部的控制電壓不正常,根據電路圖先找到電晶體的閘級G,這裡就是控制電壓的輸入端,閘級實際的位置就在上圖中的黃色游標處,黑色的顆粒就是功率電晶體,我用示波器來看閘級G的波形,如果有送出ON/OFF指令的話,應該會有高高低低的波形。電晶體才能不斷的製造電流變化,結果如下圖整個閘極的波形是躺平的,電壓非常接近0V,表示電晶體會一直處於OFF的狀態,也就不會有電流通過變壓器,當然二次側就不會有電壓輸出。

功率電晶體的閘級G處於Low的狀態
功率電晶體的閘級G處於Low的狀態

接下來就要追,到底是誰會提供脈衝訊號給電晶體? 根據電路圖往回看,當然就是這顆UC3843,它算是交換式電源電路的心臟,算是一顆PWM IC,它可以發出PWM訊號用來控制電晶體的導通時間,那是不是IC故障呢? 目前還言之過早

電源控制IC

經驗上IC很難壞,通常是周圍的零件故障讓它工作不正常,所以就先看一下IC周邊的電容,如下圖目前就畫面中央這兩顆,黃色游標處的這顆是UC3843,我看電容的頭頂都是平的沒有突起,目測來看應該還算健康,當然嚴格來說,其實應該要把電容拔下來測量才能真正看出是否有故障,但一想到要解焊電容,我的心就很累,因為焊接的空間小,Ground PAD又很大,散熱快加熱不易會很難解焊。所以我這裡就先目測,電容的頭沒有突起,我就先判定是好的。

電源電路的電容沒有凸起的現象,電容應該是好的
電源電路的電容沒有凸起的現象,電容應該是好的

那有沒有可能是功率電晶體故障拖累了IC讓PWM訊號不正常? 這個因素當然是不排除,所以我先把串接閘極的電阻移除,把電晶體暫時隔離開來,電阻移除之後先觀察IC的輸出訊號,結果發現PWM的控制訊號依舊沒有發出來,那目前看來就應該比較偏IC這裡的問題了。

為了避免錯殺,先量一下IC周圍的波形,先看電源Vcc的波形,正常來說Vcc應該要一條線,也就是一個固定的電壓,但現在電源波形有出現凹陷的現象,表示IC內部在短時間內會吃掉很大的電流,造成電壓急遽下降,這看起來怪怪的。

電源電壓出現凹陷的現象
電源電壓出現凹陷的現象

另外IC的pin8這裡,根據Datasheet它應該要是一個5V的參考電壓,應該也要是一條線才對,但現在它的平均電壓大約2點多伏,既不穩定也不是5V,我總覺得是這顆IC故障。

IC的REF 5V並沒有出現
IC的REF 5V並沒有出現

綜合以上種種觀察,由於UC3843的訊號行為太奇怪了,我決定把它用熱風槍吹下來然後換一顆新的上去。原本以為這樣就可以修好,但我太天真了,更換之後所有的波形都和剛才一樣並沒有修好,我想我可能太大意了。

把IC換下來之後,並沒有修好
把IC換下來之後,並沒有修好

我反覆看了電路圖,難道是稽納二極體嗎? 我是不覺得它有問題啦,但我想不出來還會有哪裡有問題,反正死馬當活馬醫,所以我試著更換稽納二極體。根據UC3843的Datasheet,它說VCC在8.4V以上IC才會啟動,所以我試了8.4V 9V 10V 11V的稽納二極體結果都沒用。

更換各種稽納二極體都沒用
更換各種稽納二極體都沒用

於是我又回頭看了電路圖,發現VCC的前面還有一個15k的電阻,難道是這顆電阻故障嗎? 我看Datasheet裡面寫道,VCC的電流再啟動之初至少需要1mA才能夠動得起來,不然我換個小一點的阻值好了,就從15k開始換,10k 5k這樣換下去,結果呢也是沒起來,VCC電壓依舊是沒有穩定,真的是讓人很挫折啊。

更換電阻依舊沒有修好
更換電阻依舊沒有修好

想過來想過去,不會吧! 難道是真的是電容有問題,它的頭都是平的啊,雖然我知道頭沒有凸不代表沒問題,該不會這個電容因為高溫而發生了甚麼變化吧? 各位看下圖的變壓器附近,標籤膠帶有出現熔掉的情況,我猜這裡應該曾經有出現過高溫。

變壓器標籤膠帶有熔毀的現象
變壓器標籤膠帶有熔毀的現象

看來只好把電容解焊下來了,該來的還是要來,於是把一顆新的100uF電容換上,也就是原先比較矮的那一顆,現在換成黑色如下圖。

更換100uF的電容
更換100uF的電容

更換電源電容

重新上電之後測量PWM的輸出如下圖,哇!  有方波耶,它活起來了! 雖然導通時間很長  那是因為電晶體的閘級G還沒接上去,所以不會有電壓輸出,電源的回授電路會以為沒電流,於是整個系統會試圖讓電晶體的導通時間增加。

更換電容之後輸出端出現了PWM波形
更換電容之後輸出端出現了PWM波形

再來看VCC電源如下圖, 整段電壓看起來雖然不是平的,但變化幅度已經不像剛才這麼劇烈,可以說有明顯改善。

VCC的電壓在更換電容後有明顯改善
VCC的電壓在更換電容後有明顯改善

再來順便看一下UC3843的REF,理論上應該要有5V,但目前量出來卻是斷斷續續的5V如下圖,雖然沒有連續,但我認為有改善,可能跟電晶體還沒有接上有關,所以我認定更換電容之後,確實有讓電源電路朝正確的方向前進。

REF的電壓出現斷斷續續的5V
REF的電壓出現斷斷續續的5V

等會兒我來把所有的零件都再焊回去,畢竟要把電晶體接回去然後再量一次看看才會準,喔! 天啊! 真的是不能偷懶耶,剛才搞那麼大一圈,這時間我都可以解焊好幾顆電容了,俗話說千金難買早知道,明明一開始就有懷疑過電容,只因為電容頭頂沒有凸起,就直接放過它了,我看以後就直接換電容就好了,是說既然要換就連隔壁這顆330uF也一起換吧。

更換隔壁的330uF電容
更換隔壁的330uF電容

復原零件後再測試

零件全部焊上去換好之後,再上電試一次,電源開關一扳上去,馬上就聽到一聲~嗶! 真是太好了,而且過了一陣子之後,有開機畫面出現啦! 這表示修好了耶,雖然有電池相關的錯誤訊息,但那是主機板的電池沒電造成的,不會影響日後的操作。

更換電容之後主機板能出現開機畫面
更換電容之後主機板能出現開機畫面

雖然有開機畫面,但是相關的波形還是得要巡一下,萬一波形只是剛好遊走在正常的邊緣那就不好了,先看PWM output的方波,它確實有波形出來,而且是寬度較窄的脈衝波,表示脈波寬度有受到控制,不再像之前那樣寬,所以這部分就正常了。

PWM恢復為正常的脈波輸出
PWM恢復為正常的脈波輸出

電源VCC的部分,波形電壓落在11.9V,基本上就是12V而且完全是平的,這也是一個正常的穩定電壓該有的表現,所以VCC現在也正常了。

VCC波形穩定已經正常
VCC波形穩定已經正常

再來看REF的波形,之前是斷斷續續的5V,現在則是完全平坦的一條直線,這種穩定的電壓表示了REF也已經恢復正常了。

REF也恢復正常
REF也恢復正常

基於好奇我加測了UC3843的時脈,太棒了! 有出現震盪訊號耶,所有的訊號看起來都很正常,那這樣我就當作修好囉。

CT/RT的時脈訊號正常
CT/RT的時脈訊號正常

燒機測試失敗

為了確認它真的有修好,於是我把它開機放一天,這個動作稱為燒機測試,目的就是要看修好的機器在長時間使用之下,會不會有甚麼問題出現,結果隔天早上起來看,螢幕怎麼暗暗的? 我起初以為是螢幕保護程式的緣故,結果用手去按壓螢幕看是否能出現畫面,結果甚麼都沒有,哇咧!  是真的又掛了。

經過一天燒機控制面板又掛了
經過一天燒機控制面板又掛了

之前我們幾乎把所有的零件都換過一輪了,只剩下功率電晶體沒換,該不會是它有問題吧? 於是我把外殼打開看電路板,第一個映入眼簾的情況就是電容鼓起來了,才一天而已呢! 這表示它在一天之內經歷過高溫的情境,而且是很高溫,才會讓電容如此快速的老化。

電容在一天之內老化鼓起
電容在一天之內老化鼓起

目前有機會貢獻高溫的東西,當然就是從外部24V電源正極到功率電晶體這個主要的電流路徑上所有的元件,所以功率電晶體與電阻都是懷疑的對象。我傾向於懷疑電晶體,因為我測量了電晶體DS之間的電阻,竟然只有100多歐姆,這一定有問題,所以就直接把電晶體吹起來了。

將功率電晶體吹起來
將功率電晶體吹起來

把功率電晶體解焊下來之後,拿電錶單獨測量電晶體DS之間的電阻,發現電阻真的只有142歐姆,尤其是在沒有上電的情況這一定不正常,常理來說電晶體在Turn off的情況下,Rds電阻應該要很大吧,少說幾百k歐姆,或著我認為應該要呈現Mega級的電阻,但現在居然出現142歐姆,這麼小的電阻流過去的電流當然會大,溫度當然就高,這樣一定是有問題的啊! 而且這麼大的電流容易把上一級的電源供應器弄壞呢,於是我回頭檢查了上一級的電源,媽呀! 還真的弄壞了,這下子又多了一個東西要修。

故障的功率電晶體Rds只剩下142歐姆
故障的功率電晶體Rds只剩下142歐姆

既然電晶體掛掉,所以我就去買個同型號的電晶體再把它焊回去,焊回去之後我們再上電開機一次,這次我學乖了,先用電源供應器供電,不要直接接到系統上,免得拖累到其它裝置,而且電源供應器要設定好安全電流上限,免得節外生枝。

第二次燒機測試

把新的功率電晶體焊回去之後再上電,嘿! 又可以開機了,我想也應該要能開機,我幾乎把所有的零件都換了一輪了,開機之後我觀察它的電流大約就落在245mA如下圖,然後我大概燒機燒了三天,基本上都沒甚麼問題,並沒有出現高溫或高電流的現象,所以就是真的修好了,至於這個錯誤訊息它就是電池沒電的訊息,但手邊沒有電池可以替換,所以我就先忽略它,這並不影響操作,只是每次斷電都會需要重新設定時間。

更換電晶體之後燒機三天確定已經修復完成
更換電晶體之後燒機三天確定已經修復完成

雖然控制面板已經修好了,但我還有一個上級的電源要修,唉呀! 真的是不能大意啊,而且要善用儀器級的電源供應器,否則一路燒下去還真的不知道還會弄壞甚麼東西呢!

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