解决TEK224X系列示波器电源变压器故障

hcrt 2016-4-1 09:46

　　TEK2245/2246/2247等型号的示波器，供电部分采用了开关电源，分成预稳压电源和逆变稳压电源两部分。预稳压电源将输入的交流电源经过整流、滤波、开关变换过程变成+44V的直流电，再通过逆变电源系统转换成机器各部分电路需要的电压。由于制作工艺存在缺陷，逆程电源中的开关变压器（T2204）故障率很高。

　　因缺乏配件，一旦这个变压器损坏，整台机器也就报废了。为了修复机器，我曾经试着重新绕制这个变压器。经过多次反复，终于取得了不错的效果。用我自己绕制的变压器，修复了一些被判死刑的机器。包括自己在用的TEK2247A，也是用自己绕制的变压器修复的，已经在工作台上工作了两年多时间。

　　一、开机检测—根据故障现象初步判断

　　TEK224X 系列机电源变压器的损坏有一个渐进过程，初期仅仅是机器在使用过程中莫名其妙的自动关机，过一段时间机器冷却后再开机似乎又一切正常了。使用几个小时后又关机了。可以称为这是故障的第一阶段。

　　这种现象可以持续上一年半载的，因为机器可以用，往往不会引起注意。但是，因为变压器已经有漏电，电源部分的功耗大大的上升，开关管Q2209和Q2210发热严重，会使得这一片的电路板颜色变深，严重的可以从淡黄色变成褐色。我用红外测温仪检查过这部分电路的的发热情况，有的故障机个别元件温度甚至可以达到110度，对这一部分的电路元器件绝对是一个严峻的“烤验”。因为用的散热片很小，最先牺牲的肯定是Q2209和Q2210。

　　所以，检修中如果发现Q2209和Q2210击穿，更换后，通电试机时要用手摸着管子的散热片，如果很快变得很烫，要立即断电，检查各个输出电路是否有过载，变压器是否正常。

　　整流二极管单向导电特性下降，反向电阻减小，也会使开关管过载。如果电源所有输出电路都没有故障，就需要把变压器拆下来检测了。

　　变压器漏电状况继续发展，到了第二步，就会出现匝间短路，或内部绕组间高压打火，这时机器就开不起来了。按下电源开关后，可以听到机器内部发出“吱吱”的声音，有些还伴随着风扇转一下，或面板灯亮一下。遇到这种情况，就别再试验了，拆机检查吧。

　　还有一类故障，也会出现这种开不起机，发出“吱吱”的声音，风扇转一下，或面板灯亮一下现象的故障，就是保护电路动作了。也需要拆机检修。区分两种不同原因的不开机，就是看Q2209和Q2210的温度。温度高，就是第一种原因，温度不高，第二种是R2201阻值变大往往也会引起不开机故障。

　　全面体检，确定变压器好坏准确判断变压器是否损坏，需要把变压器从电路板上拆下来，这也是重新绕制的第一步。拆卸变压器之前，先把到高压包和灯丝供电的3条引线焊开，然后再动手拆卸变压器。

　　泰克在TEK224X电源电路板的设计方面比较合理，安装T2204用的焊盘比较大，通孔也比较粗，用功率稍微大一些的吸锡器可以很方便的把元件腿与电路板通孔里面的焊锡吸干净，使元件腿分离开。操作中如有元件腿与通孔壁贴的过紧，可以用已经清除干净焊锡的电烙铁加热引线腿，然后用小镊子轻轻拨动，直到引线处于“自由状态”。轻轻晃动，慢慢取下变压器。

　　取下变压器后，不要先急着检查变压器，可以先检查一下各个二极管是否正常。低压电路大部分采用的是全波整流方式，因为有变压器绕组“捣乱”，很难准确判断两只二极管整流到底是哪一只性能下降。现在好了，可以各个击破了。

　　拆下来的变压器

图一　示波器电源变压器故障

图二　示波器电源变压器故障

　　判断变压器是否有高压击穿

　　需要电工用的高阻表（俗称摇表），电压为2500V，摇表的两个夹子，一个加在23脚（连接高压包的引线）上，另一端接变压器的19脚。稳定一分钟，不应该有击穿现象。

　　测量绕组间的击穿，普通万用表无能为力。因为普通万用表的电阻档用的电池为1.5V，高阻挡也仅仅是9V，达不到击穿电压，没条件检测出绕组之间的击穿故障。

　　检查变压器各绕组是否有匝间短路

　　我没有其它的高档仪表，只好用土办法测量。我的办法是电压法和电感法。因为开关变压器也是变压器，也遵循一般变压器“电压比＝圈数比”的基本原则，要在初级加上一个电压，次级也必定会产生一个电压。将一个已知电压加到良好变压器的初级，测量次级各个绕组的输出电压，作为参考值。电感法也是相同，用电桥测下良好变压器各个绕组的电感，作为参考值。检测时，用实测的数据与参考数据作对比，就可以判断好坏了。使用电压法需要考虑信号源输出阻抗的影响。因为发生匝间短路的变压器，映射到初级的电感量急剧下降，初级阻抗也变得很小，实际加到变压器初级的电压要比仪器设定的数值低一些。

　　例如，正常变压器的初级电感量约2.47mH，对于100KHz的正弦信号，感抗为：XL=ωL=2πfL=2π×100×1000×2.47×0.001≈1.552KΩ在10V的电压下，电流约为6.5mA，对于信号源的工作状况影响很小。

　　有匝间短路的变压器情况就大不相同了。实测过一个高压绕组有短路的变压器，初级的电感仅仅为变压器34.8μH，对于100KHz信号呈现的感抗为：

2π×100×1000×34.8×0.000001≈21.9Ω对信号源的输出电压影响就很大了。实测结果是，信号源输出调到了16.54V，初级绕组上的电压仅仅约为5V左右。

　　正常电压、电感值下面的图表。如果与表中的数值偏差较大，可以确定，变压器是坏的。实际上，除了高压绕组外，其它绕组极少出现匝间短路的现象。正常的T2204变压器测量参考值

图三　示波器电源变压器故障

　　二、变压器的拆解

　　1、确定T2204有故障需要重新绕制后，面临的第一项工作就是如何将变压器拆解开。磁芯与外壳没有整体浸漆，用两只钢片卡簧固定，点了少量的速凝胶，比较容易拆解。灯丝绕组有自己的独立结构，可以取下来。拆之前记住引线的方向。

　　拆下的变压器烧组

图四　示波器电源变压器故障

　　拆解绕组线包，难度就大了。为了提抗气候性能，T2204的线包经过浸漆处理，在外面设计了塑料外壳，并使用环氧树脂将线包灌封在外壳之内。重新绕制必须使用原来的骨架，就要拆掉外壳和原来的绕组。为了完整得到骨架，一切“暴力”拆解的方法都不适用。只能采取化学的方法，用环氧树脂溶解剂将灌缝的环氧树脂溶解掉。

　　最理想的效果是仅将灌封的环氧树脂溶解掉，保留外壳和线包的完整。实际是无法实现的。在溶解环氧树脂的同时，外壳也就被溶解了。

　　重要提示：溶解过程会产生有害气体，最好在室外进行。

　　找一个比线包稍大一点儿的玻璃瓶，将线包引线端朝下的放到瓶子里面。将环氧树脂溶解液倒进去，液面高度要超过线包高度一些。因为环氧树脂溶解液极易挥发，加完后要盖上盖子。

　　溶解需要比较长的时间，要注意观察，溶解过程中会产生一些气体。因此，隔一段时间，就需要把瓶盖松动一下，放出气体。当外壳差不多完全溶解掉，线包完全裸露出时，就可以停止溶解。

　　侵泡20分钟后的线包

图五　示波器电源变压器故障

　　浸泡3小时的线包，灌封的环氧树脂和外壳基本溶解掉。可以看到用双色线绕制的±5V绕组的线圈。

图六　示波器电源变压器故障

　　从溶解液中取出线包后，立即放到热水里，清洗掉残余的溶解液。

　　用牙刷、竹签、小刀等一切可以利用的工具，清除残余的环氧树脂和外壳残渣。仔细清除骨架焊脚和焊锡上的残余的附着物。遇到包裹在线圈漆包线上的残余物不易清除的情况，不要过分用力，可以暂时不管，待以后处理，别把线圈搞断了，再查找断点就困难了。高压绕组的漆包线直径仅仅0.08～0.1mm，尤其要小心。

　　2、拆除各个烧组。记录下各个烧组的起始端和圈数

　　先卸掉绕线机的摇柄，调整齿轮位置，使主轴可以自由转动。将清理干净的线包穿到绕线机上。为了准确计数，线圈需要反向转动。为此，需要将引线脚一端向外。这样，在拆解过程中，就可以将圈数记录下来。还要准备好电烙铁和热风枪，风枪配3mm的小风嘴，风量调小，温度调低。烙铁用于拆除引线。风枪用于软化绝缘漆。

　　最外侧的是±5V的绕组，采用的4线并绕，为避免混淆，用了红、绿两种不同颜色的漆包线。记住绕制方法和引线方式，将来还要原样绕回去。不干不知道，别看仅仅绕了2圈，绕制起来还是挺麻烦的。+130V绕组与+58V绕组在同一层，拆除时记住绕制顺序。

　　除去厚厚的绝缘层，露出的就是高压绕组。

　　拆解高压绕组时要有很大的耐心，动作尽量的轻柔。如果遇到被绝缘漆粘连的比较紧的情况可以用热风枪加热，待绝缘漆融化变软之际，再继续拆解。如果发生断线，或出现霉断点，要借助放大镜和缝衣针仔细找出断头。

　　拆除外面的+58V和+130V绕组，裸露出高压绕组。

　　工作状态的高压绕组，峰值电压超过3000V，不知是谁的杰作，采用分段乱绕工艺。看起来真是够乱的，如果不发生击穿、短路，是不可能。

图七　示波器电源变压器故障

图八　示波器电源变压器故障

　　重要提示：因为初级绕组、±7.5V和±15V绕组都在高压绕组的里面，这些绕组线圈圈数少，漆包线的直径比较粗，绝缘层厚实，很少发生匝间短路的情况。所以，拆完高压绕组，不要着急继续往下拆，而是先确认一下剩余的几个绕组是不是好的。如果是好的，拆解工作到此结束。我曾经绕制过6只T2204变压器，都是拆到这一步就够了。

　　取下线圈，把磁芯重新装好，卡簧卡牢，检测剩余各绕组的电感量，如果正常，就可以进行重新绕制的工作了。

　　三、绕制变压器

　　T2204变压器绕制数据

图九　示波器电源变压器故障

　　1、将线圈骨架固定到绕线机上，引线端朝向手柄。

　　2、按照拆解过程相反的顺序，绕制初级绕组、±7.5V和±15V绕组。线径0.5mm以上的漆包线弹性比较大，有时需要借助棉纱线固定。初级绕组和次级绕组之间，用4层牛皮纸绝缘。

　　3、用6层牛皮纸包裹后，进行高压绕组的制作。对于只拆到高压绕组的情况，垫一层牛皮纸就可以了。高压绕组起始端接地，需做引线接骨架第4脚。分层排绕，每层绕制约170圈，955圈，约绕6层。每绕一层线圈，垫一层牛皮纸。用软电线做好连接高压包的尾长度约10cm。焊点一定要圆滑，不能有毛刺。固定好高压包引线。做好绝缘。

　　4、包裹6层牛皮纸，绕制外面的+58V、+130V绕组，线头注意做套管。

　　5、2层牛皮纸绝缘，绕制±5绕组。拆解时已经看到，±5绕组采用的是4线并绕，重绕时最好还是用同样方法绕制。

　　6、做外包装。两层牛皮纸，一层透明胶带。

　　在绕制过程中，可以先把线头或引出线绕在骨架的引线脚上，待全部绕制完成，再将各个引出线焊接到引线脚上。

图十　示波器电源变压器故障

图十一　示波器电源变压器故障

图十二　示波器电源变压器故障

　　四、装上磁芯测试

　　各绕组的电感值必须在我提供的参考值附近，误差不能超过10%。如果测量的某一个绕组的电感值偏差很大，就要仔细检查线圈的始末端是否接反了，或者是接错了引线脚。

　　测试合格后拆去磁芯，进行浸漆处理。

　　由于去掉了塑料外壳，线圈骨架与磁芯之间出现了空隙。为了减少骨架的松动，需要垫入一个纸卷来充填这个空隙。裁一条宽度为27mm的牛皮纸条，绕在5号电池上，穿入骨架中心孔中。边旋转边调整纸卷在骨架孔中的位置，使底部平齐，上部露出2mm。向纸卷松脱的方向旋转电池，就可以把纸卷留在骨架孔内，把电池取出。滴几滴502等快干胶，使纸卷与骨架粘牢。

　　五、烘干、浸漆

　　这是保证变压器可以长期稳定工作的一个重要步骤。

　　在进行这一步之前，先要在所有引线脚上套上塑料电线皮，套得越紧越好。为的是避免在随后的浸漆过程中，引线脚粘上绝缘漆造成不好焊接的麻烦。

绕好的线圈先在80度左右的烘箱内烘干2小时，然后趁热浸泡到绝缘漆中。15分钟后捞出，控干净余漆，风干4小时后，在60度烘箱中烘干3小时。

　　套住引线脚，免得以后焊接时遇到麻烦

　　下图是另外一台惠普机器(HP3562A)用的升压变压器，也是高压绕组短路。