⇑ の続きです|дﾟ)・・・
★状況の整理
全ての電解コンデンサ交換後
BAT入力及びPV入力を投入しメインスイッチは遮断した状態のまま
⇒PV入力による電解コンデンサのエージング作業を行う
⇒PVが起動電圧に達した時に電解コンデンサから白煙を噴射
PV入力を遮断
⇒サーモグラフィーで高温になっている部品を確認
⇒制御回路の電解コンデンサの一つが異常に高温となっていた
バッテリー入力を遮断
⇒メインスイッチ投入による残留電荷の放電を行う
⇒白煙の原因は逆接続された電解コンデンサと判明
⇒逆接続された電解コンデンサを新品に交換
メインスイッチを遮断した状態でバッテリー入力を投入
⇒BMSの保護機能により放電停止
★故障かどうかを判定する・・・(;´Д｀)
今回使用するテスターは、電圧・電流・抵抗以外にダイオードやコンデンサの測定モードがある中華製マルチテスターを使用。
安物ですがDC電流をクランプ測定できるので重宝しています。
またLCR測定も併用する為、LCR-ST1も使用。
気になるのはやはりBMSが放電停止したことですね。
正常なハイブリッドインバーターでも、電解コンデンサが空になった状態でバッテリーを接続すればバッテリーからは短絡電流並みの突入電流が流れる為、BMSが放電最大電流を検知してバッテリーの放電が停止されます。
ですが、正常なハイブリッドインバーターの場合はその突入電流で電解コンデンサが充電されて内部抵抗が大きくなっているので、BMSの放電復帰後には再度BMSが作動することはありません。
L2側ハイブリッドインバーターは本当に逝ってしまったのでしょうか？
早速調査開始です…(=ﾟωﾟ)ﾉ
☆BAT端子間の抵抗を測定
・順方向：0Ω⇒数秒後抵抗が増え始め500kΩあたりから抵抗が減少
・逆方向：0Ω⇒数秒後抵抗が増え始め500kΩあたりから抵抗が減少
リードを入れ替えると0Ωとなり、リードを当て続けると上記のように抵抗値が増加から減少に変化する…
抵抗が増加するのは、テスターの測定する時の電力を電解コンデンサが充電し内部抵抗が上昇していく為で、ガチショートしていれば抵抗が増加することは無く低い抵抗のままとなるので、致命的なショートはしていないと考えられます。
リードを入れ替えると0Ωとなるのは、テスターから流れる電流と電解コンデンサから放電される電流がお互いに打ち消しあってテスター上では均衡となっている為、テスターでは0Ωと計測されてしまいます。
数秒後に抵抗が増え始めるのは、電解コンデンサの容量が大きく電解コンデンサが放電に時間が掛かり、放電が完了し再充電を始めるからですね。
問題は容量が満たされてから抵抗が減り始めるという点で、回路インピーダンスの可能性がありますが、リーク（漏電）のある可能性もあります。
☆BAT端子間をダイオードモードで測定
・順方向：数V⇒3.3V⇒OL
・逆方向：0V
逆方向で0Vなので、何らかの部品がリークしている可能性が高いです...
全ての電解コンデンサのLCR再測定と極性の再確認し、電解コンデンサは全て問題ないことを確認済み。
★故障の場合の根本的な原因は|дﾟ)？
もしリークしているとすれば…何が原因？
☆電解コンデンサ逆接続による短絡からの破損の可能性
電解コンデンサが白煙を噴射した当時は、バッテリーが接続されていましたが、BMSの保護回路は働いておらず、PV入力電力も制御回路をギリ起動できる程度の電力しか発電していなかった為、運転を停止するまでの間はショートしていなかったと言えます。
つまり、この時点で被害は逆接続した電解コンデンサのみだった可能性が極めて高い。
☆不良状態で残留電荷の強制放電による破損の可能性
逆接続してただの低抵抗体と化した電解コンデンサが残った状態で、残留電荷の強制放電時を行ってしまったことが最大のミスと思います⊂⌒~⊃｡Д｡)⊃...
停止直後だった為、電解コンデンサに充分に蓄えられていた電力がメインスイッチの投入と共に一気に制御回路へ流れ込んで、逆接続されていた電解コンデンサから通常では有り得ないルートを経由した為、突入電流に耐えられない部品が絶縁破壊を起こした可能性はある…
１．エリアの切り分け
上記仮説から推測すると、被害エリアは48Vエリアと制御回路全般と言えるが…念の為エリア別で抵抗値を測定してみました。
★ACエリア
抵抗モードで測定
BAT端子⇒AC入力：14MΩ～16MΩ
BAT端子⇒AC出力：13MΩ～14MΩ
⇒BAT端子間1MΩ以上なので問題なし
ダイオードモードでのAC端子間は両方向でOL、入出力間のN相は0V
⇒L相はリレーで遮断、N相は共通なので結果は正常
★PVエリア
BAT端子⇒PV入力：12MΩ～13MΩ
⇒BAT端子間1MΩ以上なので問題なし
ダイオードモードでは
順方向：数V～OL
逆方向：0.4V
⇒PV回路のショートは無いので問題なし
★DCバスエリア
DCバスには端子が無いので裏面で測定します。
⇓ DCバスのチェックポイント TP1⊕、TP61⊖
BAT端子⊕又はTP11とTP1及びTP61の抵抗値⇒13MΩ以上
BAT端子⊖又はTP4とTP1及びTP61の抵抗値⇒12MΩ以上
⇒1MΩ以上なので問題なし
ダイオードモードでは
順方向：数V～OL
逆方向：0.7V
⇒DCバス回路のショートは無いので問題なし
上記の測定結果からAC・PV・DCバスの高電圧エリアでは関連する制御回路は別として短絡していないことになりますヾ(≧▽≦)ﾉ
となれば、0Vの原因は推測通り発端となった制御回路と、48Vエリアのみに限定されます。
⇓ HYP4850U100-Hの簡易ブロック図
回路を解析した結果、大雑把に回路構成を表すとこんな感じになります。
※パルストランスまでが制御回路のように記載していますが、厳密にいうとIGBTやMOSFETまでが制御回路に含まれます。
※SPSボードの接続箇所とACリレー接続箇所は未確認。
２．BAT側双方向DCDCコンバーター
双方向DCDCコンバーターのMOSFET(16個)が1個でも壊れていれば全て交換した方が良く、MOSFETだけではなくゲートドライブ回路も被害を受けている可能性が高い。
そうなると部品代だけでも数万円～となってしまうので、直す価値は無く潔く処分した方が良いです。
ではDCDCコンバーター中枢のMOSFETを調べてみましょう(=ﾟωﾟ)ﾉ
使用されているMOSFETはIRF100B201
★MOSFET良否判定は？
ダイオード測定モードにして各端子間の順方向と逆方向を測定し、
S-D(順方向) ：0.4V～0.9V程度
D-S(逆方向) ：OL
G-D・G-S両方向：OL
であれば壊れていないと判断しても問題無いのですが・・・
基本はオフライン測定での話です。
わざわざ1つ1つの部品を外して測定なんて非効率な事なんてやってられません。
ただ部品を実装したままのインライン測定では他の回路を迂回して結果が出る為、並列接続されていると一番抵抗の低い回路の結果が出てしまいます。
MOSFETをダイオードモードでインライン測定した結果
S-Dの順方向で0.433V
D-Sの逆方向でOL
G-D：1.0V、D-G：OL、G-S：0.59V、S-G：0.62V
ゲート間が正しく計測されていないことが判ります。
こういう場合はLCR測定でG-S間の静電容量を10kHzで測定します。
測定結果は16個のMOSFET全てが77～79nFでTanδが0.5程度
Tanδが0.5と高いのでG-S間のプルダウン抵抗を拾っていると見られ、測定値は16個すべて同じ傾向なので、異常なショートやオープンは無いと判断していいです。
ゲートドライブ回路のダイオード・ツェナーダイオードの逆方向がOLで、チップ抵抗も抵抗値通りなのでMOSFETを含むゲートドライブ回路は壊れていない可能性が高い。
パルストランスの一次～二次コイル間で絶縁が高ければ、トランス二次側のゲートドライブ回路及びMOSFETに至る双方向DCDCコンバーター回路は短絡原因ではないと判定できるのだが…
パルストランスの抵抗値を測定した結果
ハイサイド側（＋）
1次⇒2次：7.6kΩ、2次⇒1次：1.2MΩ
ローサイド側（ー）
1次⇒2次：1.13kΩ、2次⇒1次：2.66kΩ
パルストランスT6、T7のリークの可能性が高い…
⇑ 黄色：パルストランス、赤：ゲートドライブ回路※ゲートドライブICは表面に実装
ただテスターのリードを入れ替えると抵抗値が変わる事から、パルストランスではなく他の回路の抵抗値を拾っている可能性が高い…
MOSFETのG-S間の抵抗値は1.18kΩの為、このパルストランスの抵抗値とゲート回路の抵抗を考えると、ゲート回路の抵抗値を拾っている可能性が高く、双方向DCDCコンバーターのMOSFET16個及びゲートドライブIC他、ゲートドライブ回路は故障の可能性が低いと判断しても良いと思いますヾ(≧▽≦)ﾉ
３．BAT48V系統⇒制御電源用DCDCコンバーター
次は、制御回路上の逆接続コンデンサが事の発端なので、48V系統から制御系統の12Vへ降圧する為のDCDCコンバーターのMOSFET周辺を調べます。
使用されているMOSFETはIRF640
こちらもインラインでダイオードモード測定すると、
S-Dの順方向で0.545V
D-Sの逆方向でOL
G-D：2.83V、D-G：OL、G-S：2.78V、S-G：0.67V
とゲート間が正しく計測できない。
抵抗値も測定してみると、
S-Dの順方向で9.8kΩ
D-Sの逆方向でOL
G-D：25.2kΩ、D-G：2MΩ以上、G-S：9.9kΩ、S-G：9.7kΩ
とゲートドライブ回路の抵抗を拾っていると思われる…
⇓ 48V⇒制御電源のDCDCコンバーター回路
中央の絶縁トランスで48V回路と制御回路を絶縁
絶縁トランスの右側は制御用回路で、整流用のダイオードと25V470μFの電解コンデンサが実装されている。
絶縁トランスの左側は48V回路から12Vへ降圧する為のDCDCコンバーターで降圧用のMOSFETが実装されており、200V100μFの電解コンデンサで平滑されている。
メインスイッチでPC2のフォトカプラに起動信号を送り、ゲートドライブへ信号を入れることでバッテリーからの電力から制御電源を生成していると思われる。
このゲートドライブ用の電解コンデンサがMOSFETの左側に実装されている為、ゲートドライバICはこの裏面に実装されているU6となる。
⇓ 48V系統⇒制御電源用MOSFETのゲートドライブ回路（基板裏面）
ダイオードやツェナーダイオードは逆方向でOLとなるので問題は無いが、D32、D37は方向は不明だが2V及び0.5Vとなった…ただ、インライン測定なので要確認。
また、200V100μFの電解コンデンサのリードをダイオードモードで測定すると、順方向OL、逆方向0.5Vなので、どちらかと言えばBAT端子側の問題に感じる・・・
★ゲートドライバICの良否判定は？
ゲートドライブICは8pinが使用されており、VCCとGND間の抵抗値で判別します。
ICは必ず並列にチップコンデンサが実装されており、チップコンデンサはVCCピンとGNDピンに接続されています。
但しこのチップコンデンサが短絡してしまっていると、ICも短絡しているように見えてしまうので、その場合はチップコンデンサを除去して再測定した方が確実です。
ICはVCCとGNDをダイオードモードで測定しOLであれば問題は無い。
測定した結果は順方向0.6Vで、逆方向OLでした。
こちらも念のため絶縁トランスを測定すると
MOSFET側⇒制御回路側：OL
D32側 ⇒制御回路側：15MΩ
上記結果からこちらの絶縁トランスは問題なくMOSFETとケートドライブ回路も無事だと思われます。
４．制御回路
次はいよいよ48V⇒12V降圧DCDCコンバーターのトランス以降の回路を探ってみます・・・(;´･ω･)
逆接続した電解コンデンサの影響を最も受けていると思われる回路なので、ココは部品を1つ1つチェックしていくしかないです・・・
ここで新な事実を発見…⊂⌒~⊃｡Д｡)⊃
parallelボードへ電源供給するCN3及びCN16コネクタの両極⊕⊖が0Ω・・・
＋側は48Vトランスの二次側と接続し、ー側はGNDに接続。
つまり制御回路に確実に短絡している箇所がある？・・・
そう考えると制御回路上の全部品の導通チェックで1Ω以下になる部品を探した方が手っ取り早い|дﾟ)・・・
双方向インバーターのパルストランス1次側のD4・D41のダイオードが0.005Ω・・・⊂⌒~⊃｡Д｡)⊃
コイツが犯人か？
ここは一番初めに修理した双方向ACDCインバーターのゲートドライブ回路の一次側なので・・・ゲート回路が被害を受けていればIGBTもダメージを受けてインバーター回路は死んでいる可能性もある・・・
念のためD4、D41をLCR-ST1のLモードでインダクタンスを測定
D4：1.68mH
D41：870μH
3つのパルストランス（T3、T9、T10）の各インダクタンスを測定
T3：1次側⇒1.67mH、2次側⇒各6.35mH
T9：1次側⇒865μH、2次側⇒各3.25mH
T10：1次側⇒865μH、2次側⇒各3.25mH
D4、D41はトランス一次側のコイルの成分を拾っていたことになる。
3つのトランスの一次側と二次側の抵抗値は、12～14MΩなので異常はなく、D4、D41は問題ない可能性が高い。
また、トランス2次側以降のインバーターのゲートドライブ回路もダイオードやツェナーダイオードが短絡している様子もなく問題ない可能性が高いヾ(≧▽≦)ﾉ
一通り部品を調べてみたが・・・短絡してそうな部品が見当たらない…(;´Д｀)
☆短絡地点の炙りだし
こんな時はLCR-ST1を使って短絡部品の範囲を炙りだします。
抵抗モードでCN3を測定した結果12mΩ
誤差を考慮しても10mΩ程度なので、基板のパターン抵抗を考慮しても電源コネクタから数cm範囲にある事になります。
となると48V⇒12Vの絶縁トランス周辺に絞られる。
しかし10mΩという抵抗値を示す部品は無い・・・
ふと・・・絶縁トランスであればGNDもトランスから出ているのでは(;´･ω･)？
そう、電源コネクタは短絡ではなく絶縁トランスコイルの抵抗が10mΩ程度だったために、通常のテスターでは0Ωと計測されてしまうだけでした⊂⌒~⊃｡Д｡)⊃
ただ…それだとBAT端子⊖と12V回路⊖が0Ωとなるのが納得できない(;´･ω･)
この絶縁トランスの1次側とBAT端子⊖間では
MOSFET側：29MΩ
補助側：16MΩ
絶縁トランスの2次側とBAT端子⊖間では0Ωとなっている・・・。
システム的に非絶縁方式を採用しているとすれば、どこかで48V回路のマイナス側と12V回路のマイナス側が接続されていることになり、0Ωという抵抗値となっても正常と言える。
もしこれが本来の仕様であれば、インライン測定には限界があるので、あとは実際にリーク試験をしてリークがあるかどうかを判定することになる。
★リーク試験って具体的にはどうやるの？
当方は修理ド素人なので、高価な直流電源装置なんて持っていません。
貧乏人なので家に転がっているものを代用します。
★準備するもの
・PCのATX電源ユニット(20ピンでも何WでもOK)
⇑ 昔ジャンク品を衝動買いしていた頃の安物電源ユニット450W・・・未使用品
・カーボン抵抗100Ω～1kΩ（セメント抵抗の方がよい）
⇑ PC改造にハマっていた頃に衝動買いして眠っていたカーボン抵抗各100本
他、配線材料少々・・・当方はLANケーブル（CAT6A）を代用
★接続方法
・電源ユニット起動信号（短絡）
PW-ON：緑色 ⇒ GND：黒色
電源ユニットにメインスイッチが実装されていない場合は、ココにスイッチを割り込ませれば自由にオンオフできるようになります。（緑線と黒線を短絡）
⇓ 当方の使用した電源ユニットにはスイッチがあるので短絡のみでOK
24pinを20pinと4pinに分割できる場合、4pin側に3.3V・5V・12V・GNDが全て揃っているので判りやすいです。
①ショートチェック用電源3.3V
+3.3V ：橙色 ⇒ 100Ω ⇒ BAT端子⊕
GND ：黒色 ⇒ BAT端子⊖
②リークチェック用電源5V
+5V ：赤色 ⇒ 100Ω＋100Ω ⇒ BAT端子⊕
GND ：黒色 ⇒ BAT端子⊖
③リークチェック用電源12V
+12V ：黄色 ⇒ 1kΩ ⇒ BAT端子⊕
GND ：黒色 ⇒ BAT端子⊖
★試験方法
単に基板に電圧を印加して端子電圧をチェックするだけです。
※抵抗で減流しないとショート時は最大20Aの大電流が流れるので超危険です！！
① 回路ショートがある場合、致命的なダメージを与えかねないので、まず+3.3Vを印可してショート箇所が無いかをチェックします。
テスターでBAT端子の電圧を測定し、3.3Vで停止すればショートしている箇所は無いと判断でき、電圧が上がらないようであれば温度が高くなっている部品が短絡箇所になります。
この電圧であればショートしていても部品を壊すほどの電流は流れないので、気楽にやっちゃってもいいです(´艸｀*)
② 低電圧リークがある場合、ある程度電圧が高くないと半導体が反応しないので、+5Vを印可してリーク箇所が無いかをチェックします。
テスターでBAT端子の電圧を測定し、5Vで停止すればリークしている箇所は無いと判断でき、電圧が上がらないようであれば温度が高くなっている部品がリーク箇所になります。
5Vであればコントロールボードに印可しなければ壊れることはないと思います。
③ これまで同様+12Vを印可してリーク箇所が無いかをチェックします。
テスターでBAT端子の電圧を測定し、12Vで停止すればリークしている箇所は無いと判断でき、電圧が上がらないようであれば温度が高くなっている部品がリーク箇所になります。
12V未満の回路に印可すれば壊れるので注意が必要です。
★実際にやってみた(=ﾟωﾟ)ﾉ
☆リーク試験結果
①3.3Vショートチェック（開放電圧3.347V）
メインスイッチOFF ⇒ 3.344V（-3mV）
メインスイッチON ⇒ 3.322V（-25mV）
3.3Vまで昇圧するのでガチショートが無いことは確実となりました♪
②5Vリークチェック（開放電圧5.133V）
メインスイッチOFF ⇒ 5.129V（-4mV）
メインスイッチON ⇒ 5.051V（-82mV）
恐らくスイッチング用のフォトカプラで消費されていると思われます。
③12Vリークチェック（開放電圧12.23V）
メインスイッチOFF ⇒ 12.17V（-60mV）
メインスイッチON ⇒ 11.22V（-1.01V）
電圧降下が1.01Vなので、電流は1.01V/1000Ω⇒1.01mA
☆ここまででわかる事(=ﾟωﾟ)ﾉ
ショートの可能性 ⇒ かなり低い
リークの可能性 ⇒ あり
正常動作の可能性 ⇒ あり（こちらの可能性が高い）
とグレーには変わりないですが、48V回路から12Vを生成する為のゲートドライブ回路やMOSFETがショートしていない事が判ります。
ガチショートが無ければ、BMSの保護機能が働いたのは突入電流によるものだと言えるので、壊れていない可能性が出てきました♪
このままPC電源ユニットで直接制御電源を入れて動作確認をしても良いのですが、前回エージング作業が中途半端で終了してしまったので、エージング＆突入電流抑制も兼ねてPV入力で制御電源を立ち上げて動作確認したいと思います♪
⇓ 国産電解コンデンサ化したHYP4850U100-Ｈ改
強制排気ファンを追加し、通線孔も拡張して配線作業性も遥かにアップしました♪
筐体へ収め最終チェックして、送電準備完了です♪
結局、大丈夫だったん(;´･ω･)?
L1側ハイブリッドインバーター
L2側ハイブリッドインバーター
無事に動作しました(;´∀｀)
この数日間・・・無駄に絶縁コーティングを剥ぎまくってボロボロになったHYP君と、無駄に時間を浪費して精神をボロボロにした当方ですが、おかげさまでハイブリッドインバーターの回路構造をかなり知ることができました(´艸｀*)♪
※メインボードは絶縁シリコンベッタリですｗｗｗ
結局…BMSが突入電流に反応して遮断しただけだったようですwww
まぁ白煙噴いて無事だったのは不幸中の幸いですけどね・・・
いよいよ本格的に再稼働です♪
