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ICP-MS 7500电源修复小结(真空泵不启动)

  • 童心老叟
    2020/11/28
  • 私聊

ICP-MS

  • 近日事儿少,对前年(2018年)维修的ICP电源作一小结。

    实验室老师报修ICP -MS7500故障。

    故障现象:主机上电运行操作软件后,机械真空泵不起机,系统运行中断。售后工程师提示两点:一、真空泵故障;二、电源故障。

    实验室老师问:“能修吗?几年前已经报废了一台电源,这又坏了,成本忒高!”

    我说:“试试吧,没什么太大把握。容我一段时间吧。之前报废的还在。”

    一、初步检查

    现场检测:查看真空泵的铭牌,供电电源为220V。将真空泵脱离主机,另接市电220V,真空泵可以启动没有问题。




    继而检测主电源背部的控制真空泵开关及输出接口,当开关RPO KRP K闭合状态,真空泵电源的输出接口(插座)RPORP均无输出220V

    拆解电源的输入输出连接线,将电源与ICP主机分离。好大一个铁箱子,挺沉!

    首先查看此电源的标签标识,





    整理表格如下:


    电源输入

    AC220V/24A

    LEVEL 1

    电源输出 9

    AC220V/5A 2

    LEVEL 1

    DC +5.2V/3.5A

    LEVEL 3

    DC +15A/0.8A

    LEVEL 3

    DC -15V/0.8A

    LEVEL 3

    DC +24V/4.5A

    LEVEL 3

    DC +48v/3.5A

    LEVEL 3

    DC +48V/50A

    LEVEL 3

    DC +75V/1.5A

    LEVEL 3

    注:LEVEL为抗电磁干扰(EMC)等级,欧盟标准。当电源的要求比较高的时候需要将此指标标注。

    之前拿回报废的7500的电源,原打算修复或者拆件使用。当时拆壳看了一下挺复杂,修它会很耗费时间,同时感觉能力欠缺,也不知道有没有用,就放下了没抠它。此次又坏了一台且型号相同。想想,研究研究它或许会有些价值,决定开工。

    将的电源箱壳打开,映入眼帘的是两大块PCB板,其上还竖着众多的小PCB。其上绝大多数的元器件都是贴片元件,仅凭肉眼根本看不清,太复杂了!
    直观PCB表面看不清故障症结在哪里,没有发现明显烧坏的痕迹。



    由于是真空泵电源没有输出,首先检查了与此相关的电路部分。其中主电路外围的空气开关、继电器、启动开关、插座…….都没发现问题。这就麻烦了,问题出在主电路的PCB上!




    二、解剖绘图:

    拆掉机箱的上盖,在机箱后板(面向ICP背部)上安装了空气开关(IELH--11-1-62RF-45A)、继电器(AHE1275)、真空泵控制继电开关(SER-F-1REG)及电源插座(2个)。常用的启动开关装在前板(ICP内部)上。另外,在前后板上各装了两个散热风扇(109P1212H402);从初步检查这些元器件,没发现问题。

    机箱内分上下两层,安装了两个大的主板:其中主板AD1上除了板上元件之外,还竖着焊了了7个模块,AD4AD5AD6(3)AD8AD9;主板AD2上也竖着焊了3个模块,AD7AD10AD11另外还有2个独立模块:AD12用连接件将主板12连接起来;机箱前板上安装了AD3















    为搞通整机电源电路原理的情况,逐一将所有的模块全部焊接拆解下来。借助体视显微镜(为此还在显微镜物镜上加了LED环形照明),把模块分别绘制印制板图和原理图。还好,这些PCB板都是双层板,若是其中有一块多层板,我也只能放弃了。这个过程耗时两月有余。

    大小PCB共计12个功能模块, 绘制了大小图纸28张。其中,印制板图12张,原理图A2幅面5张,A3幅面2张,A4幅面7张。为了读图方便,还对个别模块原理图进行了分解绘制或者简化。


    模块序号

    功能定义

    原理图纸幅面

    AD1

    主板1 PCB尺寸435*364mm

    A2

    AD2

    主板2 PCB尺寸 434*312mm

    A2

    AD3

    输出接口模块

    A4

    AD4

    分部控制模块

    A2

    AD5

    PFC模块

    A2

    AD6

    脉宽调制模块

    A4*3

    AD7

    RF48V脉宽调制+过流保护+均流模块

    A3

    AD8

    ±5V、±15V模块

    A3

    AD9

    +75V模块

    A4

    AD10

    +24V脉宽调制模块

    A4

    AD11

    QP48V脉宽调制模块

    A2

    AD12

    PFC调整+输出电压调整模块

    A4


    注:PFC功率因数校正

    据此,整理成电路系统原理框图(框图)




    图片上传没反应了!!!
    哦,PNG格式不支持。

    三、故障电路分析及修复:

    这里不进行此电源的整体分析,只针对故障所涉及到的电路进行解剖。根据故障现象,重点检查了AD12、AD1、AD3、AD4,AD8等模块。

    电源设计者将AD12单摆浮搁,独立在侧表面。此为连接AD1和AD2的连接板,其上标注了若干主要参数测试点,方便整机调试和维修检测。

    在AD12上测量了几个主要的输出电压(+5、+12、+75等)参数,其中+5V电压有异,其他正常。由此寻迹导出如下结果:

    AD1为AD4提供+12V和+5V电压,由AD4控制输出信号,控制真空泵的继电开关(这继电开关有些讲究,外观像似普通板把开关,但其中还附加了继电器,引脚是5个端子。虽然板把已经推上去了,但内部触点并未闭合,只有将外部电压夹持到继电器上,主触点才能闭合)。

    但AD4的输出电压偏低,仅仅零点几伏,根本不足以推动继电开关。


    到此,回归头来查AD1为继电器的供电+12V电源输出正常,但+5V没有。最后发现,在AD1中的+5V电路部分的整流管开路,引起+5V电源无输出。这样PR和PRO驱动的NMOS管都不能导通,所以真空泵不能得电。

    问题找到更换元件之后,将各个部分复原,再进行整机测试,又发现问题了。

    整机电源上电闭合继电开关,真空泵插座依然没有市电220V输出,而且QP48V和RF48V也没有。再次查找这两个48V电路,发现依然由AD4控制。

    在AD4中有 5个电压比较器LM339芯片,其中两组为QP48和RF48的采样信号,当AD4不正常时,这两组电压也是不正常的。

    从原理图上推断,AD4中RP和RPO驱动的输入端CN31-2及CN31-1应该置于低电平,各自的NMOS管才能导通驱动继电器RL2、RL3。于是做个试验,用短路线人为将此二端接入低电平。继电器RL2、RL3均能吸合,说明真空泵应该得电了。经测量真空泵插座均有输出AC220V了。

    那么,将QP48和RF48的输入端也接入低电平如何?经试验后测量这两组电压也正常了。



    将电源整机完全复原后装入ICP主机,几个电源输出接口通过电缆接入前面板的板子上,接口如图。




    通讯电缆接入主机背部端口SERIALA。上电后,开机运行软件,仍然不能工作,真空泵仍然不转!

    再次读图才明白,此电源只有收到上位机发出指令,才能正常开启。当电源脱机(离开ICP主机)时,电源是不能正常工作的。此电源与主机(上位机)的通讯端口为CN14(箱壳标记P101)。

    这样,只好尝试推断上位机的原理。打开ICP主机右侧的扣板,其中有两块板:通讯板、高压板。那可真叫眼花缭乱,更是一头雾水。若是将这几块板子原理图都搞出来,工程浩大不说,时间也耗不起。只好到此为止。





    是,请实验室老师与代理商工程师联系,请他们提供支持。我将维修过程及目前的状况写了详细说明,但结果很不理想。因无相关资料也得不到厂商支持(电话咨多次)均无结果。

    我已经将电源修复了,后续工作由ICP售后工程师来做吧,在那个领域,毕竟他们更专业。

    之后,又将另一台电源修复了,故障原因是AD5(PFC模块)损坏,导致整机无输出,在此不叙。

    汇报之后,过了一段时间,实验室领导请了售后服务的工程师上门,将我修复后的电源装上,经他们调试后此机(ICP)运行正常。听说之后我很高兴,没白下功夫,小小的成就感。

    四、后记:

    俗话说:只要功夫深铁杵磨成针,修这个电源比磨铁杵难度大多了!查不到任何ICP电源方面的资料,等于是赤手空拳上战场。所以,日常积累资料是非常必要的,所谓磨刀十年功,砍柴几分钟。为了修这个电源,将ICP的原理都又学习了一遍,了解它的结构,看看部件需要几伏的电压,电流是多大的,工作流程是怎样的……。

    通过整理此高端电源的原理图,还了解了很多之前没接触到的电路知识,收获颇丰。

    比如,PFC(功率因数校正)芯片UC3854,在普通的仪器设备中很少见到;PWM(脉宽调制)芯片,常见的是TL494等,而这里在不同的模块上却用了三种芯片MB3759(TL494)、HA16120、FA5511;为了增加电源的输出功率采用了并联均压技术……。

    还有些元器件标识不清或者太简略,这些查不到资料的,只能画出图,再根据其外周元件推断它到底是什么。比如元件封装为SOT89,其上丝印为“93”,PCB板上印字为“M11A”。画出图才推断出它是基准电压芯片,类似TL431。大概元件生产厂商不同,各自的标识也不同。此类情况大概有4~5处之多。在画出的原理图中,这些位置都做了标记,万一以后能查到它的资料呢!

    为了搞通原理,查阅了大量资料,好在目前网络发达,许多问题都有解。这也是耗时长的主要原因。比如并联均压电路的原理,仅此一项查资料竟花费了四五天时间。


    用这种方式搞维修,对于代理商或售后工程师来说是得不偿失的。他们的工作方式大多是更换整个部件,好一点的更换故障单元板。若是像我一样抠PCB、绘原理图、再分析电路,怕是连裤子也穿不上了。当然他们手里的资料肯定比我们多的多,也许用不到这样费劲。

    我知道这个论坛的参与者绝大多数都是实验室的老师,只是使用仪器,极少涉及维修工作。此贴发在这里似乎有些文不对题。

    不过,发布这个帖子,并非炫耀,也没有回报的奢求,只是为了给同道们一些参考借鉴。

    还是那句话:予人玫瑰手有余香。万一有哪位借此解决一些实际问题,为本单位节省一些资金,也是好的。抛砖引玉在此,欢迎指正并讨论,拍砖也无妨。
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  • 童心老叟

    第21楼2021/07/18

    应助达人

    谢谢你的夸奖,总结的好!

    搞仪器维修确实需要耐心。根据故障现象、图纸、电路原理,查询故障所在,才能更换损坏元器件,修复仪器。

    如同医生诊病,望闻问切是必须的,而且也要究其病因对症下药才能立竿见影药到病除。有相当部分的维修人员不讲究道理只是“猜”,可能是这儿也可能是哪儿,把元器件换来换去,电路板搞得一塌糊涂。有时撞大运也可能暂时修复,可太多的情况是“报废”!

    七十年代曾经有个段子说的是一国外专家诊断设备故障后,谈及收费问题:在这画条线一美元,知道在这儿1W美元,云云。说的就是故障诊断。

    现在有好多医生也是如此,虽然现代检测仪器愈来愈高级,手段也愈来愈多,可他们还是“猜”。各种药试过来试过去,患者简直就成了试验用的小白鼠! 哦,跑题了,抱歉。

    wccd(wccd) 发表:简单总结一下。

    1、第一台电源故障原因是AD1中的+5V电路部分的整流管开路,引起+5V电源无输出。这样PR和PRO驱动的NMOS管都不能导通,所以真空泵不能得电。

    2、另一台电源故障原因是AD5(PFC模块)损坏,导致整机无输出。

    故障从表面上看不大,但由于没有具体线路图纸,及相关专业技术知识储备,所以维修难度很大。

    从性价比来讲厂家是肯定不会这么干的,只有对电子技术执着的专业人士或爱好者,才对此有着极大的兴趣和耐心,由于专业性过强,在本论坛能看懂此原创的可以说寥寥无几,真是难为老师了,呵呵!

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  • 童心老叟

    第20楼2021/07/18

    应助达人

    谬赞了,可不敢称之为“大师”。

    请详细描述一下故障现象或拍一些照片?

    你这句话我没看懂“电源灯不亮风箱转动用声”,风箱是什么东东?

    上门维修有些困难,家有两位九旬老人需要照顾,实在离不开。抱歉。

    您可以当地找一找搞 弱电硬件 专业的人士方便些,若需要支持我可以协助,例如相关部分的电路图纸、相关元器件资料.......

    Insp_481ffe8c(Insp_481ffe8c) 发表:膜拜大师,同型号设备我们的也出了电源问题,电源灯不亮风箱转动用声,可否请大师上门维修?

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  • Insp_481ffe8c

    第19楼2021/07/14

    膜拜大师,同型号设备我们的也出了电源问题,电源灯不亮风箱转动用声,可否请大师上门维修?

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  • wccd

    第18楼2021/06/26

    应助达人

    简单总结一下。

    1、第一台电源故障原因是AD1中的+5V电路部分的整流管开路,引起+5V电源无输出。这样PR和PRO驱动的NMOS管都不能导通,所以真空泵不能得电。

    2、另一台电源故障原因是AD5(PFC模块)损坏,导致整机无输出。

    故障从表面上看不大,但由于没有具体线路图纸,及相关专业技术知识储备,所以维修难度很大。

    从性价比来讲厂家是肯定不会这么干的,只有对电子技术执着的专业人士或爱好者,才对此有着极大的兴趣和耐心,由于专业性过强,在本论坛能看懂此原创的可以说寥寥无几,真是难为老师了,呵呵!

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  • 童心老叟

    第17楼2021/06/23

    应助达人

    呵呵,因为学校整体搬迁,这台仪器,闲置的时间太长了。大概是老师们也不大关注卫生问题,只要机器能用就行,所以疏于保养。

    “只要能跑,就上路!”

    这次维修它是因为学生上课急用,才张罗修的。

    tuxlin(tuxlin) 发表:我们单位7500的这个电源也坏过,故障现象是真空正常,但点火就没有电压输出。当时是找了一位电路维修工程师,也是他自己将电路图画出来后,再找到电路上的一个小电阻烧了,更换后就恢复正常了。看到楼主画的图,有那么一点熟悉的味道。给楼主点赞!

    看机械泵上的灰尘,仪器可能是放在普通实验室里吧。

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