اینورترها (مبدل‌ها) در سیستم‌های برق خورشیدی و یوپی‌اس‌های (UPS) صنعتی، قلب تپنده سیستم هستند که وظیفه تبدیل جریان مستقیم (DC) به جریان متناوب (AC) با فرکانس و ولتاژ دقیق را بر عهده دارند. خرابی در اینورترها به دلیل تنش‌های حرارتی، نوسانات برق یا خرابی قطعات قدرت، رایج است. تعمیر و جایگزینی موفقیت‌آمیز این اجزا نیاز به دانش عمیق الکترونیک قدرت و تجهیزات تخصصی دارد.
۱. ساختارشناسی ماژول‌ها و بردها
بردهای اینورتر به طور کلی از سه بخش اصلی تشکیل شده‌اند که در تعمیر باید جداگانه عیب‌یابی شوند:
الف) برد قدرت (Power Board)
این بخش وظیفه تبدیل و سوئیچینگ جریان با ولتاژ و آمپر بالا را دارد.
- یکسوساز (Rectifier): تبدیل AC ورودی به DC (در یوپی‌اس‌ها).
- لینک DC (DC Link): شامل خازن‌های بزرگ الکترولیتی برای صاف کردن و ذخیره جریان DC (تثبیت ولتاژ).
- ماژول‌های قدرت: شامل ترانزیستورهای IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) یا MOSFET که وظیفه اصلی تبدیل DC به موج سینوسی AC (توسط PWM) را دارند.
ب) برد کنترل (Control Board / DSP)
مغز سیستم است که تمام فرآیندهای سوئیچینگ، حفاظت، نظارت و ارتباطات را مدیریت می‌کند.
- میکروپروسسور/DSP: اجرای الگوریتم‌های PWM و کنترل H-Bridge.
- مدار درایور گیت (Gate Driver): تولید پالس‌های فرمان با ولتاژ و جریان مناسب برای گیت IGBTها.
ج) مدار شارژر و بای‌پس (در یوپی‌اس‌ها)
این مدارها وظیفه شارژ باتری و مدیریت مسیر برق در زمان قطعی را بر عهده دارند.
۲. تکنیک‌های عیب‌یابی ماژول‌های قدرت (IGBT/MOSFET)
ماژول‌های قدرت به دلیل تحمل جریان‌های بالا، اولین نقاط شکست در اینورتر هستند.
الف) تست سلامت IGBT بدون باز کردن کامل
- بررسی اولیه: برق ورودی را قطع کرده و از تخلیه کامل خازن‌های لینک DC مطمئن شوید.
- تست دیود با مولتی‌متر: مولتی‌متر را در حالت تست دیود قرار دهید و مقاومت بین کالکتور (C) و امیتر (E) هر سوئیچ را اندازه‌گیری کنید.
- IGBT سالم: در یک جهت (معمولاً پروب مثبت روی کلکتور و منفی روی امیتر) باید مدار باز (OL) و در جهت دیگر (معکوس کردن پراب‌ها) باید ولتاژ افت دیود (حدود 0.3 تا 0.7 ولت) را نشان دهد (به دلیل دیود هرزگرد داخلی).
- IGBT خراب: در صورت نمایش مقاومت صفر (اتصال کوتاه) در هر دو جهت یا مدار باز در هر دو جهت، ماژول معیوب است.
- تست اتصال کوتاه به بدنه: مقاومت بین هر ترمینال قدرت و هیت‌سینک یا بدنه فلزی را تست کنید. هرگونه مقاومت پایین نشان‌دهنده شکست عایقی ماژول است که بسیار خطرناک است.
ب) جایگزینی ماژول‌های قدرت
- اهمیت معادل بودن: ماژول جایگزین باید دقیقاً با مشخصات ولتاژ، جریان و فرکانس سوئیچینگ ماژول اصلی مطابقت داشته باشد. استفاده از قطعات با سرعت سوئیچینگ متفاوت می‌تواند کل مدار درایور را از کار بیندازد.
- خمیر سیلیکون (Thermal Paste): هنگام نصب ماژول جدید، حتماً از خمیر سیلیکون با کیفیت برای انتقال حرارت مؤثر به هیت‌سینک استفاده کنید. استفاده نکردن از خمیر حرارتی یا استفاده از لایه نامناسب، منجر به سوختن مجدد IGBT در عرض چند دقیقه می‌شود.
- لحیم‌کاری درایور: پس از نصب ماژول قدرت، اتصالات کوچک گیت و سنسور دما را با لحیم‌کاری دقیق وصل کنید.
۳. عیب‌یابی و تعمیر بردهای کنترل و درایور
خرابی در برد کنترل، منجر به عدم تولید سیگنال PWM و در نتیجه خاموشی یا تولید خروجی معیوب می‌شود.
الف) عیب‌یابی مدار درایور گیت
- بررسی ولتاژ تغذیه درایور: ولتاژ تغذیه مدار درایور IGBT (معمولاً 15V تا 18V) را در نقطه اتصال گیت اندازه‌گیری کنید. اگر این ولتاژ غایب یا نوسان‌دار باشد، IGBT فعال نخواهد شد و مشکل از مدار تغذیه درایور است.
- تست سیگنال PWM (با اسیلوسکوپ): اگر ولتاژ تغذیه درست است، سیگنال PWM خروجی از DSP به ورودی درایور را با اسیلوسکوپ بررسی کنید. این سیگنال باید یک پالس مربعی تمیز و ثابت باشد.
- جایگزینی IC درایور: در صورت وجود تمام ورودی‌ها و عدم تولید پالس صحیح در گیت IGBT، خود IC درایور (مانند IR2110 یا مشابه) باید تعویض شود.
ب) تعمیر و جایگزینی قطعات SMD (بردهای DSP)
- پروگرامینگ (Programming): تعویض میکروپروسسور یا DSP در بردهای کنترل، نیازمند پروگرام کردن مجدد با فریمور (Firmware) اختصاصی سازنده است. این فرآیند معمولاً فقط توسط نمایندگی‌ها یا تعمیرکاران بسیار متخصص با دستگاه‌های پروگرامر مخصوص امکان‌پذیر است.
- تعمیر SMD: قطعات کوچک روی بردهای DSP (مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها، ICهای ADC یا DAC) باید با دقت بالا و استفاده از هیتر هوای گرم و ابزار لحیم‌کاری ظریف جایگزین شوند تا به مسیرهای مجاور آسیب وارد نشود.
۴. بازسازی و تست نهایی
- بررسی خازن‌های صافی: خازن‌های الکترولیتی بزرگ لینک DC را از نظر تورم فیزیکی، نشتی یا ESR بالا بررسی کنید. خرابی این خازن‌ها باعث نویز و موج‌دار شدن خروجی AC و فشار بر روی IGBTها می‌شود.
- تست عایق‌بندی (Insulation Test): پس از تعمیر اینورتر خورشیدی، تست عایق‌بندی (تست میگر) در سمت DC و AC حیاتی است تا از خطای ایزولاسیون (Isolation Fault) جلوگیری شود.
- آزمایش بار (Load Test): دستگاه تعمیر شده باید تحت بار کامل و دمای کاری بالا تست شود تا پایداری و عدم داغ شدن ماژول‌های جدید تضمین شود. همچنین، خروجی AC باید با اسیلوسکوپ بررسی شود تا شکل موج سینوسی خالص (Pure Sine Wave) و بدون هارمونیک باشد.
