Reparatur eines Wechselrichters

[Fritz G. (fritz65)]

Ich habe in meiner Garage einen Wechselrichter, der aus einer 
24V-Batterie versorgt wird, um Staubsauger, Kompressor etc. zu 
betreiben. Das Ding hat bisher 10 Jahre klaglos funktioniert. Nun ist er 
leider defekt. Beim Einschalten löste der vorgeschaltete 
C40-Leitungsschutz aus und ließ sich zunächst nicht mehr einschalten. 
Bei einem erneuten Einschaltversuch blieb der automat drin, die 
Betriebsanzeige des Wechselrichters leuchtete und die Lüfter gingen an. 
Allerdings produziert er keine Ausgangsspannung und die 
battery-protect-LED leuchtet rot, obwohl die Batteriespannung mit 27,5V 
im grünen Bereich liegt. Gleichzeitig war ein leichter Geruch nach 
"geröstetem Epoxid" zu vernehmen.

Ich habe das Ding nun aufgeschraubt. Offenbar gibt es 8 Transformatoren, 
die die 24V auf eine DC-Zwischenspannung wandeln. Diesen sind insgesamt 
4 Autosicherungen mit jeweils 30A vorgeschaltet, von denen eine 
durchgeschmolzen ist (im Bild links oben im grünen Kringel, Sicherung 
wurde herausgenommen). Ich vermute also, dass eine der Eingangsstufen 
einen Kurzschluss hat. Die vier zugehörigen MOS-Transistoren (rote 
Kringel) scheinen nach einer ersten Messung OK zu sein, sie haben 
zumindest keinen Drain-Source-Kurzschluss. Irgendetwas Überhitztes kann 
ich auf der Platine nicht sehen.

Auffällig ist der schlampig wirkende Aufbau mit schief eingelöteten 
Bauelementen; der Mosfet ganz rechts oben liegt nur teilweise auf dem 
Kühlkörper. Die mit Heißkleber eingeklebte Plastikfolie in der Mitte 
sieht auch eher nach Bastelarbeit aus. Der helle Staub ist übrigens 
Betonmehl, das sich bei Bohrabeiten dort abgelagert hat. Ich glaube aber 
kaum, das das einen elektrischen Einfluss hat.

Andererseits hat das Teil bis jetzt fast ein Jahrzehnt klaglos 
funktioniert, war immer nur kurz (maximal ein paar Minuten) in Betrieb 
und wurde nie mehr als lauwarm. Warum ist er nun plötzlich verendet? Und 
wenn eine der Eingangsstufen außer Betrieb ist, müsste er doch zumindest 
noch mit 3/4 der Maximalleitung funktionieren? Oder sind die 
Trafoausgänge in Reihe geschaltet?

Ich weiß nicht, ob sich eine Fehlersuche und Reparatur lohnt. Gibt es 
zumindest ein Prinzipschaltbild für das Ding?

[Fritz G. (fritz65)]

Sorry, ich habe das falsche Bild ohne Markierungen hochgeladen. Hier das 
Richtige.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Fritz G. schrieb:
> der Mosfet ganz rechts oben liegt nur teilweise auf dem
> Kühlkörper.

Und schon hast du die Lösung für den Defekt. Die thermische Überwachung 
hat entweder nicht funktioniert oder ist gar nicht vorhanden.
Der primitive Aufbau durch simples Parallelschalten von Endstufen machts 
auch nicht besser und die Elkos werden dauerhaft auch nicht den starken 
Ripplestrom vertragen. Da wurden billige Elkos verwendet und probiert, 
durch Parallelschaltung was zu retten. Versagt deren Reservoirwirkung, 
rutschen die Endstufen schnell mal aus dem SOA Bereich.
10 Jahre finde ich übrigens für das primitive Dings schon eine 
beeindruckend lange Lebensdauer.

Fritz G. schrieb:
> Und
> wenn eine der Eingangsstufen außer Betrieb ist, müsste er doch zumindest
> noch mit 3/4 der Maximalleitung funktionieren?

Da wirds eine Schaltung geben, die wartet, bis alle 4 Endstufen laufen, 
um dann den Ausgang freizugeben.

[Fritz G. (fritz65)]

Matthias S. schrieb:
> Fritz G. schrieb:
>> der Mosfet ganz rechts oben liegt nur teilweise auf dem
>> Kühlkörper.
>
> Und schon hast du die Lösung für den Defekt. Die thermische Überwachung
> hat entweder nicht funktioniert oder ist gar nicht vorhanden.
> Der primitive Aufbau durch simples Parallelschalten von Endstufen machts
> auch nicht besser und die Elkos werden dauerhaft auch nicht den starken
> Ripplestrom vertragen. Da wurden billige Elkos verwendet und probiert,
> durch Parallelschaltung was zu retten. Versagt deren Reservoirwirkung,
> rutschen die Endstufen schnell mal aus dem SOA Bereich.
> 10 Jahre finde ich übrigens für das primitive Dings schon eine
> beeindruckend lange Lebensdauer.

Der auf der Kante montierte Mosfet ist OK. Den Defekt habe ich nach 
Ausbau der Platine inzwischen lokalisieren können: Der rechte Transistor 
hat einen Riss und ist vermutlich durchlegiert. Fragt sich, warum das 
passiert ist. Grenzdaten des FHP75N08 sind 75V und 80A, da sollte so 
schnell nichts anbrennen. Überhitzung schließe ich aus, da der Fehler 
unmittelbar nach dem Einschalten auftrat. Auffälig ist, dass R7 leicht 
gebräunt ist, Er ist mit einem 10nF Kerko in Reihe geschaltet, 
vermutlich handelt es sich ume einen Snubber. Mit dem Multimeter messe 
ich 5,6Ohm, was eigentlich noch gut zum Nominalwert passt, den 
Kontaktwiderstand der Prüfspitzen eingerechnet.

Auffällig ist, dass bei der Batterie aus 16 paralelgeschalteten 
1000µF-Elkos mein Multimeter nur 160µF anzeigt. Kann es sein dass die 
Dinger ausgetrocknet sind? Allerdings sind solche Messungen im 
unausgelöteten Zustand natürlich fraglich.

Weitere Frage: Der FHP75N08 ist nur im 10er-Pack aus China bestellbar. 
Nicht wirklich teuer, aber mehrere Wochen Lieferzeit und mit dem Risiko 
behaftet, eine Fälschung zu bekommen. Wäre ein IRFB3607 mit ähnlichen 
Grenzwerten und etwas besserem RDSOn ein Ersatz? Man müsste natürlich 
auch noch die Gate-Source-Kapazität vergleichen, über die schweigt sich 
das FHP-Datenblatt leider aus.

Apropos Auslöten: Wie lötet man so etwas? Meine 50W-Lötstation hat bei 
dem fingerdicken Lötzinnauftrag keine Chance. Klempnerlötkolben? Wäre 
Heißluft eine Möglichkeit?

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Da braucht man eine Lötstation mit etwas Dampf und eine dickere 
Lötspitze als für SMD. Mit meiner RDS-80 (die mit der NYM-Leitung) ging 
das bislang ganz gut, man kann auch 20..30°C mit der Temperatur nach 
oben, dann hat man etwas mehr Reserven.

Wenn solche MOSFETs sterben, muss deren Gate-Beschaltung überprüft 
werden. Da müssen saubere Signalflanken anliegen, sonst stirbt der neue 
FET gleich wieder.

IRFB3607 sollte gehen, man müsste aber eigentlich den kompletten Bestand 
austauschen, also auch die FETs an den anderen Transformatoren. Sonst 
riskiert man da Unsymmetrien durch die Mischbestückung, könnte bei hoher 
Last zu Problemen führen.

Warum solche Geräte gerne beim Einschalten sterben ist manchmal echt 
schwer zu ergründen. Ich vermute, daß manche den Start nicht schaffen, 
aus welchen Gründen auch immer, daß durch die hochlaufenden 
Betriebsspannungen oder die dabei auftretenden hohen Ströme irgendwelche 
Latch-Up-Effekte oder ähnliches auftreten und die maximal möglichen 
Tastverhältnisse bzw. Einschaltzeiten der FETs überschritten werden. 
Trafos in Sättigung kommt nicht so gut, halb geöffnete 
Schalttransistoren auch nicht. Das gibt's auch leider bei vielen 
KFZ-Endstufen, die manchmal einfach so beim Einschalten ihr Netzteil 
zerlegen.

MOSFETs sterben leider viel schneller als insbesondere KFZ-Sicherungen 
mit höheren Strom-Werten. Die sind da nur als Brandschutz zu gebrauchen.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Fritz G. schrieb:
> Auffällig ist, dass bei der Batterie aus 16 paralelgeschalteten
> 1000µF-Elkos mein Multimeter nur 160µF anzeigt.

Löte mal einen aus und messe den. Über billige Elkos habe ich ja oben 
schon was geschrieben.
Noch ein Tipp: Steck da nicht zu viel Geld und Zeit rein. Vermutlich 
sind die Elkos nach 10 Jahren nämlich auch fällig.

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Wenn man da Zweifel hat, tauscht man die Elkos in 5 Minuten aus.

Nicht zuviel Geld reinstecken ist bei so einem einfach Rechteck bzw. 
"modifizierte Sinuswelle" **lach** allerdings richtig. Ein Kompressor 
ist auch wirklich die Höchststrafe für das Ding und so ein 
Wechselrichter gleichzeitig die Höchststrafe für den Kompressor.

[Loco M. (loco)]

Matthias S. schrieb:
> Fritz G. schrieb:
>> Auffällig ist, dass bei der Batterie aus 16 paralelgeschalteten
>> 1000µF-Elkos mein Multimeter nur 160µF anzeigt.
>
> Löte mal einen aus und messe den. Über billige Elkos habe ich ja oben
> schon was geschrieben.
> Noch ein Tipp: Steck da nicht zu viel Geld und Zeit rein. Vermutlich
> sind die Elkos nach 10 Jahren nämlich auch fällig.

Und berücksichtigen, dass das Multimeter nur die Kapazität und nicht den 
ESR anzeigt. Ein gealterter Kondensator kann noch +- die 
Nominalkapazität haben, aber einen deutlich erhöhten ESR Wert.

[Fritz G. (fritz65)]

Ben B. schrieb:
> Warum solche Geräte gerne beim Einschalten sterben ist manchmal echt
> schwer zu ergründen. Ich vermute, daß manche den Start nicht schaffen,
> aus welchen Gründen auch immer, daß durch die hochlaufenden
> Betriebsspannungen oder die dabei auftretenden hohen Ströme irgendwelche
> Latch-Up-Effekte oder ähnliches auftreten und die maximal möglichen
> Tastverhältnisse bzw. Einschaltzeiten der FETs überschritten werden.
> Trafos in Sättigung kommt nicht so gut, halb geöffnete
> Schalttransistoren auch nicht. Das gibt's auch leider bei vielen
> KFZ-Endstufen, die manchmal einfach so beim Einschalten ihr Netzteil
> zerlegen.

Ich habe inzwischen Ersatz bestellt, die Wechselrichter sind ja nicht 
wirklich teuer und können inzwischen auch einen echten Sinus erzeugen. 
Was den Mosfet getötet hat, ist nachträglich schwer herauszufinden. 
Meine Vermutung geht in Richtung parasitische Oszillation, die bei 
Leistungsendstufen eine gefürchtete Komplikation ist. Der Transistor 
schaltet dann im MHz-Bereich an und aus, was zu einer hohen 
Verlustleistung und damit zur thermischen Zerstörung führt. Das würde 
auch den überhitzten Snubberwiderstand erklären. Grund könnten gealterte 
Elkos sein. Wenn ich mal ein wenig mehr Zeit habe, werde ich die Elkos 
mal auslöten und auf Kapazität und ESR testen.

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Naja, bei den billigen China-Dingern musst aufpassen, die haben da 
drüben irgendwie andere Watts und Ampere als wir hier in Deutschland.

Ich habe auch gerade so einen Waeco 350W Sinus-Schnellabraucher am 
Wickel. Sekundärseitig (auf der 230V-Seite) der Elko (68µF 500V) tot, 
zwei von vier Gleichrichterdioden tot. Primärseitig (auf der 12V-Seite) 
alle vier FETs (IRF3205Z) tot und der diese steuernde SG3525 natürlich 
auch - an der Stelle war dann Feierabend mit der Bastelstunde. Alle 
anderen Teile habe ich dank großzügigem Lager an Ausschlacht-Platinen 
da, IRF3205 habe ich noch einige neue da. Aber einen SG3525 in 
SMD-Ausführung natürlich nicht. Als DIP-16 habe ich mindestens einen auf 
den alten Platinen. Also wenn hier jemand mitliest, der im näheren 
Umkreis von Schöneiche bzw. Berlin-Köpenick einen SG3525 im schmalen 
SOIC16 SMD-Gehäuse hat (kein SOIC16-W), würde ich mich darüber freuen... 
sonst wird Montag mal wieder eine Reichelt-Bestellung fällig. Mal sehen, 
dank einem Stück Lochrasterplatine sollte der Mindestbestellwert ja kein 
Problem sein. :((

Außerdem ist auf der Primärseite noch so ein 5,6µF/100V 
Folienkondensator gestorben (Beinchen angekokelt, eines im Lichtblitz 
verdampft), keine Ahnung wie man das schafft. Wahrscheinlich hat es dem 
Ding nicht gepasst, daß man es bei der Produktion in braune Bärenkacke 
getaucht hat und wollte da raus. Guter Versuch, hat aber nicht geklappt.

Also ehrlich, die Reparatur dieser Dinger ist wirklich nur 'ne rein 
sportliche Übung. Niemand kann einem die Zeit bezahlen, die man dafür 
braucht und wenn man die Teile alle neu kaufen müsste, kommt man schnell 
in Regionen, wo sich nicht mal mehr der Strom für den Lötkolben lohnt 
weil man für den gleichen Preis ein gut funktionierendes Gebrauchtgerät 
bekommt.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Ben B. schrieb:
> Waeco 350W Sinus-Schnellabraucher

Dabei behauptet Waeco/Mobitronic, das sie besser seien als der 
Durchschnitt. Aber viel dran ist da nicht. Habe gerade ein Waeco 
Ladegerät aus der 'PerfectCharge' Serie geschlachtet. Auch da waren 
merkwürdige Defekte, wie ein defekter Netzgleichrichter...

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Waeco besser als Durchschnitt? Keine Ahnung, vielleicht früher mal. Die 
Qualität hat bei fast allen Firmen stark nachgelassen, die früher mal 
gut waren oder sich mit "made in Germany" schmücken. SMA z.B. - die 
Dinger landen regelmäßig auf irgendwelchen Basteltischen, man findet die 
Dinger zuhauf defekt. Denen muss man nur lassen, daß von SMA sehr viele 
Geräte im Einsatz sind, aber so richtig robust waren die Dinger wohl 
noch nie. Die neueren lassen sich auch verdammt schwer reparieren, weil 
das meistens geplatzte IGBT-Modul unter der Platine verbaut ist. Toll 
gemacht, so kann man nämlich nicht an der Beschaltung der Gates messen 
bzw. kann man sowieso nicht, weil man das Teil ohne Testprogramm im 
Controller nicht dazu bewegt kriegt, ohne volle Betriebsspannung 
PWM-Signale an die IGBT-Ansteuerung zu senden. Geht nur wenn man die 
Verbindung zum Controller kappt und dort eigene Testsignale anlegt, die 
dann intakt aus den Gate-Treiber wieder rauskommen müssen. Wer da keine 
Lust drauf hat: Tonne auf, Wechselrichter rein, Tonne zu - ganz genau so 
wie der Hersteller das will, damit man auch brav alle 5..10 Jahre einen 
neuen kaufen muss.

Dann gibt es viele Baureihen PV-Einspeisewechselrichter bei diversen 
Herstellern, bei denen sterben nach 5..10 Jahren die ENS-Relais. Die 
Kontakte verbrennen, obwohl die eigentlich lastlos geschaltet werden. 
Wissen die nicht mehr, wie man brauchbare Relais baut? Dann sollen sie 
da echte Schütze einbauen, genug Platz wäre da - will man aber 
offensichtlich nicht.

Fronius ist auch nur noch Schrott, so oft wie deren IG-Serie am Sterben 
ist. Oft wegen Optokopplern, die aus den Toleranzen laufen und schwupps 
funktioniert die tolle Kommunikation zwischen den Platinen nicht mehr.

Kostal mit ihrem berühmten Kondensator im Hilfsnetzteil... auch so ein 
Mist, der eigentlich nicht passieren sollte.

Oder die alten IBC/Danfoss/Solarworld-gelabelten Kisten - die sterben 
reihenweise an kalten Lötstellen, die beim Ausfall leider schon wie 
Lagerfeuerstellen auf der Platine aussehen weil alles verkokelt ist.

Alles Scheiße, die man nicht haben will, wenn so eine Anlage 20..25 
Jahre laufen soll.

> Habe gerade ein Waeco Ladegerät aus
> der 'PerfectCharge' Serie geschlachtet.
Schade, daß Du das geschlachtet hast. Ich hätte wahrscheinlich
versucht, es zu reparieren. :)

> Auch da waren merkwürdige Defekte,
> wie ein defekter Netzgleichrichter...
Die sterben gerne als Opfer, kurz bevor es dem 16A LSS vom 
Steckdosenkreis reicht und dieser als letzte Instanz abschaltet. An dem 
Ding war sicher noch mehr defekt wie Zwischenkreiskondensator 
durchgeschlagen oder die Schalttransistoren am Transformator gegrillt.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Ben B. schrieb:
> Schade, daß Du das geschlachtet hast. Ich hätte wahrscheinlich
> versucht, es zu reparieren. :)

In der gleichen Charge war noch ein 12V/15A Charger, den ich brauchen 
konnte, und der Waeco war ein 24V Lader für 3 Bänke, mit dem ich sowieso 
nichts anfangen kann. Das Gehäuse wird wohl noch da sein - im 
Metallschrott.

Wenn wir für Schiffe Ladegeräte verbauen, verkaufen wir den Leuten im 
Moment Sterling Power, die scheinen ganz brauchbar zu sein.
Ich bin mal gespannt, wie sich der Growatt 600W Einspeise-WR schlägt. Im 
Moment macht er einen recht robusten Eindruck und läuft jetzt schon etwa 
20 Monate.

Ben B. schrieb:
> An dem
> Ding war sicher noch mehr defekt wie Zwischenkreiskondensator
> durchgeschlagen oder die Schalttransistoren am Transformator gegrillt.

Genau so. Die Primärseite bestand aus einem einzigen Kurzschluss, 
spricht, Transistoren gegrillt, Platine verbrannt, Dioden futsch. Da 
repariere ich nichts mehr.

[Fritz G. (fritz65)]

Ben B. schrieb:
> Naja, bei den billigen China-Dingern musst aufpassen, die haben da
> drüben irgendwie andere Watts und Ampere als wir hier in Deutschland.

OK, mein neuer 2000/4000W Wechselrichter ist heute angekommen. Einen Fön 
mit 2000W (tatsächlich vermutlich etwas weniger) hat er zumindest für 
einige Minuten verkraftet, bis der C40-Automat ansprach. In der 
Zuleitung habe ich 84A gemessen bei 25V Batteriespannung. Kompressor 
(1000W) und Staubsauger (700W) liefen auch problemlos.
Das Ding ist bei mir im Wesentlichen für den Staubsauger zuständig und 
wird vielleicht 10-12mal im Jahr für knapp 20 Minuten genutzt. Dazu 3-4 
mal der Kompressor im Sekundenbereich zu Reifenfüllen.

Eine Fraeg habe ich aber noch: Beim Einschalten ploppt der Automat 
hörbar, was vermutlich am hohen Ladestrom der Eingangselkos liegt. 
Auslösen tut er jedoch nicht. Meine Stromzange mit Inrush-Messung zeigte 
mir 65A Spitzenstrom. Erst dann wird der Wechselrichter über einen 
Schalter am Gerät eingeschaltet, was keinen hohen Spitzenstrom mehr 
erzeugt. Bisher habe ich ihn bei Nichtgebrauch immer komplett von der 
Batterie getrennt. Ich frage mich nun, ob es nicht besser wäre ihn 
ständig unter Spannung zu halten. Was lässt Elkos schneller altern, 
gelegentliche Spitzenströme oder dauerhafte Spannung?

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Ich glaube, daß die Elkos lieber dauerhafte Spannung mögen anstelle 
regelmäßig einen ungebremsten 24V-Tritt in den Arsch.

Was hast Du eigentlich mit dem alten Wechselrichter gemacht? Falls der 
noch existiert hätte ich da evtl. Interesse dran - aber der würde bei 
mir als Teileträger enden, da ich mit 24V Eingangsspannung nichts 
anfangen kann.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Ben B. schrieb:
> aber der würde bei
> mir als Teileträger enden, da ich mit 24V Eingangsspannung nichts
> anfangen kann.

Oder du baust ihn auf 115V um :-) Aber Mod. Sinus ist heute ja meistens 
unbrauchbar.

Ben B. schrieb:
> Ich glaube, daß die Elkos lieber dauerhafte Spannung mögen anstelle
> regelmäßig einen ungebremsten 24V-Tritt in den Arsch.

Dito. Aber achte drauf, das die Elkos nicht auf Kante genäht sind. Also 
eher 35V Typen statt 25V.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Ach, wenn man so ein Monsterdings auf dem Tisch hat, könnte man mal 
überlegen, ob es nicht doch geht, die Ausgangsstufe auf echten Sinus 
umzubauen. Dazu müsste man vermutlich ein kleines Extraplatinchen 
machen, z.B. mit einem MC als PWM Sinus Generator und diesmal echten 
Gatedrivern.

Im Moment hab ich aber nur so einen 300W Murkel hier rumliegen, für den 
sich der Aufwand nicht lohnt.