6chアンプ (49) PCBの交換と崩壊解析

ラウドスピーカーのブレイクイン中、20Hzのハーフパワースイング中に出力端がショート。MYパワーアンプから白煙が上がり、壊れてしまいました。
続・修理編です。

なんでNo. 49 なんだよ！　との怒号が聞こえてくる。。。
MOS-FETアンプの制作中から連綿と続いているからです。制作が終わっても、連続するトラシュー、そして今回は事故修理、と。。。

さて、前回は電源基板のダイオードチェックまで終えたところ。どうやら電源平滑ボードには焼損はなかったみたいなのですよね。さすがは、トータル150Aの耐容量。150Aが切れる時は大火災ってコトでしょうね（笑
今日も話が長いよ～（笑）　長い話が苦手の方、今すぐご移動を！
　
　

放熱フィンを清掃する

焼けた基板の影響で、放熱フィンもススで真っ黒け。まずはPCBを取り外して、こいつを清掃していきます。
軽く拭けば取れんだろ、と軽く考えていたら、なかなかにシツコイ。粘り気もあり、強く付着していて、なかなか除去できない。例えば指先に付着すると洗剤で洗っても一回では取りきれません。

よくよく見れば、ビスまで真黒け。
この黒いのはビスが焼けたわけじゃなくて、スモークされてススまみれになってるだけ。

基板撤去した跡がこれです。
ネジはまだ使えるかも知れませんが、キモチワルイし、ネジも絶縁シリコンも廃棄だなー。

希釈したエタノールと数種の薬剤で、ピカピカになるまで磨き上げました。
　
　

基板を新品交換

アンプ用のビスは、このMEMOつきの（笑）箱の中にたんまりストックされています。

スペア半導体も、絶縁ワッシャーもシリコンシートも、わんさか持っています（笑）どんとこーい。（でももう交換はやだ）

ここらでそろそろニトリル手袋の出番ですね。
サビというのは指紋の跡＝酸化皮脂からはじまるのです。

シリコンシートを穴に合うように並べていく。
思い出したぞ。隣同士とつっかえちゃうから、少しずつハサミで除去して使うんだ。

 

取り出したるは、交換用のPCB。チェックはしていないですが、動くでしょう。これと同じデッドストックをあと3枚持っています。 
（だがしかし、本当に基板ごと持ってかれるとは想像もしてなかった）

 

ネジ穴を合わせながら少しずつ締めていきます。
締める前に、ピンセットでシリコンシートの位置を微調整してキレイに整えます。

 

はい、できました。
配線が無いとキレイなもんですね。動け動け～
　

ところで、放熱フィンに着いているMOS-FET。取付ネジが緩んでいないかな？とチェックしたら、緩んでいるものが多数ありました。結局、全数チェックをして、緩んでいるものがチラホラ。。。
半導体を留めているネジ。たまには緩みチェックをした方が良いかもですね。バイクで言うならクイックリリースのトルクを半年チェックしないまま走るようなもんだ。
　
　

破壊状態をチェック

ところで、破壊された基板です。どのような故障が起きたのでしょう？
オープンモードか、ショートモードか、ふだんはそんなことしないけど、少し興味があるので一応見ておきましょうか。

ハンダ吸い取り器でハンダを吸って終段のMOS-FETのみ外します。
残されたバイアス抵抗のようす。

写真じゃ良く判りませんが、抵抗はクラック破壊されるだけじゃなくて、リード線まで溶けて融解しているんですよ。す、すげえ。。。　まるでヒューズです。
しかし、この抵抗が切れてくれたお陰で被害が波及せずココで止まったという言い方もできます。
　
隣の抵抗まで焼けただれているところから、相当な放熱量だったことが伺える。ガラエポの基板も歪んで見えます。

 

このアンプに使われている終段は、IRFP240とIRFP9240のコンプリです。
Vishay Siliconixの手になるもの。ただしどちらもディスコンです。
後日の入手難が嫌なので、このFETだけで20ペアほどストックしておきました。

PチャンもNチャンも脚はG-D-Sで共通しています。

 

パワーMOS-FETのD-S電極間には、仮想的なダイオードが形成されています。

これは構造原理上できてしまうもので、予期した素子ではないことから”寄生ダイオード”とか”ボディダイオード”と呼ばれたりするものです。
パワーMOS-FETのASO崩落では、まずこの寄生ダイオードが先に短絡してしまうんですね。だからほとんどのケースでショートモード破壊になると言われています。

私の持ってるテスターは、BJTのチェック機能は付いていますけど、FETのチェック機能がありません。でも、上図の仕組みから、ダイオードチェックをすることで素子が生きてるか死んでるかの簡易的チェックができます。
テスターはダイオードモードにしておきます。Nチャンネルであれば、ソース側に＋、ドレイン側のーを接続すれば電流が流れて、正常バイアスが掛かるはずですよね？

 

早速Nチャンから見ていきましょう。

 

ありゃ、ダメだ。本来なら0.6V内外が正常範囲です。こりゃレアショート状態ですな。

逆はどうでしょうか。ソースー、ドレイン＋であれば、電流が流れずOPENになるはずですよね？

 

あきまへん。これも同値くらいです。

つまり。。。
内部ダイオードは絶縁破壊を起こしており、ほぼレアショート状態というコトです。

 

次にPチャンネルを見ていきましょう。
見た目だけなら、Pチャンの方が焼けただれ方が激しいように見えますが。

 

正極。０Vつまり、完全にD-S導通しています。

 

逆極。こちらも0V。
ボディダイオードは完全融解してショートしてしまっているみたいです。
　
　

以上。
NチャンPチャンともにショートモードでの破壊でした。

教科書どおりです。
スッキリしましたね！！（どこがじゃ）

 

電源投入してみる

前回にも「芋づる」の話をしました。

まず、メインヒューズは切れていませんでした。14Aもの電流耐性を持つトランスが絶縁破壊を起こすくらいなら、まず7Aのヒューズが先に切れてるはず。そこが大丈夫ということは、トランスは逝かれていない。
また、電源基板のダイオードも無事でした。これなら電源投入も行けるだろうとの判断です。
最初はアンプ回路を繋がずに、電源基板のみ導通してテストします。

ウチのアンプはリレーメイクで完全に電源が入り切るまでに、約8秒。
恐怖の時間です。その間、メガネをして防爆スクリーンを構えつつ、電源スイッチをそっと入れてみました。

シ～～～ン。カチン。8秒がとてつもなく長く感じる。何も起きないか、さらに数十秒待ちます。

良かった～。何も起きないようです。

 

煌々と内部を照らす電源のLEDが、回路の無事を物語っています。
テスターで当たって、サブの電源、正負共に規定の電位が出ていることを確認できました。

 

この日はこれで作業時間切れ。
残りは、アンプ放熱フィンを元に戻して回路結線してバイアス再調整して・・・。
で運が良ければ、一両日中には完全復帰するはず。

慌てて作業するとまた何かやらかすので、落ち着いて作業ができるよう少し間を置いてみます。よくやりがちなのが、どこかの線だけつなぎ忘れて「ぶらぶら遊んでいる」というパターン。これをするとまた故障します。