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Traco Power TMLM04115 - Netzteilmodul

TMLM04115

TMLM04115

Traco Power stellt diverse Spannungswandler her, die allgemein für gute Qualität bekannt sind. Die Modellreihe TMLM besitzt einen Weitbereichseingang (90-246VAC) und bietet Ausgangsleistungen zwischen 4W und 20W. Der TMLM04115 generiert 15V mit einer Belastbarkeit von 267mA. Der Wirkungsgrad wird mit 74% angegeben. Die Abmessungen betragen 36,5mm x 27mm x 17,1mm.

Das hier vorliegende Modell ist relativ früh ausgefallen. Es hat die vorgelagerte 1A-Sicherung ausgelöst.

 

TMLM04115 Aufbau

Das Gehäuse besitzt sieben Pins, wovon zwei Pins lediglich der Stabilisierung des Moduls dienen. Der Schaltregler befindet sich in einem Kunststoffbecher, der ausgegossen und auf der Unterseite mit einem Deckel verschlossen wurde.

 

TMLM04115 Aufbau

Das silikonartige Vergussmaterial lässt sich gut entfernen. Es fällt sofort die hohe Packungsdichte der Bauteile auf.

Auf dem Transformator befindet sich unter anderem die Zeichenfolge ARCH-E. Das lässt vermuten, dass zumindest der Transformator, vielleicht die ganze Baugruppe von der taiwanesichen Firma Arch Electronics stammt.

 

TMLM04115 Isolation

Die galvanische Isolation zwischen der Netzspannung und der Ausgangsspannung ist deutlich zu erkennen. Im unteren und rechten Bereich befinden sich die Schaltungsteile, die mit Netzspannung arbeiten. In der linken oberen Ecke ist der Niederspannungsteil aufgebaut. Die Isolationsstrecke wird mittig von einem Transformator und einem blauen Y1-Kondensator überbrückt.

Da sich an der linken Kante die Eingangs- und die Ausgangsbeschaltung direkt nebeneinander befinden, musste hier zusätzlich eine Folie zur Isolation eingezogen werden. Links des Transformators hat man ein Kunststoffelement eingeschoben, dessen Funktion nicht ganz klar. Der Transformator scheint selbst ausreichend isoliert. Vielleicht garantiert das Kunststoffelement einen Mindestabstand zum Y1-Kondensator.

 

TMLM04115 Isolation

Auf der Unterseite der Platine hat man die Folie zur Isolation der Netzspannung auf den Niederspannungsbereich geklebt. An der rechten Kante sind die Potentiale der Netzspannung so nahe beieinander, dass ein Schlitz in die Platine gefräst werden musste.

 

TMLM04115 Aufbau

Entfernt man die großen Elemente, so werden auch die niedrigeren Bauteile sichtbar. Die Beschädigung der Induktivität in der oberen linken Ecke entstand beim Entfernen der Vergussmasse.

 

TMLM04115 Aufbau

Unter der Isolationsfolie zeigt sich, dass die Platine beim chinesischen Hersteller YLH Electronics gefertigt wurde.

 

TMLM04115 Aufbau

Die letzten Bauteile werden erst sichtbar, wenn man den TNY274 auslötet. Unter diesem Baustein sind fünf Widerstände aufgelötet.

 

TMLM04115 Schaltung

Die Schaltung ist nicht allzu komplex. Es handelt sich um einen typische Flyback-Spannungswandler. Obwohl das Datenblatt extern eine träge 3,15A-Sicherung fordert, befindet sich am Eingang zusätzlich eine träge 4A-Sicherung. Eine derart große Sicherung ist notwendig, weil die folgenden Kondensatoren keine Eingangsstrombegrenzung besitzen. Darauf folgt ein 350VAC-Varistor zum Schutz vor Überspannungsimpulse. Der Brückengleichrichter HD06 sperrt sicher bis 600V.

Primärseitig finden sich zwei Elektrolytkondensatoren, die durch eine 390µH-Induktivität voneinander getrennt sind. C1 dient hauptsächlich zur Glättung der gleichgerichteten Netzspannung. C2 liefert als Zwischenkreiskondensator die Stromspitzen, die der Schaltregler aufnimmt. Die Induktivität L1 sorgt zum einen dafür, dass der Kondensator C1 nicht mit den schnellen Stromänderungen belastet wird und reduziert zum anderen die Auskopplung von Störungen in das Versorgungsnetz.

Der TNY274 ist ein Schaltregler, der nicht nur die Steuerung, sondern auch den Leistungstransistor enthält. Er stammt aus der TinySwitch-III Familie von Power Integrations. Seine Taktfrequenz beträgt 132kkHz. In einem geschlossenen Gehäuse kann man damit laut Datenblatt bis zu 5W Ausgangsleistung darstellen. Parallel zur Primärspule des Transformators befindet sich die Snubber-Schaltung C3/R3/R4/R5/D5, die die Spannungsspitzen beim Abschalten des Leistungstransistors reduziert.

Der Transformator besitzt nur zwei Wicklungen. Der TNY274 versorgt sich direkt aus dem Leistungskreis, genauer aus seinem Drain-Pin. Ein interner Spannungsregler lädt darüber den Kondensator C4. Während der Leistungstransistor aktiv ist, dient dieser als Energiespeicher.

Auf der Sekundärseite erfolgt die Gleichrichtung über D6. Die Kondensatoren C6/C7 nehmen die Energiepakete auf und sorgen so für eine geglättete Ausgangsspannung. Der LC-Filter L3/C8 reduziert die Abstrahlung von hochfrequenten Störungen. Der Widerstand R12 sorgt für eine Mindestlast, damit das Modul auch im Leerlauf stabil arbeitet.

Die Ausgangsspannung wird mit der Referenzspannung eines TL431 Shuntreglers verglichen. Der Spannungsteiler R9/R10/R11 definiert die Sollspannung. Das RC-Glied R8/C5 optimiert das Verhalten der Schaltung bei hohen Frequenzen. Die Höhe der Ausgangsspannung definiert den Strom durch den Optokoppler LTV-357T, der die Rückkopplung des Schaltreglers darstellt. Durch die Widerstände R1/R2 überwacht der Schaltregler die Netzspannung, so dass er bei Unterspannung abschalten kann.

 

TMLM04115 Transformator

TMLM04115 Transformator

TMLM04115 Transformator

Der Transformator selbst ist mit einer harten schwarzen Masse vergossen. Die dickeren Leitungen der Sekundärseite wurden durch den Kunstoffkörper geführt und fixieren den Transformator auf der Platine. Die dünnen Leitungen der Primärseite verlaufen ohne Führung durch den Transformatorkörper zur Platine. Die Drähte von Primär- und Sekundärseite sind mit Schläuchen zusätzlich isoliert. Der Abstand und die zusätzliche Isolation sind notwendig, um die verstärkte Isolation gegenüber der Netzspannung darstellen zu können.

 

TMLM04115 TNY274

TMLM04115 TNY274

Bei genauerer Betrachtung zeigt sich, dass der Schaltregler definitiv zerstört ist. In der Seite des Gehäuses hat sich ein Loch gebrannt und die Oberfläche des Gehäuses zeigt Schmauchspuren.

 

TMLM04115 Kondensatoren

Auf der Primärseite kommen zwei unterschiedliche Elektrolytkondensatoren der taiwanesischen Firma Su´scon zum Einsatz. Der weniger stark belastete Kondensator, der hauptsächlich die Glättung der gleichgerichteten Netzspannung übernimmt, gehört zu den Standard-Kondensatoren der SK-Serie. Direkt am Schaltregler befindet sich ein SD-Typ mit einem reduzierten Innenwiderstand. Die Lebensdauer der beiden Typen ist mit 2000 Stunden spezifiziert (bei maximaler Strom- und Temperaturbelastung). Auf der Ausgangsseite befinden sich dagegen KY-Kondensatoren von Nippon Chemi-Con mit einer Lebensdauer von 5000h.

Es stellt sich heraus, dass der Kondensator am Schaltregler überhaupt keine Kapazität mehr bietet.

 

TMLM04115 Induktivität

Auch die Induktivität zwischen den beiden Elektrolytkondensatoren ist defekt. Das wird deutlich, wenn man den Schrumpfschlauch entfernt.

 

TMLM04115 Induktivität

Wo normalerweise der Draht der Induktivität zum Anschlusspin auf der Unterseite geführt wird, zeigt sich eine massive Beschädigung. Mehrere Windungen sind aufgeschmolzen.

 

TMLM04115 Schäden

Der Schaden der Induktivität L1 könnte durch den Defekt des Schaltreglers U1 verursacht sein. Die fehlende Kapazität des Kondensators C2 lässt sich damit aber nicht erklären. Es scheint am wahrscheinlichsten, dass dieser Kondensator der Ausgangspunkt der Schäden war. Ohne ausreichend Kapazität am Eingang des Schaltreglers schwankt dessen Versorgungsspannung sehr stark. Die Induktivität L1 kann dann sogar Überspannungen erzeugen. Wahrscheinlich sorgte diese Instabilität dafür, dass der Schaltregler überlastet und schließlich zerstört wurde. Der Kurzschluss im Schaltregler führte dann zu einer Überlastung der Induktivität L1. Es ist gut möglich, dass diese auch vorher schon überlastet war, da ohne den Kondensator C2 viel stärkere Stromschwankungen aus dem Kondensator C1 geliefert werden mussten. Die Induktivität L1 unterbrach den Stromfluss aber nicht wie eine Sicherung. Das zeigt sich durch die vielen geschmolzenen Windungen. Letztlich hat dann die externe Sicherung ausgelöst. Man kann davon ausgehen, dass der Transformator ebenfalls Schaden genommen hat.

 

TMLM04115 Schäden Analyse

TMLM04115 Schäden Analyse

Betrachtet man den Aufbau, so ist es nicht verwunderlich, dass der Kondensator C2 schließlich zum Defekt des Netzteilmoduls geführt hat. Er befindet sich direkt oberhalb des Schaltreglers, der laut Datenblatt an seinen Pins bis zu 110°C warm werden darf. Zur Verlustleistung des Schaltreglers, kommt die Verlustleistung der Bauteile unter dem Baustein (Spannungsmessung und Snubber). Die maximal zulässige Betriebstemperatur des Kondensators erscheint dagegen mit 105°C sehr niedrig, da er durch seine Strombelastung auch einer gewissen Eigenerwärmung unterliegt. Die verhältnismäßig kurz spezifizierte Lebensdauer von 2000 Stunden sorgt dann in Kombination mit der hohen Belastung für frühzeitige Ausfälle.

Das Datenblatt des TNY274 spezifiziert eine Nennleistung von 5W beim Einsatz in einem geschlossenen Gehäuse. Traco Power spezifiziert die TMLM-Familie nur mit 4W. Der Grund dafür dürfte der begrenzte und vergossene Bauraum sein, der die Entwärmung erschwert. Wie kritisch dieser Punkt ist zeigt sich auch bei der maximalen Betriebstemperatur der TMLM-Module, die lediglich 60°C beträgt.

 

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