Réparation d'un poste à souder Cebora modèle TIG1540DC HF


De l'électronique «Mammouth» : un poste à souder en panne.

Cebora TIG1540DC HF


Ah, cela change des radios anciennes et des électroniques délicates genre magnétophones Studer !

Ici, de la bonne grosse électronique de puissance : un poste à souder type TIG (aussi prévu pour le mode MMA), fonctionnant en technologie «inverter» : c'est donc une très grosse alimentation à découpage, un peu spéciale !

La technique de soudage TIG (Tungsten Inert Gas) fonctionne avec une électrode en tungstène, qui ne fond pas et donc ne se «mélange» pas dans le cordon de soudure en cours de réalisation. La gaz (Argon ou mélange Argon-Helium) est injecté à l'endroit de la soudure, à travers l'électrode.

L'électrode est au potentiel négatif et la/les pièces à souder au potentiel positif. L'amorçage est réalisé grâce au gaz. L'appareil ne débite que lorsque le soudeur appuye sur le bouton de l'électrode.

En mode MMA (Manual Metal Arc) ou l'a l'arc, l'appareil délivre une tension permanente, qui permet d'amorcer l'arc. Cette tension baisse une fois l'arc amorçé.

N'étant pas spécialiste en soudage, je n'irai pas plus loin dans ces explications.

Ce qu'il faut retenir est que ces appareils sont des puissants générateurs, dont le courant de sortie est régulé.


Cebora TIG1540DC HF


Etat des lieux : A surchauffé car utilisé sous une bâche pour le protéger de la pluie... Mais voilà, cet engin a besoin d'une aération active, et est muni d'un ventilateur pour cela. Avec les ouïes de ventilation couvertes, l'électronique a eu (trop) chaud.

Maintenant, il fait sauter les protections du circuit d'alimentation lorsqu'on l'allume.

Cebora TIG1540DC HF


En enlevant la buse de canalisation de ventilation, on découvre trois refroidisseurs, montés dans le flux d'air.

Tout est de bonne taille, la-dedans : le transfo, les selfs, les sections des conducteurs,... Logique puisque le courant de sortie peut atteindre facilement 160 ampères !

Avant de se lancer à corps perdu dans la recherche de la panne, il faut prendre le temps d'étudier un peu l'engin... En effet le schéma du constructeur n'étant pas disponible, il faut donc le reconstituer, au moins partiellement.

Comme l'écrivait l'excellent Roger Crespin : «Dès qu'il a ouvert le ventre de son client, tout chirurgien qui se respecte doit probablement se recueillir et se dire : “ voyons... jusqu'ici c'est le gésier, et jusque-là c'est la rate. C'est bien ce petit machin-là qu'il s'agit de mettre hors-circuit”. Pour peu qu'il n'oublie pas sa pipe dans les replis de l'intestin, un tel praticien fera évidemment du meilleur travail que celui qui se recueille après, à l'enterrement.» (Mémento Tungsram, vol 1 et 2 réunis, ed. 1947). De l'humour d'époque, certes, mais asssez juste ! L'auteur décrivait dans cet ouvrage la méthode de dépannage des postes radio d'alors : une réparation devait commencer par une étape ou l'on regarde et analyse.

Eh bien ! Faisons de même en commençant par une observation minutieuse, avant d'y porter le moindre coup de fer à souder. Voici les trois principales parties de cet appareil. Le primaire est relié au secteur et comprend redresseur, condensateurs de filtrage et semiconducteurs de puissance. Le secondaire est isolé du primaire et contient le redressement et filtrage de la tension de sortie, et parfois une partie (ou la totalité) de la régulation. Dans cet appareil-ci, la régulation est indépendante et isolée tant du primaire que du secondaire.

Cebora TIG1540DC HF


Et maintenant, les principaux «organes» que l'on retrouve dans les trois parties fondamentales de ce système. Le fonctionnement et l'usage de ces organes est décrit ci-dessous.

Cebora TIG1540DC HF


Cebora TIG1540DC HF


Voici le relevé du schéma-bloc de cet appareil. Il manque beaucoup de choses, mais ceci est suffisant pour comprendre le fonctionnement global.

Le fonctionnement, dans les grandes lignes :

Le secteur arrive directement sur le filtre, installé sur le circuit imprimé. Ce filtre est constitué de plusieurs condensateurs et d'une bobine, que l'on voit sur la photo ci-dessus. Le secteur est redressé par un bloc redresseur 25A (monté avec un dissipateur de chaleur), et filtré par 3 condensateurs de 470µF. Pour éviter une pointe de courant trop importante à la mise sous tension (qui pourrait faire déclencher les protections de ligne), une PTC est installée en série avec le redresseur. Après une petite temporisation, elle est court-circuitée par le relais RC1. Aux bornes des condensateurs on trouve une tension continue d'environ 310V, ceci dépendant de la tension exacte du réseau secteur. La résistance R24 sert à décharger les condensateurs lors de la mise hors-tension de l'appareil. La régulation est alimentée individuellement par un petit transformateur, TF1. Enfin, le relais RC2 permet d'enclencher l'électrovanne d'admission du gaz.

Les 8 transistors de puissance (ici des IGBT) commandent le primaire du transformateur. Cet ensemble fonctionne à une fréquence assez élevée (plusieurs centaines de kHz) afin de réduire le volume de ce transformateur. Il s'agit ici d'une configuration «forward», ou tous les transistors conduisent en même temps. Voici un schéma simplifié permettant d'expliquer le fonctionnement.

Cebora TIG1540DC HF


Pendant la conduction des transistors, l'énergie est transmise au secondaire du transfo. La diode série avec le secondaire laisse passer le courant vers la charge, à travers la bobine. Celle-ci emmagasine de l'énergie. Les deux diodes côté primaire ne conduisent pas (bloquées) et la diode «parallèle» secondaire non plus.

Cebora TIG1540DC HF


Lors du blocage des transistors, la polarités aux enroulements s'inversent. Côté primaire, les deux diodes conduisent (puisque la tension s'est brusquement inversée au primaire) et de l'énergie est renvoyée vers le condensateur accumulateur. Le noyau du transformateur peut se dé-magnétiser totalement. Au secondaire, la diode série ne conduit plus, la seconde diode ferme le circuit, et la bobine restitue l'énergie emmagasinée pendant la phase de conduction.

Cebora TIG1540DC HF


Dans cet appareil, la régulation pilote directement les transistors de puissance, qui sont commandés simultanément via un transformateur d'impulsions et une interface de puissance (une par groupe de transistors puissance) contenant un transistor amplificateur de signal.

Pour réguler le courant secondaire (ce qui intéresse le soudeur), ici le courant primaire circulant dans le transformateur est mesuré avec un capteur à effet Hall. Un des conducteurs du primaire du transfo passe «à travers» ce capteur (voir photo ci dessous). La mesure de courant est envoyée à la régulation. En mesurant le courant primare, et en connaissant le rapport entre le nombre de spires primaire / secondaire du transfo, on peut déduire le courant circulant dans le secondaire.

Cebora TIG1540DC HF


Le capteur de courant à effet Hall.

Contrairement à une alimentation à découpage traditionnelle, ou la tension de sortie est régulée, ici c'est le courant qui est important. Il n'y a donc aucun couplage entre la partie secondaire de cet appareil et la régulation !

Le régulateur est constitué d'un système construit autour d'un microcontrôleur. Le schéma de cette partie n'a pas été analysé, sachant que de toutes façons toute l'intelligence se trouve dans le software. Le but de l'analyse étant ici de pouvoir dépanner l'appareil, pas d'en construire un... En face avant de l'appareil on trouve un sélecteur de fonction, quelques diodes de signalisation, et les potentiomètres de réglage du courant et des temps de montée du courant lors de l'amorçage de l'arc.

Cebora TIG1540DC HF


Le transformateur principal, 4 spires au secondaire, et de bonne section !

Côté secondaire, les diodes et la bobine font partie du système de découpage «inverter». A noter qu'aucun des deux «pôles» de ce circuit n'est relié à la terre, ceci permet au soudeur de connecter l'électrode de masse soit au négatif (soudure MMA) ou au positif (soudure TIG). Différents condensateurs servent d'antiparasitage sommaire, le condensateur C49 permet d'avoir un signal DC propre à vide (c'est à dire quand il n'y a pas d'arc amorçé). Un filtre R-L-C peut être commuté en parallèle sur le secondaire du transformateur par le relais RC3, mais je ne l'ai pas entendu se mettre en marche pendant les essais, et j'ignore son rôle.

Enfin, un transformateur d'intensité est installé sur le secondaire, au pôle négatif. Le secondaire de ce transfo revient, via 5 condensateurs en série, sur un éclateur. Il est à supposer que l'ensemble secondaire du transfo de courant et des condensateurs fonctionne en résonnance à la fréquence de commutation.

Cebora TIG1540DC HF


Le transformateur d'intensité sur le pôle négatif ne comporte que 6 spires au secondaire (conducteur jaune). Derrière ce transfo, la bobine du convertisseur forward.

A noter, le montage de ces deux bobines : elles sont perpendiculaires l'une par rapport à l'autre, afin de ne pas s'influencer.

Cebora TIG1540DC HF


Vue rapprochée sur l'éclateur.

L'éclateur est aussi connecté en parallèle sur un composant non identifié (nommé X25 sur le schéma). Ce composant ressemble à un transformateur, mais il n'y a aucune résistance mesurée entre les broches de connexion ! C'est pourquoi il est représenté par un rectangle en pointillés sur le schéma. Les deux autres broches de ce composant sont connectées en parallèle sur le secondaire du transformateur. Je suppose le fonctionnement suivant : en cas de surintensité au secondaire, l'éclateur amorçe par le transfo d'intensité et fait baisser la tension au transformateur via ce composant «mystère»(?). Et en cas de surtension au secondaire du transfo (arc non amorçé,...) l'éclateur amorçe également, via ce fameux composant. Lors des essais, en mettant en marche l'appareil en mode TIG (électrode connectée), cet éclateur a produit de belles étincelles, qui ne sont pas générées par le transfo d'intensité puisque aucun courant n'était consommé à ce moment-là. Il s'agit donc d'une protection des composants secondaires. Mais sans savoir ce qui se cache dans la «boîte X25», impossible d'en dire plus avec certitude...


A ce stade de connaissances, avec l'identification sûre des composants principaux et la compréhension des dangers que recèlent ces appareils, il est possible de commencer la recherche du défaut.


Le dépannage de ce type d'appareils :

Il convient tout d'abord d'être prudent, malgré la résistance de décharge, les condensateurs mettent plusieurs minutes avant de revenir à une tension DC inoffensive. Il faut attendre la décharge complète avant de travailler dans cet appareil. Ces condensateurs emmagasinent suffisamment d'énergie que pour tuer un boeuf ! S'assurer de la déchage de ceux-ci en mesurant la tension DC avant toute autre intervention.

Les pannes peuvent être de plusieurs types dans ce genre de construction:

Panne côté primaire : claquage du redresseur, court-circuit ou destruction des condensateurs, destruction des composants de puissance, panne dans la commande de ceux-ci, coupure du primaire du transformateur, défaut d'isolement. Ce genre de panne produit souvent le claquage des composants de protection (fusibles,...) dans l'alimentation.

Panne côté secondaire : claquage des diodes de redressement, claquage des condensateurs de sortie, coupure du secondaire du transformateur ou des bobines (très rare, vu les sections des conducteurs!), défaut d'isolement. Ce genre de panne produit souvent un blocage complet du système, ou encore le démarrage de la régulation un bref instant, suivi de l'arrêt, puis ce cycle recommence... Parfois, dans des appareils low-cost ou mal conçus, un court-circuit au secondaire provoque le claquage du primaire, mais c'est assez rare.

Panne dans la régulation : plus de réaction du tout, commande permanente des semiconducteurs de puissance, mauvaise régulation (qui peut faire claquer les composants de puissance),... Ce genre de panne laisse souvent l'appareil totalement inerte (cas ou la régulation ne pilote plus les transistors de puissance); ou alors provoque des dégâts similaires à ceux d'une panne côté primaire (cas ou la régulation enclenche les transistors continûment)...

Ici le symptôme est le claquage de la protection du circuit d'alimentation lors de la connexion. Ce qui provoque cela peut donc provenir de deux endroits : panne dans le ciruit primaire (élément en court-circuit) ou panne dans la régulation, qui maintient en permanence les transistors en conduction. Bien entendu, vérifier d'abord le câble secteur, l'interrupteur, le câblage interne, ... afin ne pas commencer d'intenses recherches dans l'électronique pour un simple défaut dans le câblage ! Si cela est ok, test du filtre secteur et si en ordre, il faut faire un test de continuité entre le + et le - du circuit DC.

Ce test de continuité dans le circuit DC montre ici une résistance de quelques Ω dans ce circuit. C'est illogique. Il faut donc suspecter les composants suivants : pont redresseur, condensateurs, diodes et transistors de puissance.

Pour ne pas tout démonter, et tester l'intégrité des transistors + diodes de puissance, j'ai dé-soudé un des conducteurs du primaire du transformateur. Le court-circuit dans le circuit DC a alors disparu. Ceci montre que ce court-circuit est localisé soit dans les transistors de puissance, soit dans les diodes. A priori, après ce test, on peut éliminer de la liste des suspects le pont redresseur et les condensateurs (cela n'empêchera pas de les vérifier quand même, plus tard)...

Cebora TIG1540DC HF


Les deux dissipateurs sur lesquels sont installés les transistors de puissance sont démontés. C'est bien à ce niveau que se situe la panne, 7 IGBT sur 8 sont claqués (court-circuit franc entre électrodes)!

Pour les démonter plus aisément, j'ai aussi ôté le dissipateur du redresseur primaire.

Etant donné qu'après ce démontage il ne semble plus y avoir de court-circuit dans le circuit DC, rien ne s'oppose à une mise sous tension pour tester tout le reste.

Pour les essais d'appareils aussi puissants, il est important de limiter de courant de court-circuit. En effet, lors de la mise sous tension, il est presque impossible de prédire le comportement, donc autant limiter l'impact d'un éventuel court-circuit ou amorçage. Ici, j'utilise un petit transformateur de 63VA installé dans une boîte d'un vieille alimentation de PC. Le courant de court-circuit d'un tel transformateur est de quelques ampères, cela limitera les dégâts éventuels!

Montée de la tension progressive, avec un variac et en surveillant le courant consommé + mesure de tension sur le circuit DC... Les condensateurs se chargent bien et dès qu'un certain seuil de tension d'alimentation est atteint, la régulation s'active, le processeur fait son test puis enclenche les relais. Des impulsions sont présentes aux bases des transistors de puissance en mode MMA.

Essai concluant, il ne semble pas y avoir d'autre panne que le court-circuit dans les IGBT.

Cebora TIG1540DC HF


Le transformateur de 63VA utilisé pour les essais, inséré entre l'alimentation de l'appareil et le variac.

En avant pour la réparation maintenant !

Cebora TIG1540DC HF


Les transistors IGBT et les diodes sont démontées des refroidisseurs. La pâte thermoconductrice à sèché. Cela a du bien chauffer...

Les composants sont maintenus contre l'aluminium par des languettes élastiques. Il a fallu dé-souder tous ces composants et enlever le tout ensemble hors du circuit imprimé, tant cela était tenait ensemble!

Cebora TIG1540DC HF


Après nettoyage des refroidisseurs, remontage des composants de puissance.

Cebora TIG1540DC HF


Un des deux refroidisseurs, prêt à être remonté sur le circuit imprimé.

Oui, j'y ai été généreusement avec la quantité de pâte thermoconductrice! Il faut absolument être certain qu'il y en ait assez sur toute la surface de dissipation des composants. Pas grave si cela déborde un peu...

Cebora TIG1540DC HF


Remontage et essai... Pas de fumée, pas de surintensité... Et en mode MMA, de la tension en sortie, ce qui est normal ! Alimenté directement sur le réseau, la tension est de l'ordre de 100V DC (ici sur la photo, l'alimentation se faisait toujours via le petit transfo).

En mode TIG il faut court-circuiter les contacts de la torche (dans le connecteur frontal) pour obtenir de la tension en sortie. Mais, sans torche ni gaz, l'éclateur produit de belles étincelles! Dans ce cas, la consommation côté secteur augmente, ce qui est bien normal.

L'essai «en situation» est concluant : de beaux cordons de soudure à nouveau...

© Radiocollection.be, Thierry Magis 2013


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