Heavy metal, laser RF en PSU

In het midden de trafo
De trafo

Dit is de Rofin, HPC-816 voeding en een RF voor een 6kW laser. Bij de voeding waren er twee mosfets geploft. De reparatie was niet echt spannend maar het is een imposant gebouwde unit. Veel massief koperen bus-bars, een paar enorme elcos en een trafo gewikkeld met brede stroken ipv draad. Het is een schakelende voeding.

De twee kapotte mosfets
bussbars

Hieronde de RF. Het zijn 4 “units” Aan de andere kant zit zo’n zelfde verzameling PCBs. Wat je hier ziet zijn 7 printplaten. Elke printplaat heeft 4 vrij prijzige en gematchte RF mosfets. Alle 6 de printplaten staan parallel.

de RF

Deze hele unit zit in een enorme aluminium “kist” en het in en uitbouwen is een vreselijke klus. De knelkoppelingen voor de waterkoeling maken het ook niet makkelijker. Als ze de opening 2 cm groter hadden gemaakt zou het al een hele hoop schelen.

Het probleem zat op de twee boards die er tussen in zitten. De twee units moeten dus gesplitst worden wat ook een aardige klus is. Het probleem was corrosie en daardoor trace schade en een aantal weerstanden die hun aansluit “flappen” en dekseltje kwijtwaren. Gelukkig waren ze bij de oorspronkelijke weerstand fabrikant nog te koop. Dat witte keramiek is vrij giftig, alleen met handschoenen aanraken. Trace schade is hersteld en alle weerstanden zijn vervangen. Er zat ook nog een weerstand waar zoveel roest opzat dat de roest de massa raakte. Van 1 board waren de weerstandjes van de coupler zwaar verlopen en op de preamp zaten twee zeners die via een trace onder het board aan elkaar zaten maar dat was aardig verbrand. Nu zitten ze direct aan elkaar vast en een standoff houdt ze nog extra vast. Daarnaast het vebrande PCB materiaal weg gehaald en met epoxy gevuld.

De geroeste weerstandjes en groen uitgeslagen traces. RF loopt aan het oppervlak, dit zijn coplanaire transmisslijnen, dus hoogohmige groene prut erop helpt niet echt.
Links de twee zeners met zwarte pootjes en rechts onder de weerstand, waarbij de roest het massavlak om de pad heen raakte.
De zeners aan de onderkant
De zeners gemonteerd met ceramische afstandhouder
De trace schade, die zwartige prop had het koper eronder compleet weg-gegeten en de groene prut was geen optie bij aanschaf.. Boven op de foto zit nog een tweede prop
Hier zie je het gat, dat witte zijn de vezels van het pcb materiaal . (op de foto lijkt het tin)
De nieuwe weerstanden maar nog met de aansluitstrips los en de schade van hierboven gerepareerd (rechts onderin)

PCB met brandplekje

Dit PCB had een zwart plekje wat vanwege de grote componenten en koelprofielen niet echt goed zichtbaar was. Leek wat overslag door het vuil wat er op zat (komt uit een machine). De onderdelen bleken allemaal heel, maar dit kwam er na wat krab en freeswerk onderuit. Het bleek ook nog een 6 layer board te zijn. Het board ligt op een lichtbak die ik gebouwd heb om bij dit soort dingen min of meer door het board heen te kunnen kijken. Die lichtgroene plekken is waar het licht doorschijnt. De donkere zijn koper traces

De kortsluiting kwam uit het board zelf. Waarschijnlijk doorslag tussen lagen. Zoals je ziet een heel onderhuids brand-spoor.

Ook aan de achterkant. Dat was de reden waarom ik al verwachtte dat de schade dieper zat. Het stond behoorlijk bol. Het gat wat je nu ziet was niet zichtbaar. Ik begin met het weghalen van alle koolresten. Dat is nodig want dat geleidt stroom. Ze maken er niet voor niets ook weerstanden mee.

Na het weghalen van alle koolresten is dit het resultaat. De klant had ook nog een goed board, dat was in dit geval wel nodig om te kunnen achterhalen welke inner-traces er hersteld moest worden. Ik kan het meestal wel zien maar dit waren 6 lagen en dan wordt het lastiger. Een voorbeeld is dan wel zo veilig. Ook omdat er wat vias waren weggebrand. De hoofd traces was niet zo’n probleem maar er liepen ook wat hele smalle spoortjes die “ergens” heen gingen. En die zitten er niet voor de sier.

Zo ziet het er uit met de onderdelen weer gemonteerd. Ik heb een varistor en condensator vervangen omdat ze wat brandschade hadden. Er zijn ook een stuk of 5 nieuwe vias geplaatst. De rest is eerst getest voor ze weer terug gingen. Met name die zwarte “koelprofielen” (dat zijn SSR’s, een soort electronische schakelaars voor hoge stromen)

Ik heb intern wat doorverbindingen gemaakt met dun geïsoleerd draad voor wat van de dunne traces. Voor de hoge stroom traces van de connectoren naar SSR heb ik aan de onderkant nog wat dikke draden aangebracht zodat het grootste deel van de stroom nu buitenom gaat. Het is erg leuk werk, een soort electronica modelbouwen maar het kost aardig wat tijd. OA omdat de epoxy in meerdere lagen gaat en een paar dagen moet uitharden voor ik kan solderen.

Lauda P controller

Lauda P temperatuur regelaar

Dit is een regelaar die heel precies de temperatuur van een vloeistof bad regelt. Deze gaf rare tekens op zijn display als hij lang aan stond. Dat bleek een redelijk ongewoon probleem.

Het is altijd lastig als de patient niet echt wil meewerken. Daarnaast is het een onderdeel van een opstelling. De temperatuur-probes, verwarming, pomp etc zit er nu niet bij. Dat maakt het lastiger maar vaak kan dat niet anders.

Er waren wat kleine dingen mis die “normaal” zijn bij apparatuur van deze leeftijd (jaar of 20) en zoiets kunnen veroorzaken. Na dat in orde te hebben gemaakt vertrouwde ik het nog niet. Toen bleek dat de transformator eigenlijk best wel warm werd. Nu mocht deze 150 graden worden en hij werd bij korte testen 85 graden (met de kast open). Dus wat nu ? Ik besloot eerst eens te kijken wat voor stromen er door de diverse rails lopen. Dat bleek niet echt in overeenstemming met de warmte ontwikkeling. Een test met kast dicht en een paar uur aan leverde meer dan 125 graden op.

Nu heb ik behoorlijk wat onderzoek naar meten aan trafo’s gedaan dus trafo eruit en diverse testen gedaan. Daarbij bleek dat 1 van de primaire wikkelingen dwars ging liggen als hij heet werd. De trafo kon ook bij lange na niet de opgegeven stromen halen en zelfs onbelast werd hij snel te warm. Doordat het ding redelijk hoge spanningen produceert tov wat nodig is zakte de spanning net niet ver genoeg in om de boel te laten uitvallen maar wel, gecombineerd met de rest, om rare dingen te veroorzaken naarmate hij heter werd.

Bodemplaat met trafo-blok

De trafo maakt 15-0-15V, 15V en 9V. Zo’n trafo en dan nog voor dezelfde stromen, pin-bezetting en afmetingen is niet iets wat standaard verkrijgbaar is. Gelukkig was er veel ruimte onder in de kast. Dit apparaat staat vaak heel lang aan dus ik heb 3 trafo’s gekozen die naast voldoende isolatie ook meer dan genoeg stroom aankunnen zodat ze niet heet worden. Deze zitten gemonteerd op een zwaar stuk printplaat. Ik heb 4 afstand-bussen gedraaid die exact even lang zijn als de trafos hoog zijn en daarmee worden de trafos muurvast tegen de kastbodem gehouden.

In de kast gemonteerd

Reparatie van verbrand PCB

Dit is een printplaat van een schip. Een onderdeel was zwaar verbrand en de printplaat was door en door verbrand. Dit moest zo origineel mogelijk hersteld worden, het mocht niet met wat draadjes. Zowiezo moet er dan meer gebeuren want het zwarte spul geleidt stroom.

It had burned through the whole thickness of the PCB. It was possible to just add some wires instead of the burned traces but that was not allowed. Besides that, burned PCB is conductive.

The bottom

Ik was vergeten een foto te maken van de bovenkant. Deze was het ergst verbrand.

I forgot to take a picture from the top that was the most burned and I already cleaned a part of the bottom. But it turned out it was burned through and through.

after removing some of the burned stuff from the biggest burned spot

Ik heb al het verbrande materiaal weg gefreesd. Dat betekende ook dat een paar traces en vias opgeofferd moesten worden. Niet echt een probleem maar als het even kan liever niet.

I milled out all the burned material. A few vias and traces had to go. Not a big problem but if possible (no damage) I spare them.

The top after milling both places

De boel was through hole en dat maakt het wat lastiger. SMD is makkelijker omdat je geen pootje hebt wat het pcb intern roostert.

To show the scale. It was all through hole but that makes it not always more easy. SMD can be more easy because there is no hot component pin burning in the PCB itself.

The new PCB material glued in. This is the hardest part.

Making a replacement PCB insert is not difficult but takes some time. Getting it at the right thickness was harder. If there were inner layers I would have made several layers but this was only two sided so I could use one layer. The epoxy for the new traces is the most critical because I need to solder to them. Making and mounting the new vias and new traces is the most difficult part. Because this had to be better as it was, I made much thicker traces. For that I had to mill some PCB material to embed the new trace partly into the PCB so it looks like it was.

The result

Dit is het resultaat na reparatie en “verven”. Er zit ook wat siliconen conformal coating over heen als bescherming. Het oogt daardoor wat rommelig. Het is niet zoveel werk (ik doe dit regelmatig) maar het kost nogal wat tijd. De epoxies die ik gebruik zijn hittebestendig en het duurt een paar dagen voor ze hard genoeg zijn om te solderen. Daarnaast moet het meestal in lagen. Dit was tweezijdige print maar ik heb dit ook bij 4 laags printen gedaan waarbij ik ook inner-layers moest herbouwen. Nieuwe vias maakt het ook wat lastiger, vooral bij dit soort dikke pcbs.

This is the result after applying some new green PCB paint. And to protect everything I added some silicon con formal coating. It makes it a bit messy looking but just to be sure. On the picture the coating looks much more visible as it was. All in all this is not that much work but it takes time because things like the epoxy need a few days to hard.

R&S ZVCE Vector Network Analyser

Mijn favoriete meetapparatuur, de machtige VNA, de koning van de RF meetapparatuur. Deze had een probleem bij lage frequenties en een beschadigde midden-pin van een N-connector. Het eerste probleem was een combinatie van voedingsproblemen en een fabrikage fout van een SMA-aan-rigid-coax-connector. De video is gesplitst in 2 delen en in het Engels.

My favorite type of gear, the mighty VNA, king of the RF instruments.  This one had a problem at low frequencies and a damaged centerpin from the port 2 N connector. The LF problem was a combination of a power supply problem and a production fault from one of the sma (on rigid coax) connectors.

The video is made in two parts. Part 1, (the title page wrongly states part 2):

Part 2: 

Druck UPS-III loop calibrator

Twee van deze calibrators waren defect. Eentje heeft waarschijnlijk aan 230V of een of andere bron met hoge spanning gehangen. Er waren behoorlijk wat kapotte onderdelen.  In de video demonstreer ik een paar alternatieve manieren om een kortsluiting te vinden mbv een fluxgate probe en een thermometer.

Nummer twee was ook dood maar daar had iemand al een reparatie poging gedaan omdat de flex kabel gescheurd was. Dat heb ik kunnen repareren maar er was meer aan de hand. 

De video is maar een klein deel van de reparatie. Er zijn geen schemas, de boards zijn aan elkaar gelijmd. Signalen gaan op en neer tussen de boards en om te meten moeten de pcbs dus op elkaar zitten. Dingen als de flex kabel reparatie zijn erg tijd intensief. Meestal zijn er maar een paar onderdelen stuk en die vinden zonder schemas kost meer tijd. Bij deze was er een hoop kapot maar ik had het geluk er een tweede binnen kwam net toen ik aan deze begon. Zo kon ik vergelijkende metingen doen en pcbs als test uitwisselen. Deze 2 samen was meer dan 10 uur werk.

Two of these calibrators were dead. One probably when someone connected it to 230V or an other high voltage source. A lot of dead parts. I demonstrate some alternative ways of short finding using a fluxgate probe and using a temperature meter.

The other one was dead too, but I think someone tried to repair it because the display flex cable was torn. I repaired this but it had more issues.

The total video is a small part of the total repair. There are no manuals, the PCB’ s are glued together, signals go from board to board and back and you can not reach them while clicked together. Things like the flex repair are very difficult and time consuming. Often just one or two parts are dead, finding them without schematics can be a challenge. In the fried one, a lot of parts were dead. And this was “easy” because I was lucky a second dead one was send in just after I started with the first. Now I could compare and swap some things as a test. Together it was 10 hours of work.

 

 

Druck / General Electric DPI-620 calibrator

Dit instrument miste de connector voor de externe voeding.  Een probleem met de aan/uit knop, een batterij probleem en iemand had het nog wat erger gemaakt door de antenne te beschadigen bij een reparatie poging.

Ik heb de antenne gerepareerd, de aan/uit knop gemodificeerd, de soldeerpads van de connector vervangen en het BMS van de accu voor de gek gehouden en de accu zo uit zijn slaap gehaald. 

This instrument had a missing power supply input connector, a problem with the power button , a battery problem and someone had been inside it and killed the antenna. I repaired the antenna, modified the powerbutton,  rebuild the solder pads of the power supply connector and fooled the BMS  to get it out of sleep mode.

Fluke 336 current clamp meter

In de rode rechthoek missen er 2 weerstanden

Engelse versie onder aan pagina

Twee van deze meters kwamen tegelijk binnen. Iemand had al zijn best gedaan om het probleem te verergeren. De eerste had een draaiknop probleem.  2 weerstanden van de functie keuze weerstand-deler waren afgebroken. De andere meter zat er flink naast en de meetwaarden op de display waren niet stabiel.

Na het vervangen van de weerstanden bleek deze ook niet stabiel te zijn. 

De oorzaak zat verstopt onder de draaiknop. Ik zag het bij inspectie met de microscoop. 

metal-dust between traces

De ruimte tussen de traces was opgevult met slijpsel van de schakelaar. Omdat ze ingevet zijn bleef het poeder daar zitten en veroorzaakte lekstroom. Na reiniging bleken ze er fors naast te staan. Waarschijnlijk had er al iemand in zitten schroeven.

The meter without the top cover

Ze bevatten geen custom onderdelen (op misschien de processor die onder de display zit na) Volgens Fluke zijn ze niet te repareren omdat er geen onderdelen zijn. 

Afregelen is niet zo moeilijk. Alleen de AC stroom is een beetje een gedoe omdat de trimmer op de achterkant zit en niet bereikbaar als er batterijen in zitten. Fluke maakt een hulpstuk om met 10A de meter te laten denken dat hij 500A zit. Het is zo’n simpel ding dat ik er zelf een gemaakt heb van plexiglas zodat ik de meter kan aflezen terwijl ik hem afregel en hij toch  optimaal om de kabels blijft zitten.  Om bij de trimmer te kunnen voed ik hem met een labvoeding.

 

The current multiplier

Two of these meters came in for repair.  Someone already did his best to make the problem bigger. The first one had a problem with the function switch. It would not select a function. The cause was a man made problem. 2 resistors from the function voltage divider escaped. They were ripped from the pads. Probably when someone tried to remove the switch deck C ring. Number 2 was way off and  had unstable readings.

After placing new resistors the measurements were also on number 1 very unstable. The cause was hidden under the switch deck. I found it thanks to the microscope.

The space between the tracks was filled with metal dust from the switch. It stayed there thanks to  the grease they used to lubricate the switch. This caused leakage current. After cleaning they were way off so probably someone first tried to adjust things. 

They contain no special parts, except maybe the processor (that is placed out of sight under the display.) According to Fluke they are not repairable because there are no parts available. 

Adjusting them is not to difficult. Only the AC current is a bit a hassle. The trimpot is placed on the back and accessible via the battery cover. But not with the batteries installed. To make a big enough current you need something like a Fluke 5500 coil. You feed it with 10A. Because it has 50 windings all going through the clamp, the meter sees 500A. 

I have made my own version on a perplex plate so I can place the meter on it’s display and the clamp is still at the optimal centered place. That way the trimpot is accessible (without the batteries so I feed it with a lab supply. ) and I can see the display. 

HDW Elektronik Echoflex T10-1 TDR reflexanalyser

Na reparatie

Dit is een Time Domain Reflection “meter”. Het is eigenlijk een scoop en pulsgenerator in een behuizing. De puls wordt in een kabel gestuurd en het scoopdeel kijkt of er een reflectie is en geeft dat weer op het scherm. De tijd tussen puls en reflectie is om te rekenen naar afstand. Een open geeft een tegen gestelde reflectie. Net als op de foto hierboven. Een short geeft een reflectie met de zelfde polariteit als de puls. Een correcte afsluiting geeft een perfect vlakke lijn omdat er dan geen reflecties zijn. Ook onregelmatigheden zie je terug. 

Deze TDR is bedoeld voor meting aan kabels in industrie/bouw maar het soort meting wordt voor diverse andere toepassingen gebruikt. Veel moderne VNA’s hebben TDR ingebouwd. Er zijn er die afstanden van minder dan een mm kunnen meten, of de dikte van een vloeistof die drijft op een andere vloeistof. Het concept bestaat al sinds de jaren 60. Ik heb er ooit een gebruikt om een defect kerstboomlampje te vinden. 

Deze was nogal dood. Hij stierf in actie met rooksignalen. Er zijn geen schemas te vinden wat het een stuk lastiger maakt. Hij bestaat uit 4 delen. Een voeding en analoog signaal pcb, een digitaal pcb en een pcb wat oa de sweep opwekt. En natuurlijk de beeldbuis.

Het digitale deel en de beeldbuis

In de voeding was een transistor en 2 tantalen overleden. In het sweepboard het IC wat de sweep maakt. In het digitale pcb een hele rits tantalen die af en toe doorsloegen. Verder nog wat verbrande weerstanden. Ook de voeding adapter deed het niet meer. 

voeding en signaal pcb