Naprawa elektronicznego sterownika silnika DC dużej mocy (silnik dmuchawy samochodowej, prąd >25A

Prośba o pomoc w naprawie.
Witam. W zasadzie nie jestem początkujący, ale z naprawami elektronicznymi nie miałem do czynienia tak wiele lat, że postanowiłem umieścić temat w tym dziale.
Mam elektroniczny sterownik silnika dmuchawy samochodowej, który przestał poprawnie działać. Bezpośrednio po usterce wentylator pracował cały czas (bez względu na sygnał sterujący) na maksymalnych obrotach. Po rozebraniu okazało się, że jeden z tranzystorów IRFZ44Nsterujących silnikiem jest przebity. Po wymianie pary na nowe okazało się, że sterownik nie pracuje. Wymieniłem wzmacniacz operacyjny przetwarzający sygnał sterujący na wysterowanie tranzystorów IRFZ44N. Nadal bez poprawy. Na 1/2 wzmacniacza (końcówki 5, 6, 7) są napięcia (przy 13V zasilania i 5V napięcia sterującego) 6 (wyjście odwracające) -~4,4V, 5 (wyjście nieodwracające) - ~3,6V na wyjściu wzmacniacza (7) są jakieś miliwolty. Wzmacniacz operacyjny w układzie to LM2904N (podwójny wzmacniacz operacyjny). Gdy wymuszam niskie napięcie na PIN 6 układu (wylutowałem rezystor 430K pomiędzy zasilaniem a PIN-em 6 i wstawiłem PR 100k pomiędzy PIN 6 i masę i zjechałem regulacją do około 3V na tym pinie) układ zaczął działać, ale w wąskim zakresie napięć sterujących (od około 3,5 V - 5 V) i nie daję maksymalnego prądy (w obciążeniu sterownika jest żarówka 12V 5W). Obciążająca układ żarówka nie rozświeca się maksymalnie. W układzie wymieniłem diodę zenera (na schemacie D2)
z BZV85C8V2 na BZX55C8V2 (napięcie na diodzie było około 7,9V) oraz rezystor R5 z 220 ohm na 470ohm (przy 220 napięcie na nowej diodzie było ~8,5 V). Po wymianie jest 8,3 V. Większe rezystory nie powodują zejścia napięcia do 8,2V. Wymieniony też został tranzystor T3 w zabezpieczeniu termicznym tranzystorów mocy(nie udało się odczytać typu) na BC807. Tranzystor sprawiał wrażenie przewodzącego cały czas (to był mój błąd i niepotrzebnie ruszałem ten tranzystor). Niestety nie nadawał się od ponownego montażu. Obecnie zamiast termistora R9 jest wstawiony PR 100k (zmierzona wartość termistora ~82k) i ustawiona wartość 7,5k (jest to w pobliżu granicy gdy tranzystor T3 włącza przewodzenie). Niestety urządzenie nadal nie działa. Diody D3 i D4 to najprawdopodobniej 1N4150 lub 1N4148 Są w wersji SMD i nie widać żadnych oznaczeń. Przyjąłem 1N4150 ze względu na większy prąd przewodzenia.
Schemat narysowałem na podstawie płytki urządzenia. Pomimo, że sprawdzałem schemat z płytką kilkunastokrotnie, być może, że są jakieś błędy. Sądzę jednak, że nie. Rezystory R26 i R27 to odcinki drutu około 1,5 mm. Nie mam miliomomierza i nie jestem w stanie ustalić ich wartości. Sądzę jednak, że przy małych prądach obciążenia ich wartość ma znikome znaczenie. Normalnymi omomierzami (cyfrowe i analogowy) pokazują zwarcie.
Nie mam czym zastąpić tego sterownika stąd moja prośba o pomoc, jakieś wskazówki.

Dziwnie to wygląda.
Układ na T3 miałby przywierać stabilizowane napięcie zasilania wzm. operacyjnych, tyle że R7 36k, więc wiele nie przywrze.
Napięcie sterujące wchodzi zasadniczo na obie nogi wzm. co też jest dziwne, tyle że przez różne dzielniki. Nie widać wyraźnie sprzężenia zwrotnego dla tego wzm (2/2).
Jest natomiast jakiś patent przez R13 który przycina sygnał sterujący im lepiej przewodzi mosfet, więc jest szansa że to się nigdy w pełni nie otworzy, ale policzyć to ja tego nie umiem.

Skoro nie ruszyło po twoich zabiegach, to ja bym się pokusił o budowę samodzielnie, ewentualnie zmianę na impulsowy.
Bo to rozumiem było liniowe i grzało się jak diabli?

ps. możesz odpiąć wyjście wzm (1/2) on tam robi za ograniczenie prądu i zobaczyć co wtedy.

OK. Dzięki za wskazówkę. Te 36k w obwodzie emitera to chyba ograniczenie prądu tego tranzystora. Przewodzący T3 zwiększa prąd płynący przez R5 i powoduje na nim większy spadek napięcia.
R13 wchodzi w skład dzielnika polaryzującego we 5 wzm. operacyjnego gdy mosfety przewodzą.
Tak przynajmniej ja to widzę. Szukam czegoś co być może uległo spaleniu, ale przy SMD ciężko znaleźć.
Układ faktycznie musiał się grzać, bo oba tranzystory i termistor są na radiatorze, a ten włożony do kanału nawiewu.
Z zaprojektowaniem to będę chyba miał problem.

Dodano po 1 [godziny] 2 [minuty]:

Przepraszam. R12=10k
Zastanawia mnie układ D5 i D6. Zupełnie nie rozumiem jego działania. Zresztą wartość diody zenera (24V) jest przypisana na czuja, bo w typoszeregu tych diód (wg. karty katalogowej) najniższa wartość to 3V3. Na oryginalnym elemencie słabo widać napięcie tej diody.

mandb napisał:

Przewodzący T3 zwiększa prąd płynący przez R5 i powoduje na nim większy spadek napięcia.

No ale o ile, jak R5 ma 470 czy 220, bo nie wiem, omów a tranzystor jest ograniczony 36k ? Tu podejrzewam coś źle zrysowałeś.

mandb napisał:

Zastanawia mnie układ D5 i D6.

mi to wygląda na kasowanie przepięć z cewki silnika, szczególnie występują jak tranzystor się zamyka.

A kojarzysz czy jak działało, to stabilizowało napięcie czy prąd?

Po Twojej sugestii sprawdziłem jeszcze raz obwód emitera T3 i na pewno R7=36k jest pomiędzy emiterem a katodą diody zenera. Rezystor jest SMD i ma oznaczenie 363, więc jest to 36k (na tyle jak pamiętam odczytywanie elementów SMD).

Cały układ jest moim zdaniem regulatorem prądu, ale przyznam szczerze, że dopóki się nie zepsuł nie miałem potrzeby sprawdzać go i obmierzać. Zasilanie na silniku to jednak stały plus (+12) i "regulowana masa", czyli regulacja wchodzi na minus silnika.
Pamiętam takie zdarzenie jakieś dwa lata temu, że silnik dmuchawy nie chciał wystartować. Wtedy rozebrałem to urządzenie (było podłączone do elektryki w samochodzie i niechcący zwarłem na moment masę z wyjściem. Silnik zastartował i już później nie było problemów. Zresztą niedługo po tym wentylator zaczął mocno hałasować i wymieniłem go na nowy. Stary faktycznie obracał się z wyraźnym oporem.
Ten termistor to też efekt mojej dedukcji. W temperaturze pokojowej ma rezystancję `82kOhm, jest umieszczony na radiatorze pomiędzy dwoma tranzystorami. Niestety jest zlany jakąś masą, tak żeby dopasować kształtem do zagłębienia w radiatorze.
Nie wiem czy ostatnia odpowiedź ściśle dotyczyła Twojego zapytania.

Dodano po 10 [minuty]:

Trochę później podepnę jeszcze raz do zasilacza i sprawdzę dokładnie napięcia na operacyjnym i na tranzystorach mocy i podam.
Zastanawiam się czy nie zbudować tego układu na normalnowymiarowych elementach na płytce uniwersalnej i wtedy sprawdzić jak działa. Te parę rezystorów mosfety i operacyjny to koszt około 30 zł. I wtedy sprawdzać czy działa i jak działa.

Ten tranzystor T3 faktycznie niczego nie wnosi w takiej konfiguracji. Na dodatek wygląda, że cały czas przewodzi (pomiędzy bazą i emiterem jest około 0,56V, a przy zmniejszaniu wartości termistora napięcie na emiterze spada od 0,57v przy napięciu bazy ~0v (faktycznie jest kilka miliwoltów) gdy jest brak termistora to napięcie na bazie jest zbliżone do tego na diodzie zenera (różnica 0,1V), a na kolektorze jest 5,3V. To 5,3V utrzymuje się na emiterze T3 od mniej więcej 75kOhm wartości termistora. Może tu jest pies pogrzebany. Muszę jeszcze raz dokładnie przejrzeć obwód tego tranzystora, bo powiem szczerze w ogóle się nad nim nie skupiałem.

Wyłuskałem z Twojego schematu wzmacniacz napięciowy i dla mnie to wygląda dziwnie. Nie bardzo jest szansa na liniową pracę. Podanie małego napięcia na wejście spowoduje wysterowanie wzmacniacza na maxa.
Sprawdź czy R19 na pewno jest na + zasilania. Za zwyczaj taki opornik jest między we- a wyjściem.
ps. próbowałeś wymienić ten wzmacniacz operacyjny na pałę?

Dzięki za podpowiedź. Sprawdzę ten R19.
Wzmacniacz operacyjny wymieniałem, dokładnie na pałę, bo jak poszedł jeden IRFZ to pomyślałem, że właśnie ze wzmacniaczem operacyjnym może być problem.
Na razie zrobię układ mechaniczny ( weekend), na przełączniku, czterech miniaturowych przekaźnikach samochodowych i oryginalnym rezystorze. Teraz mam spięty wentylator na krótko, na maksymalne obroty.
Poszedłem też za Twoją sugestią sterowania PWM. Kupiłem przez internet" Konwerter napięcia 0-5V i 0-10V do PWM 100% NE555" i zastanawiam się czy mogę do niego wykorzystać końcówkę mocy z oryginalnego sterownika.

Myślę że możesz, przy czym przy PWMach trzeba zwracać uwagę na strome zbocza. Wysterowanie bramki musi być silne w obie strony.
Masz oscyloskop?

Co do układu analogowego, cześć napięciowa powinna działać mniej więcej tak, że dla sygnałów wejściowych powyżej dolnego progu, wzm. operacyjny powinien być w stanie otworzyć mosfeta, ale mieć zapięte sprzężenie zwrotne z wyjścia. Mosfety zaczynają przewodzić od kilku V na bramce, więc jak podajesz 0,5V sterowania to układ musi móc to podnieść do tych kilku V, ale znowu nie chodzi o to żeby dla 0,5V na wejściu otworzyć mosfet na 100%, tylko trochę i do tego potrzebne jest sprzężenie zwrotne. Tam niby na schemacie jest coś w ten deseń (to co wyciągnąłem na rysunek), ale szczegóły mi się nie zgadzają.
Jak będziesz chciał coś sam pobudować daj znać. Może wyjdzie więcej elementów niż u nich, ale zawsze jakaś satysfakcja.

Przepraszam, że się nie odzywałem tak długo, ale robiłem włącznik wentylatora na przekaźnikach (tymczasowo) i miałem jeszcze jedną rzecz ściśle mechaniczną do zrobienia w podwoziu. No i zabrakło czasu (i sił) żeby zajrzeć na elektrodę. Do starego układu wrócę później. Wczoraj odpaliłem ten kupiony sterownik PWM, wziąłem na oscyloskop no i niestety narastające zbocze nie jest zbyt ostre, szczególnie na przy dojściu do poziomu wysokiego. Dziś postaram się wrzucić zdjęcia tego przebiegu. Poziom napięcia wyjściowego to około 3,5 v. Nie spisałem dokładnie, ale to podam później. Na razie zacząłem robić układ na płytce uniwersalnej. Mam w domu stary wentylator (na szczęście nie zdążyłem się go pozbyć). Chodzi trochę ciężko, ale odpalałem go już z 30A zasilacza do listew LED i kręci.
Jeśli chodzi o wartość sygnału wyjściowego, to myślałem o ewentualnym wsadzeniu TC427 (gdzieś mam kilka sztuk) i zasileniu z napięcia 6,2V do 8,2V i sprawdzeniu jak pracuje w ten sposób zasilany silnik dmuchawy..
Co do nieliniowości oryginalnego układu to przemierzyłem w międzyczasie wszystkie poziomy sterowania silnika i tam też jest nieliniowo. Teraz jestem w pracy, ale mam wszystkie 10 stopni regulacji (wartości napięć) spisanych w domu. To będzie jednak potrzebne nieco później.

Jak chcesz budować samemu, rozważ ten układ: SG2525
https://www.tme.eu/pl/details/sg2525an/regulatory-napiecia-uklady-pwm/stmicroelectronics/
Stary jak świat, dobrze opisany, ma wyjście push-pull więc mosfety steruje bezpośrednio, wszystko da się w nim ustawić / jest wyprowadzone (częstotliwość, wzm. napięciowy, zabezpieczenie prądowe).
Pracuje 8-35V więc do samochodu idealny.
Ogólnie wadą PWM mogą być zakłócenia, ale to się dowiesz, jak zbudujesz.
Weź to co masz teraz i zobacz jak się zachowa, czy mosfet będzie się grzał. Jak masz oscyloskop i potrafisz nim mierzyć (a mam wrażenie że tak) to dojdziesz co można w razie co poprawić.
Myślę że TC427 może pomóc.
Polecam zmierzyć narastanie prądu w czasie, w tym silniku (oscyloskopem na boczniku wpiętym szeregowo).

W skrajnym przypadku, jakbyś potrzebował dziwną charakterystykę można tam wsadzić mikrokontroler, one chętnie przyjmują 0-5V analogowo i wypluwają "dowolny" PWM, ale potrafią się zawiesić...

Oscyloskop mam, ale właśnie wczoraj sobie uświadomiłem, że te zniekształcenia to mogą wynikać z sondy. Ten C1-112 nie ma zewnętrznego źródła kalibracji, tylko na sztywno połączone z wejściem. A sondę mam nieoryginalną (Textronic)
Mam jeszcze gdzieś w piwnicy DT5200, ale czy będzie działał?
Spróbuję na układzie doświadczalnym.
Wczoraj zauważyłem coś innego. Składowa stała na wyjściu PWM mocno się zmienia (przy napięciu sterującym 0,820mV) jest rzędu 0,4V, ale przy 5V sterującego jest to już około 2V składowej stałej. Wiem jak wyciąć składową stałą, ale to wpłynie z całą pewnością na kształt przebiegu prostokątnego. Częstotliwość kupionego układu PWM wyjściowa jest rzędu 50kHz.
Dam znać co wyszło.
W przyszły poniedziałek i tak wyjeżdżam na urlop. Na razie muszę się zadowolić przełączaniem mechanicznym.
Dzięki za wszystkie podpowiedzi.

mandb napisał:

Mam elektroniczny sterownik silnika dmuchawy samochodowej, który przestał poprawnie działać.

Jaki samochód, który wentylator ?

Trochę musiałem temat odłożyć z powodów zdrowotnych.
Póki co jest zrobione sterowanie na rezystorze i przekaźnikach.
Chodziło o sterowanie wentylatora nawiewu do kabiny, a samochód to Volvo 850.
Ale nie jest to fabryczna klimatyzacja Volvo, tylko dealerska. Instalowana przez firmę Deltamil z Holandii. W zeszłym roku wisiała jeszcze w necie strona tej firmy, ale na e-maile nikt nie odpowiadał

mandb napisał:

Składowa stała na wyjściu PWM mocno się zmienia

I słusznie - tak powinno być
W końcu składowa stała to całka napięcia po czasie czyli pole między wykresem i osią odciętych.
Musi się zmieniać razem z wypełnieniem od 0 do 100%.