[原创] 调温电热套修理记(本来应该发到电子相关板块,但调温电热套是化学实验中的常见加热设备,想想还是发到这里来吧)
电热套作为化学实验,特别是有机化学实验中的加热设备,相对酒精灯等传统明火加热方式有很多优点。目前市售调温电热套仅需100元左右即可买到,但市售调温电热套质量往往良莠不齐,损坏率不低,前几日笔者买了一个250ml调温电热套,不料拿回家后仅开机试验即损坏,好在笔者自己从事电子相关工作,将电热套拆开修理并修好,在修理过程中发现几处“魔鬼隐藏在细节中”的问题,特将修理过程公之于众,供相关使用者和制造商参考。
调温电热套修理记
前几日笔者买回一个用于250ml烧瓶加热的调温电热套,铭牌上的标称功率为200W,在销售商处通电试验正常。拿回家后第二天开机试验,插上220V电源,旋转调温旋钮到中间,发热正常,然后笔者将调温旋钮拧到头(功率最大),不料几秒钟后电热套内部发出“砰”一声巨响,把自己吓了一跳,指示加热电压的电压表指针立即归零,笔者迅速断开电热套电源。看来自己运气不好,碰上劣质货了,本想拿到销售商处调换,但考虑到路途实在太远,路费要花去不少,不合算,自己也可以修理,于是将调温电热套自行拆开修理。
拆开电热套底部,发现电路结构十分简单,一块小电路板上,一个外观类似TO-220封装晶体管的元件已经炸裂成三块,根据自己的经验,这种调温电路的原理一般都是双向可控硅(晶闸管)交流调压电路,这个炸裂的元件应该就是核心开关器件——双向可控硅。拆下这个元件,将三块碎片拼到一起,可以看出元件上的型号是BT136,这是一种4A 600V的普通双向可控硅,用TY-360指针万用表(自己修理时的习惯)检测电阻丝电阻为200欧姆左右,正常,说明应该不是因为负载短路导致双向可控硅击穿炸裂,可能是双向可控硅自身的质量问题,于是决定换一个。4A 600V以上的普通双向可控硅很多,BT136、BT137、BTA12、BTA16等都可以满足要求,但这个调温电热套内部的装配结构较为特殊,电阻丝的一个引脚用螺丝固定在一块铝质散热片上,TO-220塑封可控硅BT136的自带散热片也用螺丝固定在这块铝质散热片上。查阅BT136数据手册,发现BT136自带散热片与双向可控硅主电极T2引脚(中间一个引脚)相通,说明是靠铝质散热片将BT136 T2引脚连接到电阻丝一端上的,这样就要求替换的双向可控硅自带散热片必须同时也是T2引脚,而BTA12、BTA16等TO-220封装双向可控硅却是自带散热片与芯片引脚绝缘的结构,如果直接替换上去会导致T2引脚与电阻丝之间不通(除非加跳线),加之手里连BTA12、BTA16等双向可控硅都没有现成的,于是决定过一天去买一个BT136(电子市场路途还不算远)。
一天后,笔者早上起来时还在想,是不是因为铝质散热片与双向可控硅T2引脚(自带散热片)之间的螺丝出厂时没拧紧或者松动了,导致接触电阻发热烧毁炸裂双向可控硅的?下午去了电子市场,找到一家熟识的老板,老板说只有BT137(8A 600V),笔者想也可以代换,电流大一些更好,于是买了几个,用万用表测量BT137的自带散热片与中间一个引脚果然是相通的,看来没有问题,正在买时突然多了个心眼,双向可控硅交流调压电路中,双向可控硅一般使用双向触发二极管(DIAC)触发,常见型号是DB3,双向可控硅炸裂会不会引起双向触发二极管的连带损坏?可不想再跑一趟了,于是顺便买了几个DB3双向触发二极管。回家之后,正准备换上BT137,突然又想起这件事,于是用TY-360指针万用表测量电路板上的双向触发二极管DB3,发现DB3果然击穿了(烧成了“两通”),庆幸自己顺便买了DB3的同时,想到这事情恐怕没那么简单,还是画出电路图来认真看看更保险,于是画出电路图并仔细检查电路板上的元件参数,恍然大悟。电路中与调温电位器串联的固定电阻(笔者绘制电路图中的R1)仅560Ω,当调温电位器拧到头(电阻为0Ω)时,与DB3串联的电阻过小,而双向可控硅门极G与主电极T1之间正常工作时的电阻很小,可看作短路,DB3转折导通后,过大的触发电流流过DB3,导致双向触发二极管DB3 PN结过热击穿,DB3击穿后,失去了控制触发作用,会有更大的交流电流流过双向可控硅G与T1之间(可达数百mA),而一般双向可控硅的G与T1之间根本承受不了过大的电流(PN结面积限制),最终结果就是烧毁炸管。这一点明显属于设计缺陷或者生产时电阻误用,于是连忙将已经击穿损坏的DB3和电阻R1都焊下,换上新的DB3,然后根据DB3数据手册,用10k固定电阻换下560Ω固定电阻,最后焊上新的BT137代替BT136,将铝质散热片上的残留硅脂用酒精擦干净,涂上少量电脑CPU使用的掺金属粉硅脂,装上螺钉和弹簧垫圈,用螺母将BT137紧紧固定在铝质散热片上(硅脂不影响铝质散热片与BT137自带散热片之间的连接,因为有固定螺丝的作用),用TY-360指针万用表R×1档检测BT137中间引脚与电阻丝一端之间的电阻为0Ω,说明连接已经可靠。装好电热套,插上220V电源,将调温电位器拧到头,指示加热电压的电压表指针指到220V位置,未再出现问题,将温度调低,加热工作一段时间,待新电热套玻璃纤维中的矿物油蒸发(冒烟)基本完成后,调温电热套即可投入使用,修理完成。
总结:该调温电热套存在隐蔽设计缺陷或者生产问题,真正引发故障的原因与笔者一开始推测的原因大相径庭,如果不是在修理时多了个心眼,盲目更换双向可控硅而没有发现双向触发二极管已经击穿以及隐蔽问题,则很可能导致再次炸管,真可谓“魔鬼隐藏在细节中”!
附:笔者绘制的电路图(RL为电阻丝;M1为指示加热电压的交流电压表;S1和RP1为一带开关的470k电位器;VD1为双向触发二极管DB3,注意双向触发二极管符号与常用符号差异较大)