Module công suất IPM trong bo inverter: cấu tạo, chân P N U V W, cách đo bằng thang diode và quy trình thay

Module công suất IPM (Intelligent Power Module) là khối đen nhiều chân bắt vào tấm tản nhiệt nhôm trên bo dàn nóng điều hòa inverter, bo máy giặt và tủ lạnh inverter. Nó biến điện một chiều khoảng 300 V thành điện ba pha có tần số thay đổi để chạy máy nén hoặc động cơ. Khi hỏng, IPM thường bị chập (đóng aptomat là nhảy, hoặc máy báo lỗi IPM ngay khi máy nén vừa khởi động), ít khi đứt hẳn. Cách đo nhanh nhất: cắt điện, xả tụ, tháo dây máy nén, dùng đồng hồ số ở thang diode đo giữa P, N với U, V, W. Sáu cặp phải lên khoảng 0,4 đến 0,5 V theo một chiều và không lên theo chiều ngược lại.

Bài này đi từ cấu tạo, tên chân, các mã IPM hay gặp, cách đo và đọc kết quả, mạch bootstrap, mã lỗi trên điều hòa, nguyên nhân làm IPM chết đến quy trình thay. Số liệu lấy từ datasheet và application note của Mitsubishi Electric, onsemi (Fairchild cũ), Infineon, Sanken, Fuji Electric, tài liệu dịch vụ của Gree, LG, Fujitsu, và đối chiếu với tài liệu sửa chữa tiếng Trung.

IPM là gì, bên trong có gì

Một IPM điển hình cho tải ba pha gồm:

• 6 khóa công suất: thường là IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), loại công suất nhỏ có thể dùng MOSFET. Chúng xếp thành 3 nhánh cầu (half bridge), mỗi nhánh một con phía trên (P-side, high side) và một con phía dưới (N-side, low side). Điểm giữa mỗi nhánh là một ngõ ra U, V hoặc W.
• 6 diode chạy không tải (freewheeling diode, FWD/FWDi): mỗi diode mắc song song ngược với một IGBT. Khi đo bằng đồng hồ lúc không cấp điện, cái bạn đo được thực chất là 6 diode này.
• Mạch lái (gate driver): một IC phía cao (HVIC) có mạch dịch mức điện áp để lái 3 IGBT phía trên, và một IC phía thấp (LVIC) lái 3 IGBT phía dưới. Nhờ vậy chân điều khiển nhận thẳng tín hiệu 3,3 V hoặc 5 V từ vi xử lý.
• Mạch bảo vệ: theo application note Super Mini DIPIPM Ver.5 của Mitsubishi, module có bảo vệ ngắn mạch (short circuit, SC) qua điện trở shunt đặt ngoài, khóa khi nguồn điều khiển thấp (under voltage lockout, UV), và tùy mã có bảo vệ quá nhiệt (OT) hoặc chân xuất nhiệt độ dạng analog. Khi bảo vệ tác động, chân FO (fault output) kéo xuống thấp để báo cho vi xử lý dừng máy.
• Diode bootstrap: nhiều đời mới tích hợp sẵn diode (kèm điện trở hạn dòng) để tạo nguồn nổi cho 3 IGBT phía trên. Xem mục bootstrap bên dưới.

Về vỏ, Mitsubishi mô tả bên trong là khung đồng, chip IGBT và diode nối bằng dây nhôm, IC nối bằng dây vàng, đổ nhựa, mặt đáy có tấm tản nhiệt cách điện. Dòng FSBB của onsemi dùng đế gốm DBC (AlN). Vì thế mặt lưng IPM cách điện với các chân, nhưng vẫn cần keo tản nhiệt để truyền nhiệt sang nhôm.

Tên chân: P, N, U, V, W và chân tín hiệu

Tên chân khác nhau theo hãng, nhưng chức năng giống nhau. Bảng dưới gom theo datasheet PS219B4 (Mitsubishi), FSBB30CH60F (onsemi), IKCM15F60GA (Infineon) và dòng SCM1200MF (Sanken).

Chức năng	Mitsubishi DIPIPM	onsemi FSBB	Infineon IKCM	Sanken SCM
Cực dương DC bus (nối cực + tụ lọc)	P	P	P	VBB
Cực âm DC bus, emitter IGBT dưới (thường qua shunt)	NU, NV, NW	NU, NV, NW	NU, NV, NW	LS1, LS2, LS3
Ngõ ra ba pha tới máy nén/động cơ	U, V, W	U, V, W	U, V, W	U, V, W
Nguồn nổi phía trên (cực + tụ bootstrap)	VUFB, VVFB, VWFB	VB(U), VB(V), VB(W)	VB(U, V, W)	VB1, VB2, VB3
Mass của nguồn nổi	chính chân U, V, W	VS(U), VS(V), VS(W)	VS(U, V, W)	HS1, HS2, HS3
Nguồn điều khiển 15 V	VP1, VN1	VCC(L), VCC(UH/VH/WH)	VDD	VCC1 đến VCC3
Mass điều khiển	VNC	COM	VSS	COM1 đến COM3
6 chân tín hiệu vào	UP, VP, WP, UN, VN, WN	IN(UH)... IN(WL)	HIN(U, V, W), LIN(U, V, W)	HIN1 đến 3, LIN1 đến 3
Báo lỗi	FO	VFO	VFO (chung với NTC)	FO1 đến FO3
Ngõ vào cảm biến dòng ngắn mạch	CIN	CSC	ITRIP	OCP1 đến OCP3

Vài điều thợ cần nhớ khi nhìn bo:

• N tách ba chân (open emitter). Trên nhiều IPM, 3 IGBT dưới không nối chung bên trong mà ra 3 chân NU, NV, NW. Mitsubishi ghi các chân này thường nối về mass công suất qua từng điện trở shunt riêng. Khi đo, bạn đo ở từng chân N hoặc ở đầu chung của các shunt (shunt chỉ vài phần nghìn ohm nên coi như nối thẳng).
• Trên bo liền một khối không có cọc P, N riêng. Sách sửa chữa tiếng Trung lấy máy Hisense làm ví dụ ghi rõ: cực dương tụ lọc lớn chính là P, cực âm là N.
• P luôn là chân to nằm cạnh U, V, W, các chân tín hiệu nhỏ nằm ở cạnh đối diện. Với PS219B4, chân 24 là P, 21 đến 23 là W, V, U, 18 đến 20 là NW, NV, NU.

Các mã IPM hay gặp và cách đọc mã

Dòng	Ví dụ mã	Ghi chú theo tài liệu hãng
Mitsubishi Super Mini DIPIPM	PS219B2, PS219B3, PS219B4 (Ver.5), PS2196x, PS219Ax (Ver.4), PSS15S92E6, PSS15S92F6 (Ver.6)	PS219B4 là 15 A / 600 V. Hậu tố -S có chân xuất nhiệt độ, -ST có bảo vệ quá nhiệt; A là chân dài, C là chân so le. Trang sản phẩm PSS15S92 ghi dùng cho điều hòa, máy giặt, tủ lạnh, máy rửa bát, quạt, bơm
onsemi (Fairchild) Motion SPM	FSBB15CH60, FSBB20CH60, FSBB30CH60F; dòng nhỏ FSB50xxx, FNB/FNF xxx	Số sau FSBB là dòng định mức (30 = 30 A), 60 là 600 V. FSBB30CH60F có bảo vệ quá nhiệt tích hợp. Sách sửa chữa tiếng Trung ghi FSBB15CH60 dùng trên máy Hisense KFR-28GW/39MBP
Infineon CIPOS Mini	IKCM15F60GA, IKCM30F60GA	600 V / 15 A, vỏ DIP 36x21, có bootstrap tích hợp, cắt quá dòng, theo dõi nhiệt độ bằng NTC. Datasheet ghi dùng cho điều hòa, tủ lạnh, máy giặt
ST SLLIMM	STGIPS20K60	600 V, 18 A, vỏ SDIP-25L, có diode bootstrap trong (theo datasheet ST, các bản trên trang phân phối)
Sanken	SCM1242MF, SCM1246MF, SCM1256MF, SCM1261MF đến SCM1265MF	Dòng SCM1200MF: IGBT và diode 600 V, 10 đến 30 A, vỏ DIP33, diode bootstrap kèm điện trở 22 Ω. Ứng dụng ghi: máy nén tủ lạnh, máy nén điều hòa, động cơ chính máy giặt, quạt, bơm
Sanyo (đời cũ)	STK621-031 và họ STK621	Sách sửa chữa tiếng Trung ghi gặp trên máy Hisense KFR-26GW/18BP

Cách đọc nhanh: phần lớn hãng ghi dòng định mức và điện áp chịu đựng trong mã (15, 20, 30 là ampe; 60 là 600 V). Bo điều hòa dân dụng 1 pha 220 V hầu như dùng loại 600 V. Hậu tố chỉ kiểu chân hoặc chức năng phụ, và hậu tố khác nhau có thể khiến hai con không thay được cho nhau (xem mục thay thế).

Dụng cụ cần có

• Đồng hồ vạn năng số có thang đo diode (hiện số mV hoặc V khi đo diode).
• Đồng hồ đo điện trở cách điện (megohm meter) để kiểm tra máy nén chạm vỏ.
• Ampe kìm đo dòng ba pha khi máy chạy.
• Điện trở công suất có dây kẹp để xả tụ lọc DC bus.
• Bóng đèn sợi đốt mắc nối tiếp nguồn cho lần cấp điện đầu sau khi thay.
• Máy hút thiếc hoặc máy khò, mỏ hàn có chỉnh nhiệt và đầu mỏ nối đất.
• Keo tản nhiệt (thermal grease) loại tốt, tua vít lực hoặc tua vít chỉnh mô men cho ốc M3.
• Máy hiện sóng (oscilloscope) nếu muốn xem tín hiệu 6 đường điều khiển và nguồn bootstrap. Khi đo phía điện áp cao phải dùng que đo vi sai hoặc biến áp cách ly.

Cách đo IPM bằng thang diode

Nguyên tắc: với đồng hồ số, que đỏ là dương, que đen là âm. Diode FWD của IGBT phía trên có anode ở U/V/W và cathode ở P. Diode của IGBT phía dưới có anode ở N và cathode ở U/V/W. Vì vậy:

1. Cắt điện và xả tụ. Rút phích hoặc ngắt aptomat. Đợi đèn trên bo tắt hẳn, rồi đo điện áp DC giữa hai cực tụ lọc lớn (P và N). Sách sửa chữa tiếng Trung yêu cầu xả đến 0 V trước khi đo; một tài liệu khác lấy mức dưới 36 V là ngưỡng an toàn tối thiểu để tháo module. Nếu còn điện, xả qua điện trở công suất, không chập tua vít.
2. Tháo 3 dây máy nén (U, V, W). Cuộn dây máy nén nối 3 pha với nhau qua vài ohm, nếu để nguyên thì kết quả 3 pha luôn giống nhau và bạn không thấy pha hỏng. Fujitsu còn yêu cầu tháo hết dây điều khiển nối vào bo IPM. Nếu là bo IPM rời, tháo luôn dây P, N.
3. Chỉnh đồng hồ về thang diode.
4. Đo 3 diode phía trên: que đen giữ ở P, que đỏ lần lượt chạm U, V, W. Ba số phải gần bằng nhau.
5. Đảo que: que đỏ ở P, que đen lần lượt chạm U, V, W. Phải không lên số (OL hoặc số 1).
6. Đo 3 diode phía dưới: que đỏ giữ ở N (hoặc từng chân NU, NV, NW), que đen lần lượt chạm U, V, W. Ba số phải gần bằng nhau.
7. Đảo que: que đen ở N, que đỏ chạm U, V, W. Phải OL.
8. Đo P với N: que đỏ ở N, que đen ở P phải lên số cao hơn các lần đo trên (hai diode nối tiếp). Đảo lại phải OL. Nếu tụ lọc còn trên bo, số có thể chạy dần lên do tụ đang nạp từ đồng hồ, đó không phải lỗi.
9. Đo giữa các pha: U với V, V với W, W với U, cả hai chiều đều phải OL.
10. So sánh: cùng một module, cùng một đồng hồ thì 6 lần đo thuận phải gần như bằng nhau. Một pha lệch hẳn so với hai pha kia là dấu hiệu hỏng.

Bảng kết quả bình thường và hỏng

Que đỏ	Que đen	Bình thường	Hỏng
U, V, W	P	Lên số khoảng 0,4 đến 0,5 V, ba pha bằng nhau	Gần 0 V: IGBT/diode phía trên pha đó bị đánh thủng. OL: đứt
P	U, V, W	OL	Lên số: rò hoặc chập
N	U, V, W	Lên số khoảng 0,4 đến 0,5 V, ba pha bằng nhau	Gần 0 V: IGBT/diode phía dưới bị đánh thủng. OL: đứt (hoặc shunt đứt)
U, V, W	N	OL	Lên số: rò hoặc chập
N	P	Lên số cao hơn, khoảng 0,7 đến 0,9 V	Gần 0 V: chập P, N
P	N	OL (có thể chạy dần lên nếu còn tụ)	Đứng ở số thấp: chập hoặc rò
U, V, W với nhau	cả hai chiều	OL	Gần 0 V: chập giữa hai pha (hiếm)

Các con số tham khảo từ nhiều nguồn, không cố định:

• Sách sửa chữa điều hòa tiếng Trung đo module máy Hisense KFR-26GW/11BP: P với U/V/W thuận 450 mV, N với U/V/W thuận 451 mV, P với N thuận 817 mV, các chiều ngược và giữa các pha đều vô cùng. Sách cũng ghi lỗi hay gặp nhất là chập giữa P và N.
• Một bài trên 21ic đo module 80DC01SPDU: U/V/W với P và với N đều 0,448 V.
• Fujitsu General (tài liệu kiểm tra IPM): khoảng 0,4 V mỗi pha, P với N 0,7 đến 0,9 V, chiều ngược OL.
• Tài liệu dịch vụ LG Multi V: P với U/V/W và N với U/V/W nằm trong 0,38 đến 0,7 V. Gree: cả 6 điểm từ 0,3 đến 0,7 V.

Nói cách khác, đừng học thuộc một con số. Hãy nhìn quy luật: 6 lần đo thuận bằng nhau, P với N cao hơn, mọi chiều ngược đều OL.

Phép đo này không cho biết gì

Sách tiếng Trung nhấn mạnh: đo nguội chỉ kiểm tra được 6 khóa công suất, không kiểm tra được mạch lái và mạch bảo vệ bên trong. Một IPM đo diode đẹp vẫn có thể hỏng IC lái, mất một pha khi chạy, hoặc báo FO liên tục. Lúc đó cần đo nóng như dưới đây hoặc thay thử.

Đo khi có điện (chỉ khi nắm chắc an toàn)

1. Điện áp DC bus giữa P và N. Gree ghi 290 đến 340 V DC cho máy 230 V; tài liệu tiếng Trung ghi thường 260 đến 310 V. Không có điện áp này thì lỗi nằm ở cầu chỉnh lưu, PFC hoặc tụ lọc, chưa phải IPM.
2. Nguồn 15 V cấp cho IPM. LG ghi bình thường 14,5 đến 15,5 V. Gree ghi nguồn 15 V của IPM thấp dưới 13,5 V là một nguyên nhân báo H5. Datasheet Mitsubishi PS219B4 khuyến nghị 13,5 đến 16,5 V, và bảo vệ thấp áp phía dưới cắt ở khoảng 10,3 đến 12,5 V.
3. Điện áp ra U, V, W khi máy nén chạy. Ba cặp U-V, V-W, W-U phải cân bằng. Tài liệu tiếng Trung ghi điện áp ra thường không quá khoảng 200 đến 220 V. Có DC bus, có 15 V, có tín hiệu điều khiển mà ra lệch pha hoặc không ra thì nghi IPM.
4. Dòng ba pha bằng ampe kìm. Theo Gree, quạt dàn nóng chạy khoảng 30 giây trước khi máy nén khởi động; đo trong lúc khởi động, mỗi pha phải có từ khoảng 0,3 A trở lên. Có dòng cả 3 pha mà máy nén không quay thì nghi máy nén kẹt; một pha không có dòng thì nghi bo.

Mạch bootstrap: vì sao 3 IGBT phía trên cần nguồn riêng

IGBT phía trên có emitter nối vào U, V hoặc W, và chân này nhảy lên xuống giữa 0 V và 300 V khi chạy. Muốn mở nó, điện áp cổng phải cao hơn chính chân U/V/W khoảng 15 V. Về lý thuyết cần 4 nguồn cách ly (3 cho phía trên, 1 cho phía dưới). Mitsubishi giải thích mạch bootstrap giảm xuống chỉ còn một nguồn 15 V:

• Mạch gồm diode bootstrap, điện trở hạn dòng và tụ bootstrap mắc giữa chân nguồn nổi (VUFB, VB) và chân U/V/W.
• Mỗi khi IGBT phía dưới mở, chân U/V/W kéo về gần mass, nguồn 15 V nạp cho tụ qua diode và điện trở.
• Khi IGBT phía trên cần mở, tụ này cấp điện cho mạch lái phía trên.

Số liệu tham khảo: PS219B4 tích hợp diode bootstrap kèm điện trở khoảng 100 Ω (80 đến 120 Ω), sụt áp 1,7 V điển hình ở 10 mA; nguồn nổi khuyến nghị 13,0 đến 18,5 V. Sanken SCM1200MF dùng điện trở 22 Ω. Ví dụ mạch của onsemi cho FSBB30CH60F dùng tụ bootstrap 22 µF song song 0,1 µF, khuyên chọn diode bootstrap phục hồi nhanh, và tụ trên nguồn 15 V chung lớn khoảng 7 lần tụ bootstrap.

Điều thợ cần biết từ mạch này:

• Tụ bootstrap khô hoặc giảm dung lượng làm nguồn nổi tụt. Mitsubishi ghi nạp thiếu sẽ làm bảo vệ thấp áp phía trên tác động, IGBT phía trên tăng tổn hao vì điện áp cổng thấp, hoặc ngừng đóng cắt. Riêng PS219B4, bảo vệ thấp áp phía trên không xuất tín hiệu FO, chỉ phía dưới mới báo. Nghĩa là có trường hợp một pha phía trên ngừng mà vi xử lý chỉ thấy máy nén khởi động không lên hoặc lệch dòng, không thấy lỗi IPM rõ ràng.
• Đo nguồn bootstrap lúc máy đứng yên có thể thấp hoặc bằng 0 là bình thường. Mitsubishi ghi tụ cần được nạp ban đầu trước khi chạy và có thể tụt sau thời gian dừng lâu. Hãy đo lúc máy nén vừa khởi động, so sánh 3 pha với nhau.
• Tụ bootstrap nằm sát chân nguồn nổi của IPM. Mitsubishi ghi thường dùng tụ hóa, gần đây có dùng tụ gốm dung lượng lớn; tụ gốm loại này có thể mất 15 đến 70% dung lượng khi đặt điện áp 15 V, còn tụ hóa thì phải chú ý tuổi thọ phụ thuộc nhiệt độ. Khi thay IPM vì cháy, nên kiểm tra luôn các tụ này và diode bootstrap rời (nếu IPM không tích hợp).

Mã lỗi IPM trên điều hòa

Vi xử lý không biết trực tiếp IGBT nào hỏng. Nó chỉ thấy chân FO báo lỗi, hoặc thấy dòng qua shunt quá ngưỡng, rồi hiện mã. Vì vậy một mã "lỗi IPM" có thể do IPM, do máy nén hoặc do hệ thống lạnh. Các mã dưới đây có trong tài liệu hãng chúng tôi đọc được:

Hãng	Mã	Ý nghĩa theo tài liệu	Nguyên nhân hãng liệt kê
Gree	H5	Bảo vệ IPM: phát hiện quá dòng hoặc mất đồng bộ IPM	Mất pha hoặc sai thứ tự dây máy nén; dòng máy nén quá cao; nguồn 15 V của IPM dưới 13,5 V; lỗi tín hiệu 6 đường PWM, lỗi mạch lấy mẫu dòng; máy nén đứt cuộn, chạm vỏ hoặc kẹt; khí không ngưng, thừa hoặc thiếu gas; tắc ống; thiếu gió; keo tản nhiệt hoặc ốc bắt bo không đúng
Daikin	L5 (L5-00)	Quá dòng tức thời của inverter (phía ngõ ra AC)	Theo mục lục tài liệu dịch vụ FTXS-G; dòng VRV ghi L5 là phát hiện quá dòng ngõ ra trên bo inverter
LG (Multi V)	CH21 (211, 212, 213)	Lỗi IPM trên bo inverter dàn nóng, phát hiện quá dòng ở một pha máy nén	Quá dòng pha U-V-W; máy nén hỏng; IPM hỏng; máy nén tuột dây; quạt làm mát hỏng; điện áp vào thấp. Bảng kiểm tra: nguồn 15 V phải 14,5 đến 15,5 V, đo IGBT 0,38 đến 0,7 V

Gree ghi rõ phần lớn ca H5 không cần thay bo hay máy nén sau khi đã kiểm tra gió, lượng gas và dây. LG có mẹo cho máy hai máy nén: đổi chéo dây hai inverter, nếu lỗi đi theo máy nén thì máy nén hỏng, nếu lỗi ở lại inverter thì bo hỏng. Mã của các hãng khác và của máy giặt, tủ lạnh xem trong bài mã lỗi điều hòa inverter các hãng.

Vì sao IPM chết

Fuji Electric (tài liệu xử lý sự cố IPM bản tiếng Trung) chia nguyên nhân hỏng IPM thành: vượt vùng làm việc an toàn khi cắt (RBSOA), quá áp cổng, nhiệt độ mối nối tăng quá mức, hỏng diode FWD, hỏng mạch điều khiển, và hỏng do tuổi thọ. Dịch sang thực tế sửa chữa:

1. Máy nén chạm vỏ hoặc chập vòng dây. Fuji liệt kê ngắn mạch ngõ ra và chạm đất là nguồn gây dòng cắt quá lớn. Nếu ngắn mạch lặp lại nhiều lần, chip nóng dần đến chết dù bảo vệ có tác động. Máy nén kẹt cơ cũng làm dòng khởi động vọt lên mỗi lần thử.
2. Điện áp DC bus quá cao hoặc có xung. PS219B4 chịu tối đa 450 V giữa P và N, 500 V khi có xung lúc đóng cắt, và chỉ đảm bảo tự bảo vệ ngắn mạch an toàn khi điện áp không quá 400 V. FSBB30CH60F có cùng các mức 450 V, 500 V và 400 V. Điện lưới tăng vọt, sét lan truyền, hoặc tụ lọc kém làm điện áp giữa P và N vượt ngưỡng khi đóng cắt.
3. Tụ DC bus và tụ dập xung kém. Mitsubishi yêu cầu đặt tụ lọc thật sát chân P, N, thêm tụ film nhỏ để triệt xung do điện cảm đường mạch. onsemi khuyên tụ không cảm kháng khoảng 0,1 đến 0,22 µF giữa P và mass. Tụ lọc phồng, khô, tụ film nứt làm xung điện áp lớn hơn mỗi lần IGBT cắt.
4. Keo tản nhiệt khô, ốc lỏng, tản nhiệt bẩn. Fuji ghi mô men siết không đủ, tản nhiệt cong, thiếu keo, tản nhiệt bám bụi, quạt yếu hoặc dừng đều làm nhiệt độ chip tăng quá mức. Gree ghi ốc bắt bo lỏng là lý do hay gặp khiến bo mới thay lại hỏng. Mitsubishi còn ghi: nếu bảo vệ quá nhiệt đã tác động vì tản nhiệt rơi hoặc lỏng thì không dùng lại IPM đó.
5. Nguồn 15 V thấp hoặc nhiễu. Fuji ghi nguồn điều khiển thiếu làm điện áp bão hòa VCE(sat) tăng, IGBT nóng hơn. Nguồn điều khiển quá cao hoặc có xung gây quá áp cổng. Mitsubishi khuyên đặt diode Zener 24 V / 1 W và tụ lọc sát chân nguồn để chống xung.
6. Lỗi tín hiệu điều khiển. Fuji liệt kê thiếu thời gian chết (dead time) hoặc tín hiệu dao động khiến hai IGBT cùng nhánh mở cùng lúc, gây chập nhánh. Lỗi này nằm ở vi xử lý, đường mạch tín hiệu, không phải IPM, nên thay IPM mới vẫn cháy tiếp nếu không sửa gốc.
7. Hệ thống lạnh làm máy nén quá tải. Gree liệt kê thừa gas, tắc ống, thiếu gió dàn. Máy nén kéo dòng lớn liên tục thì IPM nóng và bảo vệ liên tục.

Bảng hiện tượng, nguyên nhân, cách kiểm tra

Thiết bị	Hiện tượng hỏng	Nguyên nhân hay gặp	Cách kiểm tra
Điều hòa inverter	Bật aptomat là nhảy, hoặc cháy cầu chì trên bo dàn nóng	IPM chập P-N hoặc chập một nhánh; cầu diode chập	Xả tụ, đo diode P-N và P, N với U/V/W; đo riêng cầu chỉnh lưu
Điều hòa inverter	Quạt dàn nóng chạy, máy nén không chạy, báo H5 (Gree), L5 (Daikin), CH21 (LG)	IPM hỏng một pha; máy nén chạm vỏ, kẹt; nguồn 15 V thấp; dây máy nén lỏng	Đo IPM thang diode; đo điện trở 3 cuộn máy nén và cách điện ra vỏ; đo 15 V; ampe kìm 3 pha khi khởi động
Điều hòa inverter	Chạy được một lúc rồi báo lỗi IPM, hay bị vào trời nóng	Keo tản nhiệt khô, ốc lỏng, dàn nóng bẩn, quạt yếu, thừa gas	Sờ tản nhiệt (sau khi cắt điện), kiểm tra keo và ốc, vệ sinh dàn, kiểm tra áp suất gas
Điều hòa inverter	Máy nén rung, kêu, dòng 3 pha lệch	Một IGBT phía trên không đóng do tụ bootstrap khô; IC lái hỏng	Đo nguồn bootstrap 3 pha lúc khởi động; đo điện áp ra U-V, V-W, W-U
Máy giặt inverter	Lồng không quay hoặc quay giật, báo lỗi động cơ	IPM lái động cơ hỏng; cuộn dây động cơ chạm; giắc dây động cơ lỏng	Rút giắc động cơ, đo IPM thang diode; đo 3 cuộn động cơ bằng nhau và không chạm vỏ
Tủ lạnh inverter	Máy nén không chạy, đèn báo trên bo nháy, tủ không lạnh	IPM hoặc module lái máy nén hỏng; máy nén kẹt; nguồn 15 V hỏng	Đo IPM thang diode sau khi xả tụ; đo cuộn máy nén; đo nguồn cấp cho IPM
Mọi thiết bị	Thay IPM mới, chạy được thời gian ngắn lại cháy	Không xử lý nguyên nhân gốc: máy nén chạm, tụ DC bus kém, keo tản nhiệt, lỗi tín hiệu	Kiểm tra lại toàn bộ danh sách ở mục trên trước khi thay lần hai

Với IGBT, MOSFET rời (ví dụ bo PFC, bếp từ), cách đo khác một chút. Xem bài cách kiểm tra MOSFET và IGBT.

Kiểm tra máy nén trước khi thay IPM

Thay IPM mà máy nén đang chạm vỏ thì IPM mới chết ngay lần khởi động đầu. Gree ghi phải tìm nguyên nhân gốc trước, nếu không linh kiện mới cũng sẽ hỏng. Quy trình:

1. Tháo 3 dây máy nén ra khỏi bo.
2. Đo điện trở giữa từng cặp U-V, V-W, W-U. Ba giá trị phải bằng nhau. Gree ghi chênh lệch không quá khoảng 0,01 Ω; trị số tùy máy nén (Gree ghi 0,3 đến 2 Ω cho một dòng, 3 đến 4 Ω cho dòng khác), xem tài liệu đúng đời máy. Một cặp hở mạch là đứt cuộn, một cặp thấp hẳn là chập vòng.
3. Đo cách điện từ mỗi cọc ra vỏ máy nén (hoặc ống đồng). Gree ghi phải là vô cùng, đọc được giá trị ohm nhỏ ra vỏ là máy nén chạm vỏ. Nên dùng đồng hồ đo cách điện, vì đồng hồ thường không phát hiện rò ở điện áp cao.
4. Kiểm tra cọc đấu, dây và giắc. Cọc cháy, dây chảy nhựa, giắc lỏng đều gây dòng bất thường và hỏng IPM.
5. Nếu nghi máy nén kẹt, sau khi thay IPM hãy đo dòng 3 pha lúc khởi động như mục đo nóng.

Quy trình thay IPM

1. Xác nhận lại: IPM đo hỏng, máy nén tốt, tụ DC bus tốt, nguồn 15 V tốt (nếu đo được trước khi chập). Kiểm tra cầu chì, cầu diode, shunt, tụ bootstrap.
2. Chụp ảnh chiều lắp, vị trí ốc, dây nối trước khi tháo.
3. Xả tụ và đo lại về 0 V.
4. Tháo ốc bắt IPM vào tản nhiệt, rồi hút thiếc từng chân. Không nạy khi thiếc chưa chảy hết, dễ bong đường mạch.
5. Làm sạch mặt tản nhiệt và mặt đồng trên bo, bỏ hết keo cũ, kiểm tra mặt nhôm không có gờ hay hạt bụi. Mitsubishi cảnh báo dị vật kẹt giữa module và tản nhiệt có thể làm nứt vỏ khi siết.
6. Bôi keo tản nhiệt đều, mỏng. Mitsubishi khuyên lớp keo dày khoảng 100 đến 200 µm phủ đều mặt tiếp xúc và tránh để bọt khí.
7. Đặt IPM, bắt ốc trước rồi mới hàn chân. Siết sơ hai ốc xen kẽ khoảng 20 đến 30% lực, rồi siết đủ lực, cũng xen kẽ. Mô men cho ốc M3: Mitsubishi PS219B4 khuyên 0,69 N·m (0,59 đến 0,78 N·m), onsemi FSBB30CH60F khuyên 0,62 N·m (0,51 đến 0,72 N·m). Mitsubishi khuyên dùng long đen phẳng.
8. Hàn chân. Mitsubishi không khuyên hàn reflow, và yêu cầu nhiệt ở gốc chân dưới 150 °C khi hàn tay. Dùng mỏ hàn điện áp thấp có nối đất, có chỉnh nhiệt, hàn nhanh từng chân. IPM nhạy tĩnh điện (Mitsubishi ghi chịu được khoảng ±200 V trở lên trong thử nghiệm), nên đeo vòng tĩnh điện và giữ IPM trong túi chống tĩnh điện đến lúc lắp.
9. Đo lại thang diode trên IPM mới trước khi cấp điện, để chắc không chập do hàn.
10. Cấp điện lần đầu qua bóng đèn nối tiếp, chưa nối máy nén. Đèn sáng rực và không giảm là còn chập. Sau đó bỏ bóng đèn ra (theo kinh nghiệm thợ, inverter có PFC thường không chạy ổn qua bóng đèn), nối máy nén, chạy thử và đo dòng 3 pha.
11. Lắp lại các tấm che, kiểm tra quạt dàn nóng chạy tốt, dàn sạch.

Chọn IPM thay thế tương đương

Ưu tiên đúng mã in trên thân. Khi phải thay mã khác, cần khớp đủ các điểm:

• Sơ đồ chân và kiểu chân giống hệt: cùng vỏ, cùng thứ tự chân, cùng kiểu chân ngắn, dài hay so le. Ngay trong một hãng cũng có khác biệt: Mitsubishi ghi PS219B* (Ver.5) giữ nguyên kích thước và vị trí chân so với Ver.4 nên dùng được trên cùng bo, nhưng phải sửa nhỏ: thay từ PS2196* thì bỏ diode bootstrap và điện trở hạn dòng bên ngoài; bo cũ nối chung emitter phía dưới thì phải đổi sang nối emitter riêng, vì Ver.5 chỉ có kiểu tách chân N. Đổi chéo hãng thì hầu như không khớp chân.
• Điện áp chịu đựng (VCES) không thấp hơn, thường 600 V cho máy 220 V. Bài trên 21ic ghi VCES nên lớn hơn khoảng 2 lần điện áp DC bus.
• Dòng định mức không thấp hơn con cũ.
• Cùng chức năng phụ. Ví dụ PS219B4-S có chân 17 xuất nhiệt độ analog (VOT), còn PS219B4-ST có bảo vệ quá nhiệt (tự cắt các IGBT phía dưới ở khoảng 120 °C) và chân 17 bỏ trống. Mitsubishi ghi bản xuất nhiệt độ không tự cắt khi quá nhiệt, vi xử lý phải đọc chân VOT để dừng máy. Bo đang đọc nhiệt qua chân VOT mà lắp bản -ST thì vi xử lý mất tín hiệu nhiệt; ngược lại, bo thiết kế cho bản -ST mà lắp bản -S thì không còn ai cắt khi quá nhiệt.
• Ngưỡng bảo vệ ngắn mạch. Điện trở shunt trên bo được chọn theo ngưỡng của từng IPM: PS219B4 cắt ở khoảng 0,48 V, FSBB30CH60F khoảng 0,50 V, IKCM15F60GA khoảng 0,47 V, Sanken SCM1200MF khoảng 0,50 V. Các mức gần nhau nhưng không giống hệt, nên đổi hãng thì bảo vệ dòng thay đổi theo.
• Bootstrap trong hay ngoài. Thay IPM có diode bootstrap trong vào bo thiết kế cho IPM không có (hoặc ngược lại) phải xem lại mạch quanh chân nguồn nổi.
• Mức logic vào và chân FO. Đa số IPM gia dụng nhận mức cao là mở (active high), nhưng độ rộng xung FO và cách kéo lên khác nhau giữa hãng.

Nếu không tìm được mã đúng, thay nguyên bo dàn nóng hoặc bo inverter thường an toàn hơn.

An toàn

• Tụ DC bus giữ điện rất lâu. Sau khi rút điện, giữa P và N vẫn có thể còn khoảng 300 V. Luôn đo trước khi chạm, xả qua điện trở công suất, không chập tua vít làm cháy tụ và văng tia lửa.
• Không đo điện trở hay diode trên mạch đang có điện. Fujitsu cảnh báo đo lúc có điện có thể gây điện giật hoặc hỏng bo.
• Mass của bo inverter là điện lưới. Phía N của DC bus không cách ly với điện lưới. Nối mass máy hiện sóng thường vào đây sẽ gây chập. Dùng que đo vi sai hoặc biến áp cách ly.
• Đo nóng cần hai tay cách điện, một tay đo. Kẹp que trước khi cấp điện, đứng trên nền khô, tháo đồng hồ đeo tay, nhẫn.
• Bóng đèn nối tiếp cho lần cấp điện đầu sau khi sửa, để hạn dòng nếu còn chập.
• Không chạy thử máy nén khi chưa kiểm tra cách điện. Máy nén chạm vỏ vừa làm hỏng IPM mới vừa gây điện giật qua vỏ dàn nóng nếu dây đất kém.
• Người dùng không có kinh nghiệm điện tử không nên tự mở bo dàn nóng. LG cũng khuyên người dùng không tự mở máy và thay linh kiện.

Câu hỏi thường gặp

Đo IPM mà không tháo khỏi bo được không?

Được, đó là cách làm phổ biến. Chỉ cần xả tụ, tháo 3 dây máy nén và tháo dây điều khiển nếu là bo rời. Đo P, N với U, V, W như trên. Theo kinh nghiệm thợ, tụ lọc đang nạp làm phép đo P-N chạy số, các phép đo khác vẫn đọc được. Nếu thấy một kết quả lạ, có thể do linh kiện khác trên bo mắc song song, khi đó mới tháo IPM ra đo lại.

Ba pha đo đều 0,45 V, có chắc IPM tốt không?

Chưa chắc. Thang diode chỉ kiểm tra khóa công suất. IC lái, bảo vệ, chân FO bên trong không đo được bằng cách này. Nếu máy vẫn báo lỗi IPM, hãy đo nguồn 15 V, nguồn bootstrap, điện áp ra 3 pha khi chạy, hoặc thay thử.

Vì sao IPM mới thay lại cháy sau vài ngày?

Thường do chưa xử lý nguyên nhân gốc: máy nén chạm vỏ hoặc chập vòng, tụ DC bus kém, keo tản nhiệt bôi không đều, ốc lỏng, dàn nóng bẩn, quạt yếu. Gree ghi ốc bắt bo lỏng là lý do hay gặp khiến bo mới lại hỏng. Kiểm tra lại toàn bộ trước khi thay lần hai.

Báo H5 (Gree) có phải chắc chắn thay IPM không?

Không. Gree liệt kê nhiều nguyên nhân ngoài IPM như dây máy nén, nguồn 15 V, cảm biến, gas, gió dàn, và ghi phần lớn ca H5 không cần thay bo hay máy nén sau khi đã kiểm tra gió, gas và dây.

IPM chập P-N thì cần kiểm tra thêm gì?

Cầu chì trên bo, cầu diode chỉnh lưu, điện trở hoặc rơ le khởi động mềm, tụ DC bus, điện trở shunt ở chân N, các tụ bootstrap và đường mạch quanh chân IPM có bị cháy không. Một sự cố chập lớn thường làm hỏng dây chuyền vài linh kiện.

Có thay IPM khác hãng nhưng cùng dòng, cùng áp được không?

Chỉ khi vỏ và sơ đồ chân khớp hoàn toàn, cùng chức năng phụ và ngưỡng bảo vệ gần nhau. Đa số trường hợp IPM khác hãng không khớp chân. Nếu không chắc, dùng đúng mã hoặc thay nguyên bo.

Có cần keo tản nhiệt loại đắt không?

Không cần loại đắt, nhưng cần loại ổn định lâu dài và bôi đều. Mitsubishi chỉ yêu cầu keo dẫn nhiệt tốt, bền lâu, lớp đều 100 đến 200 µm, không có bọt khí. Bôi quá dày hoặc vón cục làm tản nhiệt kém hơn.

Dùng đồng hồ kim đo IPM được không?

Được, để ở thang R×1k. Sách sửa chữa tiếng Trung lưu ý đồng hồ kim có cực tính que ngược với đồng hồ số (que đen của đồng hồ kim mang cực dương của pin), nên kết luận thuận, ngược sẽ đảo lại so với bảng trên.

Đặt thợ sửa bo mạch trên Thuê Thợ 365

Bo dàn nóng báo lỗi IPM có thể do module, do máy nén hoặc do hệ thống lạnh. Thợ có kinh nghiệm sẽ đo đủ cả ba trước khi báo giá thay. Bạn có thể đặt thợ sửa chữa ngay, hoặc đăng việc nhận báo giá kèm ảnh mã lỗi, ảnh bo và mã IPM in trên thân để thợ gần bạn báo giá trước.

Đọc thêm trong loạt bài: cách kiểm tra MOSFET và IGBT, mã lỗi điều hòa inverter các hãng, và các bài khác tại kiến thức cho thợ.