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Keysight DSO-X 2012A Oszilloskop stirbt im Standby – Netzteiltausch

In einem alten Beitrag aus dem Jahr 2019 habe ich über Oszilloskope des Herstellers Keysight und deren Problem mit einem plötzlichen Ausfall berichtet. (siehe Link). Es ging damals darum, dass die Oszilloskope plötzlich ihren Dienst verweigerten – manchmal auch mit einem Knall und anschließendem Geruch nach „Strom“. Oder es passierte einfach gar nichts nach dem Einschalten. Der Grund dafür war und ist immer wieder der Ausfall des verbauten 12VDC Netzteils CCH0123F1-Z03A. Das Oszilloskop ist so konstruiert, dass das Netzteil bei ausgeschaltetem „Hauptschalter“ des Oszilloskops trotzdem am Netz hängt und im Standby-Modus betrieben wird. Der an der Frontseite des Gerätes befindliche Druckschalter schaltet das Netzteil dann in den PowerON Modus und die 12V Leistung ein. Wenn die Geräte in den Labors permanent an bestromten Steckdosen hängen, verwundert es auch nicht, dass die Geräte schneller altern, als die guten alten Kisten mit den Kathodenstrahlröhren. Die Teile, die der permanenten Stromversorgung durch thermische Dauerlast zu Opfer fallen, habe ich, sowie auch den Reparaturaufwand im damaligen Beitrag dargestellt. Von Seiten der Vertriebsfirmen ist auch ein Nachbestellen oder eine Ersatzlieferung von neuen Netzteilen nicht vorgesehen oder gewünscht. Wenn die Geräte innerhalb der Garantie- Gewährleistungszeit ausfallen sollten, ist der Austausch durch den Hersteller kein Problem. Fallen die Geräte aber erst aus, wenn sie schon ein paar Jahre im Labor oder der Werkstatt verweilen (dabei spielt es aber keine Rolle ob sie jeden Tag in Betrieb sind, oder eben nur angeschlossen und ausgeschaltet herumstehen), so läuft ein üblicher Reparatur- Serviceprozess beim Hersteller. Da sind dann auch die ordentlichen Tarife für den Service von Messtechnik zu bezahlen.

Im Bild oben: „neues Meanwell Powersupply“ unten: „origales Lineage Power“

Die Netzteile sind, wie im alten Bericht beschrieben, recht gut zu reparieren. Allerdings ist die Reparatur auch ziemlich zeitaufwendig. Schneller geht es natürlich, wenn ein neues Netzteil eingebaut wird. Die Vertriebsfirmen der Keysight Oszilloskope bieten leider keinen Ersatzteilsupport an und einen direkten Lieferanten des original verbauten Lineage Power Netzteils habe nicht finden können. Es gibt aber auch eine andere Alternative: Im Forum des EEV-Blogs haben einige User alternative Netzteile gefunden, die in die DSO-X Oszilloskope passen. Ein passendes Modell ist das RPSG-160-12 von Meanwell. Es handelt sich dabei um ein 12V 160W Powersupply. Die Bezeichnung „G“ in RPSG deutet darauf hin, dass auch ein 5V Standby-Supply vorhanden ist. Und genau diese Funktion benötigt auch das DSO-X. Denn wie schon zuvor beschrieben, ist der Frontschalter am Oszi nicht dazu gedacht, die Primärseite der Netzversorgung zu trennen, sondern lediglich eine Leitung am DC-Niedervoltstecker gegen Masse zu schalten. Diese Leitung steuert im Netzteil den „PowerON-Pin“.

Mechanisch passt das Meanwell beinahe auf die Montagehalterungen des DSO-X. „Beinahe“ bedeutet, dass der Abstand der Befestigungslöcher der Längsseite am Powersupply um etwa einen Millimeter weiter auseinander liegt, als die Befestigungsbolzen am Chassis des Oszilloskops. Das lässt sich aber mit einer kleinen Rundfeile oder einem 4mm Bohrer schnell anpassen. Jetzt kann das Meanwell Powersupply mit den originalen Torx Schrauben am Oszi Chassis befestigt werden. Die Steckverbindung für die AC-Versorgung von der OSZI-Platine zum Netzteil kann direkt vom alten Netzteil übernommen werden.

Pinout der Meanwell Steckerleisten

Die 12V Spannungsversogung am CN2 des Netzteils liegt an den Pins 1,2,3,4 (+12V) und 5,6,7,8 (GND) an. Die Verbindungsleitung zum Oszi ins entsprechend anzupassen.

DC12V Ausgänge an CN2

Im Bild unten sind die Pins der Steckerleiste am Oszi beschriftet dargestellt.

DC12V Eingang ins Oszilloskop

Ich habe die Drähte passend umgepinnt und den Stecker wie unten dargestellt mit dem Powersupply verbunden.

Die Hauptenergieversorgung zum Oszilloskop ist jetzt hergestellt. Es fehlt nur noch die „Einschaltleitung“ (PowerOn). Hierzu habe ich den 7. Pin (GND) und den 9.Pin(Switch) aus dem alten Stecker gelöst und direkt auf dem Standby Board des Netzteils angelötet. Der Draht am untersten Pin des Standby Boards ist das Signal „PowerOn“ und der darüber ist GND. Somit kann das Netzteil mit dem frontseitigen Einschalter am Oszilloskop hochgefahren werden.

„Steuerleitungen“ für das PowerOn des Netzteils

 

Gesamtansicht der Verkabelung

Nach einem kurzen Funktionstest und Überprüfen der Spannung (kann ggf. auch an dem Trimmpoti am Netzteil korrigiert werden) ist der Umbau abgeschlossen und der Zusammenbau kann wieder erfolgen.

Keysight Oszilloskop stirbt im Standby – Netzteilreparatur

Ein interessantes Problem ist bei der Messtechnik in den Labors meines Arbeitsplatzes aufgetreten. Mit „Messtechnik“ bezeichne ich die Ausstattung eines Laborarbeitsplatzes, für die Grundlagenausbildung. Von den Laborarbeitsplätzen gibt es insgesamt neunzehn Einheiten, die mit je zwei Labornetzgeräten, zwei Tischmultimetern, einem Keysight Signalgenerator und einem Keysight (Agilent) Oszilloskop der Serie Infiniivision DSO-X 20xx ausgerüstet sind. Alle Geräte sind netzwerkfähig und sind über LAN mit dem zugehörigen Arbeitsplatzrechner verbunden. So kann mit Hilfe unterschiedlicher Software (Agilent VEE, Matlab, LabVIEW etc.) auf die Messgeräte zugegriffen werden. Die Geräte wurden vor ca. drei Jahren angeschafft und ersetzt die fast zwanzig Jahre alte Laborausstattung. 

Doch nun ist der Fall aufgetreten, dass bei einem Arbeitsplatz das DSO-X2012A Oszilloskop kein Lebenszeichen mehr von sich gab. Es kommt gelegentlich vor, dass bei Laborübungen oder beim freien Arbeiten in den Labors einmal ein Studierender den Not-Aus Schalter des Arbeitsplatzes betätigt und ihn so stromlos macht.  Doch das war nicht der Fall. Alle an dem Arbeitsplatz angeschlossenen Geräte funktionierten, mit Ausnahme des DSO. Auch am Ende des Kaltgerätesteckers war Spannung zu messen. Also konnte das Problem nur am Oszilloskop selber liegen. Die Rückwand ist schnell abgeschraubt, ein Schirmblech entfernt und das Netzteil liegt frei. Gleich bei der ersten optischen Begutachtung ist der große Siebelko mit nach oben gewölbter Kappe aufgefallen. Aber einmal schön der Reihe nach.

Netzteil des Infiniivision

An den AC Pins vom Netzeingang war die Netzspannung zu messen, jedoch an keinem der Ausgänge des Netzteils eine Gleichspannung. Egal ob der Powerschalter des Gerätes ein- oder ausgeschaltet war. Die Vermutung liegt nahe, dass das Netzteil defekt ist.

Eingangssicherung

Zunächst wurde das Netzteil ausgebaut und beginnend von der AC-Eingangsseite untersucht. Die Printsicherung im Bereich des Netzfilters ist gleich als erstes defektes Bauteil aufgefallen. Es handelt sich um eine träge 6.3A/250V Sicherung. Da eine ausgelöste Sicherung immer einen Grund hat, abzuschalten, wurde weitergesucht. Die Netzgleichrichter waren ok, jedoch hatte der 100uF / 420V Elektrolytkondensator, der als Gleichspannungsglättung der Primärseite eingesetzt ist, thermisch schon einiges abbekommen und war aufgebläht.

originaler Elko 100uF /420V /105°C

Auch seine Kapazität war nicht mehr im Nominalbereich. Aber auch das war nicht direkt der Grund für das Auslösen der Sicherung. Der war dann schnell gefunden. Ein Mosfet der als Ansteuerung des Transformators dient, war niederohmig. Genauer gesagt er hatte einen Kurzschluss zwischen allen Anschlüssen.

Mosfet STP12NM50

Das folgende Bild zeigt die Einbaupositionen der Bauteile. Diese wurden erneuert. Der Mosfet wurde durch einen Originaltyp ersetzt und der Netzelko gegen einen 100uF / 450V /105°C Typ getauscht. Der ist zwar von der Bauhöhe etwa fünf Millimeter höher, passt aber problemlos in das Netzteil.

Einbaulage des Kondensators und des Mosfet

Auf der Rückseite der Netzteilplatine waren zwei SMD Widerstände im Bereich des Gate-Anschlusses des Mosfet defekt. Es handelt sich dabei um einen SMD Widerstand der Baugröße 0805 mit 5,11 Ohm und einen SMD Widerstand der Baugröße 1206 mit 2,0 kOhm. Das untenstehende Bild zeigt auch hier wieder die Einbaulage.

Einbaulage der defekten SMD Widerstände

Nachdem alle erwähnten Bauteile erneuert waren, wurde ein erster Funktionstest durchgeführt. Dieser war jedoch ernüchternd, denn das Netzteil arbeitete noch nicht. Die Sicherung blieb intakt und die primärseitige Gleichspannung stand stabil. Doch das Gate des Mosfet wurde nicht angesteuert – leider. Denn jetzt kam der aufwendige Teil der Reparatur. Auf der Netzteilplatine befindet sich, stehend eingebaut, eine weitere Platine, auf der mehrere Controller IC´s verbaut sind. Verfolgt man die Gate-Leitung vom Mosfet, so endet sie an einem Pin dieser Ansteuerungsplatine. Also muss diese raus.

Controllerboard ausgebaut

Dazu musste zuerst das Kühlblech entfernt werden. Dann wurde es etwas mühsam, denn das Controllerboard ist nicht über eine Stiftleiste oder Steckverbindung mit der Hauptplatine verbunden, sondern die Kontaktpins sind gelayoutet und ausgefräst. Das bedeutet, man muss die Auslötarbeiten sehr behutsam in Angriff nehmen, um die Leiterbahnen an den Enden der gefrästen Pins nicht zu beschädigen.

Mainboard ohne Controllerplatine

 

UC3842B

Als der Ausbau erfolgreich abgeschlossen war, konnte das Controllerboard begutachtet werden. Und siehe da, die vom Gate des Mosfet geroutete Leitung endet an Pin 6 eines kleinen IC´s. Dabei handelt es sich um einen UC3842B VD1R2G. Bei diesem IC war das Gehäuse gesprengt. Neben dem Controller IC, war auch ein SOT23 PNP-Transistor (PMBT 2907A) gestorben und an allen Pins niederohmig.

Einbaulage der defekten Komponenten

Nach dem Erneuern der defekten Komponenten, wurde das Netzteil wieder zusammengebaut und ein Funktionstest durchgeführt. Das Oszilloskop startete wieder und das Netzteil verrichtete seinen Dienst.

defekte Bauteile
Ergebnis nach erfolgter Reparatur

Interessant wäre es jetzt herauszufinden, warum das Netzteil nach gerade einmal drei Jahren seinen Geist aufgibt. Zumal die Oszilloskope nicht im Dauerbetrieb laufen, sondern nur während der entsprechenden Lehrveranstaltungen eingeschaltet sind. Dabei ist folgendes aufgefallen: Das Oszilloskop ist permanent an die Stromversorgung angeschlossen. Der Power-Schalter des Oszilloskops schaltet aber nicht die AC-Versorgung aus, sondern nur im Sekundärbereich des Netzteils die Controlleransteuerung. Das bedeutet, das Netzteil arbeitet im ausgeschalteten Zustand quasi im Standby-Betrieb. Und dabei ist uns aufgefallen, dass bei allen ausgeschalteten Oszilloskopen im Standby eine Verlustleistung auftritt, die die Mosfets und vor allem den 100uF Elko stark erwärmt. Das würde den aufgebähten, ausgetrockneten Elko und den darauffolgenden Tod der Netzteile erklären.  Um das zu verifizieren wurde bei mehreren Geräten die seit Tagen nicht eingeschaltet waren, die Temperatur an den Komponenten gemessen.

 
Thermofühler an der Elkooberfläche

Hier konnte folgendes festgestellt werden. Sowohl an der Oberfläche des Kondensators als auch am Kühlblech der Mosfets waren im ausgeschalteten Zustand Temperaturen von 56°C bis knapp 60°C zu messen.  Sollte das so sein ??

Temperaturmessung am Elektrolytkondensator

 

Hier noch die benötigten Bauteile:

  • Widerstand 5R11 0,1W 0,1% Farnell Nr.: 1872688
  • Widerstand 2k0 0.66W Farnell Nr.: 721-9844
  • PNP Transistor SOT23, SMD Stempel 2F Type PMBT2907A, 215 Farnell Nr.: 1626500
  • PWM Controller IC, UC3842B VD1R2G / 500kHz Farnell Nr.:2845218
  • Kondensator 100uF / 105°C / 450V
  • Printsicherung T6.3A 250V

Jun2019: Bestellnummern aktualisiert