LG-OLED-Netzteil EAY65689424: Fehlersuche am Startup-Pfad – vom Relais bis zum SSC3S900

Bei der Reparatur von LG-OLED-Fernsehern stößt man immer wieder auf Netzteile, die auf den ersten Blick „halb funktionieren“: Standby ist vorhanden, einzelne Spannungen lassen sich messen, aber das Gerät startet nicht vollständig. Genau so verhielt sich eine LG-Netzteilplatine EAY65689424.

Das auffällige Symptom war zunächst das Relais. Bei funktionierenden Boards hört man beim Einschalten häufig ein deutliches Klacken. Bei diesem Netzteil schaltete das Relais dagegen nicht sauber durch beziehungsweise gar nicht. Gleichzeitig lagen an den Ausgangssteckern nicht die erwarteten Betriebsspannungen an.

Die Fehlersuche führte schließlich nicht zum Relais selbst, sondern tief in die primärseitige Startup-Schaltung des Netzteils.

Das ursprüngliche Fehlerbild

Am Anschluss zum Mainboard wurden folgende Werte gemessen:

• auf einer nominellen 12-V-Schiene nur etwa 7 V
• auf der 22-V-Schiene 0 V
• das Hauptrelais schaltete nicht sauber durch
• die leistungsstarke Hauptversorgung startete nicht

Wichtig ist dabei: Eine reduzierte Spannung auf einer als „12 V“ bezeichneten Leitung bedeutet bei modernen TV-Netzteilen nicht automatisch einen Defekt. Manche Versorgungsschienen werden im Standby anders betrieben und erreichen ihre volle Spannung erst nach dem Einschaltbefehl des Mainboards.

Das eigentliche Problem war daher nicht die gemessene 7-V-Spannung an sich, sondern die Frage: Warum kommt die Hauptversorgung überhaupt nicht in den Betriebszustand?

Warum ein Relais unterschiedlich laut klicken kann

Ein interessantes Reparaturindiz ist tatsächlich das Geräusch eines Relais.

Ein 12-V-Relais benötigt einen bestimmten Spulenstrom, um den magnetischen Anker kräftig anzuziehen. Vereinfacht gilt: I = U / R.

Sinkt die Spannung an der Spule, sinkt auch der Strom. Die magnetische Kraft nimmt dabei stärker ab als nur proportional zum Strom.

Deshalb kann ein Relais bei beispielsweise 8 oder 9 V zwar noch reagieren, aber nur sehr weich oder leise anziehen. Das kann verschiedene Ursachen haben:

• ein gealterter kleiner Elko in der Hilfsversorgung
• eine einbrechende Versorgungsspannung
• ein schlecht durchsteuernder Transistor
• ein Optokoppler mit reduziertem CTR
• ein hochohmig gewordener Widerstand
• schlechte Lötstellen
• oder das Relais selbst

Bei diesem Board war das Relais jedoch letztlich nur ein Symptom.

Optokoppler als möglicher Altersfehler

Zwischendurch fiel der Verdacht auf die verbauten Optokoppler der EL101X-G-Serie, konkret auf einen EL1018.

Ein Optokoppler besteht intern aus zwei elektrisch getrennten Teilen: einer Infrarot-LED auf der Eingangsseite und einem Phototransistor auf der Ausgangsseite.

Fließt Strom durch die LED, erzeugt sie Licht. Dieses Licht trifft auf den Phototransistor und macht ihn leitend. Die beiden Seiten sind galvanisch voneinander getrennt.

Ein typischer Alterungseffekt ist, dass die interne LED mit der Zeit weniger Licht erzeugt. Dadurch sinkt der sogenannte CTR – Current Transfer Ratio: CTR = (I_C / I_F) × 100 %.

Ein Optokoppler kann deshalb im einfachen Diodentest völlig normal aussehen und trotzdem nicht mehr genügend Ausgangsstrom liefern. Das ist ein wichtiger Punkt für die Reparaturpraxis: Diodentest bestanden bedeutet nicht automatisch, dass der Optokoppler noch seinen ursprünglichen CTR erreicht.

Für eine saubere Prüfung sollte der Optokoppler ausgelötet und bei definiertem LED-Strom getestet werden. Ein möglicher Testaufbau ist beispielsweise: +5 V über 1,6 kΩ auf die Anode der LED im Optokoppler, Kathode nach GND. Damit fließen ungefähr 2 bis 2,5 mA durch die LED. Auf der Ausgangsseite wird anschließend der Kollektorstrom des Phototransistors gemessen.

Im konkreten Fehlerfall stellte sich jedoch heraus, dass der Optokoppler nicht die Hauptursache war.

Der entscheidende Controller: SSC3S900

Die weitere Untersuchung führte zum SSC3S900, einem LLC Current-Resonant Off-Line Switching Controller. Dieser Baustein ist für den Start der resonanten Hauptwandlerstufe verantwortlich.

Besonders interessant sind dabei drei Anschlüsse:

• VSEN – Netzspannungs-/Brown-in-Erkennung
• VCC – Versorgung des Controllers
• ST – Eingang für die interne Startup-Schaltung

Der grundsätzliche Ablauf sieht vereinfacht so aus: Netzspannung / Hochvolt-Zwischenkreis → ST-Pin → interne Startup-Stromquelle → VCC → VCC-Kondensator → Controller startet → LLC-Wandler.

Der Controller benötigt eine ausreichend hohe VCC-Spannung, bevor er seine Arbeit aufnehmen kann.

Die entscheidende Messung: VCC = 0 V

Am SSC3S900 wurde festgestellt: VCC gegen GND blieb beim Einschaltversuch bei 0 V. Das war ein sehr wichtiger Messwert.

Zunächst wurde stromlos geprüft, ob zwischen VCC und GND ein Kurzschluss vorhanden ist. Kurzzeitig zeigte das Multimeter einen sehr niedrigen Widerstand. Nach einigen Sekunden stieg der Wert jedoch deutlich an.

Das ist typisch für einen Kondensator: Beim Ansetzen des Multimeters ist der Kondensator entladen und wirkt kurzzeitig niederohmig. Während er sich über die Prüfspannung des Multimeters auflädt, steigt der angezeigte Widerstand. Ein dauerhafter VCC-Kurzschluss konnte damit ausgeschlossen werden.

Damit blieb die entscheidende Frage: Warum wird der VCC-Kondensator nicht geladen?

VSEN zunächst verdächtig

Am VSEN-Pin wurden ungefähr 1,27 V gemessen. Da sich dieser Wert in der Nähe der Startschwelle befindet, lag zunächst die Vermutung nahe, dass die Netzspannungserkennung den Controller nicht freigibt.

Die Widerstandskette von VSEN wurde deshalb genauer untersucht. Die obere Seite bestand unter anderem aus zwei hochohmigen Widerständen mit ungefähr:

• 4,7 MΩ
• 4,7 MΩ

Auf der unteren Seite Richtung GND fanden sich:

• 110 kΩ
• 4,7 kΩ

Damit ergibt sich ein klassischer hochohmiger Spannungsteiler. Der untere Gesamtwiderstand beträgt: 110 kΩ + 4,7 kΩ = 114,7 kΩ.

Am oberen Ende des Teilers wurden etwa 105,7 V gemessen. Setzt man diese Werte in die Spannungsteilerformel ein: U_VSEN = 105,7 V × (114,7 kΩ / (9,4 MΩ + 114,7 kΩ)) ≈ 1,27 V.

Genau dieser Wert wurde auch tatsächlich gemessen. Damit war klar: Der VSEN-Spannungsteiler arbeitet rechnerisch exakt so, wie es die real gemessenen Widerstände erwarten lassen. Der Fehler lag also wahrscheinlich nicht in diesem Bereich.

Die Spur führt zum ST-Pin

Damit rückte der Startup-Pfad am ST-Pin in den Mittelpunkt. Dieser Pin versorgt die interne Startup-Schaltung des Controllers.

Wenn dieser Pfad unterbrochen ist, passiert folgendes: Hochspannung vorhanden → Unterbrechung → ST-Pin → kein Startup-Strom → VCC = 0 V → SSC3S900 startet nicht → LLC-Stufe bleibt aus.

Und genau hier lag letztlich der Fehler.

Der eigentliche Defekt: geplatzte 152-Widerstände

Unter der Lupe waren mehrere extrem kleine SMD-Widerstände sichtbar beschädigt. Auf allen stand: 152.

Der SMD-Code bedeutet: 15 × 10² = 1500 Ω, also 1,5 kΩ. Die Widerstände hatten die Baugröße 0402.

Mit bloßem Auge sahen sie zunächst noch relativ unauffällig aus. Erst unter der Lupe waren Risse beziehungsweise aufgeplatzte Gehäuse erkennbar.

Das erklärte auch die zuvor teilweise völlig unplausiblen Widerstandsmessungen im Megaohm-Bereich: Der eigentliche niederohmige Startup-Pfad war unterbrochen, weshalb das Multimeter nur noch über Nebenpfade der Schaltung messen konnte.

Damit war die Fehlerursache gefunden.

Warum mehrere Widerstände in Serie?

Im Hochvoltbereich werden häufig mehrere Widerstände hintereinander eingesetzt. Das hat mehrere Vorteile:

• bessere Verteilung der Spannungsbelastung
• geringere Belastung pro Bauteil
• bessere Impulsfestigkeit
• geringere Gefahr von Elektromigration
• geringere lokale Verlustleistung

Deshalb sollte man eine solche Widerstandskette nicht einfach durch einen einzigen Widerstand mit demselben Gesamtwert ersetzen. Die räumliche Aufteilung ist Teil des elektrischen Designs.

Originalwert oder leicht erhöhen?

Original waren mehrere 1,5-kΩ-Widerstände verbaut. Bei drei Widerständen ergibt sich: 3 × 1,5 kΩ = 4,5 kΩ.

Für den SSC3S900 wird für den externen Startup-Widerstand ein Bereich oberhalb dieses Wertes empfohlen. Daher entstand die Überlegung, statt der ursprünglichen 1,5 kΩ beispielsweise 3 × 2,2 kΩ zu verwenden. Damit ergibt sich: 3 × 2,2 kΩ = 6,6 kΩ.

Das liegt näher am empfohlenen Bereich und reduziert gleichzeitig die Strombelastung der einzelnen Widerstände.

Allerdings gilt: Wer möglichst originalgetreu reparieren möchte, sollte wieder den Originalwert 1,5 kΩ verwenden. Eine Änderung auf 2,2 kΩ ist bereits eine bewusste Designänderung und sollte nur vorgenommen werden, wenn die genaue Schaltung und Funktion der Widerstände zweifelsfrei nachvollzogen wurde.

Geeigneter Ersatz

Da die Originalwiderstände nur 0402 groß sind, sollte man nicht irgendeinen Standardwiderstand einsetzen. Interessant sind besonders:

• erhöhte Belastbarkeit
• gute Pulse-/Surge-Festigkeit
• hochwertige Dickschichtausführung

Als robuste Variante für eine bewusste Umstellung auf 2,2 kΩ bietet sich beispielsweise ein High-Power-0402 aus der Vishay-CRCW-HP-Serie an.

Wichtiger als ein konkreter Hersteller ist jedoch: richtige Baugröße, richtiger Widerstandswert, ausreichende Verlustleistung, Pulse-/Surge-Festigkeit, möglichst gute Temperaturfestigkeit.

Was dieser Fehler besonders interessant macht

Dieser Defekt zeigt sehr schön, warum Schaltnetzteilreparatur häufig nicht mit einem einzigen offensichtlichen Messwert erledigt ist.

Das ursprüngliche Symptom war: Relais schaltet nicht richtig. Der erste Verdacht könnte deshalb lauten: Relais defekt.

Tatsächlich führte die Fehlerkette aber über: Relais schaltet nicht → Hauptversorgung startet nicht → Controller bekommt keine VCC → VCC wird nicht geladen → Startup-Pfad untersuchen → ST-Zuführung unterbrochen → 0402-Widerstände geplatzt.

Das Relais war also lediglich das sicht- beziehungsweise hörbare Ende einer deutlich tiefer liegenden Ursache.

Fazit

Bei der LG EAY65689424 führte die Fehlersuche von einer fehlenden 12-/22-V-Hauptversorgung über das Relais und die Optokoppler schließlich zur primärseitigen Startup-Schaltung.

Die entscheidenden Erkenntnisse waren:

• ein leises oder fehlendes Relaisklacken ist häufig nur ein Symptom
• Optokoppler können altern, sollten aber über ihren CTR und nicht nur per Diodentest beurteilt werden
• ein kurzzeitig niedriger Widerstand an VCC kann lediglich vom VCC-Kondensator stammen
• VSEN lässt sich sehr gut über die tatsächlich vorhandenen Spannungsteilerwerte verifizieren
• wenn VCC bei 0 V bleibt, obwohl kein Kurzschluss vorhanden ist, muss der Startup-Pfad untersucht werden
• extrem kleine SMD-Widerstände können mechanisch gerissen sein, obwohl sie äußerlich fast normal aussehen
• eine gute Lupe beziehungsweise ein Mikroskop gehört bei moderner Schaltnetzteilreparatur praktisch zur Grundausstattung

In diesem Fall war die eigentliche Ursache letztlich erstaunlich unspektakulär: Mehrere geplatzte 0402-SMD-Widerstände im Startup-Pfad verhinderten, dass der SSC3S900 seine Versorgung aufbauen konnte. Ein kleiner Bauteilfehler mit großer Wirkung.

Sicherheitshinweis

Die beschriebenen Messungen finden teilweise auf der Primärseite eines netzbetriebenen Schaltnetzteils statt. Dort können auch nach dem Trennen vom Netz mehrere hundert Volt an Kondensatoren anliegen. Messungen an der Primärseite sollten nur mit geeigneter Messtechnik und entsprechender Erfahrung durchgeführt werden. Primär-GND und Sekundär-/Mainboard-GND dürfen nicht verwechselt werden.