王大勇

（恒天重工股份有限公司，河南 鄭州 450001）

百超激光切割機(jī)系統(tǒng)頻繁藍(lán)屏故障維修

王大勇

（恒天重工股份有限公司，河南 鄭州 450001）

介紹 DC-DC轉(zhuǎn)換器在電氣控制電路里的運(yùn)用與故障查找。

激光切割機(jī)；系統(tǒng)藍(lán)屏故障；通訊中斷；DC-DC轉(zhuǎn)換器

1 設(shè)備名稱

瑞士百超 BYLAS 4020-3激光切割機(jī)，1993年購(gòu)買。

2 設(shè)備系統(tǒng)組成

操作系統(tǒng)為 386XT工控機(jī)，DOS操作系統(tǒng)，機(jī)床控制系統(tǒng)為 N80C286單片機(jī)單元。

3 設(shè)備系統(tǒng)工作原理

設(shè)備上電由工控機(jī) DOS操作系統(tǒng)引導(dǎo)通過 232通訊接口和單片機(jī)建立連接，將機(jī)床控制系統(tǒng)及操作面板功能導(dǎo)入工控機(jī)進(jìn)行設(shè)備操作與編程，此時(shí)系統(tǒng)顯示器顯示機(jī)床控制系統(tǒng)處理信息。

4 故障現(xiàn)象

設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)操作反應(yīng)遲緩直到系統(tǒng)操作無反應(yīng)或系統(tǒng)上電工控機(jī)DOS系統(tǒng)引導(dǎo)完成后系統(tǒng)藍(lán)屏，操作無反應(yīng)。

5 檢修過程

根據(jù)故障現(xiàn)象首先懷疑 386XT工控機(jī)性能不良，檢查了計(jì)算機(jī)電源，電源各種電壓正常連接可靠，電源帶負(fù)載能力正常。又檢查了內(nèi)存、接口板、硬盤、顯卡并對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行了全面保養(yǎng)，試機(jī)故障依然存在。

反復(fù)觀察系統(tǒng)啟動(dòng)藍(lán)屏及運(yùn)行中操作遲緩故障過程，感覺故障可能在單片機(jī)單元，將單片機(jī)單元框架中 CPU板拔下，對(duì)板上芯片對(duì)比芯片圖紙反復(fù)測(cè)量未發(fā)現(xiàn)明顯問題，因?yàn)楣收犀F(xiàn)象時(shí)有時(shí)無，在找不到故障芯片的情況下，根據(jù)單片機(jī)工作原理結(jié)合故障現(xiàn)象分析可能是在數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)的相關(guān)芯片存在性能不良，先后更換了 SAB8286A(8位總線數(shù)據(jù)收發(fā) )、SAB8287A(8位總線數(shù)據(jù)收發(fā) )、SAB8282A（8位數(shù)據(jù)鎖存器）、SAB8283A（8位數(shù)據(jù)鎖存器）等芯片，但故障依然存在。此時(shí)也感覺懷疑式的更換芯片盲目性太大，準(zhǔn)確率太低。

因此重新回到故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)指示燈變化的觀察過程中，根據(jù)設(shè)備正常時(shí)和故障時(shí) CPU板的工作指示燈狀態(tài)，斷開工控機(jī)和單片機(jī)的 232串口通訊電纜，發(fā)現(xiàn) CPU指示燈狀態(tài)和故障時(shí)一樣，分析問題可能會(huì)出現(xiàn)在工控機(jī)、單片機(jī)單元或兩者的通訊環(huán)節(jié)。

首先單獨(dú)運(yùn)行工控機(jī)，在 DOS系統(tǒng)下反復(fù)操作計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)運(yùn)行正常，說明工控機(jī)無故障。斷開232串口通訊電纜單獨(dú)觀察單片機(jī)單元啟動(dòng)過程，觀察CPU板工作指示燈，上電 CPU板指示燈閃爍正常直到工控機(jī)DOS系統(tǒng)引導(dǎo)完成該加載機(jī)床控制系統(tǒng)時(shí)，CPU狀態(tài)指示燈停止在故障狀態(tài)（實(shí)際是 CPU等待工控機(jī)應(yīng)答），就此可分析為單片機(jī)單元基本正常，問題可能出在工控機(jī)和單片機(jī)的通訊環(huán)節(jié)上。因?yàn)楣た貦C(jī)DOS系統(tǒng)引導(dǎo)完成后需要加載機(jī)床控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)丟失，此時(shí)顯示器無信號(hào)即表現(xiàn)為藍(lán)屏，工控機(jī)因?yàn)橐贒OS平臺(tái)上運(yùn)行機(jī)床操作系統(tǒng)，因通訊斷開所以系統(tǒng)操作無反應(yīng)。

檢查 232串口通訊電纜及接口無異常，那問題就可能出在通訊數(shù)據(jù)發(fā)送和接收電路上，通過工控機(jī) 232串口通訊接口順電纜查找單片機(jī)通訊接口，接口在單片機(jī)CPU板上，在無系統(tǒng)電氣圖紙的情況下順接口引腳查找數(shù)據(jù)發(fā)送和接收控制芯片，了解到 CPU板發(fā)送、接收控制電路由 2片 MAX232N串口數(shù)據(jù)收發(fā)器及 4片HCPL2630光電耦合器芯片組成。靜態(tài)測(cè)量芯片無異常，在 MAX232N芯片供電 16腳 VCC和 15腳 GND引腳上焊接延長(zhǎng)線引出，上電測(cè)量其工作電壓，發(fā)現(xiàn)一塊電壓為 DC2.4V，應(yīng)該在 DC5V左右，顯然不正常，此板故障表現(xiàn)為藍(lán)屏。另一塊 CPU板備件上電測(cè)量電壓從DC4.94V逐步衰減到 0V，此板故障表現(xiàn)為系統(tǒng)操作反應(yīng)遲緩直到操作無反應(yīng)。到此故障原因找到為 232串口通訊電路供電異常。圖1為實(shí)測(cè)工控機(jī)與單片機(jī)數(shù)據(jù)交換控制電路。

通過 CPU板 232串口通訊供電電路分析，供電由 IBEK 5 ICR 1-05-N DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊提供，其作用是將 CPU板 DC5V系統(tǒng)供電轉(zhuǎn)換成 DC 5V供232串口通訊電路單獨(dú)使用，同時(shí)結(jié)合 HCPL2630光電耦合器實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與單片機(jī)的電氣隔離。網(wǎng)上檢索此DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊電氣參數(shù)為 5V、1W、200mA，將DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊拆下單獨(dú)帶假負(fù)載（1W,30歐電阻）通電測(cè)量，現(xiàn)象和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果一致，結(jié)論為性能下降，已損壞需更換。

圖1 實(shí)測(cè)工控機(jī)與單片機(jī)數(shù)據(jù)交換控制電路

IBEK 5 ICR 1-05-N DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊屬瑞士品牌現(xiàn)在已無法購(gòu)買到，根據(jù)其電氣參數(shù)參照國(guó)內(nèi)現(xiàn)有器件選擇了 Otte B0505S-1W 替代，器件安裝無誤后上電實(shí)測(cè)電壓穩(wěn)定在 4.97V，達(dá)到器件工作要求，上機(jī)驗(yàn)證，設(shè)備恢復(fù)正常。到此兩塊CPU板修復(fù)。

6 DC-DC轉(zhuǎn)換器概述

通過這次 CPU板故障維修及查閱資料了解了DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作原理、結(jié)構(gòu)及在電子電路中的運(yùn)用原理。

DC-DC轉(zhuǎn)換器是將直流輸入電壓通過脈沖調(diào)制后輸出不同直流電壓等級(jí)的電壓轉(zhuǎn)換器，俗稱開關(guān)電源。DC-DC轉(zhuǎn)換器分為升壓型、降壓型及多級(jí)正負(fù)電壓型。DC-DC轉(zhuǎn)換器是由控制芯片、電感線圈、二極管、場(chǎng)效應(yīng)管及電容構(gòu)成，圖2是一典型的電感降壓式DC-DC轉(zhuǎn)換器原理圖。

圖2 電感降壓式 DC-DC轉(zhuǎn)換器原理圖

圖2 中，VIN為輸入電壓，VOUT為輸出電壓，V為P溝道場(chǎng)效應(yīng)管，L為儲(chǔ)能電感，VD為續(xù)流二極管，C為濾波電容，R1、R2為分壓電阻，在 R1和 R2之間取分壓誤差反饋信號(hào) FB，F(xiàn)B信號(hào)經(jīng)控制電路處理，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)場(chǎng)效應(yīng)管觸發(fā)脈沖使VOUT輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值。

降壓式DC／DC轉(zhuǎn)換器的基本工作原理是場(chǎng)效應(yīng)管在控制電路觸發(fā)脈沖控制下工作在開關(guān)狀態(tài)。場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，VIN經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管調(diào)制輸出脈沖電壓、儲(chǔ)能電感L和電容C構(gòu)成回路，充電電流不但在C兩端建立直流電壓，而且在儲(chǔ)能電感L上產(chǎn)生左正、右負(fù)的反向電動(dòng)勢(shì)；場(chǎng)效應(yīng)管截止期間，由于儲(chǔ)能電感L中的電流不能突變，所以，L通過自感產(chǎn)生右正、左負(fù)的脈沖電壓。于是，L右端正的電壓→濾波電容C→續(xù)流二極管VD→L左端構(gòu)成放電回路，放電電流繼續(xù)在C兩端建立直流電壓，C兩端獲得的直流輸出電壓VOUT為負(fù)載供電。因此，降壓式 DC-DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的輸出電壓不但波紋小，且場(chǎng)效應(yīng)管的反峰沖擊電壓低。

其工作原理按脈沖調(diào)制方式分為兩種。

PFM（脈沖頻率調(diào)制方式）：此方式是在脈沖寬度一定，通過改變脈沖輸出時(shí)間，使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定。

PWM（脈沖寬度調(diào)制方式）：此方式是在脈沖頻率一定，通過改變脈沖寬度，使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定。

PFM脈沖調(diào)制方式在小負(fù)載時(shí)具有耗電小的優(yōu)點(diǎn)。PWM調(diào)制方式轉(zhuǎn)換效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。PWM/PFM復(fù)合型在小負(fù)載時(shí)實(shí)行 PFM控制，在重負(fù)載時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到PWM控制。

經(jīng)過對(duì) DC-DC轉(zhuǎn)換器的理論學(xué)習(xí)結(jié)合這次DC-DC轉(zhuǎn)換器故障現(xiàn)象，分析造成故障的可能原因?yàn)樵骷式档?。?）控制芯片熱穩(wěn)定性能下降，可能會(huì)導(dǎo)致觸發(fā)脈沖幅值不夠或逐漸衰減，致使場(chǎng)效應(yīng)管輸出下降或截止。（2）調(diào)制場(chǎng)效應(yīng)管性能下降，直接導(dǎo)致輸出降低或不工作。（3）輸出電容容量降低或漏電，會(huì)造成負(fù)載能力差或無輸出。

7 結(jié)語(yǔ)

在設(shè)備電氣維修中首先要了解設(shè)備系統(tǒng)工作原理，功能組成，在沒有系統(tǒng)資料的情況下，要認(rèn)真耐心觀察故障過程，分析故障時(shí)各功能部分當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)故障現(xiàn)象用排除法劃分故障區(qū)域。在維修電路板時(shí)不可盲目更換沒有確診損壞的器件，盡可能測(cè)繪故障部位電氣原理圖，分析工作原理，做好觀察分析記錄，同時(shí)要注重查閱相關(guān)資料，做到更換一個(gè)損壞器件學(xué)習(xí)了解一塊電路的功能與設(shè)計(jì)，從而積累知識(shí)，豐富維修經(jīng)驗(yàn)和提高分析判斷問題的能力。

[1]《中國(guó)集成電路大全》編寫委員會(huì) .微型計(jì)算機(jī)集成電路 [M].國(guó)防工業(yè)出版社.

[2] 周立功單片機(jī)，網(wǎng)站：http://www.zlgmcu/on/dc-dc.asp.

[3] 電子市場(chǎng)聯(lián)盟，網(wǎng)站：http://pdf.cecb2b.com.

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