李光耀 蔣平清

摘要：本文對SR20G3飛機(jī)的MCU（主控制單元）的板級構(gòu)造及內(nèi)部詳細(xì)電路原理進(jìn)行了深入探究，分析了相關(guān)排故中的理論誤區(qū)，可為SR20G3飛機(jī)電源系統(tǒng)的進(jìn)一步研究提供參考。

關(guān)鍵詞：SR20G3；主控制單元；電路原理

Keywords：SR20G3；MCU；circuit principle

1 SR20G3飛機(jī)電源系統(tǒng)簡介

SR20G3飛機(jī)是美國西銳公司設(shè)計(jì)的全復(fù)合材料飛機(jī)，該飛機(jī)采用了符合通用飛機(jī)設(shè)計(jì)慣例的28V直流電源系統(tǒng)，主要由發(fā)動機(jī)防火墻前部左側(cè)的MCU、發(fā)動機(jī)前部由螺旋槳皮帶驅(qū)動的1號直流發(fā)電機(jī)（ALT1）、發(fā)動機(jī)后部由發(fā)動機(jī)齒輪驅(qū)動的2號直流發(fā)電機(jī)（ALT2）、發(fā)動機(jī)防火墻右前方的1號電瓶（BAT1）、飛機(jī)尾艙的2號電瓶（BAT2）及分布在整個(gè)機(jī)身上的電力傳輸線路和用電設(shè)備構(gòu)成。

2 MCU板級構(gòu)造

SR20G3飛機(jī)的MCU由一張多層 PCB板和板載的各種保險(xiǎn)絲、二極管、繼電器、電容、電阻、調(diào)壓器、匯流條、插頭、插座、接線柱等構(gòu)成，圖1為繪制的電路板內(nèi)部構(gòu)造圖，圖中的標(biāo)注為結(jié)合線路圖手冊和電路板實(shí)際測量所得，使用該圖可以大大提高故障診斷時(shí)板載元器件的定位效率。該MCU的電路板及板載的主要元器件在出廠時(shí)涂上了密封保護(hù)膠，有一定的防水、密封、保護(hù)作用。

3 MCU內(nèi)部電路詳圖及原理分析

MCU內(nèi)部有三個(gè)主匯流條，分別為Main Dist Bus1、Main Dist Bus2、Essential Dist Bus，其余匯流條分布在飛機(jī)的斷路器板上，下文對MCU交聯(lián)的主要外圍器件及與MCU的交聯(lián)情況和MCU內(nèi)部電路進(jìn)行深入探究。

SR20G3飛機(jī)維護(hù)手冊、線路圖手冊中，雖然對MCU內(nèi)部的電路有所描述，但內(nèi)容分散且簡略，未描述主要器件的性能、在電路中的具體位置及其與上下游電路的連接關(guān)系、電路板內(nèi)部插針定義等，這給SR20G3飛機(jī)整個(gè)電源機(jī)構(gòu)及其原理的深入分析和故障診斷造成了理論上的障礙。本文基于飛機(jī)手冊和對MCU實(shí)際電路板的測量研究，繪制出MCU的內(nèi)部電路詳圖，如圖2所示。

當(dāng)BAT1的開關(guān)閉合時(shí)，BAT1的繼電器控制線圈上電，繼電器吸合，BAT1的電流通過BAT1的電流采樣電阻、BAT1繼電器及125A保險(xiǎn)到達(dá)Main Dist Bus1匯流條。BAT1繼電器的輸出端與起動機(jī)繼電器的輸入端相連，此時(shí)如果將鑰匙擰至起動位，則起動機(jī)繼電器吸合，電能直接從BAT1繼電器的輸出端到達(dá)起動機(jī)，即使125A保險(xiǎn)燒壞也不影響發(fā)動機(jī)起動，GEA通過采集BAT1采樣電阻兩端電壓，可知BAT1的輸入或者輸入電流。值得一提的是，GEA的采樣負(fù)端連接BAT1近端，正極連接BAT1遠(yuǎn)端，因此當(dāng)BAT1輸出電流（即放電）時(shí)，MFD上的BAT1電流為負(fù)，BAT1輸入電流（即充電）時(shí)，BAT1電流為正。外部電源繼電器的輸出端連接在BAT1繼電器的輸入端，控制端也連接在BAT1的開關(guān)上。這樣，即使飛機(jī)連接了外部電源插頭，如果BAT1的開關(guān)不打開，外部電源的電流仍然無法進(jìn)入MCU，從而避免了飛機(jī)非受控上電，提高供電安全裕度。

BAT1電流在進(jìn)入Main Dist Bus1匯流條的同時(shí)，會通過80A保險(xiǎn)絲及型號為HF135NH40PBF的超快恢復(fù)二極管到達(dá)Main Dist Bus2，還會通過50A的保險(xiǎn)絲和相同型號二極管到達(dá)Essential Bus。如果打開ALT1的開關(guān)，ALT1的勵(lì)磁模塊上電并向ALT1提供勵(lì)磁，發(fā)動機(jī)達(dá)到指定轉(zhuǎn)速以上，ALT1開始正常發(fā)電。勵(lì)磁模塊會實(shí)時(shí)監(jiān)測Main Dist Bus1的電壓，并調(diào)整勵(lì)磁電流讓Main Dist Bus1的電壓達(dá)到28V，此時(shí)Main Dist Bus2與Essential Bus均由ALT1供電，如果BAT1的電壓小于28V則自行充電。

打開ALT2的開關(guān)，ALT2的勵(lì)磁模塊上電并向ALT2提供勵(lì)磁電流，ALT2的勵(lì)磁模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測Main Dist Bus2的電壓。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速合適時(shí)，勵(lì)磁模塊實(shí)時(shí)調(diào)整勵(lì)磁電流，令Main Dist Bus2的電壓為28.75V，因Main Dist Bus1與Main Dist Bus2之間及其與Essential Bus之間均有二極管存在，且Main Dist Bus2的匯流條電壓大于Main Dist Bus1的匯流條電壓，所以此時(shí)Main Dist Bus1的電能無法到達(dá)Main Dist Bus2和Essential Bus，ALT1的負(fù)載將減小，ALT1勵(lì)磁電流需降低才能繼續(xù)將Main Dist Bus1的電壓維持在28V。ALT1與ALT2的電流采樣電阻均與GEA通過2A保險(xiǎn)絲連接，當(dāng)ALT輸出電流時(shí)，MFD上的電流指示為正。因此，如果發(fā)動機(jī)未起動時(shí)MFD上的ALT有電流顯示，或發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)ALT電流無指示或指示異常，應(yīng)根據(jù)圖2，先排除器件及連接故障，再使用G1000的電流零點(diǎn)校準(zhǔn)功能進(jìn)行電流校準(zhǔn)。

4 故障排除中的理論誤區(qū)

故障排除中存在以下幾個(gè)理論誤區(qū)，分別進(jìn)行探討。

1）誤區(qū)一：認(rèn)為二極管導(dǎo)通后正向壓降為定值。

該MCU內(nèi)部的四個(gè)主要二極管型號均為HF135NH40PBF，開啟電壓約為0.36V。但根據(jù)數(shù)據(jù)手冊中繪制的伏安特性曲線，二極管結(jié)溫在25℃、正向?yàn)殡娏?0A時(shí)，其設(shè)計(jì)正向壓降應(yīng)為1.45V（見圖3）而不是0.36V。0.36V只是二極管的開啟電壓，即二極管內(nèi)部PN結(jié)內(nèi)部電場被反向消除的最小電壓。二極管開啟時(shí)可以通過的電流較小，且二極管在流通相同電流下，結(jié)溫越高，管壓降越低。

2）誤區(qū)二：認(rèn)為當(dāng)流過保險(xiǎn)絲的電流大于保險(xiǎn)絲上所標(biāo)注的電流時(shí)，二極管一定燒壞，不超過標(biāo)注電流時(shí)，二極管不可能燒壞。

保險(xiǎn)絲類似半導(dǎo)體器件，為溫敏器件，工作小環(huán)境所在溫度越高性能越差，即相同電流情況下越容易被燒斷。另外，保險(xiǎn)絲的設(shè)計(jì)原則是可以快速切斷短路電流，但可在一定時(shí)間內(nèi)允許短時(shí)過載電流，并可通過數(shù)據(jù)手冊較為精確地查詢在何種工作環(huán)境溫度下通過多大電流時(shí)在多少秒內(nèi)安全燒斷。最后，為了避免因工作環(huán)境溫度變化等因素導(dǎo)致非正常燒斷影響設(shè)備正常使用，一般將保險(xiǎn)絲性能降檔25%使用，既能滿足安全需求，又能防止保險(xiǎn)絲經(jīng)常性的非正常燒斷。保險(xiǎn)絲被燒斷后不應(yīng)只做簡單更換就直接上電測試或放行飛機(jī)，必須先根據(jù)保險(xiǎn)絲的燒斷痕跡判斷和排除短路等電路故障后再進(jìn)行更換，否則可能造成飛機(jī)設(shè)備損傷。

3）誤區(qū)三：繼電器的控制線圈只有在飛機(jī)電壓正常時(shí)才能吸合繼電器，一旦電壓降低至正常電壓以下，繼電器將斷開。

經(jīng)實(shí)際測試，BAT1繼電器的型號為24214，作動線圈電阻約67Ω，開啟電壓約為12.6VDC，最低保持電壓約為6.5VDC，說明在排除振動、溫度等因素影響后，該繼電器理論上只需12.6VDC左右的控制電壓即可接通。但24～28V的控制電壓可以令繼電器的接通更牢靠，且只有在控制電壓降低至6.5VDC左右及以下時(shí)，繼電器才會斷開。

5 總結(jié)

根據(jù)繪制的MCU內(nèi)部電路詳圖，對MCU電路板及板載元器件和電路控制原理進(jìn)行了介紹，并對維修工作中存在的幾種排故誤區(qū)舉例說明，以期對SR20G3飛機(jī)的電源系統(tǒng)的原理深入研究和故障診斷起到一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1] Cirrus公司. SR20G3飛機(jī)維護(hù)手冊B9版[Z].

[2] Cirrus公司. SR20G3線路圖手冊B9版[Z].

[3] LittleFuse公司. Littelfuse_ Fuseology_ Selection_Guide [Z].

[4] VISHAY公司. HFA135NH40PBF_ datasheet [Z].

[5] RoHS公司. J1181CS24VDC.60_ datasheet [Z].