百超激光切割機系統(tǒng)頻繁藍屏故障維修

王大勇

（恒天重工股份有限公司，河南 鄭州 450001）

百超激光切割機系統(tǒng)頻繁藍屏故障維修

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用與故障查找。

激光切割機；系統(tǒng)藍屏故障；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，1993年購買。

2 設(shè)備系統(tǒng)組成

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

3 設(shè)備系統(tǒng)工作原理

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

4 故障現(xiàn)象

設(shè)備運行中出現(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DOS系統(tǒng)引導(dǎo)完成后系統(tǒng)藍屏，操作無反應(yīng)。

5 檢修過程

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

反復(fù)觀察系統(tǒng)啟動藍屏及運行中操作遲緩故障過程，感覺故障可能在單片機單元，將單片機單元框架中 CPU板拔下，對板上芯片對比芯片圖紙反復(fù)測量未發(fā)現(xiàn)明顯問題，因為故障現(xiàn)象時有時無，在找不到故障芯片的情況下，根據(jù)單片機工作原理結(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。此時也感覺懷疑式的更換芯片盲目性太大，準確率太低。

因此重新回到故障發(fā)生時系統(tǒng)狀態(tài)指示燈變化的觀察過程中，根據(jù)設(shè)備正常時和故障時 CPU板的工作指示燈狀態(tài)，斷開工控機和單片機的 232串口通訊電纜，發(fā)現(xiàn) CPU指示燈狀態(tài)和故障時一樣，分析問題可能會出現(xiàn)在工控機、單片機單元或兩者的通訊環(huán)節(jié)。

首先單獨運行工控機，在 DOS系統(tǒng)下反復(fù)操作計算機，計算機運行正常，說明工控機無故障。斷開232串口通訊電纜單獨觀察單片機單元啟動過程，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DOS系統(tǒng)引導(dǎo)完成該加載機床控制系統(tǒng)時，CPU狀態(tài)指示燈停止在故障狀態(tài)（實際是 CPU等待工控機應(yīng)答），就此可分析為單片機單元基本正常，問題可能出在工控機和單片機的通訊環(huán)節(jié)上。因為工控機DOS系統(tǒng)引導(dǎo)完成后需要加載機床控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)丟失，此時顯示器無信號即表現(xiàn)為藍屏，工控機因為要在DOS平臺上運行機床操作系統(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 232串口通訊接口順電纜查找單片機通訊接口，接口在單片機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引腳上焊接延長線引出，上電測量其工作電壓，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)為藍屏。另一塊 CPU板備件上電測量電壓從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為實測工控機與單片機數(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串口通訊電路單獨使用，同時結(jié)合 HCPL2630光電耦合器實現(xiàn)工控機與單片機的電氣隔離。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)換器模塊拆下單獨帶假負載（1W,30歐電阻）通電測量，現(xiàn)象和現(xiàn)場測量結(jié)果一致，結(jié)論為性能下降，已損壞需更換。

圖1 實測工控機與單片機數(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)在已無法購買到，根據(jù)其電氣參數(shù)參照國內(nèi)現(xiàn)有器件選擇了 Otte B0505S-1W 替代，器件安裝無誤后上電實測電壓穩(wěn)定在 4.97V，達到器件工作要求，上機驗證，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、降壓型及多級正負電壓型。DC-DC轉(zhuǎn)換器是由控制芯片、電感線圈、二極管、場效應(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溝道場效應(yīng)管，L為儲能電感，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 FB，F(xiàn)B信號經(jīng)控制電路處理，動態(tài)調(diào)節(jié)場效應(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)。場效應(yīng)管導(dǎo)通時，VIN經(jīng)場效應(yīng)管調(diào)制輸出脈沖電壓、儲能電感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，而且在儲能電感L上產(chǎn)生左正、右負的反向電動勢；場效應(yīng)管截止期間，由于儲能電感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間，使輸出電壓達到穩(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，使輸出電壓達到穩(wěn)定。

PFM脈沖調(diào)制方式在小負載時具有耗電小的優(yōu)點。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)合型在小負載時實行 PFM控制，在重負載時自動轉(zhuǎn)換到PWM控制。

經(jīng)過對 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為元器件效率降低。（1）控制芯片熱穩(wěn)定性能下降，可能會導(dǎo)致觸發(fā)脈沖幅值不夠或逐漸衰減，致使場效應(yīng)管輸出下降或截止。（2）調(diào)制場效應(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，會造成負載能力差或無輸出。

7 結(jié)語

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，要認真耐心觀察故障過程，分析故障時各功能部分當前的運行狀態(tài)，根據(jù)故障現(xiàn)象用排除法劃分故障區(qū)域。在維修電路板時不可盲目更換沒有確診損壞的器件，盡可能測繪故障部位電氣原理圖，分析工作原理，做好觀察分析記錄，同時要注重查閱相關(guān)資料，做到更換一個損壞器件學(xué)習(xí)了解一塊電路的功能與設(shè)計，從而積累知識，豐富維修經(jīng)驗和提高分析判斷問題的能力。

[1]《中國集成電路大全》編寫委員會 .微型計算機集成電路 [M].國防工業(yè)出版社.

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

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

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