電源監(jiān)控器異常復(fù)位故障分析與解決

楊倫 白新玉 薛國(guó)偉

摘 要：針對(duì)電源監(jiān)控器的異常復(fù)位故障，展開(kāi)理論分析，列出故障樹(shù)并逐項(xiàng)排查，進(jìn)而定位故障，并進(jìn)行故障的復(fù)現(xiàn)，以驗(yàn)證定位的準(zhǔn)確性，之后提出解決方法并驗(yàn)證，最終解決故障。

關(guān)鍵詞：異常復(fù)位;故障樹(shù);故障復(fù)現(xiàn);反向尖峰電壓

飛機(jī)在地面進(jìn)行維護(hù)、檢修等需要從地面向機(jī)上提供電源，電源監(jiān)控器就是介于地面電源與機(jī)上電網(wǎng)之間的一個(gè)電源保護(hù)裝置，監(jiān)測(cè)地面電源過(guò)壓/欠壓等情況，對(duì)機(jī)上用電設(shè)備提供保護(hù)。本文主要對(duì)電源監(jiān)控器異常復(fù)位的故障進(jìn)行了實(shí)例分析，遵循故障歸零的程序方法，提出有效的改進(jìn)措施。

1 概述

1.1電源監(jiān)控器

電源監(jiān)控器（以下簡(jiǎn)稱監(jiān)控器）屬于機(jī)上電源系統(tǒng)，其功能是當(dāng)?shù)孛骐娫凑r(shí)，監(jiān)控器控制機(jī)上直流接觸器導(dǎo)通，將外部電源接入機(jī)上電網(wǎng);當(dāng)?shù)孛骐娫床徽r(shí)，監(jiān)控器不接通接觸器，使外部電源不能接入機(jī)上電網(wǎng);當(dāng)接入機(jī)上電網(wǎng)的地面電源品質(zhì)發(fā)生變化且超出要求時(shí)，監(jiān)控器控制接觸器斷開(kāi)，將地面電源與機(jī)上電網(wǎng)脫開(kāi)。監(jiān)控器原理框圖見(jiàn)圖1。

1.2故障現(xiàn)象

在使用地面蓄電池電源車（CT-2）給機(jī)上設(shè)備供電時(shí)，隨著電源車電量的消耗，其供電電壓出現(xiàn)欠壓（低于20.5VDC），監(jiān)控器應(yīng)以欠壓為判據(jù)，切斷電源車向機(jī)上電網(wǎng)供電，并保持自鎖狀態(tài)，即在監(jiān)控器重新上電復(fù)位前維持機(jī)上電網(wǎng)斷電狀態(tài)。

但實(shí)際情況是該監(jiān)控器切斷電源車向機(jī)上電網(wǎng)供電后，并沒(méi)有保持自鎖狀態(tài)，約3s后電源車電壓恢復(fù)至23VDC左右時(shí)，監(jiān)控器控制機(jī)上接觸器導(dǎo)通，重新向機(jī)上電網(wǎng)供電，然后電源車電壓因再次接入負(fù)載而很快降至欠壓狀態(tài)，監(jiān)控器繼續(xù)切斷電源車供電，依然是約3s后電源車重新并網(wǎng)，故障現(xiàn)象重復(fù)出現(xiàn)。

2 故障定位

2.1問(wèn)題排查

監(jiān)控器正常工作時(shí)，其正常指示綠燈亮，故障指示紅燈滅;在故障現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，觀察到監(jiān)控器正常指示紅燈和故障指示綠燈出現(xiàn)同時(shí)閃亮的情況，該現(xiàn)象只在監(jiān)控器上電啟動(dòng)或者復(fù)位時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，而在故障出現(xiàn)過(guò)程中，監(jiān)控器一直未斷電，故排除上電啟動(dòng)導(dǎo)致的指示燈閃亮，從而判斷監(jiān)控器有異常復(fù)位情況發(fā)生。

監(jiān)控器自身的復(fù)位是由MCU芯片主導(dǎo)的，根據(jù)該MCU芯片復(fù)位源分析，列出監(jiān)控器自身異常復(fù)位的故障樹(shù)，見(jiàn)圖2，并對(duì)故障樹(shù)的底事件逐一分析排查。

監(jiān)控器異常復(fù)位各底事件排查結(jié)果如下：

X1：上電/掉電復(fù)位

監(jiān)控器的正常工作電壓范圍為：（7～50）VDC，在飛機(jī)使用地面電源CT-2供電過(guò)程中，電源電壓未出現(xiàn)超出監(jiān)控器的工作電壓之外的現(xiàn)象，因此X1（上電/掉電復(fù)位）底事件可以排除。

X2：外部/RST引腳復(fù)位

/RST引腳為MCU芯片C8051F020復(fù)位引腳，低電平有效，產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位的最小/RST 低電平時(shí)間為10ns，如果存在施加于該管腳的低電平干擾信號(hào)且大于10ns，MCU芯片即產(chǎn)生復(fù)位，因此X2（外部/RST引腳復(fù)位）底事件待查。

X3：軟件強(qiáng)制復(fù)位

在軟件中向芯片SWRSEF位寫‘1將強(qiáng)制產(chǎn)生一個(gè)上電復(fù)位，軟件中未使用該復(fù)位功能，因此X3（軟件強(qiáng)制復(fù)位）底事件可以排除。

X4：時(shí)鐘丟失檢測(cè)器復(fù)位

軟件中未配置使用該復(fù)位功能，故X4（時(shí)鐘丟失檢測(cè)器復(fù)位）底事件可以排除。

X5：比較器0復(fù)位

軟件中未配置使用該復(fù)位功能，因此，X5（比較器0復(fù)位）底事件可以排除。

X6：外部 CNVSTR 引腳復(fù)位

軟件中未配置使用該復(fù)位功能，因此，X6（外部 CNVSTR 引腳復(fù)位）底事件可以排除。

X7：看門狗定時(shí)器復(fù)位

軟件中使用看門狗定時(shí)器復(fù)位功能，程序經(jīng)過(guò)第三方測(cè)評(píng)，測(cè)評(píng)中未發(fā)生看門狗定時(shí)器超時(shí)復(fù)位的現(xiàn)象，而且本次故障多次重復(fù)發(fā)生，因此，X7（看門狗定時(shí)器復(fù)位）底事件導(dǎo)致監(jiān)控器異常復(fù)位的概率非常小，基本排除。

2.2排故結(jié)論及問(wèn)題定位

總結(jié)故障樹(shù)分析情況，MCU芯片復(fù)位管腳/RST受到低電平干擾導(dǎo)致復(fù)位的概率最大。

為了準(zhǔn)確定位監(jiān)控器異常復(fù)位原因，在MCU芯片復(fù)位管腳/RST處進(jìn)行模擬測(cè)試：模擬地面電源欠壓故障，監(jiān)控器控制機(jī)上直流接觸器斷開(kāi)，同時(shí)用示波器捕捉復(fù)位管腳處是否存在低電平干擾。

經(jīng)測(cè)試捕捉，在直流接觸器斷開(kāi)瞬間復(fù)位管腳/RST處產(chǎn)生了一個(gè)約96ms的低電平干擾，在此干擾下監(jiān)控器MCU芯片發(fā)生了復(fù)位，故可以定位監(jiān)控器異常復(fù)位的原因是由于MCU芯片復(fù)位管腳/RST受到低電平干擾。

3 機(jī)理分析

監(jiān)控器控制機(jī)上直流接觸器導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)地面電源向機(jī)上電網(wǎng)并網(wǎng)供電。當(dāng)?shù)孛骐娫闯霈F(xiàn)過(guò)壓或欠壓故障時(shí)，監(jiān)控器控制接觸器斷開(kāi)，地面電源脫開(kāi)機(jī)上電網(wǎng)。由于直流接觸器為感性負(fù)載，在斷電瞬間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)的很大的反向尖峰電壓，見(jiàn)圖3，該反向尖峰電壓將電源地電平瞬間拉低，MCU芯片復(fù)位管腳/RST處產(chǎn)生瞬時(shí)低電平干擾，導(dǎo)致芯片復(fù)位。

4 故障復(fù)現(xiàn)

將監(jiān)控器與電參系統(tǒng)交聯(lián)，并在輸出控制端后增加中間繼電器和直流接觸器，搭建地面試驗(yàn)環(huán)境，模擬地面電源過(guò)壓、欠壓故障，在兩種故障情況下均實(shí)現(xiàn)了故障復(fù)現(xiàn)。

在模擬地面電源過(guò)壓、欠壓故障時(shí)，檢測(cè)輸出控制端及MCU芯片/RST復(fù)位管腳處電平，接觸器斷電瞬間反向尖峰電壓及/RST復(fù)位管腳處低電平干擾均重復(fù)出現(xiàn)。

5 采取的措施及驗(yàn)證

監(jiān)控器異常復(fù)位是由于控制輸出端連接的機(jī)上直流接觸器在斷電瞬間產(chǎn)生的反向尖峰電壓干擾所致，針對(duì)該原因在監(jiān)控器輸出控制端對(duì)地連接快恢復(fù)二極管（型號(hào)2CZ5806），對(duì)反向電壓進(jìn)行泄放。

產(chǎn)品整改后在地面試驗(yàn)環(huán)境和機(jī)上都進(jìn)行了驗(yàn)證，故障現(xiàn)象消失，措施有效。

6 結(jié)語(yǔ)

按照故障歸零的程序方法，對(duì)電源監(jiān)控器機(jī)上使用時(shí)出現(xiàn)異常復(fù)位故障問(wèn)題的歸零定位準(zhǔn)確、機(jī)理清楚，采取的改進(jìn)措施經(jīng)驗(yàn)證有效，故障問(wèn)題得到徹底解決。

參考文獻(xiàn)：

[1] 潘琢金.C8051F020/1/2/3混合信號(hào)ISP FLASH微控制器數(shù)據(jù)手冊(cè)[Z].新華龍電子有限公司，2005年2月.

作者簡(jiǎn)介：

楊倫（1980-），男，湖北隨州人，工程碩士，研究方向?yàn)闇y(cè)控系統(tǒng)與傳感器。

（中航電測(cè)儀器股份有限公司，陜西 西安710119）