ARL4460直讀光譜儀負高壓板常見故障及處理方法

楊忠平

(本鋼板材股份有限公司檢化驗中心 遼寧本溪 117000)

ARL4460直讀光譜儀負高壓發生器是儀器運行的關鍵元器件，也是比較容易出故障的器件。更換原廠的負高壓發生器，價格昂貴(約兩萬人民幣左右)。此文通過對高壓發生器構成、原理和電路進行淺析，把日常易出現的故障及處理方法進行闡述，希望能給ARL4460直讀光譜儀用戶開展維修帶來一定的啟發和幫助。

1 負高壓發生器構成

負高壓發生器由一塊HVPS板和一個繼電器組成。電路板包括變壓器、電感器、繼電器、電容器、集成電路、電源開關、場效應管、可調電阻、接插件等元器件組成，具體元器件布局圖如下圖1。

圖1 負高壓發生器元件布局圖

主要元器件注釋：

XP—接插件；S1—電源開關；L2—-1000V濾波電感；T—高頻變壓器；RY1、RY2—繼電器；IC1、IC2—脈沖發生器，運放；Q1、Q2、Q3—場效應管；C25、C26、C27、C28— -1000V濾波電容；C22、C24—+24 V濾波電容；C2、C4—運放，脈沖發生器濾波電容；P1～P6-1000V，(-800V)，-100V，溫度設定等可調電阻。

2 負高壓發生器原理簡述

負高壓發生器由脈沖發生器電路、升壓電路、整流輸出電路、-1000 V校正電路、超溫保護電路和-100 V校正電路共計6部分組成。具體供電電路框圖和電路原理框圖見下圖2、圖3。具體六部分組成如下：

圖2 負高壓發生器組件供電電路框圖

圖3 負高壓發生器電路原理框圖

2.1 脈沖發生器電路

脈沖發生器電路由IC1(KA3525A)、1/4 IC2(OP400)、RY1、RY2組成。IC1為專用脈沖發生器集成電路,(KA3525A)功能引腳排列圖詳見下圖4，IC1(KA3525A)內部工作電路原理詳見下圖5,其功能產生高頻脈沖用。IC2(OP400)為四運算放大器，IC2引腳功能排列圖詳見下圖6，其中一個放大器組成IC1輔助電路。RY1繼電器用于控制(切換)-800 V輸出,RY2繼電器用于控制負高壓電壓低壓供電電源(+24 V)，RY2繼電器吸合+24 V接通，負高壓工作輸出-1000 V、-100 V，RY2斷開，-1000 V、-100 V無輸出。

圖4 IC1(KA3525A)功能引腳排列圖

圖5 IC1(KA3525A)內部工作電路原理圖

圖6 IC2引腳功能排

2.2 升壓電路

升壓電路由高頻升壓變壓器T、大功率場效應管Q3及相關輔助元件(高壓二極管、高壓電容、濾波電容、限流電阻等)組成。T通過升壓繞組將高頻脈沖低壓升至高達1000 V的高頻高壓供整流輸出電路，大功率場效應管Q3(IRFP250)將IC1產生的高頻脈進行驅動，以滿足高頻發生器輸出足夠的功率，輔助元件組成脈沖吸收抗干擾及限流保護電路。

2.3 整流輸出電路

-1000 V，-100 V整流輸出電路詳見下圖7，D13、L2、C27、C28、R45、R46、R47組成-1000 V整流輸出電路，D12、C25、C26、R44、D11組成-100 V整流輸出電路，T1-2、T1-13為高頻升壓變壓器輸出繞組。

圖7 -100 V整流輸出電路

2.4 -1000 V校正電路

-1000 V校正電路由運放1/4 IC2(OP400)、可調電阻P4、P5及外圍電路組成，1/4 IC2(OP400)完成負反饋及取樣電路，P4用于校正(調節)-1000V輸出電路，P5用于校正-800 V(備用)輸出電路。

2.5 -100 V校正電路

-100 V校正電路由運放1/4 IC2(OP400)、場效應管Q2，可調電阻P3及外圍電路組成，1/4 IC2(OP400)完成負反饋及取樣電路，P3用于校正(調節)-100 V輸出電路。

2.6 超溫保護電路

超溫保護電路由1/4 IC2(OP400)、IC3(REF195)+5 V專用集成電路、IC4(LM35)溫度檢測專用集成電路、Q1(IRF9520)場效應管、P6可調電阻及外圍電路組成，1/4 IC2(OP400)用于溫度檢測放大，IC3提供穩定+5 V基準電源，IC4為溫度傳感器，輸出隨溫度變化的電壓參數(10 mv/℃)，P6可調電阻用于調節超溫保護溫度值。

3 負高壓發生器常見故障及處理方法

3.1 負高壓發生器發熱嚴重

原因:由于長時間工作，高電壓導致電路板表面吸附很多細小灰塵，因為沒有及時進行清理，易造成散熱不好和部分電子器件絕緣下降，電路板內部部分電路可能出現短路狀態。

處理方法：根據儀器運行的工作環境，制定相應的除塵計劃。工作環境好的每年除塵一次，工作環境較差的每半年或三個月清理一次，可以有效的避免上述情況發生。

3.2 負高壓時有時無，導致儀器無法分析

原因：給負高壓板供電的+24 V電源輸出不穩定；供電的輸入繼電器觸點接觸不良；高壓板內部分元器件管腳開焊或者電阻老化。

處理方法：對供電的24 V電源進行監測，檢查是否存在較大的波動。對輸入繼電器進行檢查，查看是否存在接觸不良的情況，通過更換輸入繼電器進行確認。對電氣元件逐個進行排查，發現開焊的焊點重新進行焊接，對部分存在老化的電阻進行更換。

3.3 負高壓輸出值偏低

原因：部分元件老化，導致模擬量的基準點發生漂移，輸出電壓偏低。

處理方法：需要對電位器P1～P5進行調整,在調節的過程中對輸出電壓進行監測，確保達到-1000 V。同時需要定期對負高壓進行監測，對老化的元器件及時進行更換。

3.4 負高壓無-1000 V輸出

(1)出現這種情況首先要檢查負高壓電路板電源輸入情況，24 V電源是否供到負高壓板。

①24 V電壓未供到負高壓板：

原因：輸入繼電器線圈斷路或24 V電源損壞等情況，導致24 V電源無法輸入至到電路板。

處理方法：更換輸入繼電器，檢查24 V電源供電情況，保證24 V電源供至電路板。

②24 V電壓電壓供到負高壓板，但無高壓輸出：

原因：可能是主功率管Q3(IFRP250)損壞，IC1(KA3525A脈沖發生器)損壞，IC2(OP400四運放)損壞，導致保護電路啟動，使震蕩電路無法工作，所以無法輸出高壓。

處理方法：依次對上面的三個元件進行檢查和替換，找出損壞的元件器。

(2)由于功率管發熱嚴重，散熱不好，造成原件管腳焊點開焊。

處理方法：重新處理焊點，對導熱硅脂重新進行涂抹，安裝散熱罩，保證接觸良好。

4 負高壓發生器日常維護

1.負高壓發生器由于產生高壓，長期使用會吸附灰塵，因此需要定期對其進行清理，定期對接線端子螺絲進行緊固；

2.定期檢查HVPS板上的電解電容，如果發現有鼓包和漏液的情況，要及時更換相同容量的電解電容，及時處理防止使用中突然發生故障。

3.定期更換HVPS板上金屬罩下面與功率元件連接處的導熱硅脂，功率元件發熱量較大，需要良好的散熱，否則將影響HVPS板使用壽命。

5 結語

在許多情況下負高壓發生器是可以修復的，用國產器件代替后可以正常工作。但替換的元器件需要選用工業級原件，否則有可能因為質量問題導致使用壽命縮短。修理完成后，建議連續監測負高壓輸出穩定性2～4小時，確保輸出穩定再上機進行使用。通過開展備件修復可以大大節約設備運行成本，并減少停機時間，保證檢驗工作的順利開展。