CRH2A 型動(dòng)車組LED 筒燈故障分析

齊昊，宋翱，劉浩，趙鵬，張進(jìn)

（青島動(dòng)車段，山東 青島 266000）

1 前言

LED 筒燈開(kāi)關(guān)電源電路板將動(dòng)車組提供的DC100V 轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的DC2V，為L(zhǎng)ED 燈珠供電。隨著LED 筒燈長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，LED 筒燈故障發(fā)生的頻率也逐漸增加，直接換件的維修方式成本高。所以，本文首先對(duì)統(tǒng)計(jì)LED 筒燈工作原理進(jìn)行詳細(xì)，研究LED 筒燈閃爍、不亮的根本原因，更換故障元件并驗(yàn)證其修復(fù)方法。

2 原理分析

LED 筒燈電路如圖1 所示，從輸入DC100V 到輸出DC2V 的全過(guò)程包括整流電路、濾波電路、高頻功率變壓器、PC817 光耦反饋電路以及TNY268 芯片控制電路。輸入DC100V 時(shí)，經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)管F1 后送到由MB65 整流橋和C1、C2、L1 組成的濾波電路進(jìn)行整流濾波，抑制干擾和浪涌，輸出平滑的DC200V 到變壓器的原邊，變壓器輸出穩(wěn)定可靠的DC2V，變壓器輸出電壓經(jīng)過(guò)R4 流向PC817 光耦，PC817 光耦采樣并輸出電壓的變化，并將此信號(hào)傳輸給TNY268 芯片，芯片與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，通過(guò)控制功率MOS 管的通斷來(lái)控制PWM 改變輸出脈寬，達(dá)到穩(wěn)壓目的。當(dāng)采樣電壓降低，MOS 管導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，PWM 輸出脈沖寬度加寬，一個(gè)周期內(nèi)高電平電壓占比增大，輸出直流也相應(yīng)增大，反之，則相反。同時(shí)，芯片對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行保護(hù)，R6 和R7 為采樣電阻，并聯(lián)后阻值為0.67Ω，當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到1.2A 時(shí)，三級(jí)管Q1 導(dǎo)通，PC817 光耦發(fā)光二極管獲得很大電流，反饋信號(hào)傳輸?shù)絋NY268 芯片中，使能/欠壓(EN/UV)引腳為0 電位，芯片截?cái)郙OS 管，PWM 停振，從而輸出電壓為零，起到過(guò)流保護(hù)作用。

圖1 CRH2A 型動(dòng)車組LED 筒燈電路圖

3 故障分析

為了保證實(shí)驗(yàn)的普遍性，現(xiàn)對(duì)30 個(gè)故障LED 筒燈進(jìn)行試驗(yàn)分析。首先，根據(jù)電路進(jìn)行理論分析，保險(xiǎn)管F1 熔斷大多數(shù)是后級(jí)電路短路或過(guò)流引起的，比如芯片擊穿、濾波電容損壞等，即保險(xiǎn)管熔斷往往伴隨其他元件損壞，其故障現(xiàn)象為通電無(wú)反應(yīng)。整流電路中濾波電容C1 損壞會(huì)造成整流作用失效，易引發(fā)芯片被擊穿，整個(gè)電路無(wú)反應(yīng)。光藕組件損壞會(huì)造成芯片無(wú)反饋信號(hào)，輸出電壓不穩(wěn)定或無(wú)電壓輸出。變壓器損壞，無(wú)電壓輸出。輸出電容損壞，輸出電壓不穩(wěn)定，降低LED 筒燈使用壽命。按照上述分析對(duì)保險(xiǎn)管F1、整流電路、濾波電路、TNY268 芯片、PC817 光藕、變壓器以及輸出電容一一進(jìn)行檢測(cè)，判斷其是否損壞。根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)得出其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如表1 所示。

表1 LED 筒燈故障原因統(tǒng)計(jì)表

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，濾波電容C1 和TNY268 芯片同時(shí)損壞是最主要的故障原因，共發(fā)生25 件，占比高達(dá)為83.3%，根據(jù)以對(duì)上實(shí)驗(yàn)分析，可快速確定故障原因并進(jìn)行相關(guān)修復(fù)。

3.1 電源輸入線故障分析

故障現(xiàn)象：無(wú)輸入電壓，整個(gè)電路無(wú)電。故障原因：使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，電源輸入線與PCB 板脫焊。原理分析：電源輸入線脫焊導(dǎo)致整個(gè)電路無(wú)輸入電壓，從而造成LED 筒燈無(wú)法工作。

3.2 濾波電容C1 故障分析

故障現(xiàn)象：濾波電容C1 鼓包或LED 筒燈無(wú)法正常工作，較暗且閃爍。故障原因：濾波電容C1 電容過(guò)電流，鼓包。原理分析：電容工作時(shí)溫度一般為40 ～60℃。當(dāng)電容使用時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致電容老化,工作溫度過(guò)高或者諧波使濾波電容產(chǎn)生諧振時(shí)，易造成電容鼓包或擊穿。鼓包后，電容C1 的容量低于額定工作容量4.7uF，在3.2uF 上下浮動(dòng)，且工作溫度在78℃左右，遠(yuǎn)高于正常工作溫度，最終引起濾波電路失效，無(wú)濾波作用，導(dǎo)致變壓器輸出非平滑穩(wěn)定電壓，無(wú)法為芯片TNY268 芯片4 腳提供穩(wěn)定持續(xù)的啟動(dòng)電壓，導(dǎo)致輸出電壓會(huì)持續(xù)振蕩，LED 筒燈暗且伴隨頻。

3.3 濾波電容C1 和芯片故障分析

故障表征：電源線連接正常，有輸入電壓，無(wú)輸出電壓。故障原因：濾波電容C1 鼓包損壞后繼續(xù)工作導(dǎo)致TNY268 芯片被擊穿。原理分析：當(dāng)電容C1 鼓包損壞后，濾波電路失效，無(wú)濾波作用，導(dǎo)致變壓器輸出非平滑穩(wěn)定電壓，無(wú)法為芯片TNY268 芯片4 腳提供穩(wěn)定持續(xù)的啟動(dòng)電壓，導(dǎo)致輸出電壓會(huì)持續(xù)振蕩，持續(xù)工作一段時(shí)間，TNY268 芯片被擊穿，導(dǎo)致整個(gè)電路失效，無(wú)輸出電壓，此故障為重點(diǎn)故障，修復(fù)時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。

4 維修方案及驗(yàn)證

4.1 維修方案

對(duì)以上故障原因，提出以下修復(fù)方案：（1）取出LED筒的電路板，觀察電路板上各元器件的外觀，確認(rèn)是否有發(fā)黑或燒焦的痕跡，各電阻是否有松動(dòng)脫焊的現(xiàn)象，特別需要注意電容元件是否有鼓包或爆裂漏液的情況發(fā)生。（2）使用熱風(fēng)槍對(duì)電路板上故障原件的焊點(diǎn)進(jìn)行加熱，用洗板水清除殘留的焊錫和雜質(zhì)，涂抹助焊油，將融化的焊錫均勻地覆蓋在管腳處，取下故障原件。（3）用鑷子將相應(yīng)新元件安裝在對(duì)應(yīng)的管腳處，將電絡(luò)鐵調(diào)至300 ～350℃，將元件重新焊接在電路板上，注意電氣元件的正負(fù)，焊接完成后，觀察管腳是否有虛焊、脫焊等現(xiàn)象，確保焊接狀態(tài)良好。（4）進(jìn)行通電試驗(yàn)，確認(rèn)開(kāi)關(guān)電源電路輸出電壓穩(wěn)定在2V，LED筒燈工作正常。

4.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為確保修復(fù)后的開(kāi)關(guān)電源可以正常工作，對(duì)修復(fù)后的LED 筒燈電路板進(jìn)行點(diǎn)溫和電壓穩(wěn)定度試驗(yàn)。當(dāng)通過(guò)更換濾波電容C1 使LED 筒燈電路板正常工作后，在室溫為25℃環(huán)境下，每隔1 小時(shí)對(duì)C1 電容進(jìn)行點(diǎn)溫，并與新LED 筒燈濾波C1 電容的點(diǎn)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，確保更換后的C1 電容工作溫度無(wú)異常且在正常溫度范圍內(nèi)。濾波電容C1 工作溫度隨著時(shí)間而逐漸升高，當(dāng)正常工作7 小時(shí)后，溫度逐步平穩(wěn)在38℃左右。

對(duì)修復(fù)后LED 筒燈電路板進(jìn)行電壓穩(wěn)定度檢測(cè)。電壓穩(wěn)定度是指輸入電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)變化所引起的輸出電壓的最大相對(duì)變化量。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)動(dòng)車組LED 筒燈故障進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，分析其工作原理，找到LED 筒燈故障的主要原因，并提供可行性維修辦法。為其他動(dòng)車組LED 筒燈故障維修提供可借鑒資料，大大降低了維修成本，進(jìn)一步提高了動(dòng)車組檢修質(zhì)量及保護(hù)動(dòng)車組運(yùn)行安全。