動(dòng)車(chē)組熒光燈逆變器故障研究分析

劉沈

摘 ?要：我們針對(duì)目前動(dòng)車(chē)照明系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)狀況，對(duì)具有非常高的品質(zhì)且成本較低的能夠采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，并且有著非常好的保護(hù)功能的熒光燈逆變器，進(jìn)行了主要的研究。

關(guān)鍵詞：熒光燈逆變器;PIC單片機(jī);預(yù)熱啟輝;異常狀態(tài)保護(hù)

我國(guó)在汽車(chē)領(lǐng)域的發(fā)展速度較為迅速，由此也在汽車(chē)照明這一方面對(duì)企業(yè)提出了更高的要求，尤其是在動(dòng)車(chē)這一領(lǐng)域?qū)ζ湔彰饕笠?。在其他?guó)家尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家，他們對(duì)人在開(kāi)車(chē)時(shí)的安全非常重視，因此為較為高級(jí)的動(dòng)車(chē)配備了較好的逆變器，燈管等一系列的照明系統(tǒng)。但是我國(guó)在動(dòng)車(chē)照明這一領(lǐng)域一般來(lái)說(shuō)都不是非常的重視，普遍認(rèn)為動(dòng)車(chē)的照明只需要一個(gè)燈泡也就是熒光洞就可以了。照明系統(tǒng)的逆變器也是非常簡(jiǎn)單的，沒(méi)有較好的性能，因此其逆變器的使用壽命也不是非常久，往往過(guò)一段時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障，甚至?xí)霈F(xiàn)短路等重要的問(wèn)題，從而出現(xiàn)更大的事故。而動(dòng)車(chē)的生產(chǎn)廠(chǎng)家之所以不為動(dòng)車(chē)配備較好的逆變器，使因?yàn)槟孀兤鞯某杀咎撸瑫?huì)大大增加動(dòng)車(chē)的生產(chǎn)成本從而加重企業(yè)的負(fù)擔(dān)，也會(huì)導(dǎo)致動(dòng)車(chē)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力下降。本篇文章面對(duì)這樣的動(dòng)車(chē)照明現(xiàn)狀，在對(duì)市場(chǎng)上各種逆變器分析研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的特點(diǎn)，研制出了一種性能方面較為優(yōu)良，且只生產(chǎn)成本低并具有較好的保護(hù)功能的熒光燈逆變器。

1熒光燈逆變器的工作原理

逆變器是通過(guò)單片機(jī)技術(shù)來(lái)進(jìn)行控制，從而在逆變器運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，對(duì)其進(jìn)行較為有效的保護(hù)，并且增加熒光燈在點(diǎn)亮前的燈絲預(yù)熱程序從而提高了燈管的使用壽命。逆變器的額定電壓是24伏，額定功率是20瓦。逆變器在工作過(guò)程中的工作原理是：打開(kāi)開(kāi)關(guān)聯(lián)通好電源電路后，單片機(jī)通電就開(kāi)始工作了。通過(guò)對(duì)電阻進(jìn)行取樣來(lái)檢測(cè)出此時(shí)電源的電壓。當(dāng)電源的電壓比32伏高或者說(shuō)比18伏低的時(shí)候，單片機(jī)就會(huì)停止輸出，進(jìn)入到保護(hù)的狀態(tài)。如果檢測(cè)的電源電壓是正常的，那么逆變器就會(huì)進(jìn)入到工作的程序當(dāng)中，向外輸出大約每2.5秒50千赫茲至35千赫茲的方波。這個(gè)時(shí)候因?yàn)檩敵鰺艄艿幕芈?，正處于偏離的狀態(tài)，因此燈不啟輝。但是依舊會(huì)有較為充足的電流會(huì)流過(guò)公司讓公司處在較為充分的預(yù)熱狀態(tài)，從而轉(zhuǎn)入30千赫茲的工作狀態(tài)。使燈管回路諧振、啟輝，點(diǎn)亮燈管，這樣避免了冷態(tài)時(shí)啟動(dòng)燈管造成的大電流沖擊而大大降低燈管壽命，并且在此過(guò)程中，PIC單片機(jī)還不停地采樣整個(gè)電路的工作電流，一旦電流出現(xiàn)異常。例如： （1）燈管在回路開(kāi)路的過(guò)程中造成了空載的狀況，使得單片機(jī)的程序進(jìn)入到保護(hù)的狀態(tài)從而不停地發(fā)出啟輝的信號(hào)，一直到排除相應(yīng)的故障后，才會(huì)進(jìn)入到正常的工作狀態(tài)中，從而將燈管點(diǎn)亮。（2）單片機(jī)會(huì)在燈管的回路發(fā)生短路的情況或者燈無(wú)法啟輝從而產(chǎn)生了較大的電流的時(shí)候檢測(cè)到異常情況，然后單片機(jī)會(huì)停止輸出信號(hào)波形，讓電路停止運(yùn)行。當(dāng)故障排除電路重新正常工作的時(shí)候，單片機(jī)會(huì)穩(wěn)定的輸出方波信號(hào)，推動(dòng)MOS管交替導(dǎo)通工作，并且和變壓器一起形成一個(gè)推挽電路，從而得到一個(gè)有著較大功率輸出的方波信號(hào)。同時(shí)電感電流共同組成諧振回路來(lái)讓燈管的兩遍擁有足夠的電壓來(lái)讓燈能夠啟輝，從而保持穩(wěn)定的電流讓燈管能夠正常的工作。

2實(shí)現(xiàn)方法該熒光燈逆變器的設(shè)計(jì)由兩個(gè)部分組成

2.1軟件部分.

這是熒光燈逆變器的重點(diǎn)，它編制的好壞對(duì)逆變器影響很大，下面用流程圖加以說(shuō)明，如圖1所示。

2.2故障分析

（1）對(duì)C2 電容產(chǎn)生故障的愿意進(jìn)行分析

故障表征：燈管沒(méi)有亮起來(lái)。

故障原因：C2 電容的容量比額定工作容量 0.018uF要低。

原理分析：C2 電容與變壓器 T1 繞組配合，他們兩者相互配合起到了并聯(lián)諧振的重要作用，這個(gè)時(shí)候變壓器進(jìn)行繞組再整個(gè)過(guò)程中起到了電感的作用，當(dāng)滿(mǎn)足公式：WL等于WC分之一的時(shí)候并且二者的方向是相反的時(shí)候會(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振的現(xiàn)象，此時(shí)電源的有功功率就會(huì)達(dá)到最大值，而變壓器也會(huì)獲得最大的能量。熒光燈會(huì)在變壓器的輸出繞組的電壓達(dá)到最大值的瞬間被點(diǎn)亮。。而當(dāng)C2電容的容量低于額定工作容量的時(shí)候，就無(wú)法產(chǎn)生并聯(lián)諧振。也就無(wú)法在瞬間產(chǎn)生高壓，從而點(diǎn)亮熒光燈。

（2）電容產(chǎn)生故障的原因分析

故障原因：電容 C3 電容容量比額定工作容量 100uF低。

原理分析：只有保持持續(xù)的直流電供應(yīng)，才能使得三極管進(jìn)行自激振蕩。否則當(dāng)交流信號(hào)顯示為負(fù)半波的時(shí)候，三極管會(huì)截止二無(wú)法產(chǎn)生振蕩的現(xiàn)象。電路剛通電的時(shí)候，外接的電壓在電容電感進(jìn)行的整流濾波和抑制浪涌后，可以通過(guò)電容和電阻為三極管的基極提供穩(wěn)定的電壓。當(dāng)電路板的電路是實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)平衡后，電路由于R5電阻過(guò)大而導(dǎo)致的能量消耗過(guò)多，所以改成了由變壓器T3繞組將獲得的感應(yīng)電流在二極管的整流后經(jīng)過(guò)電容C3提供給三極管。三極管會(huì)因?yàn)镃3工作時(shí)間太長(zhǎng)或者其它原因?qū)е卤阮~定工作容量低的情況無(wú)法獲得持續(xù)足夠的直流電，而無(wú)法進(jìn)行靜態(tài)的工作，由此無(wú)法實(shí)現(xiàn)自激振蕩。

（3）三極管故障分析

故障表征：燈管沒(méi)有亮。

故障原因：三極管被損壞，電路無(wú)法完成振蕩。

原理分析：逆變器的核心部位是三極管，逆變器的本質(zhì)就是逆變器的各個(gè)電子元件與三極管進(jìn)行配合，從而完成自激振蕩。兩個(gè)型號(hào)相同的三極管會(huì)相互進(jìn)行導(dǎo)通。但是由于制作工藝上面的原因，使得兩個(gè)三極管的導(dǎo)通時(shí)間是不一樣的。如果TR1最先實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，那么這個(gè)時(shí)候變壓器的繞組T2的上面的一部分就會(huì)和T1的上部分線(xiàn)圈獲得電流，而T2和T3的上端互相作為同名端。同時(shí)繞組T2和T1的電壓方向是相同的。當(dāng)TR1被導(dǎo)通后，變壓器的上端繞組就被TR1接通了，因此T2、T1的上下端就變成了負(fù)正。TR1斷開(kāi)后。T2的正電壓就加到了TR2的基極，由此TR2被導(dǎo)通。

2.3維修方案及驗(yàn)證

（1）將電路板用洗板水進(jìn)行清洗，然后需要認(rèn)真的觀(guān)察上面的各個(gè)元件的外觀(guān)是不是有發(fā)黑或者是燒焦的痕跡，同時(shí)仔細(xì)檢查各個(gè)電阻和三極管有沒(méi)有松動(dòng)的現(xiàn)象，特別是要注意檢查電路板上的電容元件是不是存在著鼓包或者是爆裂漏液的情況出現(xiàn)。

（2）將電路板上出現(xiàn)問(wèn)題的元件的相關(guān)焊點(diǎn)用熱風(fēng)槍進(jìn)行加熱，然后洗板水進(jìn)行清洗，清洗后要在電路板上涂助焊油。在管腳的地方均勻的將融化的焊錫涂抹上，然后將問(wèn)題元件取下來(lái)。

（3）將新的元件安裝在管腳的地方，然后用一定溫度的電絡(luò)鐵將元件焊在電路板上，在將元件進(jìn)行焊接的過(guò)程中要注意正負(fù)極的問(wèn)題，完成后需要對(duì)管腳的地方進(jìn)行認(rèn)真的檢查，查看是否有虛焊、脫焊的問(wèn)題以此來(lái)保證焊接過(guò)程的完美。

（4）焊接結(jié)束后要對(duì)電路板進(jìn)行通電的實(shí)驗(yàn)來(lái)確保熒光燈能夠正常的進(jìn)行發(fā)光。逆變器在AC120V的穩(wěn)定電壓下可以正常的進(jìn)行工作。因此我們需要對(duì)它進(jìn)行點(diǎn)溫實(shí)驗(yàn)。我們可以以故障1為例子，將電路板的電容更換后使得逆變器可以正常使用后，每間隔一個(gè)小時(shí)就對(duì)更換的電容進(jìn)行點(diǎn)溫，同時(shí)將其與新的電路板中的相應(yīng)位置的電容所產(chǎn)生的點(diǎn)溫的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，來(lái)保證電容在工作中的狀態(tài)是正常的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn)更換后的電容在工作中的溫度隨時(shí)間的增加在升高，在工作正常的情況下六小時(shí)后，溫度慢慢的保持在40到50攝氏度著個(gè)區(qū)間，并且對(duì)比誤差在1攝氏度，在誤差范圍內(nèi)，因此證明方案是可行的。

3.結(jié)語(yǔ)

我們?cè)趯?duì)逆變器進(jìn)行工作的原理和產(chǎn)生故障的原因進(jìn)行分析的時(shí)候發(fā)現(xiàn)：因?yàn)殡娙莸娜萘坎蛔銖亩鴮?dǎo)致熒光燈不亮是逆變器比較常見(jiàn)的故障。逆變器的電容容量會(huì)隨著逆變器的使用時(shí)間而出現(xiàn)較大的下降。因此我們?cè)跈z查逆變器的故障的時(shí)候需要重點(diǎn)關(guān)注逆變器的電容容量。我們?cè)趯?duì)逆變器進(jìn)行維修的過(guò)程中，可以利用替換逆變器的元件的方式來(lái)修復(fù)，這可以降低逆變器的維修成本。

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