RIOM电源板原理分析.docx
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RIOM电源板原理分析
.RIOM电源板-原理分析
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1110V进电电路分析
110V进电电路主要实现对输入电源的滤波、EMC处理、电源的过流过压保护。
滤波:
通过L1、L2实现对输入电源的滤波作用,阻断高频干扰信号。
EMC处理:
R1、R2压敏电阻防浪涌电压,C1、C2消除高频干扰共模分量,
D1防止反向电压。
(图1.1)
图1.1110V进电电路
1.1开关电路
Q4(IRF740S)起到控制电源板“GND”与“J2110V-”连接的开关作用。
电源板由正常得电时,Q4:
G为高电平,D、S导通。
电源板电流通过Q4-DS、
图1.2
1.2限流保护
R5:
采样电阻,监测电路电流。
电流I变大时,R5上电压升高,Q8基极电压随之升高。
当电压达到设定值时,Q8集电极、发射极导通,Q4:
G为低电平,D、S关断(如图1.3所示:
右图为电流过大瞬间)。
图1.3
1.3过压保护
U3:
TL431监测输入电压,R29、R28组成了分压电路,R28上的电压与输入电压成正比。
当R28上分得的电压升高至2.5V(TL431Ref基准电压值),TL431:
K、A导通,Q4:
G为低电平,D、S关断(如图1.4所示:
右图为电压过高)。
图1.4
2160V升压电路分析
L4、Q1、D2、C17组成了BOOST升压电路,实现DC160V的稳压输出,为后续开关电源工作提供电源输入。
图2.1
2.1BOOST升压电路
图2.2
在充电过程中,Q1闭合(图2.3中用导线代替)。
这时,输入电压流过电感。
二极管D2防止电容C17对地放电。
由于输入的是直流电,所以电感L4上的电流以一定的比率线性增加。
随着电感电流增加,电感储存能量。
图2.3
当Q1关断时,由于电感的电流保持特性,流经电感的电流不会马上变为0。
而原来的电路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电,电容两端电压升高,此时电压已高于输入电压,升压完毕。
图2.4
BOOST升压是一个电感的能量传递的过程。
充电时,电感吸收能量;放电时,电感放出能量。
通过控制Q1不断的开关,可以在C17上得到160V电压。
.2.2160V电压监测电路
图2.5
此电路主要用于对BOOST升压之后的160V进行监测。
R41、R40组成了分压电路,R40上的电压与输入电压成正比。
将R40上的电压与Vref值通过运放LM224进行比较处理。
2.3修正电路
图2.6
图2.7
修正电路将U4-8输入信号(左)调整为U4-7输出信号(右)。
2.4Q1驱动电路
图2.8
U1D(LM2901比较器)比较电路
LM2901-10脚输入为三角波(图2.9-A),LM2901-11脚为U4-7输出波形(图3.17-B)。
通过两脚的比较(图2.9-C),得到LM2901-13输出波形(图2.9-D)。
Q1驱动电路将之取反得到Q1控制波形(图2.9-E)
图2.9
Q1驱动状态
Q1导通状态:
U1D13脚为低电平时,Q10基极为高电平,集电极、发射极导通。
Q9基极为高电平,集电极、发射极导通,Q1:
G为高电平,D、S导通。
Q1关断状态:
U1D13脚输出高电平时,Q12基极为高电平,集电极、发射极导通,
将Q10、Q11基极接地。
Q10基极电压拉低后,Q10集电极、发射极截止。
Q9基极为低电平,集电极、发射极截止;
Q11(PNP管)基极变为低电平,瞬时发射极电压高于基极。
集电极、发射极导通,将Q1:
G快速接地,降为低电平,D、S关断。
当U1-8输入一个低电平信号时,会将Q11基极电位强制拉低。
Q11导通,Q1关断。
3推挽降压电路
电路图如下,由U2,Q2,Q3,TR1组成推挽降压电路,TR1输出2路,一路电源V(D5高频整流二极管对次级进行半桥整流,C20滤波后输出14V左右的直流电压)供电路板元器件使用,另一路对外供电(80KHZ,24V交流电压)。
图3.1
U2UC2525的11脚、14脚输出的脉冲信号驱动Q2、Q3,16脚产生一个5.1V的参考电压值Vref。
通过5脚(Ct)、6脚(Rt)、7脚(Discharge)外接的电容(C8)、电阻(R18、R19)配比,从5脚输出一个三角波至160V升压电路中。
R4为TR1初级测的采样电阻,R4上的电压值随着电流值变化。
R4电压值经过R21反馈至U1-9脚。
当U1-9脚电压高于U1-8脚电压值(5.1V*R22/(R20+R22)=0.13V)时,U1-14脚输出高电平至U2-10脚(shutdown)U2停止工作。
4上电辅助供电电路
图4.1
上电辅助供电电路用于在上电瞬间为IC提供工作电压,在电路正常工作后停止工作。
其中关键器件为D4,Q7,Q5,Q6。
该电路受LM2901的2脚(D6处)与LM224的1脚(D17处)控制,如果它们损坏的话也不能正常工作。
5电源故障原因确定与分析
针对RIOM电源故障,通过对电源深度研究破解。
掌握了电源模块的工作原理和技术参数。
后期对数据分析和故障维修,找到了电源模块故障的解决办法。
经过对板件的破解和分析,发现电源故障多数是由一个电压反馈电路造成的。
在这个电压反馈电路中,有一个分压电阻长时间工作在高压状态,会使其阻值发生变化。
导致输出电压降低,最终导致整个模块损坏。
图5.1
RIOM电源板的作用是将列车DC110V电压转换为15V交流压和直流电。
交流电输出给CPU板和通讯板使用,直流电输出给I/O输入输出板使用。
电源板工作原理:
将DC110V升压到DC160V,再变压至15V输出。
电源板上电后,需要通过Q1生成启动电压,瞬时供内部电路使用。
当电源板正常输出15V后,Q1关断(图5.1:
启动电压)。
电源板通过检测DC160V的方式,控制升压模块工作,确保输出15V电压。
160V电压监测电路中,160V通过R3、R4分压,取R4上的电压与Vref进行比较。
通过U1(运放)输出动态信号,调整160V稳定输出(图5.1:
160V电压监测)。
R3长时间工作在高压环境,特性受到影响,阻值下降。
R4上分得的电压升高,导致U1输出信号异常,升压模块输出电压下降,变压器次级输出不足15V。
实际测试当中次级输出不足12.5V时将导致Q1无法正常关断,R1、Q1长时间处于非正常工作状态,产生大量热能(图2)。
最终使R1、Q1烧坏,RIOM模块发生故障。
图5.2
图5.3
图5.4
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