GC-14B型色谱仪5V电源电路的代换分析

查 南（金陵石化烷基苯厂质检中心，江苏南京,210000）



GC-14B型色谱仪5V电源电路的代换分析

查 南
（金陵石化烷基苯厂质检中心，江苏南京,210000）

摘要：一台价值16万元的进口色谱仪的5V开关电源板发生故障，为了节约成本和时间，决定用废旧仪器上的5V开关电源板代换故障电源板。为此提出了三种代换方案，最后经过分析比较，确定用自动馏程仪的5V开关电源板进行代换是最佳方案。这样的代换，既节省了购买进口电源板的昂贵费用，又能使色谱仪迅速恢复正常，同时也为今后大型仪器电源的维修代换提供了新思路和新途径。

关键词：开关电路；代换分析；5V电源；PWM方式

0　引言

目前，随着电子技术的飞速发展，分析仪器自动化程度越来越高，因此，分析仪器对各类电源的要求也更高，特别是自动化程度高的分析仪器,普遍的带有CPU处理器和单片机，其中的5V电源既是这类仪器的启动电源和待机电源，也是单片机和数字电路中的输入电源，这使得5V电源成为这类仪器不可缺少的重要电源之一。由于开关电源具有体积小﹑重量轻﹑效率高﹑性能好等特点，近年来开关电源已广泛地应用到了各类自动化程度高的分析仪器中。

1　色谱GC-14B的5V开关电源故障的分析

近期，本部门一台价值为16万元的日本岛津色谱GC-14B发生故障，现象是: 开机正常，但在启动加热和桥流程序时会停机，重新开机后，再启动加热和桥流程序时，仍然会停机，色谱仪无法使用。由于该色谱仪每天都要分析样品，所以急需找出故障原因并加以解决。检查原因前，让我们先了解一下岛津色谱GC-14B的板路结构。

1.1色谱仪GC-14B主板框图

从图1-1主板框图可知，日本岛津的GC-14B色谱仪主要由三大电路板组成，它们分别是主电源板﹑CPU主板和TCD桥流板，外带一块小板，即5V开关电源板。其中主电源板把220V输入转化为多路110V（日本交流电本身是110V，不需要转换电源板）供其他板路电源输入，包括5V开关电源输入。TCD桥流板中的恒流源等是通过CPU主板提供的。

1.2故障判断

启动后关机故障检测流程图如下图1-2

通过流程图可以判断主板和桥流TCD板有无故障，确定是5V开关电源板有故障。该电源板为日本原厂生产，110V电压输入，输出为5V，2A。为了测量供电电流，先对比测量了另一台正在使用工作正常的GC-14B色谱的5V电源。当去掉TCD板时启动电源，5V电源的输出电流为670mA，接上TCD板启动时输出为890mA；而把这块有故障的5V电源板去掉桥流TCD板时，启动电流为680mA，接上TCD板时，5V电源板无输出。至此判定故障原因是：开关管性能下降，致使加入负载TCD板后，开关管电流变大过载，出现过流保护，因此保护后开关电源停振，使5V电源输出为0V，仪器停机。由于生产急需色谱仪，所以需要尽快对该故障的5V开关电源板采取措施，使仪器恢复正常。

图1-1　色谱GC-14B结构框图

图1-2　故障检测流程图

2　5V电源板代换的选择

2.1岛津色谱仪5V开关电源的工作原理

开关电源是直流电压转直流电压，即DC/DC。它一般分脉宽调制和频率调制2种。目前多数采用脉冲宽度调制又称PWM,,调整改变占空比来控制开关管的通断时间,从而实现稳压输出。它与带有调整管的线性稳压电源比较，开关电源具有体积小﹑工耗少﹑降压大﹑成本低等特点。

2.2代换5V电源的三种方案分析

由于开关电源有功耗小﹑效率高﹑ 体积小﹑重量轻﹑稳压范围宽等优点，所以目前除音响等仍采用线性稳压电源外,仪器电源基本都采用开关型电源。因此从色谱电源板原理和特点得出：第一，本次代换的电源必须是开关型电源，第二，电源的输出电流不小于2A。第三，由于色谱仪精密度高，电源板要具有抗干扰性及减少噪音的特点。下面提出了三个备选方案。

2.2.1 方案一：用报废计算机电源代换

计算机ATX开关电源电路的组成按功能分为：输入整流滤波电路、高压反峰吸收电路、辅助电源电路、脉宽调制控制电路、PS信号和PG信号产生电路等。由紫线连接的+5VSB是供主机系统在ATX待机状态时的电源，同时也是开启和关闭自动管理模块及其远程唤醒通信联络电路的工作电源 ，在待机及受控启动状态下，其输出电压均为5V高电平，即它在接通220V电源时就有了5VSB输出(紫色线9脚引出)。而且，在ATX电源标示的参数中可知5VSB是输出电流2A，符合色谱仪的5V电源的代换要求，是备选方案之一。

2.2.2 方案二： 用已淘汰的针式打印机电源代换

早期常用的EPPSON LQ-1600KIII 针式打印机，现已淘汰不用，其中仪器电源可以使用。针式打印机电源电路主要由整流滤波电路、浪涌抑制电路、主开关电路、+35V/+5V稳压电路等组成。开机后有两路工作电压输出：一路是高压电源，为打印头驱动、字车电机驱动、走纸电机驱动等供电压35V，一路主要为主板逻辑电路和操作面板指示灯供电的开关电源5V。我们代换需要的只是5V开关电源这一路,该路电流参数为2A，也符合色谱仪的5V电源的代换要求，也是备选方案之一。

2.2.3 方案三： 用报废的自动馏程仪上的5V电源代换

本部门的分析仪器如紫外仪﹑原子吸收仪﹑荧光仪及自动流程仪等都是由单片机控制的仪器，具有5V电源（CPU电路和单片机中都有5V电源）。但紫外仪﹑原子吸收仪﹑荧光仪都只有一台且在使用中，不能用于代换。而部门里有4台全自动馏程测定仪JSR，其中一台今年已报废，5V电源板可以利用。经查，由于此台自动馏程仪JSR1016，具有温度控制﹑视频自动跟踪及出馏点等复杂控制系统，所以主控板上有两个处理器系统，分别是20脚的AT89C2051单片机和40脚的增强型单片机w77e058a40dl。所以，厂家专门为此配了一块单独的5V开关电源，以满足需要。这台报废的自动馏程仪5V开关电源板完好，其标注为输入电压范围在85V-220V之间，输出为5V，3A，板路也具有一定的抗干扰性，符合代换条件。

3　选择最佳方案的过程和结果

三种开关电源都符合的代换基本条件,但为了选择出最佳方案，需先对三种开关电源利弊进行分析。

3.1三种电源板代换的利弊分析

从利弊对比分析（表3-1）可知, 用自动馏程仪的5V开关电源的代换显然比ATX电源和针打电源更合适。所以本次决定采用馏程仪的5V开关电源代换色谱仪电源。然而，自动馏程仪的5V开关电源虽然基本符合代换要求,但岛津色谱原装进口的5V开关电源是110v输入，而自动馏程仪是国产电源板，其输入电压范围在85V～220V之间。如果直接接入110V（可能有盲区），是否能稳定线性输出5V电源而不在电压盲区中呢？为此需要进一步对该自动馏程仪的5V开关电路进行分析。

表3-1　三种电源板比较表

3.2自动馏程仪5V电源PWM的稳压方式分析

该全自动馏程仪的5V开关电源是由单片开关电源集成电路组成PWM，单片开关电源集成电路具有着高集成度﹑高性价比﹑最佳性能指标的优点。PWM方式有固定开关频率，省去了单独开关管，集成开关电源大多采用这种方式。从电源稳压角度分析：该电路精确度比色谱5V电源电路高。

3.3自动馏程仪5V电路与色谱5V电路分析比较

从表3-3可以看出，自动馏程仪的5V电源比色谱5V电源性能更优越，所以，完全符合色谱仪的5V电源代换要求。

表3-3　色谱仪与馏程仪的5 V电路比较表

3.4实施代换的结果

经过稍加改装，自动馏程仪5V开关电源已装在色谱仪后部原来位置，板子的形状﹑大小不影响色谱仪GC-14B的其它电路和单元，接线及电压也不用转换。经测，当去掉TCD板启动时，

5V电源板的电流为670mA，当接上TCD板启动仪器全部程序时，测量该板电流为880mA，完全符合要求，色谱仪已正常使用，5V电源板代换完成。

4　小结

本次通过分析计算机ATX电源﹑针式打印机电源和馏程仪电源三种5V电源的工作原理，选则代换GC-14B色谱中已发生故障的5V电源，通过利弊分析，及控制方式PMW等的比较，最终得出馏程仪电源有工作稳定﹑输入范围宽等优点，成功代换了色谱5V电源。这样用废旧仪器的电路板做代换， 既节省了采购昂贵的进口电源板成本，又能节约采购和维修时间，使分析工作得以及时顺利进行。同时，已知这三种电路的5V开关电源的工作过程，对今后代换大型自动化分析仪器如原子吸收仪﹑色谱仪﹑紫外分光仪﹑闪点仪等，带来了维修代换上的新思路和新途径。

参考文献

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[2]吴国楼.《开关电源维修技能实训》.清华大学出版社.2014.06. 第57-62页

[3]韩雪涛.《图解计算机主板维修快速入门》.人民邮电出版社.2009.05.第83页

[4]王彦鹏. 沙占友《单片开关电源设计200例》.机械工业出版社.2013.05.第24页

[5]陈纯偕.《开关电源原理﹑设计及实例》.电子工业出版社.2013.08.第163-165页

Substitution analysis of 5V power circuit of GC-14B type chromatograph

Zha Nan
（Jinling Petrochemical alkyl benzene plant quality control center,Jiangsu Nanjing,210000）

Abstract：The 5V switch power panel of an imported chromatograph worth RMB 160 thousand breaks down. In order to save cost and time, we decide to substitute it with the 5V switch power panel of the waste instrument.Three kinds of substitution programs are put forward and through analysis and comparison, substituting with the 5V switch power panel of automatic MINIDIS ADXpert is the best program at last.This kind of substitution not only saves the expensive cost to buy the imported power panel, but also makes the chromatograph instrument return to normal and also provides new thought and approach to the maintenance and substitution of the power of the large instruments in future.

Keywords：On-off circuit;substitution analysis;5V power supply;PWM method