某型空空导弹二次电源深度修理

■ 程蒙蒙 高怀平 孙萍 白洪梅/国营洛阳丹城无线电厂

某型空空导弹飞控舱惯性测量分组件二次电源为惯性控制系统各组件供电,其输出端设有电流去耦,具有很强的抗不稳定和抗波动能力。该电源是惯性测量分组件的唯一供电电源,但其故障率较高,如无额定直流电压输出、三相电超差等。由于缺乏二次电源的相关资料,给故障分析和修理带来很大困难,导致常见故障一直没有得到很好地解决。

1 二次电源组成、原理与功能

二次电源主要为陀螺、陀螺马达及线路供电,分为三个板块：陀螺电源逆变器板（16号板）、陀螺马达供电电路板（17号板）和陀螺线路供电电路板（18号板）,如图1所示。

图1 二次电源电路

图2 陀螺电源逆变器板块原理图

1.1 陀螺电源逆变器板的原理与功能

陀螺电源逆变器板生成三相22V/1200Hz的交流电压,经差分限幅电路向惯性测量分组件的三轴陀螺组合供电,其原理如图2所示。

陀螺电源逆变器板块由时钟源、计数器、ROM、移位寄存器、他激振荡电路、三相22V/1200Hz输出电路构成。+27V激励电压作为他激振荡电路的输入电源,为了使输出的交流电频率稳定和相位角对称,采用他激振荡方式把直流电转换成交流电。他激振荡的时钟源由晶振G01PГ-05和三个与非门共同组成,其电路原理图如图3所示,简化的电路原理图如图4所示。

假设起始输入的脉冲为高电平Ui,其波形为图5的(1)所示。经过第一个与非门输出为Ua的波形,如图5中(2)所示,其输出相位较输入Ui相位变化了180˚。又经过一个耦合电容,经过第二与非门输出为Ub的波形如图5中(3)所示,其输出相位较输入Ua相位变化了180˚,Ub的相位较初始输入Ui相位变化了360˚,即φi+φf=2nπ，满足相位平衡条件为正反馈条件,而G01为晶振。方波振荡电路由正反馈网络和放大电路组成,上述条件刚好满足晶振不间断地产生他激振荡,产生方波信号。

图3 时钟源原理图

图4 时钟源原理图简化图

图5 时钟源输出信号波形

图6 К133ИP13输出6路触发信号

图7 三相电输出波形

时钟源输出的U0,波形如图5中(4)所示,通过三个4位异步二进制计数器U09、U11、U12的几次分频,最后U11、U12的8路输出接到К556PT5的八位地址端,作为К556PT5的八位地址缓冲,通过其本身译码电路以及存储矩阵处理读出数据Y0～Y7。

Y0～Y7的每一路接入一个总电阻值为1K的上拉变阻器,然后接入К133ИP13（8位可逆移位寄存器）的输入端A～H,通过К133ИP13内部电路处理输出端输出6路触发信号,对其进行信号采集,输出信号如图6所示。

从图6可以看出,在К133ИP13输出端输出的6路触发信号中,4路与6路、8路与10路、14路与16路相位差为180˚,4路、8路、14路相位差分别为120˚,同样,6路、10路、16路的相位差也分别为120˚。4路与6路、8路与10路、14路与16路触发形成三组控制信号,采用180˚的控制方式控制他激振荡电路,+27V激励电压作为他激振荡电路的输入电源,振荡放大后产生幅度相等（13.5V）、频率一定(1200Hz)的三相电,各相开始导电的角度依次相差120˚。对其进行信号采集,相电压波形图如图7所示。

假设该电源电路的中心点为N',用U、V、W表示三相电的三端,则电源相电压分别为uUN、uVN、uWN'。负载线电压 uUV、uVW、uWU可由下式求出。

把输出线电压uUV展开成傅里叶级数,得到：

式中n=6k±1,k为自然数,ω=2π/T=2πf,V0=27V 。

输出线电压UUV有效值为：

因此,陀螺电源逆变器板为惯性测量分组件三轴陀螺组合提供三相22V/1200Hz交流电。

1.2 陀螺马达供电电路板的原理与功能

陀螺马达供电电路板提供加速度以及供陀螺阻尼回路使用的二次电压,其原理图如图8所示。该电路板由稳压电路、他激振荡电路、变压模块、整流滤波电路构成。

来自陀螺线路供电电路板的20V直流电作为陀螺马达供电电路板他激振荡电路的输入电源,两路触发信号（相位差为180˚）作为他激振荡的控制信号（图9所示）,经振荡放大后形成一定频率、幅值的交流电,如图10所示。该交流电压送入隔离变压器T01,进行隔离变换,如图11所示。

经过变压器T01隔离变换,生成±5V、±18V、±15V、±70V交流电,再经过整流滤波电路输出供加速度以及陀螺阻尼回路使用的二次电压,为陀螺信号处理电路、温控电路提供+5V、+18V、-18V、+15V、-15V直流电源；为陀螺供电控制板提供-18V直流电源；为陀螺阻尼回路提供+70V、-70V激励。

图8 陀螺马达供电电路板块原理图

图9 两路触发信号

图10 振荡后的±20V交流电

图11 变压器T01

图12 陀螺线路供电电路板原理图

1.3 陀螺线路供电电路板的原理与功能

陀螺线路供电电路板为陀螺电源逆变器板、陀螺马达供电电路板供电,原理图如图12所示,主要由稳压电路、自激振荡电路、变压模块和整流滤波电路构成。其原理与陀螺马达供电电路板原理相似,以外界给入的27V加电、加温电压作为输入电源,自激振荡电路与变压器生成±5V交流电、20V直流电与两路触发信号；20V直流电经过功率放大器输给陀螺马达供电电路板,作为他激振荡电路输入电源；两路触发信号也输入陀螺马达供电电路板,作为他激振荡电路的控制信号,±5V交流电通过整流滤波电路生成+5V直流电输入陀螺电源逆变器板块,供计数器和寄存器等器件使用。另外,该板还将外界给入的27V加温电压供给陀螺电源逆变器板块,作为他激振荡电路的输入电源。

2 二次电源故障分析及修理

二次电源典型故障模式有：直流电无输出；三相电中某相超差；27V加温电流不稳定。

2.1 直流电无输出故障分析与修理

用中频组件检测系统对直流电无输出故障产品的惯性测量分组件进行测试,显示陀螺输出参数不合格。拆下惯性测量分组件的二次电源,用控制组合电路板测试台单独对惯性测量分组件二次电源进行供电测试。该二次电源在正常输入DC 27V电压时,无额定直流电压输出。由原理分析可知,故障的可能原因为：1）惯性测量分组件二次电源陀螺马达供电电路板出现故障；2）陀螺线路供电电路板故障。

陀螺马达供电电路板的主要组成模块是他激振荡模块、变压器、整流滤波电路模块。整流滤波电路是对变压器输出的电压进行整流滤波；变压器起到了功率传递、电压变换等作用,而它的电压输入端是他激振荡模块；他激振荡模块是生成交流电并对交流电脉宽、频率进行调制的电路,该模块的输入电源由陀螺线路供电电路板提供。

图13 三极管VT07、VT09、VT10的引脚输出波形

表1 同类型三极管压降比较

表2 更换后同类型三极管压降比较

对故障产品进行逐次排查,首先使用万用表测量陀螺马达供电电路板和陀螺线路供电电路板的三极管和二极管导通情况,无明显异常后对连接电缆通断情况进行检查,无异常后对二次电源进行加电测试。用示波器采集陀螺马达供电电路板他激振荡模块的输入端电压,电压输入正常,说明陀螺线路供电电路板块无故障；采集高频变压器的输入端电压信号波形,有电流无波形,采集高频变压器输出端电压信号波形,有电流无波形,说明高频变压器线圈正常工作,但未给进初始电压。根据上述情况,可判定为高频变压器前级电路部分出现故障。

对变压器的前级电路进行排查。在通电的情况下,采集他激振荡模块中三极管VT07、VT08、VT09、VT10的输出波形,发现PNP型三极管VT08的b、e、c脚均有波形输出,而VT07、VT09、VT10的b、e脚有波形输出,c脚无波形输出；不通电情况下测量三极管的导通压降正常,将异常三极管拆卸后进行测量,发现VT07、VT09、VT10不导通,经确定由于该部分电路存在外电路,导致不通电时三极管压降无异常而误认为正常,故判断三极管VT07、VT09、VT10故障。

更换三极管VT07、VT09、VT10后用万用表测量,三极管压降正常,对连接电缆通断情况进行检查,检查无异常后对二次电源进行加电测试,测试结果如图13所示,电压输出正常。

2.2 三相电超差、27V加温电流不稳定

用中频组件检测系统对产品的惯性测量分组件进行测试,陀螺不能正常工作。拆下惯性测量分组件的二次电源,用控制组合电路板测试台单独对惯性测量分组件二次电源进行供电测试,该二次电源在正常输入DC 27V电压时,三相电中有一相输出超差,且27V加温电流跳动频率过快。根据电路原理分析可知：1）陀螺电源逆变器板是把+27V直流电压变成三相22V/1200Hz的交流电,经差分限幅电路分别输出A、B、C三相交流电压,向惯性测量分组件的三轴陀螺组合供电,此板故障将导致三相电输出超差；2）陀螺电源逆变器板所需+27V直流电、供电路板上器件工作的+5V电压均来自陀螺线路供电电路板,若陀螺线路供电电路板故障,输出信号不合格,可能造成27V加温电流不稳定,同时也会使陀螺电源逆变器板的输入输出均不合格,从而影响三相电输出。

对连接电缆通断情况进行检查,无异常后对二次电源进行加电测试,用示波器采集陀螺电源逆变器板他激振荡电路的输入端即移位寄存器的输出端信号,输出波形正常,说明时钟源、计数器、ROM、移位寄存器正常。对该振荡电路输出端的三极管（VT01、VT02、……、VT06）在不通电情况进行测量,测量结果如表1所示。

通过对比发现表1中PNP型三极管VT03、VT04的cb和ce间的压降与其他三极管相比均不正常,因此判断三极管VT03、VT04故障。更换PNP型三极管VT03、VT04,用万用表测量更换后三极管压降,如表2所示,测量正常后对连接电缆通断情况进行检查,无异常后对电源盒进行加电测试,三相电输出正常。

表3 不同产品同一型号二极管压降比较

表4 更换后不同产品同一型号二极管压降比较

27V加温电压由外部供给,经过陀螺线路供电电路板块,参与电压的变换后供给陀螺电源逆变器板。在不通电的情况下测量陀螺线路供电电路板块与27V加温电压有关的整流滤波电路中二极管VD29、VD30,与其他同类型正常二极管比较,结果如表3所示（编号1和2为正常产品,编号3为故障产品）。从表3中可以看出,故障产品的VD30压降过大,因此判断二极管VD30故障。

更换二极管VD30,用万用表测量更换后二极管压降,如表4所示（编号1和2为正常产品,编号3为修理后故障产品）,测量正常后对连接电缆通断情况进行检查,检查无异常后对二次电源进行加电测试,+27V加温电流为0.509A,输出稳定。

3 总结

通过对二次电源进行数据采集、电路图测绘等工作,对每个电路板块工作原理进行了分析,理清了其与外部电路的关系。针对二次电源的典型故障进行分析、定位及深度修理,降低了该类产品的修理成本,提高了修理效率,解决了修理难题。要注意的是,二次电源故障可能并非其自身原因,与其相关联的用电单元有密不可分的关系,在修理二次电源的同时,应检查与二次电源相关联的电路、元器件是否存在故障,确定指标都达标后再与二次电源一起通电使用。

[1] 赵涛,张春晓.空空导弹电源系统的现状与未来[J],科技信息,2011 (16) :376-377.

[2] 赵磊.三相逆变陀螺的研究与设计[D].哈尔滨工程大学.2004.