百超激光切割机系统频繁蓝屏故障维修

王大勇

（恒天重工股份有限公司，河南 郑州 450001）

百超激光切割机系统频繁蓝屏故障维修

王大勇

（恒天重工股份有限公司，河南 郑州 450001）

介绍 DC-DC转换器在电气控制电路里的运用与故障查找。

激光切割机；系统蓝屏故障；通讯中断；DC-DC转换器

1 设备名称

瑞士百超 BYLAS 4020-3激光切割机，1993年购买。

2 设备系统组成

操作系统为 386XT工控机，DOS操作系统，机床控制系统为 N80C286单片机单元。

3 设备系统工作原理

设备上电由工控机 DOS操作系统引导通过 232通讯接口和单片机建立连接，将机床控制系统及操作面板功能导入工控机进行设备操作与编程，此时系统显示器显示机床控制系统处理信息。

4 故障现象

设备运行中出现操作反应迟缓直到系统操作无反应或系统上电工控机DOS系统引导完成后系统蓝屏，操作无反应。

5 检修过程

根据故障现象首先怀疑 386XT工控机性能不良，检查了计算机电源，电源各种电压正常连接可靠，电源带负载能力正常。又检查了内存、接口板、硬盘、显卡并对计算机进行了全面保养，试机故障依然存在。

反复观察系统启动蓝屏及运行中操作迟缓故障过程，感觉故障可能在单片机单元，将单片机单元框架中 CPU板拔下，对板上芯片对比芯片图纸反复测量未发现明显问题，因为故障现象时有时无，在找不到故障芯片的情况下，根据单片机工作原理结合故障现象分析可能是在数据传输环节的相关芯片存在性能不良，先后更换了 SAB8286A(8位总线数据收发 )、SAB8287A(8位总线数据收发 )、SAB8282A（8位数据锁存器）、SAB8283A（8位数据锁存器）等芯片，但故障依然存在。此时也感觉怀疑式的更换芯片盲目性太大，准确率太低。

因此重新回到故障发生时系统状态指示灯变化的观察过程中，根据设备正常时和故障时 CPU板的工作指示灯状态，断开工控机和单片机的 232串口通讯电缆，发现 CPU指示灯状态和故障时一样，分析问题可能会出现在工控机、单片机单元或两者的通讯环节。

首先单独运行工控机，在 DOS系统下反复操作计算机，计算机运行正常，说明工控机无故障。断开232串口通讯电缆单独观察单片机单元启动过程，观察CPU板工作指示灯，上电 CPU板指示灯闪烁正常直到工控机DOS系统引导完成该加载机床控制系统时，CPU状态指示灯停止在故障状态（实际是 CPU等待工控机应答），就此可分析为单片机单元基本正常，问题可能出在工控机和单片机的通讯环节上。因为工控机DOS系统引导完成后需要加载机床控制系统数据时，数据丢失，此时显示器无信号即表现为蓝屏，工控机因为要在DOS平台上运行机床操作系统，因通讯断开所以系统操作无反应。

检查 232串口通讯电缆及接口无异常，那问题就可能出在通讯数据发送和接收电路上，通过工控机 232串口通讯接口顺电缆查找单片机通讯接口，接口在单片机CPU板上，在无系统电气图纸的情况下顺接口引脚查找数据发送和接收控制芯片，了解到 CPU板发送、接收控制电路由 2片 MAX232N串口数据收发器及 4片HCPL2630光电耦合器芯片组成。静态测量芯片无异常，在 MAX232N芯片供电 16脚 VCC和 15脚 GND引脚上焊接延长线引出，上电测量其工作电压，发现一块电压为 DC2.4V，应该在 DC5V左右，显然不正常，此板故障表现为蓝屏。另一块 CPU板备件上电测量电压从DC4.94V逐步衰减到 0V，此板故障表现为系统操作反应迟缓直到操作无反应。到此故障原因找到为 232串口通讯电路供电异常。图1为实测工控机与单片机数据交换控制电路。

通过 CPU板 232串口通讯供电电路分析，供电由 IBEK 5 ICR 1-05-N DC-DC转换器模块提供，其作用是将 CPU板 DC5V系统供电转换成 DC 5V供232串口通讯电路单独使用，同时结合 HCPL2630光电耦合器实现工控机与单片机的电气隔离。网上检索此DC-DC转换器模块电气参数为 5V、1W、200mA，将DC-DC转换器模块拆下单独带假负载（1W,30欧电阻）通电测量，现象和现场测量结果一致，结论为性能下降，已损坏需更换。

图1 实测工控机与单片机数据交换控制电路

IBEK 5 ICR 1-05-N DC-DC转换器模块属瑞士品牌现在已无法购买到，根据其电气参数参照国内现有器件选择了 Otte B0505S-1W 替代，器件安装无误后上电实测电压稳定在 4.97V，达到器件工作要求，上机验证，设备恢复正常。到此两块CPU板修复。

6 DC-DC转换器概述

通过这次 CPU板故障维修及查阅资料了解了DC-DC转换器的工作原理、结构及在电子电路中的运用原理。

DC-DC转换器是将直流输入电压通过脉冲调制后输出不同直流电压等级的电压转换器，俗称开关电源。DC-DC转换器分为升压型、降压型及多级正负电压型。DC-DC转换器是由控制芯片、电感线圈、二极管、场效应管及电容构成，图2是一典型的电感降压式DC-DC转换器原理图。

图2 电感降压式 DC-DC转换器原理图

图2 中，VIN为输入电压，VOUT为输出电压，V为P沟道场效应管，L为储能电感，VD为续流二极管，C为滤波电容，R1、R2为分压电阻，在 R1和 R2之间取分压误差反馈信号 FB，FB信号经控制电路处理，动态调节场效应管触发脉冲使VOUT输出电压稳定在设定值。

降压式DC／DC转换器的基本工作原理是场效应管在控制电路触发脉冲控制下工作在开关状态。场效应管导通时，VIN经场效应管调制输出脉冲电压、储能电感L和电容C构成回路，充电电流不但在C两端建立直流电压，而且在储能电感L上产生左正、右负的反向电动势；场效应管截止期间，由于储能电感L中的电流不能突变，所以，L通过自感产生右正、左负的脉冲电压。于是，L右端正的电压→滤波电容C→续流二极管VD→L左端构成放电回路，放电电流继续在C两端建立直流电压，C两端获得的直流输出电压VOUT为负载供电。因此，降压式 DC-DC转换器产生的输出电压不但波纹小，且场效应管的反峰冲击电压低。

其工作原理按脉冲调制方式分为两种。

PFM（脉冲频率调制方式）：此方式是在脉冲宽度一定，通过改变脉冲输出时间，使输出电压达到稳定。

PWM（脉冲宽度调制方式）：此方式是在脉冲频率一定，通过改变脉冲宽度，使输出电压达到稳定。

PFM脉冲调制方式在小负载时具有耗电小的优点。PWM调制方式转换效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PWM/PFM复合型在小负载时实行 PFM控制，在重负载时自动转换到PWM控制。

经过对 DC-DC转换器的理论学习结合这次DC-DC转换器故障现象，分析造成故障的可能原因为元器件效率降低。（1）控制芯片热稳定性能下降，可能会导致触发脉冲幅值不够或逐渐衰减，致使场效应管输出下降或截止。（2）调制场效应管性能下降，直接导致输出降低或不工作。（3）输出电容容量降低或漏电，会造成负载能力差或无输出。

7 结语

在设备电气维修中首先要了解设备系统工作原理，功能组成，在没有系统资料的情况下，要认真耐心观察故障过程，分析故障时各功能部分当前的运行状态，根据故障现象用排除法划分故障区域。在维修电路板时不可盲目更换没有确诊损坏的器件，尽可能测绘故障部位电气原理图，分析工作原理，做好观察分析记录，同时要注重查阅相关资料，做到更换一个损坏器件学习了解一块电路的功能与设计，从而积累知识，丰富维修经验和提高分析判断问题的能力。

[1]《中国集成电路大全》编写委员会 .微型计算机集成电路 [M].国防工业出版社.

[2] 周立功单片机，网站：http://www.zlgmcu/on/dc-dc.asp.

[3] 电子市场联盟，网站：http://pdf.cecb2b.com.

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1671-0711（2017）07（下）-0046-02