ARL4460直读光谱仪负高压板常见故障及处理方法

杨忠平

(本钢板材股份有限公司检化验中心 辽宁本溪 117000)

ARL4460直读光谱仪负高压发生器是仪器运行的关键元器件，也是比较容易出故障的器件。更换原厂的负高压发生器，价格昂贵(约两万人民币左右)。此文通过对高压发生器构成、原理和电路进行浅析，把日常易出现的故障及处理方法进行阐述，希望能给ARL4460直读光谱仪用户开展维修带来一定的启发和帮助。

1 负高压发生器构成

负高压发生器由一块HVPS板和一个继电器组成。电路板包括变压器、电感器、继电器、电容器、集成电路、电源开关、场效应管、可调电阻、接插件等元器件组成，具体元器件布局图如下图1。

图1 负高压发生器元件布局图

主要元器件注释：

XP—接插件；S1—电源开关；L2—-1000V滤波电感；T—高频变压器；RY1、RY2—继电器；IC1、IC2—脉冲发生器，运放；Q1、Q2、Q3—场效应管；C25、C26、C27、C28— -1000V滤波电容；C22、C24—+24 V滤波电容；C2、C4—运放，脉冲发生器滤波电容；P1～P6-1000V，(-800V)，-100V，温度设定等可调电阻。

2 负高压发生器原理简述

负高压发生器由脉冲发生器电路、升压电路、整流输出电路、-1000 V校正电路、超温保护电路和-100 V校正电路共计6部分组成。具体供电电路框图和电路原理框图见下图2、图3。具体六部分组成如下：

图2 负高压发生器组件供电电路框图

图3 负高压发生器电路原理框图

2.1 脉冲发生器电路

脉冲发生器电路由IC1(KA3525A)、1/4 IC2(OP400)、RY1、RY2组成。IC1为专用脉冲发生器集成电路,(KA3525A)功能引脚排列图详见下图4，IC1(KA3525A)内部工作电路原理详见下图5,其功能产生高频脉冲用。IC2(OP400)为四运算放大器，IC2引脚功能排列图详见下图6，其中一个放大器组成IC1辅助电路。RY1继电器用于控制(切换)-800 V输出,RY2继电器用于控制负高压电压低压供电电源(+24 V)，RY2继电器吸合+24 V接通，负高压工作输出-1000 V、-100 V，RY2断开，-1000 V、-100 V无输出。

图4 IC1(KA3525A)功能引脚排列图

图5 IC1(KA3525A)内部工作电路原理图

图6 IC2引脚功能排

2.2 升压电路

升压电路由高频升压变压器T、大功率场效应管Q3及相关辅助元件(高压二极管、高压电容、滤波电容、限流电阻等)组成。T通过升压绕组将高频脉冲低压升至高达1000 V的高频高压供整流输出电路，大功率场效应管Q3(IRFP250)将IC1产生的高频脉进行驱动，以满足高频发生器输出足够的功率，辅助元件组成脉冲吸收抗干扰及限流保护电路。

2.3 整流输出电路

-1000 V，-100 V整流输出电路详见下图7，D13、L2、C27、C28、R45、R46、R47组成-1000 V整流输出电路，D12、C25、C26、R44、D11组成-100 V整流输出电路，T1-2、T1-13为高频升压变压器输出绕组。

图7 -100 V整流输出电路

2.4 -1000 V校正电路

-1000 V校正电路由运放1/4 IC2(OP400)、可调电阻P4、P5及外围电路组成，1/4 IC2(OP400)完成负反馈及取样电路，P4用于校正(调节)-1000V输出电路，P5用于校正-800 V(备用)输出电路。

2.5 -100 V校正电路

-100 V校正电路由运放1/4 IC2(OP400)、场效应管Q2，可调电阻P3及外围电路组成，1/4 IC2(OP400)完成负反馈及取样电路，P3用于校正(调节)-100 V输出电路。

2.6 超温保护电路

超温保护电路由1/4 IC2(OP400)、IC3(REF195)+5 V专用集成电路、IC4(LM35)温度检测专用集成电路、Q1(IRF9520)场效应管、P6可调电阻及外围电路组成，1/4 IC2(OP400)用于温度检测放大，IC3提供稳定+5 V基准电源，IC4为温度传感器，输出随温度变化的电压参数(10 mv/℃)，P6可调电阻用于调节超温保护温度值。

3 负高压发生器常见故障及处理方法

3.1 负高压发生器发热严重

原因:由于长时间工作，高电压导致电路板表面吸附很多细小灰尘，因为没有及时进行清理，易造成散热不好和部分电子器件绝缘下降，电路板内部部分电路可能出现短路状态。

处理方法：根据仪器运行的工作环境，制定相应的除尘计划。工作环境好的每年除尘一次，工作环境较差的每半年或三个月清理一次，可以有效的避免上述情况发生。

3.2 负高压时有时无，导致仪器无法分析

原因：给负高压板供电的+24 V电源输出不稳定；供电的输入继电器触点接触不良；高压板内部分元器件管脚开焊或者电阻老化。

处理方法：对供电的24 V电源进行监测，检查是否存在较大的波动。对输入继电器进行检查，查看是否存在接触不良的情况，通过更换输入继电器进行确认。对电气元件逐个进行排查，发现开焊的焊点重新进行焊接，对部分存在老化的电阻进行更换。

3.3 负高压输出值偏低

原因：部分元件老化，导致模拟量的基准点发生漂移，输出电压偏低。

处理方法：需要对电位器P1～P5进行调整,在调节的过程中对输出电压进行监测，确保达到-1000 V。同时需要定期对负高压进行监测，对老化的元器件及时进行更换。

3.4 负高压无-1000 V输出

(1)出现这种情况首先要检查负高压电路板电源输入情况，24 V电源是否供到负高压板。

①24 V电压未供到负高压板：

原因：输入继电器线圈断路或24 V电源损坏等情况，导致24 V电源无法输入至到电路板。

处理方法：更换输入继电器，检查24 V电源供电情况，保证24 V电源供至电路板。

②24 V电压电压供到负高压板，但无高压输出：

原因：可能是主功率管Q3(IFRP250)损坏，IC1(KA3525A脉冲发生器)损坏，IC2(OP400四运放)损坏，导致保护电路启动，使震荡电路无法工作，所以无法输出高压。

处理方法：依次对上面的三个元件进行检查和替换，找出损坏的元件器。

(2)由于功率管发热严重，散热不好，造成原件管脚焊点开焊。

处理方法：重新处理焊点，对导热硅脂重新进行涂抹，安装散热罩，保证接触良好。

4 负高压发生器日常维护

1.负高压发生器由于产生高压，长期使用会吸附灰尘，因此需要定期对其进行清理，定期对接线端子螺丝进行紧固；

2.定期检查HVPS板上的电解电容，如果发现有鼓包和漏液的情况，要及时更换相同容量的电解电容，及时处理防止使用中突然发生故障。

3.定期更换HVPS板上金属罩下面与功率元件连接处的导热硅脂，功率元件发热量较大，需要良好的散热，否则将影响HVPS板使用寿命。

5 结语

在许多情况下负高压发生器是可以修复的，用国产器件代替后可以正常工作。但替换的元器件需要选用工业级原件，否则有可能因为质量问题导致使用寿命缩短。修理完成后，建议连续监测负高压输出稳定性2～4小时，确保输出稳定再上机进行使用。通过开展备件修复可以大大节约设备运行成本，并减少停机时间，保证检验工作的顺利开展。