引言

數(shù)控電源電路是廣東省中職學(xué)校技能大賽電子產(chǎn)品裝配與調(diào)試項目的競賽電路。

該項目的競賽內(nèi)容有三大部分，其中第二部分內(nèi)容就是按照任務(wù)書中電子產(chǎn)品和功能電路的原理圖，在賽場提供的電路板（PCB板）上焊接及安裝電子元器件和功能部件，完成電子產(chǎn)品的裝配，同時在PCB板上設(shè)置了兩個故障，競賽選手排除故障后完成檢修報告，并進行有關(guān)參數(shù)的測量，性能的測試，編制工藝卡片。

一、數(shù)控電源電路分析

1.數(shù)控電源電路原理圖

數(shù)控電源電路的主要包括以IC6為核心的單片機控制電路，單片機芯片中巳寫入程序，控制外圍功能電路。電路包括有：給自身工作供電的電源電路；MCU控制電路；液晶顯示電路；PWM控制輸出恒定電壓電路；輸出電流采樣電路；輸出電壓采樣電路；過流報警電路等部分。

2.數(shù)控電源電路的工作原理及功能介紹

數(shù)控電源電路的工作原理如下：電路接上交流12V×2電源，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出20.1V、+5V直流電壓，再經(jīng)IC4（小功率極性反轉(zhuǎn)電源轉(zhuǎn)換器），產(chǎn)生-5V直流電，20.1V和-5V為IC5（LM324）四運算放大器供電，+5V為芯片及外圍功能電路供電。單片機芯片腳輸出一個PWM信號，經(jīng)過低通濾波之后，在運算放大器“+”輸入端行成一個與PWM信號占空比成正比例的電壓，而輸出電壓就等于四倍的該電壓，并且他們之間的比例可以通過改變R14和R15的阻值而改變；另外單片機芯片腳輸出的JK信號，使VT1導(dǎo)通，繼電器通電，觸頭動作，使整流的輸入交流電從單12V轉(zhuǎn)換成雙12V;單片機芯片①腳輸出過流報警信號。

數(shù)控電源電路的功能包括以下：

（1）LED1為+24V電源指示燈；

（2）6個按鍵設(shè)置電路的工作狀態(tài)：分別是S1（LOCK）鍵按下后可以鎖定鍵盤和取消鎖定（每按一下，改變一次狀態(tài)）；

S2（OUT）鍵可以打開和關(guān)閉輸出電壓（每按一下，改變一次狀態(tài)）；V+和V-鍵，在打開輸出電壓的情況下，分別用來調(diào)大和調(diào)小輸出電壓；

I+和I-分別用來調(diào)大和調(diào)小輸出電流；

（3）LCD1液晶顯示器顯示歡迎界面、輸出電壓大小、電路當前工作狀態(tài)、輸出電流及保護電流等信息；

（4）V+和V-兩端可以輸出0~17.8V左右的直流可控電壓；

（5）電路還具有過流報警功能，當輸出電流超過設(shè)定的保護電流時，B1蜂鳴器響一次，并且LED2指示燈亮一次，同時輸出電壓自動關(guān)閉。

二、數(shù)控電源電路競賽故障分析

在技能競賽中，賽場提供的數(shù)控電源電路的PCB板中，已經(jīng)設(shè)置了兩個故障，學(xué)生在競賽中需排查故障，使整個電路能正常工作。同時還要書寫檢修報告，檢修報告分故障現(xiàn)象；檢測過程；故障點；故障排除四個方面來寫。

賽場提供的PCB板中，設(shè)置的第一個故障點為IC2到IC3的連接導(dǎo)線斷開。

（1）故障現(xiàn)象是接入雙12V交流電源后，LED1指示燈亮，按下任一按鍵后，整機沒有反應(yīng)，液晶顯示屏不亮，V+和V-兩端之間沒有輸出。

（2）檢測過程：在檢修時，我們要根據(jù)故障現(xiàn)象，對電路原理進行分析，整個電路的功能主要由單片機芯片IC6控制，根據(jù)按下任一按鍵后，整機沒有反應(yīng)這一故障現(xiàn)象，我們大致可以判斷出應(yīng)當是芯片工作不正常，用萬用表測量芯片的供電腳，沒有電壓，再往前測IC3的③腳，也沒有輸出電壓，再測IC2的③腳，有20V的電壓輸出，而測量IC3的①腳，沒有電壓輸入，由此可以判斷IC2的③腳與IC3的①腳之間的線路開路，斷電后再用萬用表的電阻檔仔細檢查，可以發(fā)現(xiàn)，IC3的①腳的焊盤與導(dǎo)線開路。

（3）故障點就是IC3的①腳的焊盤與導(dǎo)線開路。

（4）故障排除：用導(dǎo)線將IC2的③腳與IC3的①腳連接，再開機后，用萬用表測量IC3的③腳電壓，有5V電壓輸出，液晶顯示屏也可以點亮，V+和V-兩端之間也有電壓輸出。第一個故障點排除。

第二個故障點設(shè)置在單片機芯片的腳至VD2的正極之間。

（1）故障現(xiàn)象是“V+”和“V-”之間的輸出電壓明顯偏低。

（2）檢測過程：通電后，按下S1鍵，鍵盤解鎖，按下S2,打開輸出電壓，按下V+鍵，輸出電壓會不斷增加，但最多到13V左右，就不能再往上增了。根據(jù)故障現(xiàn)象分析，問題可能出在兩個部分，一是微處理部分，二是整流輸出部分。再做進一步的檢查，發(fā)現(xiàn)輸出電壓要以增加，液晶顯示屏也顯示正常，說明微處理器工作正常，懷疑問題是在整流電路部分，用萬用表檢查橋堆的的輸出直流電壓，約有17V左右，明顯偏低，這個就是整機電壓偏低的主要原因，再檢查加在橋堆上的交流電壓，只有12V,這說明繼電器沒有吸合，首先確認繼電器電路、器件沒有故障，再測IC6的腳，有高電平輸出，再測VD2的正極，沒有高電平，根據(jù)分析判斷，故障應(yīng)該在IC6的腳到VD2的正極之間，因為VD2沒有高電平，三極管VT1就不能導(dǎo)通，繼電器線圈也就不能得電，導(dǎo)致雙12V交流電不能加至橋堆的輸入端，引起輸出的直流電壓明顯偏低。

（3）故障點：斷電后，用萬用表檢查PCB板的線路，發(fā)現(xiàn)C6的腳到VD2的正極之間有一個通孔不通。（4）故障排除：用導(dǎo)線將IC6的腳和VD2的正極連接后，通電開機，輸出電壓正常，故障排除。

三、數(shù)控電源電路競賽故障設(shè)置的合理性分析

賽場提供的電路PCB板上設(shè)置的故障，第一個屬于電源性故障。我接觸了很多中職學(xué)校技能大賽的電子產(chǎn)品裝配與調(diào)試的電路，這些電路絕大多數(shù)都是由單片機芯片控制，具有一定實際功能、但輸出負載較小的電路，常見的競賽電路中的電源電路一般由變壓器、全波整流、濾波、分壓、穩(wěn)壓后提供±5~24V的直流電壓，然后供給單片機、傳感器檢測、輸出顯示或控制部分。有部分電源電路還在主電源和負載之間加上一些控制電路，如繼電器控制、觸發(fā)器控制等，如2010的國賽的定額計數(shù)器電路就比較典型。

維修電源性故障，是我們作為一個電子產(chǎn)品維修工應(yīng)當具備的基本技能之一，不論電源性故障設(shè)置有哪個位置，故障現(xiàn)象都是很明顯的，我們在訓(xùn)練學(xué)生維修故障時，只要對電源電路的各部分電路詳細講解，學(xué)生徹底理解電路原理后，對這一部分電路的故障檢修應(yīng)當能熟練掌握，所以這個故障點的設(shè)置我認為是非常合理的。

數(shù)控電源電路PCB板中設(shè)置的第二個故障是IC6的腳到VD2的正極之間有一個通孔不通。電路正常情況下，IC6的腳輸出一個高電平，通過VD2送到三極管VT1的基極，VT1飽和導(dǎo)通，繼電器線圈通電，同時其觸頭改變狀態(tài)，使輸入的交流電從單12V轉(zhuǎn)換為雙12V,雙12V經(jīng)整流、濾波、控制后，即可輸出0~17V左右的恒定電壓。從理論分析的角度來講，這個故障的設(shè)置也是沒問題的，但在實際應(yīng)用中還是存在問題的。我指導(dǎo)的學(xué)生在該年參加省的技能大賽，雖然獲得一等獎，但成績與前兩位的同學(xué)相比，差距還是明顯的。賽后，我與學(xué)生總結(jié)討論時，學(xué)生告訴我一個問題，就是學(xué)生把兩個故障都排除了，但電路功能并沒有完全實現(xiàn)，輸出受控制的直流電壓最多升到13V左右，實際上就是第二個故障的功能障礙并沒有完全排除。當時我也分析不到原因所在。競賽完后一段時間，市面上有了這套數(shù)控電源電路的套件出售，我買了六套，既給學(xué)生訓(xùn)練，同時我也研究當時省賽的學(xué)生所出現(xiàn)的問題。

購買的電路套件，在裝配好并排除故障后，通電測試，其中也有兩套出現(xiàn)了與學(xué)生競賽時相同的問題，用導(dǎo)線將IC6的腳和VD2的正極連接后，通電操作，也沒聽到繼電器的吸合聲，導(dǎo)致輸出電壓不足。我仔細研究分析電路，查找有關(guān)資料，分析有關(guān)元件的參數(shù)，我認為可能存在的幾個原因：

（1）電路 中有關(guān)元件的參數(shù)設(shè)置不合理；

（2）三極管VT1飽和導(dǎo)通程度不足，壓降過大；

（3）就是電路中選用的電磁繼電器額定負載電流偏大，而芯片IC6 腳輸出的JK信號功率偏小，導(dǎo)致繼電器的吸合不靈敏。我在出現(xiàn)問題的兩套電路套件通電時，給VD2的正極額外加一個+5V信號，發(fā)現(xiàn)幾乎每次都能聽見繼電器的清脆的吸合聲，電路的功能也都能全部實現(xiàn)，由此我認為技能大賽所提供的數(shù)控電源電路PCB板中所設(shè)置的第二個故障，它存在著一些不穩(wěn)定因素，它的合理性也還是值得商榷的。

四、自制數(shù)控電源電路PCB板的故障設(shè)置

為了在平時的訓(xùn)練中按照我的思路訓(xùn)練學(xué)生，同時也增加我教學(xué)上的一些素材，每年我都會制作一些電路的PCB板，并按照我的設(shè)想，在PCB板中設(shè)置兩到三個故障。

我使用Protel 2004軟件，繪制了數(shù)控電源電路的原理圖及PCB板圖，PCB板圖如圖2所示。

考慮到電路的對比性及合理性，自制PCB板時，我盡量做到元件的布局與原板一致，但在故障設(shè)置上有所區(qū)別。

這一次制作的數(shù)控電源電路的PCB板，我將第一個故障設(shè)置在VD5的負極到IC2的②腳之間，他們之間的連線斷開時，三端穩(wěn)壓集成就沒有了基準電壓，輸出腳也就沒有電壓輸出，IC3也就沒有了5V輸出，單片機沒有了5V電壓供電，整機也就不能正常工作，這個故障設(shè)置對訓(xùn)練學(xué)生的排除故障的能力，是非常有幫助的。

第二個故障，我設(shè)在單片機芯片IC6的腳與R5、R6的連接端。按照電路的工作原理，IC6的腳輸出的是一個占空比可調(diào)的PWM信號，當腳輸出不同占空比的PWM信號時，V+和V-端輸出的電壓也不同。圖3所示的就是當輸出電壓為5V和15V時，PWM信號的波形圖：

在檢測故障時，首先用萬用表測量IC6 腳的電壓，它是一個受按鍵V+、V-控制的、在0~5V之間變化的電壓，當PWM信號不能送至TP10時，在IC5（LM324四運放）的⑥腳就不能形成一個與PWM信號占空比成正比例的電壓，也就是在輸出端不能輸出一個受控制的，在0~17V可變的恒定電壓。學(xué)生在排除故障時，要求學(xué)生對整個電路的工作原理非常熟悉，要清楚知道各個控制信號的作用，各個信號的走向，這個對于訓(xùn)練學(xué)生分析電路，排除故障，是非常有幫助的。同時也克服了競賽電路PCB板設(shè)置的第二個故障存在的不確定性和不穩(wěn)定性。

五、結(jié)束語

綜上所述，我在指導(dǎo)學(xué)生技能訓(xùn)練的過程中，積累了一定的實踐經(jīng)驗，查閱了大量的技術(shù)書籍，認真、詳細分析在學(xué)生訓(xùn)練過程中所出現(xiàn)的一些問題，并能夠運用實踐上的經(jīng)驗，解決一些技術(shù)問題，逐步提高學(xué)生的技能水平，以參加全國技能競賽并獲得好成績?yōu)槟繕?，在以后的學(xué)習中，不斷的努力訓(xùn)練，積極探索。