GC-14B型色譜儀5V電源電路的代換分析

查 南（金陵石化烷基苯廠質(zhì)檢中心，江蘇南京,210000）

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GC-14B型色譜儀5V電源電路的代換分析

查 南
（金陵石化烷基苯廠質(zhì)檢中心，江蘇南京,210000）

摘要：一臺價值16萬元的進(jìn)口色譜儀的5V開關(guān)電源板發(fā)生故障，為了節(jié)約成本和時間，決定用廢舊儀器上的5V開關(guān)電源板代換故障電源板。為此提出了三種代換方案，最后經(jīng)過分析比較，確定用自動餾程儀的5V開關(guān)電源板進(jìn)行代換是最佳方案。這樣的代換，既節(jié)省了購買進(jìn)口電源板的昂貴費用，又能使色譜儀迅速恢復(fù)正常，同時也為今后大型儀器電源的維修代換提供了新思路和新途徑。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電路；代換分析；5V電源；PWM方式

0　引言

目前，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，分析儀器自動化程度越來越高，因此，分析儀器對各類電源的要求也更高，特別是自動化程度高的分析儀器,普遍的帶有CPU處理器和單片機(jī)，其中的5V電源既是這類儀器的啟動電源和待機(jī)電源，也是單片機(jī)和數(shù)字電路中的輸入電源，這使得5V電源成為這類儀器不可缺少的重要電源之一。由于開關(guān)電源具有體積小﹑重量輕﹑效率高﹑性能好等特點，近年來開關(guān)電源已廣泛地應(yīng)用到了各類自動化程度高的分析儀器中。

1　色譜GC-14B的5V開關(guān)電源故障的分析

近期，本部門一臺價值為16萬元的日本島津色譜GC-14B發(fā)生故障，現(xiàn)象是: 開機(jī)正常，但在啟動加熱和橋流程序時會停機(jī)，重新開機(jī)后，再啟動加熱和橋流程序時，仍然會停機(jī)，色譜儀無法使用。由于該色譜儀每天都要分析樣品，所以急需找出故障原因并加以解決。檢查原因前，讓我們先了解一下島津色譜GC-14B的板路結(jié)構(gòu)。

1.1色譜儀GC-14B主板框圖

從圖1-1主板框圖可知，日本島津的GC-14B色譜儀主要由三大電路板組成，它們分別是主電源板﹑CPU主板和TCD橋流板，外帶一塊小板，即5V開關(guān)電源板。其中主電源板把220V輸入轉(zhuǎn)化為多路110V（日本交流電本身是110V，不需要轉(zhuǎn)換電源板）供其他板路電源輸入，包括5V開關(guān)電源輸入。TCD橋流板中的恒流源等是通過CPU主板提供的。

1.2故障判斷

啟動后關(guān)機(jī)故障檢測流程圖如下圖1-2

通過流程圖可以判斷主板和橋流TCD板有無故障，確定是5V開關(guān)電源板有故障。該電源板為日本原廠生產(chǎn)，110V電壓輸入，輸出為5V，2A。為了測量供電電流，先對比測量了另一臺正在使用工作正常的GC-14B色譜的5V電源。當(dāng)去掉TCD板時啟動電源，5V電源的輸出電流為670mA，接上TCD板啟動時輸出為890mA；而把這塊有故障的5V電源板去掉橋流TCD板時，啟動電流為680mA，接上TCD板時，5V電源板無輸出。至此判定故障原因是：開關(guān)管性能下降，致使加入負(fù)載TCD板后，開關(guān)管電流變大過載，出現(xiàn)過流保護(hù)，因此保護(hù)后開關(guān)電源停振，使5V電源輸出為0V，儀器停機(jī)。由于生產(chǎn)急需色譜儀，所以需要盡快對該故障的5V開關(guān)電源板采取措施，使儀器恢復(fù)正常。

圖1-1　色譜GC-14B結(jié)構(gòu)框圖

圖1-2　故障檢測流程圖

2　5V電源板代換的選擇

2.1島津色譜儀5V開關(guān)電源的工作原理

開關(guān)電源是直流電壓轉(zhuǎn)直流電壓，即DC/DC。它一般分脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制2種。目前多數(shù)采用脈沖寬度調(diào)制又稱PWM,,調(diào)整改變占空比來控制開關(guān)管的通斷時間,從而實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。它與帶有調(diào)整管的線性穩(wěn)壓電源比較，開關(guān)電源具有體積小﹑工耗少﹑降壓大﹑成本低等特點。

2.2代換5V電源的三種方案分析

由于開關(guān)電源有功耗小﹑效率高﹑ 體積小﹑重量輕﹑穩(wěn)壓范圍寬等優(yōu)點，所以目前除音響等仍采用線性穩(wěn)壓電源外,儀器電源基本都采用開關(guān)型電源。因此從色譜電源板原理和特點得出：第一，本次代換的電源必須是開關(guān)型電源，第二，電源的輸出電流不小于2A。第三，由于色譜儀精密度高，電源板要具有抗干擾性及減少噪音的特點。下面提出了三個備選方案。

2.2.1 方案一：用報廢計算機(jī)電源代換

計算機(jī)ATX開關(guān)電源電路的組成按功能分為：輸入整流濾波電路、高壓反峰吸收電路、輔助電源電路、脈寬調(diào)制控制電路、PS信號和PG信號產(chǎn)生電路等。由紫線連接的+5VSB是供主機(jī)系統(tǒng)在ATX待機(jī)狀態(tài)時的電源，同時也是開啟和關(guān)閉自動管理模塊及其遠(yuǎn)程喚醒通信聯(lián)絡(luò)電路的工作電源 ，在待機(jī)及受控啟動狀態(tài)下，其輸出電壓均為5V高電平，即它在接通220V電源時就有了5VSB輸出(紫色線9腳引出)。而且，在ATX電源標(biāo)示的參數(shù)中可知5VSB是輸出電流2A，符合色譜儀的5V電源的代換要求，是備選方案之一。

2.2.2 方案二： 用已淘汰的針式打印機(jī)電源代換

早期常用的EPPSON LQ-1600KIII 針式打印機(jī)，現(xiàn)已淘汰不用，其中儀器電源可以使用。針式打印機(jī)電源電路主要由整流濾波電路、浪涌抑制電路、主開關(guān)電路、+35V/+5V穩(wěn)壓電路等組成。開機(jī)后有兩路工作電壓輸出：一路是高壓電源，為打印頭驅(qū)動、字車電機(jī)驅(qū)動、走紙電機(jī)驅(qū)動等供電壓35V，一路主要為主板邏輯電路和操作面板指示燈供電的開關(guān)電源5V。我們代換需要的只是5V開關(guān)電源這一路,該路電流參數(shù)為2A，也符合色譜儀的5V電源的代換要求，也是備選方案之一。

2.2.3 方案三： 用報廢的自動餾程儀上的5V電源代換

本部門的分析儀器如紫外儀﹑原子吸收儀﹑熒光儀及自動流程儀等都是由單片機(jī)控制的儀器，具有5V電源（CPU電路和單片機(jī)中都有5V電源）。但紫外儀﹑原子吸收儀﹑熒光儀都只有一臺且在使用中，不能用于代換。而部門里有4臺全自動餾程測定儀JSR，其中一臺今年已報廢，5V電源板可以利用。經(jīng)查，由于此臺自動餾程儀JSR1016，具有溫度控制﹑視頻自動跟蹤及出餾點等復(fù)雜控制系統(tǒng)，所以主控板上有兩個處理器系統(tǒng)，分別是20腳的AT89C2051單片機(jī)和40腳的增強型單片機(jī)w77e058a40dl。所以，廠家專門為此配了一塊單獨的5V開關(guān)電源，以滿足需要。這臺報廢的自動餾程儀5V開關(guān)電源板完好，其標(biāo)注為輸入電壓范圍在85V-220V之間，輸出為5V，3A，板路也具有一定的抗干擾性，符合代換條件。

3　選擇最佳方案的過程和結(jié)果

三種開關(guān)電源都符合的代換基本條件,但為了選擇出最佳方案，需先對三種開關(guān)電源利弊進(jìn)行分析。

3.1三種電源板代換的利弊分析

從利弊對比分析（表3-1）可知, 用自動餾程儀的5V開關(guān)電源的代換顯然比ATX電源和針打電源更合適。所以本次決定采用餾程儀的5V開關(guān)電源代換色譜儀電源。然而，自動餾程儀的5V開關(guān)電源雖然基本符合代換要求,但島津色譜原裝進(jìn)口的5V開關(guān)電源是110v輸入，而自動餾程儀是國產(chǎn)電源板，其輸入電壓范圍在85V～220V之間。如果直接接入110V（可能有盲區(qū)），是否能穩(wěn)定線性輸出5V電源而不在電壓盲區(qū)中呢？為此需要進(jìn)一步對該自動餾程儀的5V開關(guān)電路進(jìn)行分析。

表3-1　三種電源板比較表

3.2自動餾程儀5V電源PWM的穩(wěn)壓方式分析

該全自動餾程儀的5V開關(guān)電源是由單片開關(guān)電源集成電路組成PWM，單片開關(guān)電源集成電路具有著高集成度﹑高性價比﹑最佳性能指標(biāo)的優(yōu)點。PWM方式有固定開關(guān)頻率，省去了單獨開關(guān)管，集成開關(guān)電源大多采用這種方式。從電源穩(wěn)壓角度分析：該電路精確度比色譜5V電源電路高。

3.3自動餾程儀5V電路與色譜5V電路分析比較

從表3-3可以看出，自動餾程儀的5V電源比色譜5V電源性能更優(yōu)越，所以，完全符合色譜儀的5V電源代換要求。

表3-3　色譜儀與餾程儀的5 V電路比較表

3.4實施代換的結(jié)果

經(jīng)過稍加改裝，自動餾程儀5V開關(guān)電源已裝在色譜儀后部原來位置，板子的形狀﹑大小不影響色譜儀GC-14B的其它電路和單元，接線及電壓也不用轉(zhuǎn)換。經(jīng)測，當(dāng)去掉TCD板啟動時，

5V電源板的電流為670mA，當(dāng)接上TCD板啟動儀器全部程序時，測量該板電流為880mA，完全符合要求，色譜儀已正常使用，5V電源板代換完成。

4　小結(jié)

本次通過分析計算機(jī)ATX電源﹑針式打印機(jī)電源和餾程儀電源三種5V電源的工作原理，選則代換GC-14B色譜中已發(fā)生故障的5V電源，通過利弊分析，及控制方式PMW等的比較，最終得出餾程儀電源有工作穩(wěn)定﹑輸入范圍寬等優(yōu)點，成功代換了色譜5V電源。這樣用廢舊儀器的電路板做代換， 既節(jié)省了采購昂貴的進(jìn)口電源板成本，又能節(jié)約采購和維修時間，使分析工作得以及時順利進(jìn)行。同時，已知這三種電路的5V開關(guān)電源的工作過程，對今后代換大型自動化分析儀器如原子吸收儀﹑色譜儀﹑紫外分光儀﹑閃點儀等，帶來了維修代換上的新思路和新途徑。

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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