電壓浪涌對叉車液晶屏儀表的危害及改進(jìn)方法

汪智

摘要：針對電壓浪涌問題，結(jié)合叉車液晶屏儀表的實際情況，介紹了電壓浪涌所產(chǎn)生的危害；之后根據(jù)叉車液晶屏儀表的故障情況，研究了電壓浪涌危害的改進(jìn)手段，并提出了電壓浪涌抑制機(jī)制。從改進(jìn)效果來看，本文所介紹的方法能夠有效降低電壓浪涌對叉車液晶屏儀表的危害，保證了叉車順利工作，因此具有應(yīng)用與推廣價值。

關(guān)鍵詞：電壓浪涌；叉車液晶屏儀表；浪涌抑制

前言：

在電源系統(tǒng)中的浪涌可以分為電源浪涌與電壓浪涌兩種，其中電壓浪涌較為常見。在現(xiàn)代社會生產(chǎn)中，社會對叉車性能提出了更高的要求。在這種情況下，數(shù)字化儀表在叉車中越來越常見，與傳統(tǒng)儀表相比，數(shù)字化儀表能夠更全面的顯示工作時長、水溫、油量等信息，同時叉車的各類信號的使用頻率高，對儀表性能提出了要求。在本次研究中，本文將結(jié)合電壓浪涌，對叉車液晶屏儀表的故障處理問題做進(jìn)一步研究。

1.電壓浪涌下叉車液晶屏儀表的故障分析

1.1故障現(xiàn)象

某款高端叉車設(shè)有智能液晶顯示屏，顯示屏的使用頻率較高，在對其進(jìn)行電壓浪涌沖擊試驗后，發(fā)現(xiàn)多輛叉車液晶屏儀表出現(xiàn)故障，故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：（1）液晶屏幕的背光無法正常顯示；（2）燃油表、水溫表的指數(shù)顯示不正常；（3）報警燈無法正常亮。

1.2故障排查

針對發(fā)現(xiàn)的三種故障，對叉車液晶屏儀表進(jìn)行排查，檢查結(jié)果顯示，液晶屏儀表的看門狗（電源保護(hù)電路監(jiān)控芯片）、單片機(jī)PIC15f887芯片、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片等出現(xiàn)了損壞，其他功能模塊、軟件等功能沒有受損。針對這種情況，故障排查中的具體檢查結(jié)果為：儀表的主電源、DC5V電源均顯示正常，進(jìn)一步檢查后發(fā)現(xiàn)DC5V電源后端的一部分軟件出現(xiàn)破壞。針對檢查結(jié)果，認(rèn)為電源后端軟件破壞的主要原因是電源干擾，判斷叉車上的干擾信號感應(yīng)到液晶屏儀表電路時沒有被抑制，導(dǎo)致在整個系統(tǒng)中，干擾信號將會持續(xù)的感染DC5V系統(tǒng)，再加之該系統(tǒng)的耐沖性不理想，最終導(dǎo)致了故障發(fā)生。

2.故障驗證與處理

2.1驗證方案

根據(jù)我國《電源線瞬態(tài)傳導(dǎo)干擾抗干擾性試驗》標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合叉車液晶屏儀表的性能要求，設(shè)計了多種條件下的干擾電路，并按照圖1的內(nèi)容進(jìn)行試驗。

按照圖1所的電壓浪涌試驗結(jié)構(gòu)圖，采用正交試驗法進(jìn)行試驗分析，將干擾時間分別控制在100ms、200ms、300ms三個級別，持續(xù)加載干擾電源。試驗過程中注意觀察不同水平電源波峰變化與液晶屏儀表性能展現(xiàn)情況。本次電壓浪涌試驗的最終結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1所反饋的相關(guān)信息科發(fā)現(xiàn)，在本次試驗驗證中，導(dǎo)致液晶屏儀表損壞的主要原因是外部干擾，由于液晶屏電源系統(tǒng)電路沒有對外部干擾信號產(chǎn)生足夠的抑制作用，最終導(dǎo)致干擾信號無法順利的傳遞到DC5V系統(tǒng)中，并且系統(tǒng)所接收到的信號是連續(xù)不穩(wěn)定的，再加之DC5V系統(tǒng)本身較為脆弱，因此在頻繁的不穩(wěn)定干擾信號沖擊下發(fā)生損壞，最終導(dǎo)致故障出現(xiàn)。

在確定上述分析結(jié)果之后，結(jié)合叉車液晶屏儀表本身特征做進(jìn)一步研究。最終結(jié)果認(rèn)為，由于大部分叉車液晶屏儀表均采用可控硅為儀表電源保護(hù)電路，與其他材料相比，可控硅本身存在響應(yīng)速度慢的問題，雖然保護(hù)效果好，但是叉車本身的機(jī)械性能復(fù)雜，在運(yùn)行過程中經(jīng)常會進(jìn)行多種操作，復(fù)雜的操作中所使用的開關(guān)、控制動作多，而這些開關(guān)、控制動作也會產(chǎn)生大量信號，這些信號所帶來的高峰、窄脈沖電壓浪涌多，而可控硅并不具備有效抑制這些電壓浪涌信號的問題，長此以往，導(dǎo)致了電源后端系統(tǒng)破壞，零部件受損，影響了叉車液晶屏儀表的正常使用情況。

2.2處理方法

從上文分析可知，可控硅是導(dǎo)致叉車液晶屏儀表出現(xiàn)故障的最主要原因，針對追問題，結(jié)合相關(guān)資料的研究結(jié)果，決定采用具有更強(qiáng)反應(yīng)速度，并且對浪涌吸收能力強(qiáng)的TVS二極管作為看門狗。與可控硅相比，TVS二極管能夠有效應(yīng)對浪涌沖擊問題，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電源兩端承受高水平能量沖擊時，可以快速將單片機(jī)兩端的阻抗值進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而在一瞬間吸收大量電流，確保單片機(jī)的電壓處在理想狀態(tài)下，避免DC5V系統(tǒng)軟件不會承受瞬間的高電壓沖擊，保證了硬件安全。

在完成更換之后，繼續(xù)按照圖1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行電壓浪涌試驗，所選擇的標(biāo)準(zhǔn)與之前相同，最終的結(jié)果顯示，無論在什么樣的電壓浪涌條件下，叉車液晶屏儀表都沒有出現(xiàn)故障問題，這一結(jié)果說明本文所采用的處理手段具有科學(xué)性。

2.3浪涌抑制

從另一角度來看，除了更換可控硅之外，做好浪涌控制也是降低危害的有效手段。在試驗中發(fā)現(xiàn)，在100ms、200ms、300ms三個級別的電壓浪涌試驗中，叉車液晶屏儀表最多經(jīng)受了5次浪涌，其中浪涌與浪涌之間的間隔時間相對均勻，可以描述為：在設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，電壓突然增大，并且電壓水平逐漸超過設(shè)備的可承受范圍內(nèi)，在電壓浪涌結(jié)束后，電壓恢復(fù)到正常電壓水平，反復(fù)如此。同時，考慮到叉車電壓浪涌不同于其他設(shè)備，針對電壓浪涌問題，需要在短時間內(nèi)疊加在一起的過多能量釋放掉，才能有效降低電壓浪涌所造成的危害。同時，根據(jù)現(xiàn)階段常見浪涌抑制技術(shù)的特征，針對電壓浪涌問題，該技術(shù)主要通過在電壓的方式，依靠電壓源施加過壓浪涌，而在這種浪涌壓制的情況下，短時間內(nèi)叉車電源電阻很低，可能影響車輛正常運(yùn)行[1-2]。

所以針對上述現(xiàn)象，本文決定按照關(guān)斷型過壓浪涌抑制電路原理，在輸入電壓與用電設(shè)備之間串聯(lián)一個可控制的開關(guān)，在正常情況下，輸入電壓正常，那么這個開關(guān)將會處于“開啟”的狀態(tài)；而在電壓浪涌發(fā)生之后，比較器會識別電壓水平，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電壓水平過大，則會立刻關(guān)閉開關(guān)，避免過壓浪涌直接影響液晶屏儀表。但是這種設(shè)計方法也存在一個很明顯的缺陷，就是在關(guān)閉狀態(tài)下會導(dǎo)致液晶屏儀表短時間斷電，影響了叉車使用。為了能夠有效避免這種問題發(fā)生，本文在原有關(guān)斷電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，采用了穩(wěn)壓工作方式，與之前的關(guān)斷式相比，穩(wěn)壓工作方式具有更強(qiáng)的工作能力：當(dāng)線路電壓水平正常時，開關(guān)保持正常狀態(tài)，而在電壓浪涌之后，開關(guān)不會自動關(guān)閉，而是會轉(zhuǎn)入到線性工作區(qū)域內(nèi)，這樣原本很高水平的電壓將會直接作用在可控開關(guān)上，保證相對穩(wěn)定的輸出電壓，進(jìn)而保護(hù)了叉車液晶屏儀表的工作水平[3]。在應(yīng)用該方法時，相關(guān)人員需要關(guān)注的過流保護(hù)與涌浪電流限制等問題，可以嘗試控制不同硬件設(shè)備，將電壓浪涌發(fā)生時的高水平電壓傳送至輸出端，避免電壓浪涌直接沖擊用電設(shè)備。

結(jié)論：

在叉車電路系統(tǒng)問題研究中，電壓浪涌問題一直是相關(guān)人員關(guān)注的重點內(nèi)容，本文針對某款叉車的實際情況，分析了電壓浪涌對叉車液晶屏儀表的危害，并提出了改進(jìn)措施。從相關(guān)措施的實施效果來看，這些措施能夠有效降低電壓浪涌問題對叉車液晶屏儀表的損害，保證了叉車正常運(yùn)行。因此可以認(rèn)為，本文所介紹的電壓浪涌改進(jìn)方法具有可行性，值得在相關(guān)地區(qū)做進(jìn)一步推廣。

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