KFS-1飞控电源多路电压无输出故障诊断与分析

KFS-1飞控电源多路电压无输出故障诊断与分析

展宏图1 ,展翅飞2

1.航空工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安710119

2.航空工业陕西千山航空电子有限责任公司，陕西 西安710119

摘要：本文对KFS-1飞控电源的结构及主要功能进行介绍，在此基础上结合故障案例，重点介绍如何采用故障树分析法对多路电压无输出故障诊断与原因分析，为今后电源定位提供宝贵的经验。

关键词：飞控电源；故障诊断；多路电压输出电路

1. 引言

开关电源以小型\轻量和高效为特点,它广泛应用于所有电子设备[1],包括航空航天上也是大量使用。KFS-1飞控电源是一种开关电源，控制应用于飞控计算机系统中，其作用给飞控计算机系统提供稳定工作电压，使其正常工作。它是保证飞控计算机系统正常运行的基础，一旦发生故障，直接影响着飞控计算机系统的安全平稳运行。

本文对KFS-1飞控电源的结构及主要功能进行介绍，在此基础上结合故障案例，重点介绍如何采用故障树分析法对多路电压无输出故障诊断与原因分析，为今后电源定位提供宝贵的经验。

2. KFS-1飞控电源的结构组成及功能

开关电源电路结构复杂，为修困难，KFS-1飞控电源较其他一般开关电源结构和原理更加复杂，要迅速排出其故障，维修人员必须熟练掌握开关电源的组成结构和工作原理[2]。

KFS-1飞控电源是将机上28V 直流供电电压转化为+5V、±15V、SOV 等直流输出电压及7V/1800Hz正弦交流电压、23V/800HZ方波交流电压供飞控计算机系统使用。电源模块自身具有输入监控、过流过压保护等功能，保障系统的正常稳定工作。

KFS-1飞控电源由POWER1组件、POWER2组件、I/O组件、CONTROL组件、SOV组件、1800HZ组件、800HZ组件等7个组件组成。其功能框图如图1所示，输入电压为或门二极管后的5 路28V，每一路28V输入通过在线检测电路进行检测。为了满足EMI/RFI 需求，利用滤波器对输入电流波形进行差模和共模滤波。升压变换器是将28V 输入升至60V，该电压被一个多路输出的推挽变换器进行变换，其输出绕组驱动产生+5V、±15V、SOV等直流输出及800Hz 方波、1800Hz正弦波等交流输出，为飞控计算机及外部传感器供电。

图1  PS 模块功能框图

3. 实例分析

3.1 故障诊断

有一台故障的KFS-1飞控电源，常温加电测试，电源模块多路均无输出，故障复现。由于该电源内部是由7个组件构成。因此对电源组件进行串件隔离加电测试，故障锁定在电源内部的POWER1组件。

POWER1组件主要由输入滤波电路、升压变换电路、多路输出变换电路、+5输出V变换电路、+5V输出整流滤波电路、多路输出整流滤波电路构成。原理框图如图2 所示。

图2  POWER1组件电路原理框图

输入滤波电路主要对输入端电压起滤波作用，给升压电路提供信号。升压变换电路主要实现将输入的28V电压升至60V，为后端各路转换电路提供输入60V信号。 多路输出变换电路功能是由升压电路提供60V电压，经各次级绕组转换为电源内部及输出提供多路电压。实现60V电压转多路电压输出功能。+5V变换电路是一种DC-DC变换电路，它由60V 升压电路提供电压，经变换实现输出+5V电压。输出滤波电路主要对+5V、多路的输出电压进行整流滤波，保证电压稳定平滑输出。

3.2　采用故障树法开展故障定位与机理原因分析

在电源只留下power1板子条件下，加电测试发现：power1板子上的升压变换电路输出有60V，+5V转换电路输出有5V ，但多路转换电路各路输出电压均0V。说明多路输出电路有故障。根据电源模块工作原理，多路输出电路主要由多路输出功率转换电路和输出整流滤波电路构成。多路输出电路图、原理框图，如图3、图4所示。现以多路输出电路原理框图为依据，设“多路输出电路无输出”为顶事件，对应建立6个底事件，构建故障树，如图5所示。

图3 多路输出电路图

图4  多路输出原理框图

图5 故障树

X1事件。测量所有多路输出端均未见任何短路现象。其上的滤波电容（C31­­­~C41）、电感L4、分压电阻（R30、R31、R139），整流二极管（D7~D11）性能良好，均未见任何异常现象。排除X1事件。

X2事件。T3 初级绕组由升压电路提供60V电压，经过其转换给后端各次级绕组提供多路输出电压。只有T3内部绕组自身开路失效情况下，才会导致整个多路输出转换无输出。测量T3内部的多个绕组通断，导通性良好，未发现任何开路。排除X2事件。

X3事件。P18至P8-1是通过印制板内部布线相连。在电路中是整个多路输出端的公共地线。如果其开路失效，必然导致整个多路电压无输出。测P18至P8-1两端的通断，导通性良好，未发现任何开路。排除X3事件。

通过上述X1、X2、X3事件分析排查后，导致电源多路输出电路无输出故障，只剩“T3E-10、T3F-11至P18间开路”事件。T3E-10、T3F-11与P18之间实际是通过一根软连接线相连。其中T3E-10、T3F-11是T3变压内部次级绕组引出的两个绕组抽头，两抽头共同与软连接线的一头撮合焊接在一起，三者形成一个共同焊接点；P18是位于POWER1印制板上，是整个多路输出电路的公共地，软连接线的另一头就焊接在P18点。根据电路逻辑图（如图3）可知，T3E-10、T3F-11点与P18是相通的，连接整个多路输出回路，如果T3E-10、T3F-11点与P18之间不通，即T3的次级绕组与多路输出回路的公共地是开路，无法构成完整的输出回路，必然导致整个多路电压无输出。用万用表测量发现：T3E-10、T3F-11点与P18之间不通，确定开路失效。因此说明“T3E-10、T3F-11至P18间开路”事件成立，无法排除。为进一步查明T3E-10、T3F-11至P18间 开路原因，对该故障事件再次往下分为X4、X5、X6事件。

X4事件。P18与软连接线一头采用通孔方式焊接，如果该焊点出现脱焊、虚焊情况会导致与多路输出端地开路，使得整个多路电压无输出。目测观察印制板上P18点，其焊锡饱满、润泽，无瑕疵，未见脱焊、虚焊情况。排除X4事件。

X5事件。T3E-10、T3F-11是T3变压内部次级绕组引出的两个绕组抽头，两抽头共同与软连接线的一头撮合焊接在一起，形成一个共同焊接点，该焊接点由热缩套管包裹固定。如果该焊点出现脱焊、虚焊情况会导致与多路输出端地开路，使得整个多路电压无输出。对该焊点进行检查，当热缩套管打开后，发现用镊子只轻轻一拨，连接P18的软来接线立刻在该处发生脱落（如图6、图7），开路点找到。由此确定，X5事件不能排除。

图6 故障件脱落位置图                    图 7故障件断裂位置导线

X6事件。如果T3E-10、T3F-11点至P18间软连线自身中间发生断线，必然导致与多路输出端地开路，使得整个多路电压无输出。 对摘下T3E-10、T3F-11点至P18间的软连接线进行测量，通断性能良好，未见开路。排除X6事件。

最终通过以上分析，造成本次电源多路无输出故障原因是P18引出的连接线一头与T3E-10、T3F-11抽头焊接处发生脱焊所致。由于P18连接多路输出回路地线，一旦开路，无法构输出回路，导致电源多路输出电路无输出。

4. 结论

本文对KFS-1飞控电源的工作原理进行了介绍，采用故障树分析法对多路输出电路无输出故障进行了定位与机理分析，最终找出了此次故障的原因。KFS-1飞控电源内部结构组件多、原理复杂，历史上出现的故障现象亦多种多样，为维修工作带来很多困扰。此次因抽头上软连接脱焊导致与输出地线开路的失效模式是历史上首次发生，为今后该电源故障定位提供宝贵思路和经验，予以借鉴。

参考文献：

[1] 李玉明,何贤国.开关电源维修方法与技巧 [J].北京:中国医学装备,2008,5(5).

[2] 谢香峰,雷电,孙承波.基于BP 网络的开关电源故障诊断方法研究[J].北京:电子测量技,2012 年,2012,35(8):11-16.

1作者简介：展宏图（1986-）男，河南南阳人，硕士，研究方向：机载计算机开关电源故障诊断。2作者简介：展翅飞（1986-）女，河南南阳人，硕士，研究方向：机载计算机科研项目管理