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檢中心，江蘇南京,210000）

摘要：一臺價值16萬元的進口色譜儀的5V開關電源板發生故障，為了節約成本和時間，決定用廢舊儀器上的5V開關電源板代換故障電源板。為此提出了三種代換方案，最后經過分析比較，確定用自動餾程儀的5V開關電源板進行代換是最佳方案。這樣的代換，既節省了購買進口電源板的昂貴費用，又能使色譜儀迅速恢復正常，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。

關鍵詞：開關電路；代換分析；5V電源；PWM方式

0　引言

目前，隨著電子技術的飛速發展，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，其中的5V電源既是這類儀器的啟動電源和待機電源，也是單片機和數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。由于開關電源具有體積小﹑重量輕﹑效率高﹑性能好等特點，近年來開關電源已廣泛地應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發生故障，現象是: 開機正常，但在啟動加熱和橋流程序時會停機，重新開機后，再啟動加熱和橋流程序時，仍然會停機，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的板路結構。

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開關電源板。其中主電源板把220V輸入轉化為多路110V（日本交流電本身是110V，不需要轉換電源板）供其他板路電源輸入，包括5V開關電源輸入。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

啟動后關機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開關電源板有故障。該電源板為日本原廠生產，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：開關管性能下降，致使加入負載TCD板后，開關管電流變大過載，出現過流保護，因此保護后開關電源停振，使5V電源輸出為0V，儀器停機。由于生產急需色譜儀，所以需要盡快對該故障的5V開關電源板采取措施，使儀器恢復正常。

圖1-1　色譜GC-14B結構框圖

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開關電源的工作原理

開關電源是直流電壓轉直流電壓，即DC/DC。它一般分脈寬調制和頻率調制2種。目前多數采用脈沖寬度調制又稱PWM,,調整改變占空比來控制開關管的通斷時間,從而實現穩壓輸出。它與帶有調整管的線性穩壓電源比較，開關電源具有體積小﹑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

由于開關電源有功耗小﹑效率高﹑ 體積小﹑重量輕﹑穩壓范圍寬等優點，所以目前除音響等仍采用線性穩壓電源外,儀器電源基本都采用開關型電源。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：用報廢計算機電源代換

計算機ATX開關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、脈寬調制控制電路、PS信號和PG信號產生電路等。由紫線連接的+5VSB是供主機系統在ATX待機狀態時的電源，同時也是開啟和關閉自動管理模塊及其遠程喚醒通信聯絡電路的工作電源 ，在待機及受控啟動狀態下，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電源標示的參數中可知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電源代換

早期常用的EPPSON LQ-1600KIII 針式打印機，現已淘汰不用，其中儀器電源可以使用。針式打印機電源電路主要由整流濾波電路、浪涌抑制電路、主開關電路、+35V/+5V穩壓電路等組成。開機后有兩路工作電壓輸出：一路是高壓電源，為打印頭驅動、字車電機驅動、走紙電機驅動等供電壓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電源5V。我們代換需要的只是5V開關電源這一路,該路電流參數為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控制的儀器，具有5V電源（CPU電路和單片機中都有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雜控制系統，所以主控板上有兩個處理器系統，分別是20腳的AT89C2051單片機和40腳的增強型單片機w77e058a40dl。所以，廠家專門為此配了一塊單獨的5V開關電源，以滿足需要。這臺報廢的自動餾程儀5V開關電源板完好，其標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果

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

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開關電源代換色譜儀電源。然而，自動餾程儀的5V開關電源雖然基本符合代換要求,但島津色譜原裝進口的5V開關電源是110v輸入，而自動餾程儀是國產電源板，其輸入電壓范圍在85V～220V之間。如果直接接入110V（可能有盲區），是否能穩定線性輸出5V電源而不在電壓盲區中呢？為此需要進一步對該自動餾程儀的5V開關電路進行分析。

表3-1　三種電源板比較表

3.2自動餾程儀5V電源PWM的穩壓方式分析

該全自動餾程儀的5V開關電源是由單片開關電源集成電路組成PWM，單片開關電源集成電路具有著高集成度﹑高性價比﹑最佳性能指標的優點。PWM方式有固定開關頻率，省去了單獨開關管，集成開關電源大多采用這種方式。從電源穩壓角度分析：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實施代換的結果

經過稍加改裝，自動餾程儀5V開關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換。經測，當去掉TCD板啟動時，

5V電源板的電流為670mA，當接上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

本次通過分析計算機ATX電源﹑針式打印機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定﹑輸入范圍寬等優點，成功代換了色譜5V電源。這樣用廢舊儀器的電路板做代換， 既節省了采購昂貴的進口電源板成本，又能節約采購和維修時間，使分析工作得以及時順利進行。同時，已知這三種電路的5V開關電源的工作過程，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。

參考文獻

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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