電壓浪涌對叉車液晶屏儀表的危害及改進方法

汪智

摘要：針對電壓浪涌問題，結合叉車液晶屏儀表的實際情況，介紹了電壓浪涌所產生的危害；之后根據叉車液晶屏儀表的故障情況，研究了電壓浪涌危害的改進手段，并提出了電壓浪涌抑制機制。從改進效果來看，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，因此具有應用與推廣價值。

關鍵詞：電壓浪涌；叉車液晶屏儀表；浪涌抑制

前言：

在電源系統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。在現代社會生產中，社會對叉車性能提出了更高的要求。在這種情況下，數字化儀表在叉車中越來越常見，與傳統儀表相比，數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，本文將結合電壓浪涌，對叉車液晶屏儀表的故障處理問題做進一步研究。

1.電壓浪涌下叉車液晶屏儀表的故障分析

1.1故障現象

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

1.2故障排查

針對發現的三種故障，對叉車液晶屏儀表進行排查，檢查結果顯示，液晶屏儀表的看門狗（電源保護電路監控芯片）、單片機PIC15f887芯片、步進電機驅動芯片等出現了損壞，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果為：儀表的主電源、DC5V電源均顯示正常，進一步檢查后發現DC5V電源后端的一部分軟件出現破壞。針對檢查結果，認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到液晶屏儀表電路時沒有被抑制，導致在整個系統中，干擾信號將會持續的感染DC5V系統，再加之該系統的耐沖性不理想，最終導致了故障發生。

2.故障驗證與處理

2.1驗證方案

根據我國《電源線瞬態傳導干擾抗干擾性試驗》標準中的相關內容，結合叉車液晶屏儀表的性能要求，設計了多種條件下的干擾電路，并按照圖1的內容進行試驗。

按照圖1所的電壓浪涌試驗結構圖，采用正交試驗法進行試驗分析，將干擾時間分別控制在100ms、200ms、300ms三個級別，持續加載干擾電源。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情況。本次電壓浪涌試驗的最終結果如表1所示。

根據表1所反饋的相關信息科發現，在本次試驗驗證中，導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電路沒有對外部干擾信號產生足夠的抑制作用，最終導致干擾信號無法順利的傳遞到DC5V系統中，并且系統所接收到的信號是連續不穩定的，再加之DC5V系統本身較為脆弱，因此在頻繁的不穩定干擾信號沖擊下發生損壞，最終導致故障出現。

在確定上述分析結果之后，結合叉車液晶屏儀表本身特征做進一步研究。最終結果認為，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電路，與其他材料相比，可控硅本身存在響應速度慢的問題，雖然保護效果好，但是叉車本身的機械性能復雜，在運行過程中經常會進行多種操作，復雜的操作中所使用的開關、控制動作多，而這些開關、控制動作也會產生大量信號，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，導致了電源后端系統破壞，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，可控硅是導致叉車液晶屏儀表出現故障的最主要原因，針對追問題，結合相關資料的研究結果，決定采用具有更強反應速度，并且對浪涌吸收能力強的TVS二極管作為看門狗。與可控硅相比，TVS二極管能夠有效應對浪涌沖擊問題，當發現電源兩端承受高水平能量沖擊時，可以快速將單片機兩端的阻抗值進行調整，進而在一瞬間吸收大量電流，確保單片機的電壓處在理想狀態下，避免DC5V系統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，繼續按照圖1的結構進行電壓浪涌試驗，所選擇的標準與之前相同，最終的結果顯示，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故障問題，這一結果說明本文所采用的處理手段具有科學性。

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。在試驗中發現，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：在設備正常運行的情況下，電壓突然增大，并且電壓水平逐漸超過設備的可承受范圍內，在電壓浪涌結束后，電壓恢復到正常電壓水平，反復如此。同時，考慮到叉車電壓浪涌不同于其他設備，針對電壓浪涌問題，需要在短時間內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，根據現階段常見浪涌抑制技術的特征，針對電壓浪涌問題，該技術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，短時間內叉車電源電阻很低，可能影響車輛正常運行[1-2]。

所以針對上述現象，本文決定按照關斷型過壓浪涌抑制電路原理，在輸入電壓與用電設備之間串聯一個可控制的開關，在正常情況下，輸入電壓正常，那么這個開關將會處于“開啟”的狀態；而在電壓浪涌發生之后，比較器會識別電壓水平，當發現電壓水平過大，則會立刻關閉開關，避免過壓浪涌直接影響液晶屏儀表。但是這種設計方法也存在一個很明顯的缺陷，就是在關閉狀態下會導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生，本文在原有關斷電路的基礎上進行了改進，采用了穩壓工作方式，與之前的關斷式相比，穩壓工作方式具有更強的工作能力：當線路電壓水平正常時，開關保持正常狀態，而在電壓浪涌之后，開關不會自動關閉，而是會轉入到線性工作區域內，這樣原本很高水平的電壓將會直接作用在可控開關上，保證相對穩定的輸出電壓，進而保護了叉車液晶屏儀表的工作水平[3]。在應用該方法時，相關人員需要關注的過流保護與涌浪電流限制等問題，可以嘗試控制不同硬件設備，將電壓浪涌發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備。

結論：

在叉車電路系統問題研究中，電壓浪涌問題一直是相關人員關注的重點內容，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，并提出了改進措施。從相關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，保證了叉車正常運行。因此可以認為，本文所介紹的電壓浪涌改進方法具有可行性，值得在相關地區做進一步推廣。

參考文獻：

[1]王鳳巖，張肱霈，張燕，曾正華.機載設備的浪涌抑制[J].電子信息對抗技術，2016，28（05）：78-82.

[2]Alison Steer.高電壓浪涌抑制器確保電源可靠操作[J].中國電子商情（基礎電子），2016（07）：66-68.

[3]周洪楷，周陳平.汽車過電壓浪涌脈沖模擬系統的試制研究[J].汽車電器，2017（04）：52-55.