CRH2A及CRH380A統型動車組車廂影視屏故障分析

陳 征，唐文龍

（中國鐵路南寧局集團有限公司 南寧車輛段，1.工程師，2.技術員，廣西 南寧 530001）

南寧局集團公司配屬的動車組主要為CRH2A、CRH380A 型動車組（以下簡稱動車組），上述車型共8節車廂，每節車廂中部設置有4臺華興致遠吊掛式影視屏，兩端設置2臺壁掛式影視屏，全列共有48臺車廂影視屏。車廂影視屏作為影視系統的終端，主要為乘客旅途提供豐富的娛樂、資訊服務。在高速運行環境下保持影視屏的穩定性、可靠性，是提升高鐵服務質量的工作之一，也是車輛維修單位必須著力攻關的課題。筆者結合目前鐵路動車組車廂影視屏故障多為黑屏故障（南寧局集團公司近年黑屏故障占比為90%）且修復方式為整套更換導致維修成本高的實際，試就其成因進行分析并提出減少設備故障降低維修成本的意見和建議，期望起到拋磚引玉作用，引發同行集思廣益，形成更多更好的減少以至消除動車組車廂影視屏故障的思路和措施。

1 動車組車廂影視屏組成及工作原理

動車組車廂影視屏主要由電源模塊、模擬/數字模塊（驅動板）、液晶屏及背光總成三大部分組成（見圖1），工作原理為：電源模塊將動車組供電DC24 V轉化為DC12 V，為模擬/數字模塊（驅動板）、液晶屏及背光總成提供穩定電源；模擬/數字模塊將影視系統輸出的VGA 模擬信號轉化為數字信號，并傳輸到液晶屏及背光總成的屏內電路；液晶屏及背光總成的屏內控制電路經過處理形成液晶屏陣列驅動信號驅動液晶屏成像，同時背光電路驅動LED 背光燈點亮。

圖1 車廂影視屏組成

2 動車組車廂影視屏故障分析判斷

根據動車組車廂影視屏的組成及工作原理分析，黑屏問題的發生主要是因電源模塊無輸出、模擬/數字（驅動板）故障和液晶屏及背光總成故障等所致。具體分析判斷如下：

2.1 電源模塊故障分析判斷電源板由24 VDC 轉12 VDC 電源模塊為主模塊，外圍搭建濾波電路構成。通過帶短路保護功能和電流電壓指示功能的DC24 V 穩壓電源進行通電檢測，主要測量DC 轉DC主電源模塊的輸入輸出電壓，根據輸入輸出電壓來判斷電源板是否存在故障，電源板原理圖（見圖2）。判斷方法具體為：

1）通電檢測+VIN 與-VIN、Vout與GND、之間電壓值，正常狀態模塊輸入電壓為DC24 V、模塊輸出電壓為DC12 V、電源板輸入端電壓為24 V、電源板輸出端電壓為12 V，輸入輸出值可判斷空載情況下電源板狀態，同時記錄電源板空載DC24 V穩壓電源上的空載電流、功率正常值為：空載電流0.043 A，空載功率1.032 W；

2）接入正常影視屏帶載實驗6 h，期間每30 min記錄一次電流值并計算功率作為帶正常負載參考值，正常的負載電流平均值為0.557 A，負載功率平均值為13.374 W，見附表1；

（3）形成關鍵數值標準值，異常于標準值的電源模塊可初步判斷為故障模塊，詳見附表1、2。

圖2 車廂影視屏電源板電源板原理圖

表1 車廂影視屏帶負載試驗數據表

表2 車廂影視屏電源模塊相關參數標準值

2.2 模擬/數字模塊（驅動板）故障分析判斷模擬/數字模塊邏輯控制板電子電路由電源管理電路與模數轉換電路構成。電源管理電路以RT7257EN 為核心搭建，模數轉換電路以主芯片TSUMV39LU 為核心搭建。

2.2.1 電源管理電路故障分析判斷 根據RT7257EN 芯片原理（見圖4），RT7257EN 芯片采用固定DC5 V 輸出，2 腳輸入電壓DC12 V，3 腳為輸出管腳，輸出正常電壓為DC5 V，電源管理電路由芯片3腳輸出DC5 V 后分別連接TO252封裝BM1117-3.3三端穩壓器（見圖5）與同型號STO-223 封裝BM1117-3.3 三端穩壓器2 腳為輸入管腳。測量BM1117-3.3 三端穩壓器芯片輸入端3 腳與輸出端2腳電壓，BM117-3.3 三端穩壓器輸入端為DC5 V，輸出端電壓為3.3 V。如STO-223 封裝或TO252 封裝的BM1117-3.3 三端穩壓器中的一個或全部輸入輸出值異常現象，則可能是該封裝故障；其次為防止外部電路故障引起STO-223 封裝或TO252 封裝BM1117-3.3三端穩壓器保護，在實際電路板中設計有0 電阻橋接，將0 電阻焊接取下使外部電路與STO-223 封裝或TO252 封裝BM1117-3.3 三端穩壓器隔離后繼續通電測量輸出端電壓情況，則可判斷STO-223 封裝或TO252 封裝BM1117-3.3 三端穩壓器是否失去降壓作用；為進一步確定是否是STO-223 封裝或TO252 封裝BM1117-3.3 三端穩壓器失效照成黑屏故障，在取下得0 電阻的外圍電路端接一細銅線，并將另一端焊接在輸入輸出值正常的封裝BM117-3.3 輸出端2 腳處臨時測試，通電后影視屏恢復正常工作，并將VGA 模擬信號接入模擬/數字（驅動板），發現圖像顯示正常，可判斷黑屏故障。

圖5 TO252封裝BM1117-3.3控制電路

2.2.2 模數轉換電路故障分析判斷 模數轉換電路以主芯片TSUMV39LU為核心搭建，判斷方法為：

1）先排除晶振故障和以RT7257EN 為核心搭建電源管理電路故障，在通電的情況下采用示波器測量TSUMV39LU 的晶振輸出引腳34 腳和晶振輸入引腳35 腳的波形圖，該晶振為24 MHZ，通過波形圖排除晶振故障；

2）測量TSUMV39LU 主芯片電源引腳電壓，引腳45、36、22、16、1、51、64 為3.3V 壓降，引腳10、37 為2.5 V 壓降，引腳2、46 為1.2 V 壓降，當各電源引腳壓降均正常時采用代換法，代換TSUMV39LU 主芯片此時若黑屏故障消除可判斷為主芯片故障，若黑屏故障未消除可用對比測量法測量出TSUMV39LU 異常引腳返回上一級外圍電路直至排除故障為止；

3）當有個別電源引腳壓降異常時有可能是TSUMV39LU 主芯片內部故障造成也有可能由外部供電原因造成此時采用代換法，代換TSUMV39LU 主芯片若黑屏故障消除可直接判斷為主芯片故障引起電源引腳的壓降變化導致黑屏故障。

2.3 液晶屏及背光總成故障判斷黑屏故障液晶屏及背光總成與正常影視屏液晶屏及背光總成進行互換判斷。互換之后原故障液晶屏上的液晶屏及背光總成恢復正常工作且利用24 V 穩壓電源上讀取工作電流值與新品液晶屏正常工作狀態下電流非常接近且功率符合設計要求，持續工作12 h 未見異常，而由正常影視屏互換安裝在原故障影視屏上，黑屏故障復現，故障并未因為液晶屏及背光總成互換而發生轉移，可斷定故障點不在屏內驅動電路中，反之則為液晶屏及背光總成故障。

3 動車組車廂影視屏故障處置措施

首先對電源模塊、模擬/數字模塊（驅動板）各元器件進行外觀檢查是否出現異常，重點檢查各焊接件是否存在變色發黑發黃的現象及濾波電容是否有鼓泡現象；其次通電檢測各模塊輸入電壓、輸出電壓、空載電流，空載功率、負載電流、負載功率等值，對比正常值檢查異常數據；最后分析異常數據前端的電路原理圖，判斷電子電路故障電器元件，對電器原件進行更換并試驗。

通過對CRH2A、CRH380A 型動車組車廂影視黑屏故障的100組影視屏進行處置統計，發現統計僅有2 個不是TO252 封裝BM1117-3.3 三端穩壓器引起黑屏，而由TO252 封裝BM1117-3.3 三端穩壓器引起的黑屏故障高達98%。針對TO252 封裝BM1117-3.3三端穩壓器的控制電路（見圖5）進行分析，TO252封裝BM117-3.3 三端穩壓器輸出的DC3.3 V 電壓受控與主芯片TSUMV39LU 的內部程序控制44 I/O 管腳的高低電平，而MOS管ME2345A受44管腳的高低電平控制，供電后TSUMV39LU 的44 腳輸出高電平使三極管MMBT3904LT1 導通后觸發MOS 管ME2345A電子開關導通，為液晶屏及背光總成的屏內控制電路提供DC3.3 V供電電源，影視屏黑屏的原因是失去了控制電源而造成的故障現象。

主要故障原因為三端穩壓器屬于發熱降壓元件，功率以發熱的形式損失。CRH2 A、CRH380A 型動車組車廂影視屏為內嵌入式安裝，且未設置散熱裝置，狹小的空間不利于熱量的散發在夏季炎熱的環境下長時間高溫工作，使用壽命大幅縮短，特別是長時間在暴曬后，車廂內的熱量還未被空調裝置帶走的情況，影視屏就投入工作更加加速影視屏內的三端穩壓器的損壞導致黑屏故障的發生。為解決該問題建議優化TO252 封裝BM117-3.3 三端穩壓器散熱設計，同時在車廂溫度降到設定值后在啟動影視屏可以有效降低影視屏的故障概率。

4 結語

本文針對CRH2A、CRH380A 型動車組車廂影視屏黑屏故障成因進行的分析和提出的對策得到筆者所在單位南寧局集團公司南寧車輛段的重視和認可，從2020 年年初針對影視屏進行技術攻關后已成功修復115 臺，截止2020 年12 月10 日已成功節省物料經濟開支46萬余元。下一步還將圍繞加快此類故障排查處置效率和加大降低維修成本力度深入研究，力爭取得新的成果，為提升動車組設備質量作出應有貢獻。