动车组荧光灯逆变器故障研究分析

刘沈

摘  要：我们针对目前动车照明系统的现实状况，对具有非常高的品质且成本较低的能够采用计算机进行控制，并且有着非常好的保护功能的荧光灯逆变器，进行了主要的研究。

关键词：荧光灯逆变器;PIC单片机;預热启辉;异常状态保护

我国在汽车领域的发展速度较为迅速，由此也在汽车照明这一方面对企业提出了更高的要求，尤其是在动车这一领域对其照明要求要更高。在其他国家尤其是发达国家，他们对人在开车时的安全非常重视，因此为较为高级的动车配备了较好的逆变器，灯管等一系列的照明系统。但是我国在动车照明这一领域一般来说都不是非常的重视，普遍认为动车的照明只需要一个灯泡也就是荧光洞就可以了。照明系统的逆变器也是非常简单的，没有较好的性能，因此其逆变器的使用寿命也不是非常久，往往过一段时间后就会出现各种各样的故障，甚至会出现短路等重要的问题，从而出现更大的事故。而动车的生产厂家之所以不为动车配备较好的逆变器，使因为逆变器的成本太高，会大大增加动车的生产成本从而加重企业的负担，也会导致动车在市场中的竞争力下降。本篇文章面对这样的动车照明现状，在对市场上各种逆变器分析研究的基础上，结合我国动车领域的特点，研制出了一种性能方面较为优良，且只生产成本低并具有较好的保护功能的荧光灯逆变器。

1荧光灯逆变器的工作原理

逆变器是通过单片机技术来进行控制，从而在逆变器运行过程中出现异常状态时，对其进行较为有效的保护，并且增加荧光灯在点亮前的灯丝预热程序从而提高了灯管的使用寿命。逆变器的额定电压是24伏，额定功率是20瓦。逆变器在工作过程中的工作原理是：打开开关联通好电源电路后，单片机通电就开始工作了。通过对电阻进行取样来检测出此时电源的电压。当电源的电压比32伏高或者说比18伏低的时候，单片机就会停止输出，进入到保护的状态。如果检测的电源电压是正常的，那么逆变器就会进入到工作的程序当中，向外输出大约每2.5秒50千赫兹至35千赫兹的方波。这个时候因为输出灯管的回路，正处于偏离的状态，因此灯不启辉。但是依旧会有较为充足的电流会流过公司让公司处在较为充分的预热状态，从而转入30千赫兹的工作状态。使灯管回路谐振、启辉，点亮灯管，这样避免了冷态时启动灯管造成的大电流冲击而大大降低灯管寿命，并且在此过程中，PIC单片机还不停地采样整个电路的工作电流，一旦电流出现异常。例如： （1）灯管在回路开路的过程中造成了空载的状况，使得单片机的程序进入到保护的状态从而不停地发出启辉的信号，一直到排除相应的故障后，才会进入到正常的工作状态中，从而将灯管点亮。（2）单片机会在灯管的回路发生短路的情况或者灯无法启辉从而产生了较大的电流的时候检测到异常情况，然后单片机会停止输出信号波形，让电路停止运行。当故障排除电路重新正常工作的时候，单片机会稳定的输出方波信号，推动MOS管交替导通工作，并且和变压器一起形成一个推挽电路，从而得到一个有着较大功率输出的方波信号。同时电感电流共同组成谐振回路来让灯管的两遍拥有足够的电压来让灯能够启辉，从而保持稳定的电流让灯管能够正常的工作。

2实现方法该荧光灯逆变器的设计由两个部分组成

2.1软件部分.

这是荧光灯逆变器的重点，它编制的好坏对逆变器影响很大，下面用流程图加以说明，如图1所示。

2.2故障分析

（1）对C2 电容产生故障的愿意进行分析

故障表征：灯管没有亮起来。

故障原因：C2 电容的容量比额定工作容量 0.018uF要低。

原理分析：C2 电容与变压器 T1 绕组配合，他们两者相互配合起到了并联谐振的重要作用，这个时候变压器进行绕组再整个过程中起到了电感的作用，当满足公式：WL等于WC分之一的时候并且二者的方向是相反的时候会发生并联谐振的现象，此时电源的有功功率就会达到最大值，而变压器也会获得最大的能量。荧光灯会在变压器的输出绕组的电压达到最大值的瞬间被点亮。。而当C2电容的容量低于额定工作容量的时候，就无法产生并联谐振。也就无法在瞬间产生高压，从而点亮荧光灯。

（2）电容产生故障的原因分析

故障原因：电容 C3 电容容量比额定工作容量 100uF低。

原理分析：只有保持持续的直流电供应，才能使得三极管进行自激振荡。否则当交流信号显示为负半波的时候，三极管会截止二无法产生振荡的现象。电路刚通电的时候，外接的电压在电容电感进行的整流滤波和抑制浪涌后，可以通过电容和电阻为三极管的基极提供稳定的电压。当电路板的电路是实现了动态平衡后，电路由于R5电阻过大而导致的能量消耗过多，所以改成了由变压器T3绕组将获得的感应电流在二极管的整流后经过电容C3提供给三极管。三极管会因为C3工作时间太长或者其它原因导致比额定工作容量低的情况无法获得持续足够的直流电，而无法进行静态的工作，由此无法实现自激振荡。

（3）三极管故障分析

故障表征：灯管没有亮。

故障原因：三极管被损坏，电路无法完成振荡。

原理分析：逆变器的核心部位是三极管，逆变器的本质就是逆变器的各个电子元件与三极管进行配合，从而完成自激振荡。两个型号相同的三极管会相互进行导通。但是由于制作工艺上面的原因，使得两个三极管的导通时间是不一样的。如果TR1最先实现导通，那么这个时候变压器的绕组T2的上面的一部分就会和T1的上部分线圈获得电流，而T2和T3的上端互相作为同名端。同时绕组T2和T1的电压方向是相同的。当TR1被导通后，变压器的上端绕组就被TR1接通了，因此T2、T1的上下端就变成了负正。TR1断开后。T2的正电压就加到了TR2的基极，由此TR2被导通。

2.3维修方案及验证

（1）将电路板用洗板水进行清洗，然后需要认真的观察上面的各个元件的外观是不是有发黑或者是烧焦的痕迹，同时仔细检查各个电阻和三极管有没有松动的现象，特别是要注意检查电路板上的电容元件是不是存在着鼓包或者是爆裂漏液的情况出现。

（2）将电路板上出现问题的元件的相关焊点用热风枪进行加热，然后洗板水进行清洗，清洗后要在电路板上涂助焊油。在管脚的地方均匀的将融化的焊锡涂抹上，然后将问题元件取下来。

（3）将新的元件安装在管脚的地方，然后用一定温度的电络铁将元件焊在电路板上，在将元件进行焊接的过程中要注意正负极的问题，完成后需要对管脚的地方进行认真的检查，查看是否有虚焊、脱焊的问题以此来保证焊接过程的完美。

（4）焊接结束后要对电路板进行通电的实验来确保荧光灯能够正常的进行发光。逆变器在AC120V的稳定电压下可以正常的进行工作。因此我们需要对它进行点温实验。我们可以以故障1为例子，将电路板的电容更换后使得逆变器可以正常使用后，每间隔一个小时就对更换的电容进行点温，同时将其与新的电路板中的相应位置的电容所产生的点温的数据进行对比分析，来保证电容在工作中的状态是正常的。通过实验我们可以发现更换后的电容在工作中的温度随时间的增加在升高，在工作正常的情况下六小时后，温度慢慢的保持在40到50摄氏度着个区间，并且对比误差在1摄氏度，在误差范围内，因此证明方案是可行的。

3.结语

我们在对逆变器进行工作的原理和产生故障的原因进行分析的时候发现：因为电容的容量不足从而导致荧光灯不亮是逆变器比较常见的故障。逆变器的电容容量会随着逆变器的使用时间而出现较大的下降。因此我们在检查逆变器的故障的时候需要重点关注逆变器的电容容量。我们在对逆变器进行维修的过程中，可以利用替换逆变器的元件的方式来修复，这可以降低逆变器的维修成本。

参考文献：

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[2]王化新，赵鹏，刘鹏飞，杨长安，李丹，王美娜.CRH2A型动车组荧光灯逆变器故障研究分析[J].中国科技信息，2021（17）：39-40.

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