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4.RIOM电源板-原理分析

1 110V进电电路分析
110V进电电路主要实现对输入电源的滤波、EMC处理、电源的过流过压保护。
滤波：通过L1、L2实现对输入电源的滤波作用，阻断高频干扰信号。
EMC处理：R1、R2压敏电阻防浪涌电压，C1、C2消除高频干扰共模分量，
D1防止反向电压。（图1.1）

图1.1 110V进电电路
1.1 开关电路
Q4（IRF740S）起到控制电源板“GND”与“J2 110V-”连接的开关作用。
电源板由正常得电时，Q4：G为高电平，D、S导通。电源板电流通过Q4-D S、

图1.2
1.2 限流保护
R5：采样电阻，监测电路电流。电流I变大时，R5上电压升高，Q8基极电压随之升高。当电压达到设定值时，Q8集电极、发射极导通，Q4 ：G为低电平，D、S关断（如图1.3所示：右图为电流过大瞬间）。
图1.3
1.3 过压保护
U3：TL431监测输入电压，R29、R28组成了分压电路，R28上的电压与输入电压成正比。当R28上分得的电压升高至2.5V（TL431 Ref基准电压值），TL431:K、A导通，Q4 ：G为低电平，D、S关断（如图1.4所示：右图为电压过高）。
图1.4
2 160V升压电路分析
L4、Q1、D2、C17组成了BOOST升压电路，实现DC160V的稳压输出，为后续开关电源工作提供电源输入。

图2.1
2.1 BOOST升压电路

图2.2
在充电过程中，Q1闭合（图2.3中用导线代替）。这时，输入电压流过电感。二极管D2防止电容C17对地放电。由于输入的是直流电，所以电感L4上的电流以一定的比率线性增加。随着电感电流增加，电感储存能量。

图2.3
当Q1关断时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已高于输入电压，升压完毕。

图2.4
BOOST升压是一个电感的能量传递的过程。充电时，电感吸收能量;放电时,电感放出能量。通过控制Q1不断的开关，可以在C17上得到160V电压。

.2.2 160V电压监测电路

图2.5
此电路主要用于对BOOST升压之后的160V进行监测。R41、R40组成了分压电路，R40上的电压与输入电压成正比。将R40上的电压与Vref值通过运放LM224进行比较处理。
2.3 修正电路

图2.6

图2.7
修正电路将U4-8输入信号（左）调整为U4-7输出信号（右）。
2.4 Q1驱动电路

图2.8

U1D（LM2901比较器）比较电路
LM2901-10脚输入为三角波（图2.9-A），LM2901-11脚为U4-7输出波形（图3.17-B）。通过两脚的比较（图2.9-C），得到LM2901-13输出波形（图2.9-D）。Q1驱动电路将之取反得到Q1控制波形（图2.9-E）

图2.9
Q1驱动状态
Q1导通状态：U1D 13脚为低电平时，Q10基极为高电平，集电极、发射极导通。
Q9基极为高电平，集电极、发射极导通，Q1：G为高电平，D、S导通。
Q1关断状态：U1D 13脚输出高电平时，Q12基极为高电平，集电极、发射极导通，
将Q10、Q11基极接地。
Q10基极电压拉低后，Q10集电极、发射极截止。Q9基极为低电平，集电极、发射极截止；
Q11（PNP管）基极变为低电平，瞬时发射极电压高于基极。集电极、发射极导通，将Q1：G快速接地，降为低电平，D、S关断。
当U1-8 输入一个低电平信号时，会将Q11基极电位强制拉低。Q11导通，Q1关断。
3 推挽降压电路
电路图如下，由 U2，Q2，Q3，TR1 组成推挽降压电路，TR1 输出2路，一路电源V（D5高频整流二极管对次级进行半桥整流，C20滤波后输出14V左右的直流电压）供电路板元器件使用，另一路对外供电（80KHZ，24V交流电压）。

图3.1
U2 UC2525的11脚、14脚输出的脉冲信号驱动Q2、Q3，16脚产生一个5.1V的参考电压值Vref。
通过5脚(Ct)、6脚（Rt）、7脚（Discharge）外接的电容（C8）、电阻（R18、R19）配比，从5脚输出一个三角波至160V升压电路中。
R4为TR1初级测的采样电阻, R4上的电压值随着电流值变化。R4电压值经过R21反馈至U1-9脚。当U1-9脚电压高于U1-8脚电压值（5.1V*R22/(R20+R22)=0.13V）时，U1-14脚输出高电平至U2-10脚（shutdown）U2停止工作。

4 上电辅助供电电路

图4.1
上电辅助供电电路用于在上电瞬间为IC提供工作电压，在电路正常工作后停止工作。其中关键器件为D4，Q7，Q5，Q6。该电路受LM2901 的2 脚（D6 处）与LM224 的1 脚（D17 处）控制，如果它们损坏的话也不能正常工作。

5 电源故障原因确定与分析
针对RIOM电源故障，通过对电源深度研究破解。掌握了电源模块的工作原理和技术参数。后期对数据分析和故障维修，找到了电源模块故障的解决办法。
经过对板件的破解和分析，发现电源故障多数是由一个电压反馈电路造成的。在这个电压反馈电路中，有一个分压电阻长时间工作在高压状态，会使其阻值发生变化。导致输出电压降低，最终导致整个模块损坏。

图5.1
RIOM电源板的作用是将列车DC110V电压转换为15V交流压和直流电。交流电输出给CPU板和通讯板使用，直流电输出给I/O输入输出板使用。
电源板工作原理：将DC110V升压到DC160V，再变压至15V输出。电源板上电后，需要通过Q1生成启动电压，瞬时供内部电路使用。当电源板正常输出15V后，Q1关断（图5.1：启动电压）。电源板通过检测DC160V的方式，控制升压模块工作，确保输出15V电压。160V电压监测电路中，160V通过R3、R4分压，取R4上的电压与Vref进行比较。通过U1（运放）输出动态信号，调整160V稳定输出（图5.1：160V电压监测）。R3长时间工作在高压环境，特性受到影响，阻值下降。R4上分得的电压升高，导致U1输出信号异常，升压模块输出电压下降，变压器次级输出不足15V。实际测试当中次级输出不足12.5V时将导致Q1无法正常关断，R1、Q1长时间处于非正常工作状态，产生大量热能（图2）。最终使R1、Q1烧坏，RIOM模块发生故障。

图5.2

图5.3

图5.4