某型机直流配电盒过流保护器保险丝烧断问题研究与分析

某型机直流配电盒过流保护器保险丝烧断问题研究与分析

杨恒

   （昌河飞机工业集团有限责任公司  工程技术部      江西省景德镇  333002）

摘要：某型机直流配电盒过流保护器发现了3起过流保护器出现保险丝烧坏、瞬态二极管击穿故障问题。本论文对直流配电盒过流保护器保险丝F1烧断、瞬态抑制二极管T1被击穿故障进行研究与分析，分析流保护器保险丝烧断的原因，提出解决直流配电盒过流保护器过压浪涌的方案，有效地保护直流配电盒过流保护器后端负载电路。

关键词：直流配电盒  保险丝  二极管

1产品工作原理

某型机直流配电盒过流保护器发现了3起过流保护器出现保险丝烧坏、瞬态二极管击穿故障。为了查明保险丝F1烧断、瞬态抑制二极管T1被击穿故障原因，对直流配电盒过流保护器的工作原理进行分析。

机上28V直流电源经过防反流二极管D1，保险丝F1、瞬态抑制二极管T1、滤波电容C1、C2、C3、输入电源模块U1和U2。电源模块U1将28V直流电压转换为+15V和-15V直流电压，该电压用于给霍尔电流传感器提供工作电源。电源模块U2将28V直流电压转换为+5V直流电压，改电压用于整个控制电路的工作电压。其中电容C4和C7为+15v电压滤波电容，C5和C8为-15v电压滤波电容，C6和C9为+5v电压滤波电容，磁珠FB1和FB2用于隔离数字地与模拟地信号。

当保险丝F1、瞬态抑制二极管T1后端负载对地短路时，经过保险丝F1、瞬态抑制二极管T1的电流过大，为保护后续电路，会保险丝F1烧断和瞬态抑制二极管T1击穿出现保险丝F1烧断、瞬态抑制二极管T1被击穿故障。当外部浪涌过大时，会超过保险丝F1烧断和瞬态抑制二极管T1的承受能力，会出现保险丝F1烧断、瞬态抑制二极管T1被击穿故障。

2故障树分析与问题定位

综合上述分析，针对产品故障进行FTA分析，建立故障树详细情况见下图1所示：

图1保险丝F1烧断、瞬态抑制二极管T1被击穿故障

针对短路现象进行测试：

针对B1事件，使用数字万用表导通档检查测试模块U1正向输入端、正向输出端与地的电气特性，未出现短路现象；给电源模块U1提供28V直流电源，电源模块U1可以正常输出+15V和-15V直流电压，说明电源模块U1功能正常，故排除B1事件。

针对B2事件，使用数字万用表导通档检查测试模块U2正向输入端、正向输出端与地的电气特性，未出现短路现象；给电源模块U2提供28V直流电源，电源模块U1可以正常输出+5V直流电压，说明电源模块U2功能正常，故排除B1事件。

针对B3事件，使用数字万用表导通档检查检查电容C1与地之间的电气特性，未出现短路现象，故排除B3事件。

针对B4事件，使用数字万用表导通档检查检查电容C1与地之间的电气特性，未出现短路现象，故排除B4事件。

针对B5事件，使用数字万用表导通档检查检查电容C1与地之间的电气特性，未出现短路现象，故排除B5事件。结合以上分析，排除A1事件。

  针对B6过压浪涌冲击事件进行测试：为检查产品承受50V、10ms电压瞬变的效果，在电源特性试验室进行验证：给试验件每次输入电压50V、持续时间10ms、间隔时间为500ms的瞬变电压，循环3次，观察产品是否能正常工作。

在试验环境下，产品经过第一个瞬变电压时便出现了保险丝F1烧断、瞬态抑制二极管T1被击穿的故障现象。对二极管进行失效分析：瞬态抑制二极管在芯片边缘发生电压击穿，导致芯片短路，进而产生持续大电流，造成芯片裂纹，造成二级管失效。结合产品正常电压瞬变结果，可以确定A2事件为故障原因。

综述：根据以上分析，直流配电盒过来保护器工作中，机上电源产生浪涌电压，产品工作时电流过大使保险丝F1烧断、瞬态抑制二极管T1被击穿，导致产品无法正常工作。

3 改进措施

针对直流配电盒过流保护器保险丝F1烧断、瞬态抑制二极管T1被击穿故障，制定如下改进方案：在过流保护器28V电源输入端并联一个浪涌抑制器，与瞬态抑制二极管T1组成2级浪涌防护电路，实现产品承受直升机浪涌电压冲击的能力。

增加浪涌抑制器串联在原来产品的输入端，由于浪涌抑制器与负载为串联关系，当浪涌来临时，电流中的峰值被浪涌抑制器吸收，从而起到保护负载电路的作用。涌抑制器的负载电源模块其最高输入电压为36V,因此涌抑制器的输出电压不应超过36V;过流保护器最大的工作电流不超过1.5A,因此涌抑制器的允许负载电流应不小于1.5A,且应保留适当余量。

根据上述约束条件，选用满足技术要求的涌抑制器,该涌抑制器在供电输入正常时，输入和输出为直通状态，当供电输入出现高于34V浪涌电压时，则将输出电压限制在34V，并且不中断工作；当供电输入恢复正常后，涌抑制器的输入和输出之间又恢复直通状态。无论电流中是否出现浪涌电压，涌抑制器的输出电压均不超过34V,可以有效地保护后端负载电路。

4 产品验证工作

为了验证增加涌抑制模块后，产品性能是否满足电源特性要求，在试验室进行了稳态试验、中断试验、电压尖峰试验和正常电压瞬变试验，试验结果表明，更改后的直流配电盒过流保护器可以满足电源特性试验相关要求。

为了验证增加涌抑制模块后,产品性能是否满足电磁兼容试验要求，在电磁兼容实验室完成了相关试验，试验结果表明更改后的直流配电盒过流保护器可以满足电磁兼容试验相关要求。

为了验证增加涌抑制模块后,产品性能是否满足环境性试验要求，在广电计量实验室完成了功能试验、振动耐久试验、冲击试验等试验，试验结果表明更改后的直流配电盒过流保护器可以满足环境试验相关要求。

综上所述：通过在过流保护器28V电源输入端并入浪涌抑制器，与瞬态抑制二极管T1组成2级浪涌防护电路，实现了产品承受飞机浪涌电压的冲击能力，有效的解决了保险丝F1烧断、瞬态抑制二极管T1被击穿的问题。

将改进后的产品进行装机验证，直升机在地面开车和正常飞行多个架次后，直流配电盒过流保护器都能正常工作,没有出现直流配电盒过流保护器保险丝F1烧断、瞬态抑制二极管T1被击穿故障。

5 结束语

某型机直流配电盒过流保护器工作过程中，机上电源产品浪涌电压，产品工作时电流过大险丝F1烧断、瞬态抑制二极管T1被击穿，导致产品无法正常工作。通过通过在过流保护器28V电源输入端并入浪涌抑制器，与瞬态抑制二极管T1组成二级浪涌防护电路，有效保护了直流配电盒过流保护器承受飞机浪涌的电压冲击能力。通过本次对过流保护器改进，有效的解决了保险丝F1烧断、瞬态抑制二极管T1被击穿的问题，提高了产品品质质量。

参考文献

[1]高从英．直流配电盒可靠性设计与分析［J计算机工程． 2008

[2]孙丹峰．电涌保护器(SPD)和保护断路装置的配合应用［J］． 电源世界，2015

[3]王占云．过流保护器的研究与运用［J］．华北水利水电学院学报，2015