引言

數控電源電路是廣東省中職學校技能大賽電子產品裝配與調試項目的競賽電路。

該項目的競賽內容有三大部分，其中第二部分內容就是按照任務書中電子產品和功能電路的原理圖，在賽場提供的電路板（PCB板）上焊接及安裝電子元器件和功能部件，完成電子產品的裝配，同時在PCB板上設置了兩個故障，競賽選手排除故障后完成檢修報告，并進行有關參數的測量，性能的測試，編制工藝卡片。

一、數控電源電路分析

1.數控電源電路原理圖

數控電源電路的主要包括以IC6為核心的單片機控制電路，單片機芯片中巳寫入程序，控制外圍功能電路。電路包括有：給自身工作供電的電源電路；MCU控制電路；液晶顯示電路；PWM控制輸出恒定電壓電路；輸出電流采樣電路；輸出電壓采樣電路；過流報警電路等部分。

2.數控電源電路的工作原理及功能介紹

數控電源電路的工作原理如下：電路接上交流12V×2電源，經整流、濾波、穩壓后輸出20.1V、+5V直流電壓，再經IC4（小功率極性反轉電源轉換器），產生-5V直流電，20.1V和-5V為IC5（LM324）四運算放大器供電，+5V為芯片及外圍功能電路供電。單片機芯片腳輸出一個PWM信號，經過低通濾波之后，在運算放大器“+”輸入端行成一個與PWM信號占空比成正比例的電壓，而輸出電壓就等于四倍的該電壓，并且他們之間的比例可以通過改變R14和R15的阻值而改變；另外單片機芯片腳輸出的JK信號，使VT1導通，繼電器通電，觸頭動作，使整流的輸入交流電從單12V轉換成雙12V;單片機芯片①腳輸出過流報警信號。

數控電源電路的功能包括以下：

（1）LED1為+24V電源指示燈；

（2）6個按鍵設置電路的工作狀態：分別是S1（LOCK）鍵按下后可以鎖定鍵盤和取消鎖定（每按一下，改變一次狀態）；

S2（OUT）鍵可以打開和關閉輸出電壓（每按一下，改變一次狀態）；V+和V-鍵，在打開輸出電壓的情況下，分別用來調大和調小輸出電壓；

I+和I-分別用來調大和調小輸出電流；

（3）LCD1液晶顯示器顯示歡迎界面、輸出電壓大小、電路當前工作狀態、輸出電流及保護電流等信息；

（4）V+和V-兩端可以輸出0~17.8V左右的直流可控電壓；

（5）電路還具有過流報警功能，當輸出電流超過設定的保護電流時，B1蜂鳴器響一次，并且LED2指示燈亮一次，同時輸出電壓自動關閉。

二、數控電源電路競賽故障分析

在技能競賽中，賽場提供的數控電源電路的PCB板中，已經設置了兩個故障，學生在競賽中需排查故障，使整個電路能正常工作。同時還要書寫檢修報告，檢修報告分故障現象；檢測過程；故障點；故障排除四個方面來寫。

賽場提供的PCB板中，設置的第一個故障點為IC2到IC3的連接導線斷開。

（1）故障現象是接入雙12V交流電源后，LED1指示燈亮，按下任一按鍵后，整機沒有反應，液晶顯示屏不亮，V+和V-兩端之間沒有輸出。

（2）檢測過程：在檢修時，我們要根據故障現象，對電路原理進行分析，整個電路的功能主要由單片機芯片IC6控制，根據按下任一按鍵后，整機沒有反應這一故障現象，我們大致可以判斷出應當是芯片工作不正常，用萬用表測量芯片的供電腳，沒有電壓，再往前測IC3的③腳，也沒有輸出電壓，再測IC2的③腳，有20V的電壓輸出，而測量IC3的①腳，沒有電壓輸入，由此可以判斷IC2的③腳與IC3的①腳之間的線路開路，斷電后再用萬用表的電阻檔仔細檢查，可以發現，IC3的①腳的焊盤與導線開路。

（3）故障點就是IC3的①腳的焊盤與導線開路。

（4）故障排除：用導線將IC2的③腳與IC3的①腳連接，再開機后，用萬用表測量IC3的③腳電壓，有5V電壓輸出，液晶顯示屏也可以點亮，V+和V-兩端之間也有電壓輸出。第一個故障點排除。

第二個故障點設置在單片機芯片的腳至VD2的正極之間。

（1）故障現象是“V+”和“V-”之間的輸出電壓明顯偏低。

（2）檢測過程：通電后，按下S1鍵，鍵盤解鎖，按下S2,打開輸出電壓，按下V+鍵，輸出電壓會不斷增加，但最多到13V左右，就不能再往上增了。根據故障現象分析，問題可能出在兩個部分，一是微處理部分，二是整流輸出部分。再做進一步的檢查，發現輸出電壓要以增加，液晶顯示屏也顯示正常，說明微處理器工作正常，懷疑問題是在整流電路部分，用萬用表檢查橋堆的的輸出直流電壓，約有17V左右，明顯偏低，這個就是整機電壓偏低的主要原因，再檢查加在橋堆上的交流電壓，只有12V,這說明繼電器沒有吸合，首先確認繼電器電路、器件沒有故障，再測IC6的腳，有高電平輸出，再測VD2的正極，沒有高電平，根據分析判斷，故障應該在IC6的腳到VD2的正極之間，因為VD2沒有高電平，三極管VT1就不能導通，繼電器線圈也就不能得電，導致雙12V交流電不能加至橋堆的輸入端，引起輸出的直流電壓明顯偏低。

（3）故障點：斷電后，用萬用表檢查PCB板的線路，發現C6的腳到VD2的正極之間有一個通孔不通。（4）故障排除：用導線將IC6的腳和VD2的正極連接后，通電開機，輸出電壓正常，故障排除。

三、數控電源電路競賽故障設置的合理性分析

賽場提供的電路PCB板上設置的故障，第一個屬于電源性故障。我接觸了很多中職學校技能大賽的電子產品裝配與調試的電路，這些電路絕大多數都是由單片機芯片控制，具有一定實際功能、但輸出負載較小的電路，常見的競賽電路中的電源電路一般由變壓器、全波整流、濾波、分壓、穩壓后提供±5~24V的直流電壓，然后供給單片機、傳感器檢測、輸出顯示或控制部分。有部分電源電路還在主電源和負載之間加上一些控制電路，如繼電器控制、觸發器控制等，如2010的國賽的定額計數器電路就比較典型。

維修電源性故障，是我們作為一個電子產品維修工應當具備的基本技能之一，不論電源性故障設置有哪個位置，故障現象都是很明顯的，我們在訓練學生維修故障時，只要對電源電路的各部分電路詳細講解，學生徹底理解電路原理后，對這一部分電路的故障檢修應當能熟練掌握，所以這個故障點的設置我認為是非常合理的。

數控電源電路PCB板中設置的第二個故障是IC6的腳到VD2的正極之間有一個通孔不通。電路正常情況下，IC6的腳輸出一個高電平，通過VD2送到三極管VT1的基極，VT1飽和導通，繼電器線圈通電，同時其觸頭改變狀態，使輸入的交流電從單12V轉換為雙12V,雙12V經整流、濾波、控制后，即可輸出0~17V左右的恒定電壓。從理論分析的角度來講，這個故障的設置也是沒問題的，但在實際應用中還是存在問題的。我指導的學生在該年參加省的技能大賽，雖然獲得一等獎，但成績與前兩位的同學相比，差距還是明顯的。賽后，我與學生總結討論時，學生告訴我一個問題，就是學生把兩個故障都排除了，但電路功能并沒有完全實現，輸出受控制的直流電壓最多升到13V左右，實際上就是第二個故障的功能障礙并沒有完全排除。當時我也分析不到原因所在。競賽完后一段時間，市面上有了這套數控電源電路的套件出售，我買了六套，既給學生訓練，同時我也研究當時省賽的學生所出現的問題。

購買的電路套件，在裝配好并排除故障后，通電測試，其中也有兩套出現了與學生競賽時相同的問題，用導線將IC6的腳和VD2的正極連接后，通電操作，也沒聽到繼電器的吸合聲，導致輸出電壓不足。我仔細研究分析電路，查找有關資料，分析有關元件的參數，我認為可能存在的幾個原因：

（1）電路 中有關元件的參數設置不合理；

（2）三極管VT1飽和導通程度不足，壓降過大；

（3）就是電路中選用的電磁繼電器額定負載電流偏大，而芯片IC6 腳輸出的JK信號功率偏小，導致繼電器的吸合不靈敏。我在出現問題的兩套電路套件通電時，給VD2的正極額外加一個+5V信號，發現幾乎每次都能聽見繼電器的清脆的吸合聲，電路的功能也都能全部實現，由此我認為技能大賽所提供的數控電源電路PCB板中所設置的第二個故障，它存在著一些不穩定因素，它的合理性也還是值得商榷的。

四、自制數控電源電路PCB板的故障設置

為了在平時的訓練中按照我的思路訓練學生，同時也增加我教學上的一些素材，每年我都會制作一些電路的PCB板，并按照我的設想，在PCB板中設置兩到三個故障。

我使用Protel 2004軟件，繪制了數控電源電路的原理圖及PCB板圖，PCB板圖如圖2所示。

考慮到電路的對比性及合理性，自制PCB板時，我盡量做到元件的布局與原板一致，但在故障設置上有所區別。

這一次制作的數控電源電路的PCB板，我將第一個故障設置在VD5的負極到IC2的②腳之間，他們之間的連線斷開時，三端穩壓集成就沒有了基準電壓，輸出腳也就沒有電壓輸出，IC3也就沒有了5V輸出，單片機沒有了5V電壓供電，整機也就不能正常工作，這個故障設置對訓練學生的排除故障的能力，是非常有幫助的。

第二個故障，我設在單片機芯片IC6的腳與R5、R6的連接端。按照電路的工作原理，IC6的腳輸出的是一個占空比可調的PWM信號，當腳輸出不同占空比的PWM信號時，V+和V-端輸出的電壓也不同。圖3所示的就是當輸出電壓為5V和15V時，PWM信號的波形圖：

在檢測故障時，首先用萬用表測量IC6 腳的電壓，它是一個受按鍵V+、V-控制的、在0~5V之間變化的電壓，當PWM信號不能送至TP10時，在IC5（LM324四運放）的⑥腳就不能形成一個與PWM信號占空比成正比例的電壓，也就是在輸出端不能輸出一個受控制的，在0~17V可變的恒定電壓。學生在排除故障時，要求學生對整個電路的工作原理非常熟悉，要清楚知道各個控制信號的作用，各個信號的走向，這個對于訓練學生分析電路，排除故障，是非常有幫助的。同時也克服了競賽電路PCB板設置的第二個故障存在的不確定性和不穩定性。

五、結束語

綜上所述，我在指導學生技能訓練的過程中，積累了一定的實踐經驗，查閱了大量的技術書籍，認真、詳細分析在學生訓練過程中所出現的一些問題，并能夠運用實踐上的經驗，解決一些技術問題，逐步提高學生的技能水平，以參加全國技能競賽并獲得好成績為目標，在以后的學習中，不斷的努力訓練，積極探索。