光电探测设备功放板故障分析

王鹏 郝田义 尚浩 管强 许克勤/中国飞行试验研究院

光电探测设备利用目标飞行中的蒙皮加热以及尾喷口发热等红外辐射特性进行目标红外辐射探测，确定目标的方位角和俯仰角信息，并在截获跟踪后发射激光脉冲命中目标，接收激光回波进行目标距离测算，从而完成目标的定位。

1 故障现象

某型飞机在进行机务准备检查时，发现光电探测设备上电后头罩偏转至关闭限位后未回转至正常关闭位置。打开光电探测设备盖板进行检查，发现温补调焦功放板连接器WXP1 和对接连接器线缆WBP1 出现烧蚀现象，该连接器附近电路板发生了部分烧蚀。如图1 所示。

2 组成及原理

光电探测设备内部温补调焦功放板（以下简称功放板）根据控制板的控制信号驱动电机工作，实现头罩机构的打开、关闭功能。功放板的电源输入、头罩功放输出通过连接器WXP1 和WBP1与电源组件、头罩电机电气连接，如图2 所示。

3 故障原因分析

将故障光电探测设备拆下进行检查，温补调焦控制板工作正常，桥接电缆正常，头罩电机工作正常，而电源输入连接器WXP1 及对接线缆WBP1 有过流现象，导线绝缘层脱落，金属线丝外露，且在连接器附近电路板有烧蚀痕迹。经分析，故障发生的可能原因为功放板或连接器短路。

针对功放板烧蚀故障现象，对可能原因进行分析，形成故障树，如图3所示。

3.1 功放板故障

图1 温补调焦功放板连接器WXP1和对接连接器线缆WBP1烧蚀

对功放板检查发现：电源（+5V、+15V、+24V 及+28V）短路、头罩功放输出短路。为了进一步确定短路点，逐步分解器件。

1）将头罩功放芯片从印制板上拆下，测量头罩功放芯片输出，未发生短路，但输出正-负管脚间电阻异常（约44kΩ，正常应为1.2MΩ 以上），功放芯片已经损坏。

2）拆下功放板连接器WXP1 测量，发现头罩功放输出PCB 线路不再短路，+5V 电源不再短路，其他三路电源（+24V、+28V、+15V）仍然短路。

3）将其他元器件从故障板上取下，焊在新印制板上通电进行检查，检查结果为接口电路和控制电路均工作正常。

4）对故障印制板进行检查，三路电源（+24V、+28V、+15V）仍然短路。

通过检查，可以确定电源输入连接器WXP1 内头罩功放输出线短路，造成头罩芯片输出过载，芯片损坏，功放板其他电路工作正常，因此，排除功放板故障引起功放板烧蚀故障的可能。三路电源短路故障需要进一步进行分析。

图2 功放板交联框图

3.2 连接器WXP1 及对接线缆WBP1 短路故障

功放板安装于光机组件内，有盖板进行遮盖密封，故障发生位置位于功放板左侧电源输入连接器WXP1和WBP1处。

1）功放板连接器WXP1 烧蚀区域检查

整个烧蚀区域以连接器为中心向四周扩散，连接器内芯熔毁，管脚焊锡熔化，连接器处印制板出现弯曲，针脚焊盘铜皮发生移位，其他位置焊盘正常，如图4 所示。

2）电缆连接器WBP1 烧蚀检查

电缆连接器WBP1 通过过渡电缆连接至电源组件和头罩电机。检查发现，电缆连接器WBP1 内芯绝缘层熔毁，金属线芯裸露，烧蚀区域从连接器本体延伸至过渡导线焊点处。

通过上述检查可以确定功放板连接器WXP1 和WBP1 处温度最高，热量最为集中，为短路中心点，连接器处先发生短路故障，其他电路区域的烧蚀也是由此处引起的。

通过对故障现象的分析可以得到以下可能：连接器WXP1 和WBP1 的某根或数根线发生故障后，产生的高温致使连接器绝缘层熔毁，裸露的金属线芯相互搭接，引起各电源发生连锁短路现象，温度持续升高致连接器附近印制板发生烧蚀现象。

引起连接器短路故障可能原因有两种：导电多余物引发故障和导线部分线芯因挤压弯折断裂引发故障。

1）导电多余物引发故障

功放板在光机组件中是竖直安装的，连接器WXP1 处于安装位置的左上角，左侧和上部光机壳体都是密封的，多余物不会落在连接器处，且连接器WXP1 属于表贴器件，经过“三防”处理后连接器绝缘性能较好，不会发生连接器引脚短路故障，连接器的引线端经过灌胶密封，也不会发生短路故障。因此，可以排除导电多余物引发故障的可能。

2）导线部分线芯因挤压弯折断裂引发故障

功放板上部为密封盖板，对接连接器出线端距上盖板距离较近，出线端弯折角度较大。电源输入连接器WXP1 单根导线线径较细，连接器线束在反复拆装以及盖板挤压过程中，可能出现部分线芯或线丝断裂，导致连接器其他导线载流增加。当通过额定工作电流时，由于导线截面积变小、体电阻增大，易造成导线温度的升高，进而使导线绝缘层损伤，发生连锁短路现象，最终造成连接器附近印制板和对接连接器的线缆烧蚀。因此，导线部分线芯挤压弯折断裂是造成产品连接器短路故障的原因。

图4 连接器烧蚀区域以及焊接面印制板弯曲

4 总结及建议

从连接器和信号线缆的烧蚀现象来看，故障原因是连接器和电缆的电气特性发生改变（部分线芯损伤），电源输入及对接连接器局部导线温度升高，损坏绝缘层，致使其他线缆短路，引发连锁反应，最终连接器附近印制板和对接连接器线缆出现烧蚀，导致光电探测设备上电后头罩偏转至关闭限位后无法回转至正常关闭位置。

通过对故障现象的分析，对厂家提出如下建议：

1）优化线束布局。为保证产品可靠性，对线束走线中因空间狭小弯折角度过大而引发的线芯断裂问题，优化功放板走线布局，减小连接器导线的弯折角度和对线束的挤压强度，降低导线因弯折和挤压发生断裂的可能性。

2）更换连接器。现有功放板和控制板采用的高密度连接器虽然满足产品使用需求，但单根额定通过电流较小，通过大电流信号时需要多根并线焊接，工艺操作性差。为提高功放板和控制板连接器的可靠性，应对连接器进行更换。