某型发动机自动调节器电源故障分析

李珩 韩振超 谢菲斯 马全福 谭未来

摘要：针对某型发动机自动调节器电源故障，结合自动调节器二次电源原理，通过破坏性试验，最终查明故障原因。

关键词：自动调节器；二次电源；模拟试验

Keywords：automatic regulator；secondary power supply；simulation test

某型自动调节器装于某型发动机上，用于调节其参数和向控制装置、机载记录设备、监控设备传递信号。自动调节器控制燃油泵—控制器、喷口—加力燃油控制器、加力点火热射流装置、应急放油附件，是该型发动机核心控制附件之一。

1 二次电源概述

自动调节器按功能分为13个模块，二次电源模块是其中之一，其电路原理图如图1所示，是将飞机上电网的27V电压转变为带公共零线的+12V和—12V直流稳定电压，提供给自动调节器各个通道和模块。飞机上电源汇流条的+27V电压从输入滤波器加到起动电路和脉冲功率放大器。电源从起动电路输入控制电路，由控制电路接通脉冲功率放大器。起动电路和控制电路的通断都受输出电压+12V的控制。当电压达到规定值后，首先关断起动电路。脉冲功率放大器将27V电压调制成可调占空系数的脉冲，由整流器和输出滤波器将脉冲变换成+12V和—12V的直流电压。输出电压的调整通过+12V电压的反馈实现，当负载和输入的+27V电压变化时，输出电压始终是恒定的。

2 故障情况

某台自动调节器在发动机上通电自检时无反应，初步分析认为是电源故障。取下调节器后，接上地面检测设备进行通电检查，发现自动调节器无±12V二次电源输出，工作电流异常，确认了该调节器故障为二次电源故障。

对二次电源组件进行分解检查，发现048板三极管、电阻、印制线、电路板多处严重烧蚀，如图2所示。

3 故障分析

3.1 故障机理分析

通过电路板、元器件烧蚀迹象，可以判断故障直接原因为电路过流导致。故障时，元器件工作状态远远大于其额定功率要求，导致元器件发热直至烧蚀。通过现场排故工作，此次故障中损坏情况为048板电阻R1、三极管V3严重过流烧蚀，046板二极管V3短路。电路原理图如图3所示。

通过电路原理分析，048板功能为电源启动、046板功能为脉宽调制供电。从电路图上可以看出，当046板二极管V3短路时，由于整流反馈信号在工作前一直处于低电位，相当于046板三极管V5的集电极与地短接。

当046板V1的集电极与地短接的情况发生时，048板起动电路中+27V电源会通过两路信号与地形成回路，如图4所示。

通过计算，此时通过048板电阻R1以及三极管V3的电流大约为1.5A，因此电阻R1的实际工作功率约为12W，远远大于1W的额定功率，而三极管V3的实际工作功率也远远大于其额定功率。同时，由于短路故障，整个电源系统无法产生12V反馈信号切断起动电路，导致R1、V3长时间工作在超负荷状态，直至过热烧蚀。

3.2 破坏性模拟试验

为验证046板二极管V3短路导致故障的可能性，选用一件报废的电源组件进行破坏性物理试验，短接二极管后持续通电30s，试验结果如图5所示。

从图5可以明显看出，在极短的时间内，由于经过电阻R1的电流远远超出额定要求，电阻R1迅速表现出过热烧蚀迹象，同时散发出强烈的刺激性烟雾，短短20s的时间电阻R1外观就完全烧蚀，焊盘被完全烧毁。

持续通电30s后，三极管V3外观也有明显的过热痕迹，如图6所示。

综上所述，通过理论分析及现场模拟试验，造成此次电源组件元器件严重烧蚀故障的直接原因为电源组件046板二极管V3短路。

3.3 原因查找

通过对自动调节器修理流程及产品使用情况分析，导致该电源组件二极管V3短路的可能原因有：

1）自动调节器分解装配时，静电防护不到位，造成二极管内部损伤，交付使用后出现短路故障；

2）自动调节器分解装配时，多余物控制不当，导致二极管短路；

3）二极管自身存在制造缺陷，在长时间使用后功能失效导致短路故障；

4）产品运输、储存、使用环境不当，尤其是环境湿度过大，容易造成元器件失效。

本台自动调节器在分解装配后经过了温度及振动试验，并配合发动机进行了全程试车后交付，整个过程均未出现任何异常，所以可以排除第一条可能原因。

通过原理及模拟试验，当多余物导致二极管短路时并不会导致二极管功能故障，清除多余物后二极管功能正常，而本次故障中二极管V3已经短路故障、功能失效，所以可以排除第二条可能原因。

综合分析，造成二极管V3短路最大可能原因为二极管自身制造缺陷。

4 失效分析

為进一步查找故障原因，将故障二极管外委研究所进行失效分析，查明该二极管故障原因为内部自身存在裂纹，使用过程中受到电应力及热应力作用，致使裂纹加剧，导致击穿短路。

参考文献

[1]周宗才，郑铁军.某型发动机结构、特性、控制[Z].