敖國(guó)旭

（重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶 400042）

0 前言

半自動(dòng)售票機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)BOM）是軌道交通的專(zhuān)用設(shè)備，由“108”控制板（以下簡(jiǎn)稱(chēng)108板）控制BOM的發(fā)卡機(jī)構(gòu)電機(jī)的動(dòng)作，容易發(fā)生芯片燒毀故障。本文通過(guò)分析產(chǎn)生故障的原因，提出了兩種解決故障的方案。

1 故障原因分析

1.1 L298N芯片邏輯分析

L298N芯片是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS，并可以接4.5-7V的電壓。4腳VS接電源電壓，VS的電壓范圍為2.5-46V。輸出電流可達(dá)2A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別引出，以便接入電流采樣電阻SENSE A和SENSE B，形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，2腳、3腳、13腳、14腳分別接電動(dòng)機(jī)。5腳、7腳、10腳、12腳分別接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)。EnA、EnB接控制使能端，控制電機(jī)停轉(zhuǎn)[1]。圖1是L298N的功能邏輯圖。圖2為L(zhǎng)298N的引腳圖。圖3為L(zhǎng)298N的實(shí)物圖。

圖1 L298N芯片邏輯圖

圖2 L298N芯片的引腳圖

圖3 L298N實(shí)物圖

1.2 L298N芯片在直流電機(jī)中發(fā)生故障的表現(xiàn)及原因分析

在108板電路中，L298N芯片直接控制一部直流電機(jī)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳輸皮帶，將票卡傳傳送到指定位置。為了獲得較大驅(qū)動(dòng)電流，在108板的電路中2腳（out1）和14腳（out4）并接后連接到電機(jī)的一個(gè)引腳；3腳（out2）和13腳（out3）并接后連接到電機(jī)的另一個(gè)引腳，即將兩個(gè)H橋并為一個(gè)H橋使用，工作電壓為24V。在燒壞故障中，燒壞位置大多在輸出引腳的2、3、13、14位置。

在設(shè)備運(yùn)行中，引起108板L298N芯片大電流的原因主要有兩種。一是電機(jī)啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生的沖擊電流，二是傳送卡票時(shí)產(chǎn)生的大電流。把萬(wàn)用表接入電路，測(cè)試直流電機(jī)在BOM機(jī)異?；謴?fù)、正常售票、出現(xiàn)卡票（電機(jī)瞬時(shí)堵轉(zhuǎn)）狀況時(shí)的電流最大值，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 直流電機(jī)的電流測(cè)試結(jié)果

L298N芯片持續(xù)工作時(shí)電流為2A，理論最大峰值電流為3A。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在異常恢復(fù)時(shí)，正轉(zhuǎn)穩(wěn)定電流約為2.5A，最大值約為2.7A；在反轉(zhuǎn)時(shí)，穩(wěn)定電流在-2.2A至-2.3A之間，最大值約為-2.35A；在發(fā)售票情況下，電流約為3A，最大電流甚至達(dá)到3.17A，超過(guò)了L298N芯片能承受的理論最大峰值。大電流導(dǎo)致芯片發(fā)熱量過(guò)大，容易燒壞芯片。

2 排除故障的方法

為了避免L298N芯片被大電流頻繁燒壞的故障，保證L298N芯片正常工作，根據(jù)事故產(chǎn)生的原因，設(shè)計(jì)了兩種排除故障的方法。

方法一。利用L298N芯片的采樣引腳（1腳和15腳），以及采樣電阻SENSE A和SENSE B，檢測(cè)L298N芯片的輸出電流大小。當(dāng)電流值大于一定值時(shí)，切斷L298N芯片的使能信號(hào)EnA和EnB，芯片停止工作，從而達(dá)到保護(hù)芯片的目的[2]。這種排除故障的方法存在兩個(gè)缺點(diǎn)。一是必須選擇合適的取樣電阻，否則電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電流突然增大，保護(hù)電路工作后，切斷了L298N的電流輸出，導(dǎo)致電機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)和工作。二是即使在正常售票時(shí)，經(jīng)過(guò)L298N的電流也要超過(guò)其額定的持續(xù)工作電流2A。因此這種排除故障的方法并不完全可靠。

方法二。在L298N芯片與直流電機(jī)之間接入繼電器，利用L298N芯片的輸出信號(hào)控制繼電器線圈，進(jìn)而使繼電器直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。根據(jù)L298N芯片輸出引腳電壓變化來(lái)控制繼電器的動(dòng)作，達(dá)到控制繼電器輸出電壓變化的目的，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)，并在繼電器外圍電路上設(shè)置保護(hù)電路，降低電機(jī)瞬間大電流給元器件帶來(lái)的破壞作用。電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 繼電器驅(qū)動(dòng)電機(jī)改造電路圖

在圖4中，a和b腳分別連接L298N芯片的原電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出引腳2腳（out1）和13腳（out13）。c和d腳分別接電機(jī)的兩個(gè)電樞端子。串接在線圈電路中的二極管（D1、D2）根據(jù)L298N輸出引腳的電壓變化，控制繼電器的動(dòng)作，從而使c和d輸出不同方向的24V電壓，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)[3]。在電路圖中，從108板的電源后級(jí)電路引入24V電源，接地端連接到108板的公共接地端。電路圖中的四個(gè)二極管（D3、D4、D5、D6）和電容C1構(gòu)成保護(hù)電路，降低電機(jī)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)大電流對(duì)電機(jī)的損害。改造電路中，選用的繼電器可承受24V/10A的電流，提高了其承受的負(fù)載能力。選用3.75A自恢復(fù)保險(xiǎn)，保證電流在108板的上級(jí)電源能夠提供的電流范圍之內(nèi)，確保它不對(duì)上級(jí)電源產(chǎn)生影響。將改造后的108板用24V直流電源進(jìn)行邏輯測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。將改造后的電路接入108板，并將108板安裝至BOM機(jī)進(jìn)行測(cè)試，設(shè)備運(yùn)行正常。取其中10組，每組打印50張連續(xù)發(fā)票，測(cè)試數(shù)據(jù)，電機(jī)工作正常，沒(méi)有發(fā)生卡票和燒壞電路板的現(xiàn)象。同時(shí)在車(chē)站的BOM上測(cè)試6個(gè)月，也沒(méi)有發(fā)生任何故障。

輸入引腳a 輸入引腳b 輸出引腳c 輸出引腳d 24V 0V 24V 0V 0V 24V 0V 24V

3 結(jié)語(yǔ)

本文分析了軌道交通專(zhuān)用設(shè)備BOM機(jī)的108板容易發(fā)生L298N芯片燒壞的原因，設(shè)計(jì)了排除故障的方法，并進(jìn)行了技術(shù)改造。經(jīng)過(guò)測(cè)試改造后的設(shè)備運(yùn)行正常，提高了設(shè)備完好率，降低了運(yùn)營(yíng)成本。

[1]趙化啟，孫小君，等.零基礎(chǔ)學(xué)PIC單片機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.8.

[2]張立勛.電氣傳動(dòng)與調(diào)速系統(tǒng)[M].北京：廣播電視大學(xué)出版社，2005.6.

[3]岡本裕生.圖解繼電器與順序控制器[M].北京：科學(xué)出版社，2007.