电压浪涌对叉车液晶屏仪表的危害及改进方法

汪智

摘要：针对电压浪涌问题，结合叉车液晶屏仪表的实际情况，介绍了电压浪涌所产生的危害；之后根据叉车液晶屏仪表的故障情况，研究了电压浪涌危害的改进手段，并提出了电压浪涌抑制机制。从改进效果来看，本文所介绍的方法能够有效降低电压浪涌对叉车液晶屏仪表的危害，保证了叉车顺利工作，因此具有应用与推广价值。

关键词：电压浪涌；叉车液晶屏仪表；浪涌抑制

前言：

在电源系统中的浪涌可以分为电源浪涌与电压浪涌两种，其中电压浪涌较为常见。在现代社会生产中，社会对叉车性能提出了更高的要求。在这种情况下，数字化仪表在叉车中越来越常见，与传统仪表相比，数字化仪表能够更全面的显示工作时长、水温、油量等信息，同时叉车的各类信号的使用频率高，对仪表性能提出了要求。在本次研究中，本文将结合电压浪涌，对叉车液晶屏仪表的故障处理问题做进一步研究。

1.电压浪涌下叉车液晶屏仪表的故障分析

1.1故障现象

某款高端叉车设有智能液晶显示屏，显示屏的使用频率较高，在对其进行电压浪涌冲击试验后，发现多辆叉车液晶屏仪表出现故障，故障现象主要表现为：（1）液晶屏幕的背光无法正常显示；（2）燃油表、水温表的指数显示不正常；（3）报警灯无法正常亮。

1.2故障排查

针对发现的三种故障，对叉车液晶屏仪表进行排查，检查结果显示，液晶屏仪表的看门狗（电源保护电路监控芯片）、单片机PIC15f887芯片、步进电机驱动芯片等出现了损坏，其他功能模块、软件等功能没有受损。针对这种情况，故障排查中的具体检查结果为：仪表的主电源、DC5V电源均显示正常，进一步检查后发现DC5V电源后端的一部分软件出现破坏。针对检查结果，认为电源后端软件破坏的主要原因是电源干扰，判断叉车上的干扰信号感应到液晶屏仪表电路时没有被抑制，导致在整个系统中，干扰信号将会持续的感染DC5V系统，再加之该系统的耐冲性不理想，最终导致了故障发生。

2.故障验证与处理

2.1验证方案

根据我国《电源线瞬态传导干扰抗干扰性试验》标准中的相关内容，结合叉车液晶屏仪表的性能要求，设计了多种条件下的干扰电路，并按照图1的内容进行试验。

按照图1所的电压浪涌试验结构图，采用正交试验法进行试验分析，将干扰时间分别控制在100ms、200ms、300ms三个级别，持续加载干扰电源。试验过程中注意观察不同水平电源波峰变化与液晶屏仪表性能展现情况。本次电压浪涌试验的最终结果如表1所示。

根据表1所反馈的相关信息科发现，在本次试验验证中，导致液晶屏仪表损坏的主要原因是外部干扰，由于液晶屏电源系统电路没有对外部干扰信号产生足够的抑制作用，最终导致干扰信号无法顺利的传递到DC5V系统中，并且系统所接收到的信号是连续不稳定的，再加之DC5V系统本身较为脆弱，因此在频繁的不稳定干扰信号冲击下发生损坏，最终导致故障出现。

在确定上述分析结果之后，结合叉车液晶屏仪表本身特征做进一步研究。最终结果认为，由于大部分叉车液晶屏仪表均采用可控硅为仪表电源保护电路，与其他材料相比，可控硅本身存在响应速度慢的问题，虽然保护效果好，但是叉车本身的机械性能复杂，在运行过程中经常会进行多种操作，复杂的操作中所使用的开关、控制动作多，而这些开关、控制动作也会产生大量信号，这些信号所带来的高峰、窄脉冲电压浪涌多，而可控硅并不具备有效抑制这些电压浪涌信号的问题，长此以往，导致了电源后端系统破坏，零部件受损，影响了叉车液晶屏仪表的正常使用情况。

2.2处理方法

从上文分析可知，可控硅是导致叉车液晶屏仪表出现故障的最主要原因，针对追问题，结合相关资料的研究结果，决定采用具有更强反应速度，并且对浪涌吸收能力强的TVS二极管作为看门狗。与可控硅相比，TVS二极管能够有效应对浪涌冲击问题，当发现电源两端承受高水平能量冲击时，可以快速将单片机两端的阻抗值进行调整，进而在一瞬间吸收大量电流，确保单片机的电压处在理想状态下，避免DC5V系统软件不会承受瞬间的高电压冲击，保证了硬件安全。

在完成更换之后，继续按照图1的结构进行电压浪涌试验，所选择的标准与之前相同，最终的结果显示，无论在什么样的电压浪涌条件下，叉车液晶屏仪表都没有出现故障问题，这一结果说明本文所采用的处理手段具有科学性。

2.3浪涌抑制

从另一角度来看，除了更换可控硅之外，做好浪涌控制也是降低危害的有效手段。在试验中发现，在100ms、200ms、300ms三个级别的电压浪涌试验中，叉车液晶屏仪表最多经受了5次浪涌，其中浪涌与浪涌之间的间隔时间相对均匀，可以描述为：在设备正常运行的情况下，电压突然增大，并且电压水平逐渐超过设备的可承受范围内，在电压浪涌结束后，电压恢复到正常电压水平，反复如此。同时，考虑到叉车电压浪涌不同于其他设备，针对电压浪涌问题，需要在短时间内叠加在一起的过多能量释放掉，才能有效降低电压浪涌所造成的危害。同时，根据现阶段常见浪涌抑制技术的特征，针对电压浪涌问题，该技术主要通过在电压的方式，依靠电压源施加过压浪涌，而在这种浪涌压制的情况下，短时间内叉车电源电阻很低，可能影响车辆正常运行[1-2]。

所以针对上述现象，本文决定按照关断型过压浪涌抑制电路原理，在输入电压与用电设备之间串联一个可控制的开关，在正常情况下，输入电压正常，那么这个开关将会处于“开启”的状态；而在电压浪涌发生之后，比较器会识别电压水平，当发现电压水平过大，则会立刻关闭开关，避免过压浪涌直接影响液晶屏仪表。但是这种设计方法也存在一个很明显的缺陷，就是在关闭状态下会导致液晶屏仪表短时间断电，影响了叉车使用。为了能够有效避免这种问题发生，本文在原有关断电路的基础上进行了改进，采用了稳压工作方式，与之前的关断式相比，稳压工作方式具有更强的工作能力：当线路电压水平正常时，开关保持正常状态，而在电压浪涌之后，开关不会自动关闭，而是会转入到线性工作区域内，这样原本很高水平的电压将会直接作用在可控开关上，保证相对稳定的输出电压，进而保护了叉车液晶屏仪表的工作水平[3]。在应用该方法时，相关人员需要关注的过流保护与涌浪电流限制等问题，可以尝试控制不同硬件设备，将电压浪涌发生时的高水平电压传送至输出端，避免电压浪涌直接冲击用电设备。

结论：

在叉车电路系统问题研究中，电压浪涌问题一直是相关人员关注的重点内容，本文针对某款叉车的实际情况，分析了电压浪涌对叉车液晶屏仪表的危害，并提出了改进措施。從相关措施的实施效果来看，这些措施能够有效降低电压浪涌问题对叉车液晶屏仪表的损害，保证了叉车正常运行。因此可以认为，本文所介绍的电压浪涌改进方法具有可行性，值得在相关地区做进一步推广。

参考文献：

[1]王凤岩，张肱霈，张燕，曾正华.机载设备的浪涌抑制[J].电子信息对抗技术，2016，28（05）：78-82.

[2]Alison Steer.高电压浪涌抑制器确保电源可靠操作[J].中国电子商情（基础电子），2016（07）：66-68.

[3]周洪楷，周陈平.汽车过电压浪涌脉冲模拟系统的试制研究[J].汽车电器，2017（04）：52-55.