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摘要：随着我国科技的进步和制造业的发展，高速动车组的覆盖范围越来越广泛，乘客的出行也更加安全、快捷和舒适。某型号动车组发生若干起制动类故障，影响车组上线运行。文章通过数据统计发现此类故障具有一定的共性，根据设计原理逐层分析最终确定为制动板卡本身故障并通过技术手段找出故障元件。
关键词：板卡；制动故障；铜离子
1、引言
某型动车组多次发生制动类故障，对其进行统计发现多为报出“停放制动监控受干扰”、“停放制动隔离”、“直接制动不可用”等故障。
此类故障一旦发生轻则需要切除单车常用制动，严重时则需切除故障车组停放制动，甚至出现“二次停车”情况，严重影响车组正常运行。根据现场处置情况发现此类故障都是由于板卡故障导致，此板卡在动车组制动系统中功能非常丰富，结构复杂，其主要负责BCU应用软件运行，防滑制动和常用制动（DCL）控制。另外，该板卡具备输入输出接口，其中输入接口包含速度传感器信号，压力传感器信号（T压力，R压力，CV压力，C压力等），牵引硬线信号，制动硬线信号，紧急制动UB信号等。输出接口包括防滑阀控制信号，重大故障继电器信号等。
1、故障原理分析
1.1、“停放制动受干扰”故障原理
“停放制动监控受干扰”故障是停放制动的群组故障，当CCU检测到停放制动状态继电器反馈异常、停放制动安全环路无法打开、停放制动被切除、停放制动压力错误等异常时，将在CCU报出以上故障的诊断代码的同时，BCU也会报出此群组代码。
根据原理分析，产生次故障的原因可能如下：
（1）停放制动隔离截断塞的电子触头误动作或其接线存在问题；
（2）板卡故障发出错误信号；
（3）停放制动隔离状态继电器、停放制动隔离截断塞门状态继电器本身或接线存在问题；
（4）继电器状态监控的板卡故障。
1.2、直接制动不可用”故障原理
“直接制动不可用”故障，当BCU检测到隔离信号但实际检测到CV压力持续10s即会报出此故障。
根据原理分析所示，报出上述故障可能原因如下：
（1）直接制动隔离塞门的电子触头误动作或其接线存在问题；
（2）板卡故障发出错误信号。
综合分析，发生此类故障时无人操作塞门，现场检查塞门功能及线路正常，继电器及接线状态正常，此外停放制动缸压力传感器工作正常。至此可排除其它部件或线路原因，判断是板卡存问题导致此类故障发生。
2、故障复现
室温环境下对故障板卡进行测试，结果功能测试通过。
在温箱内进行测试，当环境温度超过50摄氏度时，RB12B故障板卡报出BSI1或者BSI2（BSI:二进制传感输入）信号异常，这些BSI信号为球阀手柄状态信号，即板卡认为BSI信号对应的球阀开关状态不对，此故障现象会导致出车辆上报出“停放制动监控受干扰”、“停放制动隔离”、“直接制动不可用”等故障。
实验人员对BSI信号功能的子板进行手动重现故障。同样在室温下测量BSI信号通道的相关参数，未发现异常。手动用热风枪均匀加热BSI信号通道相关元件，当元件温度在室温上增加20-30摄氏度时，发现BSI信号通道上的光耦输出状态异常。根据设计原理可以确定报出故障的BSI1和BSI2信号分别由光耦元件OC1700、OC1701输出，至此可以判断板卡中的光耦元件OC1700、OC1701存在缺陷。
根据设计要求光耦OC1700、OC1701的推荐输入电流是5mA（即5mA就可以使输出端信号转换），经测量在板卡中光耦的电流输入源一直保持在7.5mA左右，满足光耦推荐的输入转换电流。但是发现当温度升高后若使光耦输出信号转换，所需板卡输入给光耦的电流变大。故障现象表现为输入端电流没有变化，光耦本身输出的信号却由“低电平”变成“高电平”，发生了异常转换。
3、光耦信号异常转换分析
3.1、发光二极管失效
实验室中进行线对比测试，发现故障光耦元件发光二极管的正向电流-电压特性曲线和反向电流-电压特性曲线均异常。因此，可以确定是光耦器件输入端发光二极管失效导致元件故障。
经过制程工艺的验证，发现铜元素附着在PN结上主要原因为在发光二极管灌封硅胶工艺中接触到了铜元素，故障机理如下：
硅胶的作用是将发光二极管内的芯片固定在铜导线架的镀银层上，同时也是对发光二极管内的镓砷芯片进行保护，防止应力损伤。正常的发光二极管硅胶不会直接接触到最下面的铜层，但故障件硅胶已经超出镀银层的范围，延展覆盖到部分铜层。在发光二极管工作发热与电流的作用下，铜离子会穿过硅胶缝隙扩散到发射器的PN结上，这个电化学过程，主要包括两部分：第一步铜离子在高温作用下通过硅胶缝隙扩散，第二步在发光二极管工作发热与电流的作用下，发生电化学反应，扩散并聚积在发光二极管的镓砷芯片PN结上，即在透射电子显微镜下看到的铜元素形成的晶体斑点。这种附着在PN结上的铜污染会导致局部短路和电流的增大，形成热斑降低发光二极管的光传输的强度。
4、总结
某动车组在运用过程中发生的多起“停放制动监控受干扰”、“停放制动隔离”、“直接制动不可用”故障经过分析确定了故障原因为光耦中发光二极管灌封注胶过多导致硅胶与铜离子接触，二极管在工作时铜离子会穿过硅胶缝隙扩散到发射器的PN结上形成热斑，降低发光二极管的光传输的强度，导致输出信号异常，最终报出相关故障。由此建议供应商可以提高生产线相关工艺的控制水平，严格按照设计要求经行生产，加强产品质量卡控，避免再次出现此类故障。
参考文献
[1]动车组制动板卡故障原因分析及整改进展.2019,
[2]Knorr-Bremse Group Service Instruction Electronics: TA44631/614.