Поиск неисправностей в импульсных источниках питания – советы и предостережения

September 18, 2013 by admin Комментировать »

1. Если схема неработает совсем, необходимо проверить:

–           правильность подключения обмоток трансформатора (прежде всего обозначение обмоток или их цветовую маркировку);

–           соответствие полярности подключения электролитических конденсаторов (как правило, этот дефект проявляется сразу после включения питания, и в худшем случае конденсатор «выстреливает»);

–           правильность подключения выводов ИС (не перепутана ли цоколевка; необходимо свериться с техническим описанием и следовать принципиальной или монтажной схеме).

2. Если схема работает (нет дыма, огня или взрывов), но выходные параметры не соответствуют ожидаемым (малый КПД, низкое выходное напряжение или ток, параметры стабилизированного напряжения на нагрузке или в схеме не укладываются в заданные пределы и т.п.), то для определения неисправности необходимо прежде всего исследовать форму тока дросселя на экране осциллографа. Наиболее распространенное средство для этого – токовый шунт с зажимами. На рис. 7.6 приведены характерные формы тока через дроссель. В идеальном случае линии заряда и разряда на осциллограмме представляют собой отрезки прямой (см. рис. 7.6a). Если наблюдаемая осциллограмма соответствует приведенной, но схема не работает должным образом, необходимо проверить дроссель, частоту следования импульсов, величину емкости выходного конденсатора и характеристики диода (именно в указанном

порядке). Например, если индуктивность дросселя уменьшилась в результате насыщения, выходной сигнал возрастет, но форма тока дросселя будет отклоняться от линейной в области пиков, как показано на рис. 7.66. А если величина сопротивления обмотки дросселя больше нормы, форма сигнала будет отличаться от линейной — см. рис. 7.6в.

3.        Если вы сомневаетесь в работоспособности дросселя, следует проверить его по стандартной испытательной схеме, показанной на рис. 7.7. Нужно сравнить полученную форму сигнала со стандартными тестами, приведенными на рис. 7.8-7.11. На каждой осциллограмме линия А отображает напряжение на выводе Vsw интегральной микросхемы LT1070, а линия В соответствует току снимаемому с того же вывода при помощи токового шунта. При низком напряжении на выводе Vsw ток протекает через дроссель. При большом значении индуктивности (см. рис. 7.8) наблюдается медленный рост тока без насыщения. При уменьшении индуктивности рост тока происходит быстрее (рис. 7.9 и 7.10), но насыщения пока нет. Однако наибольшая индуктивность (рис. 7.11), но намотанная на сердечник с малым значением межвитковой емкости производит сильное насыщение, что делает дроссель непригодным для применения в схемах импульсных стабилизаторов. Использование приведенной выше схемы и описанной методики позволяет значительно упростить процедуру подбора дросселя с наиболее подходящими характеристиками (как по цене, так и по размерам). На рис. 7.12 приведен стандартный набор.

Рис.7.7

Стандартная схема проверки индуктивности дросселей, используемых в импульсных схемах

Рис. 7.8. Осциллограмма формы напряжения и тока для дросселя с индуктивностью 450 нГн и сердечником с высокой межвитковой емкостью

Рис. 7.9. Осциллограмма формы напряжения и тока для дросселя с индуктивностью 170 нГн и сердечником с высокой межвитковай емкостью

Рис. 7.10. Осциллограмма формы напряжения и тока для дросселя с индуктивностью 55 мкГн и сердечником с высокой межвитковой емкостью

Рис. 7.11. Осцилпограмма формы напряжения и тока для дросселя с индуктивностью 500 мкГн и сердечником с низкой межвитковой емкостью

включающий 18 дросселей различных размеров и значений индуктивности (модель 845), который можно заказать по адресу: Pulse Engineering, Inc. PO Box 12235, San Diego, California 92112, (619) 268-2400.

4.        При недостаточном входном напряжении причиной может оказаться слишком большая длина проводов (например, от батареи к импульсной ИС) в процессе макетирования схемы. (Такая проблема не возникает при использовании плат с печатным монтажом.)

Входное питание потребляется схемой импульсного стабилизатора в виде импульсов тока. Если при макетировании схемы наблюдается падение входного напряжения из-за длинных проводов, следует увеличить входную емкость (конденсатор емкостью порядка 1000 мкФ или более подключается как можно ближе к выводам ИС стабилизатора). Если это не поможет, необходимо добавить входные конденсаторы во время сборки схемы.

5.        Если при использовании небатарейного источника входного напряжения схема не запускается и нет переключений при исправных компонентах схемы и правильном их подключении, то, возможно, используемый источник питания мал по выходной мощности и не обеспечивает необходимой величины пускового тока. Импульсные стабилизаторы имеют отрицательное входное сопротивление в пусковом режиме и при включении потребляют значительный ток. Высокие токи могут вызвать в некоторых входных источниках значительное падение напряжения или их отключение. При использовании батареи в качестве источника входного питания вполне вероятно, что она не в состоянии обеспечить большие мгновенные значения пускового тока.

6.        При низком КПД (когда потребляемая мощность значительно больше выходной мощности) необходимо обратить внимание на дроссель или трансформатор, так как потери в их обмотках или сердечнике могут быть значительными.

Рие. 7.12. Набор поверочных индуктивностей

Конечно, низкий КПД устройства в целом может быть суммарным результатом всех потерь: в дросселе, конденсаторах, диодах и т.д.

7.        При нестабильности тактовой частоты импульсов требуется проверить наличие избыточных пульсаций на выходе, а также на любом выводе обратной связи или компенсационном выводе ИС стабилизатора. При изменении тактовой частоты от периода к периоду следует подключить конденсатор (от 1000 до 3000 пФ) параллельно выходному конденсатору (и/или выводу обратной связи или компенсационному выводу) к «земле». Если какое-нибудь из этих действий с конденсаторами устранило изменения тактовой частоты, можно считать, что проблема локализована.

8.        В случае больших пульсаций выходного напряжения или шумовых выбросов проблема, возможно, связана с выходным конденсатором. Он характеризуется значением электрической емкости, выражаемой в пико- или микрофарадах, а также величиной эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) в омах. Увеличение емкости снижает пульсации, а возрастание эквивалентного последовательного сопротивления – увеличивает. Вполне вероятно, что высокое ЭПС используемого конденсатора, даже при соответствии его емкости значениям в схеме, стало причиной пульсаций непонятного происхождения.

9.        Когда интегральная микросхема взрывается на этапе экспериментирования (при тщательном подборе всех компонентов, правильном выполнении всех соединений, отсутствии короткого замыкания на выходе, точном соблюдении полярности включения электролитических конденсаторов и батареи), возможная причина заключается в том, что пусковые токи потребления вызвали значительные моментальные импульсные напряжения. Такие же большие напряжения могут возникать и после перенесения отлаженной схемы на печатную плату. Как правило, это указывает на то, что один или несколько элементов оказались на «грани» работоспособности (например, слишком высокое значение тока утечки выходного конденсатора или ограничительного диода).

10.    При сильном нагреве интегральной микросхемы необходимо в первую очередь рассмотреть условия отвода тепла, поскольку нарушения тепловых контактов – самая распространенная причина перегрева ИС. Так, для корпуса типа T0-220 без теплоотводящего радиатора тепловое сопротивление составляет 50-55 °С/Вт. В схеме стабилизатора с выходным напряжением 5 В и током 3 А (15 Вт) со стандартным значением потерь на импульсное переключение (10%) на интегральной микросхеме будет выделяться более 1,5 Вт. Выделяемая энергия вызовет увеличение температуры на 75 °С, а с учетом температуры окружающей среды общая температура корпуса превысит 100 °С (что, конечно, очень много). При отладке схемы можно припаять вывод корпуса T0-220 к медной контактной площадке на печатной плате, что уменьшит тепловое сопротивление примерно до 25 °С/Вт.

11.    При плохиххарактеристиках стабилизации выходного напряжения на нагрузке или в схеме нужно производить проверку в следующем порядке:

–       выходной конденсатор с высоким значением последовательного эквивалентного сопротивления (особенно если он находится вне контура обратной связи);

–            возможные утечки через осциллограф по паразитному контуру заземления (см. рис. 7.4);

–            неверное подключение резисторов выходного делителя к токовой шине (в схеме на рис. 7.5 представлены правильное и неверное подключения);

–            избыточные пульсации выходного напряжения, слишком высокая частота переключения (при условии, что проверкадросселя в соответствии со схемой на рис. 7.6 уже проведена).

12.    При низком значении КПД необходимо обратить внимание на диоды. Если их быстродействие недостаточно либо они рассчитаны на меньшие токи, то КПД будет снижаться, несмотря на работоспособность схемы. Если диоды рассчитаны на слишком малые токи, они попросту сгорят. В большинстве схем импульсных стабилизаторов используются высокочастотные диоды или диоды Шоттки. Основное преимущество диодов Шоттки – высокая эффективность. Следует помнить, что при выходных напряжениях стабилизатора до 12 В диоды Шоттки обеспечивают увеличение КПД на 5% по сравнению с ВЧ диодами. При напряжениях свыше 12 В это преимущество менее значительно. Кроме того, напряжение пробоя всех диодов должно превышать входное напряжение на величину его возможных пульсаций.

Источник: Ленк Д., 500 практических схем на популярных ИС: Пер. с англ. – М.: ДМК Пресс, – 44 с.: ил. (Серия «Учебник»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты