Пульсации блока питания как определить

Обновлено: 06.07.2024

При построении качественного блока питания важно правильно рассчитать фильтр подавления пульсаций на выходе диодного выпрямителя.

Промышленный высоконадежный блок питания общего назначения Промышленный высоконадежный блок питания общего назначения

Для самодельного простого лабораторного блока питания, можно особо не думать, и поставить на выходе выпрямителя электролитический конденсатор емкостью в 1000мкФ, выбрав лишь правильный номинал максимального напряжения , с запасом, по выходному напряжению вашего трансформатора.

Для большинства лабораторных БП 25 Вольт будет достаточно.

Простые схемы на микроконтроллерах, стандартной логике потребляют малый ток, и когда задача состоит в том чтобы помигать светодиодом, или запустить маломощный моторчик проблем не будет. В нашей схеме выше, при известных входных и выходных напряжениях не учитывается ток, потребляемый нагрузкой.

Ниже представлена относительно мощного промышленного блока питания для радиоаппаратуры:

Схема его почти ничем не отличается от показанной выше.

В сегодняшней статье я рассматриваю расчет сглаживающего фильтра в блоке питания, который можно будет использовать для питания сложных устройств таких как радиоприемники и радиостанции.

Допустим, мы имеем мощный трансформатор 220/24 В на номинальный ток 14 ампер и соответствующий этому , проходящему току диодный мост (сборку) , выбранный , с запасом. От такого блока питания можно запитать мощную нагрузку!

Правильность работы технически сложных устройств, потребителей энергии этого БП , будет сильно зависеть от качества фильтрации пульсаций переменного напряжения.

Уровень постоянного напряжения на выходе БП 12В (без пульсаций) БП нагружен на минимальную нагрузку. Уровень постоянного напряжения на выходе БП 12В (без пульсаций) БП нагружен на минимальную нагрузку.

Рассчитать номинал сглаживающего конденсатора очень просто, определившись с требуемым коэффициентом пульсаций. Выберем его равным 8%.

Определим, что нагрузка будет потреблять максимальный ток 12 Ампер, тогда емкость конденсатора фильтра для двуполупериодного выпрямителя определим по формуле:

С1= Iн / (6.28* UнFКп) - , где

Iн (номинальный ток нагрузки)

Uн (номинальное выходное напряжение БП)

F (частота промышленной сети в герцах) 50Гц

Кп (коэффициент пульсаций )

Подставляем значения в формулу, и получаем:

С1=19000 мкФ , т.е. потребуется параллельно подключить 4 конденсатора емкостью 4700 мкФ х 50В.

На что повлияет малая емкость конденсатора фильтра на практике?

Напряжение на выходе блока питания "просело" под большей нагрузкой, наблюдаются пульсации . Напряжение на выходе блока питания "просело" под большей нагрузкой, наблюдаются пульсации .

Напряжение "просело" потому, что примененный фильтр не рассчитывался под большой ток, хотя, трансформатор и диодный мост получить такую мощность позволяют.

При работе радиостанции в режиме приема, так как потребляемый в этом режиме ток очень мал, дефект проявляться не будет (см. первую осциллограмму).

Но в режиме передачи (см. вторую осциллограмму) , потребляемый ток радиостанцией резко возрастает, и следовательно подсаживается напряжение на выходе БП , что повлияет на максимальную выходную мощность передатчика.

В особо запущенных случаях, когда фильтр неисправен, радиостанция будет выключаться.

Доброго дня. Прошу помощи уважаемого сообщества. Имеется БП марки DSA-60PFB-12 от сетевого хранилища. Симптомы – пульсация выходного напряжения частотой где-то 2Гц под нагрузкой, светодиод мигает в такт. На холостом ходу 12.2В стабильно. При вскрытии ожидаемо обнаружил вспухшие конденсаторы на выходе. Заменил – результата нет. Опыта ремонта импульсных БП нет, начал по кругу проверять комплектуху. Что проверил:

В норме:
неэлектролитические конденсаторы C3, C5, C6, C9, C13, транзистор ME75N75T в холодной части (Q2), транзистор 10N60 в горячей (Q1), токозадающий резистор R12 (видимо такова его функция), диоды в горячей части D2, D3, D4. Заменил оптопару на всякий случай, электролиты C7, C8 (слегка ушли от нормы).
Что еще нашел неисправного:
Высоковольтный конденсатор C4 был мертвый в ноль, заменил. Конденсаторы С2 0,22мкФ (осталось 156нФ) и С1 0,1мкФ (осталось 11нФ), заменил оба. Результата нет.
SMD компоненты на обороте платы не проверял.
Я понимаю, что какой-то компонент видимо под нагрузкой пробивает, но при проверке без нагрузки это не проявляется. Скрины тестов транзисторов и их даташиты прилагаю.
Из инструментов тестер и китайский мультитестер-ESRметр.
Прошу прощения за корявую терминологию, буду признателен за любую помощь.

нагрузить просто резистором подходящего номинала ( под ток нагрузки)
возможно перегруз в последующих цепях

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет - любой!

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Целостность обмотки самопитания ШИМ и элементов с ней связанных стоило бы проверить.

Приглашаем всех желающих 25/11/2021 г. принять участие в вебинаре, посвященном антеннам Molex. Готовые к использованию антенны Molex являются компактными, высокопроизводительными и доступны в различных форм-факторах для всех стандартных антенных протоколов и частот. На вебинаре будет проведен обзор готовых решений и перспектив развития продуктовой линейки. Разработчики смогут получить рекомендации по выбору антенны, работе с документацией и поддержкой, заказу образцов.

Симптомы – пульсация выходного напряжения частотой где-то 2Гц под нагрузкой, светодиод мигает в такт. Похоже на попытку запуска, срабатывание защиты от перегрузки, далее - по кругу.

_________________
Делай то, что тебе нравится и ты никогда не будешь работать

Приглашаем 30 ноября всех желающих посетить вебинар о литиевых источниках тока Fanso (EVE). Вы узнаете об особенностях использования литиевых источников питания и о том, как на них влияют режим работы и условия эксплуатации. Мы расскажем, какие параметры важно учитывать при выборе литиевого ХИТ, рассмотрим «подводные камни», с которыми можно столкнуться при неправильном выборе, разберем, как правильно проводить тесты, чтобы убедиться в надежности конечного решения. Вы сможете задать вопросы представителям производителя, которые будут участвовать в вебинаре

Так же будет при обрыве цепи самопитания, запуск / отключение / запуск. Так же будет при обрыве цепи самопитания, запуск / отключение / запуск.

Даже на холостом ходе? В холостую-то не пульсирует.

В холостую на выходных банках сохраняется заряд и напруга не успевает просадиться. нагрузите их 10-50мА - и увидите, что тоже прыгает!

Добавлено after 1 minute 7 seconds:
Быллоо такое. Смотреть оптопару и TL431 - это цепь измерения/управления выходным напряжением.

_________________
90% времени уходит на отыскание неисправности,остальное - ждать когда нагреется паяльник!

Там нет транзюка TL431 в обычном корпусе. Есть один SMD с маркировкой что-то типа "треугольник EA1", к оптопаре одной ногой цепляется. Гугл говорит, что это TL431 и есть. Спасибо за наводку, обычный TL431 у меня есть, попробую заменить. И да, оптопару менял уже.

схему надо искать или ОТРИСОВЫВАТЬ ПРИ ВАШЕЙ ПРОБЛЕМЕИ ГЛУБИНЕ КОПА ДАЛШЕ БЕЗ НЕЙ и осла НИКАК.
в горячей части наверно есть коректор но ниэто не ипы шима 1и 2чного не озвучены-разговор ни о чем
блок нестандартный наверно есть нюансы с запиткой чипроф
може просмотрели еще где дохлую банку раз уж менять проерт-замените ВСЕ БАНКИ в ряде случаеф этого достаточно..но в вашем не знаю может еще че сдохло обычно при пустой сетевой вылетае коректор.
всетаки проверте-зарисуйте пинаут чипа та может стоять вовсе не 431 а спец шимка 8ножка как в ноутовых она рулит ии ООСи защитами

_________________
Мудрость(Опыт и выдержка) приходит с годами.
Все Ваши беды и проблемы, от недостатка знаний.
Умный и у дурака научится, а дураку и ..
Алберт Ейнштейн не поможет и ВВП не спасет. и МЧС опаздает
и таки теперь Дураки и Толерасты умирают по пятницам!

TL431 - это не транзюк! Это скорей уж ОУ. Но как раз в СМД корпусе он и есть! Он может даже и рабочий, а вот делитель его - резюки СМД могут "течь" - сопротивление может плыть. Или ваще в обрыве!

Добавлено after 2 minutes 6 seconds:
Я ваще такие БП делал всегда без Ослика. там особо нечего смотреть. Разве что наличие отсутствия генерации. Но в "горячей части" схемы - не люблю. Щипать может больно!

_________________
90% времени уходит на отыскание неисправности,остальное - ждать когда нагреется паяльник!

По крайней мере ясно, куда рыть дальше. Все проверю, отпишусь. Всем спасибо за участие.

С7 и С8 нужно менять. Эти мелкие не вздуваются, но ESR набирают. Целостность обмотки самопитания ШИМ и элементов с ней связанных стоило бы проверить.

_________________
- Русским человеком может быть только тот, у кого чего-нибудь нет, но не так нет, чтобы обязательно было, а нет — и хрен с ним.
"Русский человек может жить как в одну сторону, так и в другую. И в обоих случаях останется цел" А. Платонов

Работает но в старт-стопе - искать дохлый электролит, скорее всего в самопите. И как писали выше нагрузить номинальным током, а не подключать к разным устройствам.

Корректора нету, нет его индуктивности, силовой электролит на 400 Вольт. На входе только дроссели подавления помех - синфазной и парафазной.
R12C9 - снаббер, другого не вижу. Пока живой, всерьёз ни на что не влияет. Если жёлтый конденсатор меньшей ёмкости, значит, были перенапряжения по входу, они от этого выгорают. До кучи мог подгореть и ВВ транзистор, но по прибору - нормально. Такие моргания светодиода говорят о том, что БП не выходит в рабочий режим.

Современные контроллеры имеют защиту в виде ограничения времени работы во время запуска. Если оптрон ООС не открывается за положенное время, значит, чип делает паузу перед очередным запуском. При живых электролитах это признак недостаточной мощности преобразователя. Если блок хорошо перегревался, может шить изоляция трансформатора, и вероятность этого выше на больших токах в первичке, т.е. как раз на большой мощности.

Цепь ООС проверяется оптом. Подключаем омметр к выходу оптрона, на стороне сети, а к выходу блока - лабораторный БП, и прогоняем напряжение на нём мимо выходного напряжения снизу вверх, не слишком превышая. В нужной точке оптрон должен открыться, что омметр и покажет.

Проще всего посмотреть напряжения на электролитах осциллографом. НО у всех современных общий сигнальный провод соединён с заземлением в розетке, поэтому чтобы по сетевой части лазить, питание осциллографа нужно развязать трансформатором 220/220. И помнить о допустимой амплитуде напряжения на сигнальном входе. На горячий провод не лазить вообще никак.

Во-первых, хочу выразить благодарность всем неравнодушным за советы, и извиниться за долгую паузу - никак не удавалось доехать до друга и испытать блок на исходном устройстве. Оказывается, заменой всех конденсаторов я проблему-то решил! Но испытывая БП дома на насосе для матраса (65Вт), я БП перегружал, и он уходил в защиту циклически, оказывается! Я просто не ожидал, что превышение по мощности в 5Вт даст такой эффект. Еще один случай в копилку опыта.
И да, видимо, пусковой ток электродвигателя насоса больше 6А, именно это скорее всего приводило к срабатыванию защиты БП И да, видимо, пусковой ток электродвигателя насоса больше 6А, именно это скорее всего приводило к срабатыванию защиты БП Конечно больше! Если мотор коллекторный, то ток при старте превышает в 3-4 раза! Измерьте тестором сопротивление мотора - оно почти КЗ. При старте, моментальный ток выпрыгивает пиком! И по этому БП защащался!
А мощность БП всего 60Вт, это всего 5А. А при старте ток может "подпрыгивать" до 15А. Это 12х15=180Вт!
Выход: увеличивать ёмкость банок во вторичке в несколько раз и ставить дополнительный дроссель, для сглаживания "зарядного тока" дополнительных конденсаторов.

_________________
90% времени уходит на отыскание неисправности,остальное - ждать когда нагреется паяльник!

ну вот резултат -зря потраченое время иза неправилной нагрузки.
чтож ТС не написал что моргает токас еего нагрузкой а на хх нет. походу он не в теме ка чинят такое..
кароче повезло..

Да не, все нормально, сетевое хранилище тянет. Это я, дурак, проверял БП неподходящим устройством. Писали же мне:

Добавлено after 1 minute 20 seconds:

Я писал((:
"На холостом ходу 12.2В стабильно."

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Кто сейчас на форуме

В данном разделе приводятся основные методы проверки, применяемые для всех типов источников питания и стабилизаторов, как совсем простые, так и более сложные. Если схема благополучно прошла все тесты, описанные в книге, значит, она полностью пригодна для применения. Если результаты проверки не соответствуют стандартным требованиям, то они могут послужить основой для определения причин неисправности.

Главная функция любого автономного источника питания — преобразование переменного тока в постоянный. В преобразователях постоянного тока он преобразуется в аналогичный, Но с другим напряжением (как правило, большим, но иногда и меньшим). Работоспособность источника питания проверяется измерением выходного напряжения. Естественно, для более детальной проверки источника питания оно должно измеряться с нагрузкой, без нагрузки, а также с частичной нагрузкой.

Если выходное напряжение источника питания при полной нагрузке соответствует указанному в паспорте, то его основная функция выполняется. Однако, как показывает опыт, полезно дополнительно проверить коэффициент стабилизации

напряжения источника питания, внутреннее сопротивление и амплитуду пульсаций выходного напряжения.

Проверка выходного напряжения

На рис. 7.1 приведена принципиальная схема проверки источника питания. Схема предусматривает проверку источника питания без нагрузки, с половинной нагрузкой и полной нагрузкой (в зависимости от положения переключателя Sl). Когда переключатель Sl находится в положении 1, нагрузка к выходу источника питания не подключена. В положениях 2 и 3 подключается нагрузка, равная соответственно половине и полному номинальному значению нагрузки источника питания.

Рис. 7.1. Базовая схема проверки истачника питания

Для проведения проверки требуется:

1.Выполнить соединения в соответствии со схемой на рис. 7.1.

2.Установить необходимые значения сопротивлений Rl и R2.

3. Включить источник питания. Установить правильную величину входного напряжения, используя его промежуточное значение (если не оговорено обратное). Например, входное напряжение для обычного импульсного стабилизатора питания составляет 4-20 В. Для проверки нагрузочных характеристик и линейности стабилизации следует использовать входные напряжения 5,8—15 В. При проверке преобразователей постоянного тока требуется автономный регулируемый источник входного напряжения. (Пример такого источника приведен на рис. 7.2.) Для источников питания, выполненных в виде автономных блоков, необходимое значение входного напряжения можно установить с помощью регулируемого автотрансформатора. При выполнении ряда тестов в качестве источника можно использовать девятивольтовую батарею для задания напряжения примерно в середине нужного диапазона.

4. Измерить выходное напряжение при каждом положении переключателя S1.

5. Затем, используя закон Ома, нужно рассчитать токи для положений 2 и 3 переключателя S1. Например, если R1 = 20 Ом, а вольтметр зафиксировал выходное напряжение 4,8 В в положении 2 переключателя S1, ток нагрузки составит 4,8 / 20 = 0,24 А, или 240 мА. Если выходное напряжение источника питания равно 5 В в положении 1 и снижается до 4,8 В в положении 2 переключателя, значит, источник питания не поддерживает номинального напряжения при полной нагрузке. Снижение выходного напряжения под нагрузкой означает либо неудачное проектирование разводки (для экспериментальных источников питания), либо неисправность отдельных элементов (рассмотрено в разделе поиска неисправностей).

Изменение выход ной нагрузки

Изменение напряжения или тока стабилизированного источника питания при изменении нагрузки (иногда называемое эффектом влияния нагрузки или выходной нестабильности) обычно выражается в процентах и определяется так:

Следует отметить, что значения выходной нестабильности, как правило, не очень хороши (то есть имеют высокое процентное значение), когда велико собственное внутреннее сопротивление источника питания.

Рис. 7.2. Регулируемый автономный источник питания

Нестабильность выходного напряжения, вызываемая нестабильностью сетевого питания

Внутреннее сопротивление источника питания

Внутреннее сопротивление источника питания определяется следующим соотношением:

Предпочтительно минимальное значение внутреннего сопротивления, так как оно указывает на минимальное изменение выходного напряжения при изменении нагрузки. Выполнение измерений производится в следующем порядке:

1. Собрать схему в соответствии с рис. 7.1.

2. Установить необходимое по условиям проверки значение сопротивления R2.

3. Включить напряжение питания. Измерить значение выходного напряжения в положениях 1 (без нагрузки) и 3 (полная нагрузка) переключателя S1.

Пульсации выход ного напряжения

Методика выполнения измерений следующая:

1. Собрать схему в соответствии с рис. 7.1.

2. Установить необходимое по условиям проверки значение сопротивления R2. Измерение пульсаций обычно производится при полной (100%) нагрузке.

3. Подать напряжение. Измерить значение выходного постоянного напряжения в положении 3 (полная нагрузка) переключателя S1.

4. Установить переключатель измерительного прибора в положение измерения переменного тока. Любые показания прибора в этих условиях характеризуют напряжение пульсаций.

5. Найти значение коэффициента пульсаций (в процентах). Оно равно отношению двух напряжений (переменного напряжения пульсаций и постоянного выходного).

7. Необходимо настроить развертку осциллографа для получения на экране одного или двух периодов напряжения пульсации. Следует помнить, что при двухполупериодном выпрямлении образуется два «горба» за период, а одно- полупериодное выпрямление дает один «горб».

Исследование формы пульсирующего сигнала в описанных ниже случаях помогает определить источник пульсаций в схеме источника питания:

о npu несбалансированности нагрузки плеч выпрямителя (через один выпрямительный диод протекает больший ток, чем через другой) пульсации не равны по амплитуде;

о если в источнике большой уровень шума или флуктуаций (особенно при использовании стабилитронов), пульсации непостоянны по амплитуде и форме;

о если изменяется частота пульсаций, то частота источника переменного тока непостоянна (в импульсных источниках питания частота переключения варьируется);

о если на въиходе двухполупериодного выпрямителя наблюдается однополупери- одное выпрямление, то один из выпрямительных диодов не проводит ток.

Рис. 7.3. Схема соединений для проверки параметров источников питания

Основных методов проверки, описанных выше, вполне достаточно для большинства случаев, встречающихся в любительской практике, хотя для проверки оборудования промышленного и исследовательского предназначения существует множество других способов.

На рис. 7.3 приведена схема соединений для проверки пяти наиболее важных параметров (рабочих характеристик) источника питания: влияния внешнего питания, нагрузки; гармонических и случайных искажений (ГИСИ), дрейфа и температурных коэффициентов. Помимо перечисленных существует ряд дополнительных измерений, в частности шумы и время переходных характеристик. Однако для этих целей необходимо сложное оснащение, особенно при проверках экспериментального или промышленного оборудования. Для более детального изучения методов проверки и измерений характеристик источников питания можно рекомендовать книгу J. Lenk, «Complete Guide to Electronic Power Supplies», 1990, Prentice-Hall.

Оборудованиедля выполнения измерений

Для выполнения тестовых измерений, описанных в этом разделе, понадобятся четыре прибора: регулируемый автотрансформатор, дифференциальный или цифровой вольтметр переменного тока, обычный вольтметр переменного тока и осциллограф.

Естественно, для проверки источников, работающих от батареи, нужен регулируемый источник постоянного тока (см. рис. 7.2).

Использование отдельного источника питания, возможно, приведет к определенным проблемам. Наличие в нем пульсаций или флуктуаций напряжения может повлиять на проверяемый источник питания и исказить результаты проверки. Эта ситуация легко исправляется заменой внешнего источника питания батареей с тем же напряжением. Если пульсации или другие флуктуации сохраняются, то неисправен проверяемый источник питания.

Необходимо убедиться, что автотрансформатор или регулируемый источник постоянного напряжения (для проверяемых источников с батарейным питанием) рассчитан на достаточную нагрузку по току. В противном случае напряжение, поступающее от него на вход проверяемого источника, может иметь значительные искажения, вследствие чего условия (и результаты) работы цепей выпрямления или стабилизации будут сильно отличаться от номинальных.

Для получения правильных результатов все соединениядолжны быть постоянными и надежными (не рекомендуется использовать зажимы типа «крокодил» и т.п.), причем их следует выполнять к определенным местам источника. Использование проводов с зажимами на концах, как правило, приводит к ошибкам в измерениях. В этом случае к результатам измерений добавляется переходное сопротивление в точке контакта зажима. Применение зажимов даже для подключения нагрузки может вызвать погрешности измерений.

Подключение отдельными проводами

Каждый измерительный прибор должен подключаться к точкам измерения отдельной парой проводов (см. рис. 7.3). Такое подключение позволяет избежать воздействия едва уловимых эффектов взаимного влияния, которые могут проявиться между измерительными приборами (если только все их провода с нулевым потенциалом не подключены к выводу с низким импедансом на источнике питания). Для исключения влияния наводок необходимо использовать витую пару проводов или экранированный кабель.

Сопротивление нагрузки должно соответствовать возможностям источника и условиям проверки. Правильно подобранное сопротивление нагрузки обеспечивает проверку работы источника при максимально допустимых значениях выходного напряжения и тока нагрузки.

Помехи и наводки, влияние паразитных связей с «землей»

Подключение вольтметра переменного тока

Вольтметр переменного тока должен быть подключен как можно ближе к входным клеммам источника питания. В этом случае измеряемая величина представляет собой напряжение непосредственно на входе проверяемого источника без возможных погрешностей из-за падения напряжения в проводах, которыми источник питания подключается к сети. То же самое относится и к измерениям, выполняемым на входе батарейного источника. То есть необходимо проводить измерения постоянного входного напряжения на входных зажимах проверяемого источника, а не на выходных клеммах регулируемого стабилизатора или батарей.

Влияние источника питания

Этот способ заключается в том, что измерения выходного напряжения проводят- сЯ при изменении входного в оговоренном диапазоне от нижнего предела до верхнего. Проверка выполняется при неизменных значениях остальных параметров. Они должны соответствовать техническим характеристикам для любого диапазона изменений выходного напряжения, указанного в паспорте, при заданных для

проверки значениях выходного тока. Предельные значения параметров при так: проверках — это, как правило, максимальное выходное напряжение и максима, cw- ный ток нагрузки.

Шумы и пульсации

Во многих случаях термин «периодические и случайные отклонения» замени термин «шумы и пульсации». Данный параметр представляет собой отклонени выходного напряжения постоянного тока от среднего значения (в пределах определенной полосы пропускания частот) при неизменности всех остальных параметров.

Например, для лабораторных источников питания фирмы Hewlett Packard этот параметр измеряется в значениях среднего квадратического или двойного амплитудного (от пика до пика) напряжения при ширине полосы пропускания от 2 Г до 2 МГц. Флуктуации в диапазоне частот ниже 20 Гц рассматриваются как дрей^ Измерения «от пика до пика» имеют особую практическую ценность в тех случаях, когда шумовые выбросы могут нанести особый вред (например, в цифровых логических схемах). Измерение среднего квадратического значения неэффективно в случае шумов, так как выходные шумовые выбросы могут проявляться в кратковременных пульсациях; при этом величина среднего квадратического значения увеличивается незначительно. Во время проверок периодических и случайных отклонений или уровня шума и пульсаций всегда используйте витую пару проводов (для однолучевого осциллографа) либо двухпроводной экранированный кабель (для дифференциального осциллографа).

При измерении дрейфа наблюдают за величиной выходного напряжения источника питания с помощью дифференциального или цифрового вольтметра на протяжении фиксированного длительного промежутка времени (как правило, восемь часов после 30-минутного предварительного прогрева). В ряде случаев используются регистрирующие самопишущие приборы с непрерывной записью измерений. При проведении испытаний рядом с источником питания необходимо поместить термометр для подтверждения неизменности температуры окружающей среды. Испытываемый прибор должен находиться в защищенном от конвекционных потоков воздуха месте (вдали от открьггых дверей, окон или вентиляционных отверстий системы кондиционирования воздуха). По возможности его лучше поместить в термостат и поддерживать заданную температуру. Следует помнить, что у стабилизированного источника питания с хорошими характеристиками наибольший дрейф выходного напряжения проявляется в течение первых 30 минут прогрева.

Температурный коэффициент измеряют, помещая испытываемый источник питания в термостат и изменяя температуру в заданных пределах (с предварительным прогревом на каждой фиксированной точке в течение 30 мин). Если нет других указаний, то температурный коэффициент определяется как величина изменения выходного напряжения источника питания при изменении температуры на 5 °С. Измерительный прибор следует размещать вне термостата, и он должен иметь высокие характеристики как по термостабильности, так и по стабильности в непрерывном режиме работы, гарантирующие, что дрейф показаний вольтметра не повлияет на точность проводимых измерений.

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

Андрей Зуйков,
инженер-метролог

Сергей Липатов,
инженер-конструктор

Каждое техническое средство обладает уникальными параметрами. В ходе практической деятельности выработаны методы по контролю и подтверждению данных параметров: испытания, проверки, калибровки, поверки. Созданы системы качества, программы постановки на производство и прочие регламенты, управляющие процессом выпуска продукции с требуемыми характеристиками.

На данный момент в отношении типовых агрегатов выпускаемых технических средств существуют стандартные методы контроля (измерений) их параметров, зафиксированные в ГОСТах и конструкторской документации, а также имеющие достаточную степень детализации и актуализируемые по мере необходимости в связи с появлением новых измерительных технологий и средств измерений.

Мы, производители такого типового технического средства, как источник питания (ИП) постоянного тока, были полностью уверены, что все методики измерений контролируемых параметров стандартизованы и апробированы тысячью пользователей и практически совершенны в методологическом плане. Но практическая деятельность заставила нас усомниться в данном утверждении.

Своеобразной темной лошадкой источников питания стал такой параметр, как пульсации электрического тока — достаточно распространённая техническая характеристика, активно применяемая при нормировании параметров источников питания. Методология его контроля проста как в техническом плане, так и в практической реализации.

Метод измерения пульсаций выходного тока

Определение пульсаций выходного тока проводят методом косвенных измерений, определяя падение напряжения на нагрузке микровольтметром переменного напряжения В3-57 (рис. 1).

Рис. 1. Измерительная схема контроля пульсаций

В большинстве методик поверки определение погрешности прибора выполняется при максимальном выходном токе и напряжении, равном 90% от конечного значения диапазона измерений.

Определение пульсаций проводят в следующем порядке:

К выходу поверяемого прибора подключают катушку электрического сопротивления Р310, Р321 (в зависимости от выходного тока источника).
К потенциальным зажимам катушки подключают микровольтметр В3-57.
Органами управления поверяемого прибора устанавливают выходное напряжение, соответствующее 90% от конечного значения диапазона измерений.
Для получения максимального значения выходного тока и 90%-о уровня выходного напряжения с помощью нагрузки устанавливают требуемое значение сопротивления.
Измеряют пульсации напряжения, фиксируя показания микровольтметром В3-57.
За результат измерения принимают значение, рассчитанное по формуле:

ИП считается прошедшим поверку по данному пункту, если значение пульсации выходного тока в режиме стабилизации тока не превышает 5 мА среднеквадратического значения.

Однако реализация описанного метода различными пользователями при, казалось бы, широких допусках продемонстрировала огромный разброс данного параметра, зачастую превышая пределы допусков в десятки раз.

Несложное исследование данного метода измерения дало интересные результаты. Применение при контроле пульсаций двух номиналов катушек сопротивлений Р310: 0,01 Ом и 0,001 Ом показало тысячекратное изменение уровня пульсаций при использовании одного и того же режима работы ИП, хотя по закону Ома значения измеряемого переменного напряжения должны были отличаться не более чем в 10 раз. Опыты при применении катушки Р323 номиналом 0,0001 Ом подтвердили эту тенденцию и показали полную несостоятельность предложенного метода измерений.

Было замечено значительное уменьшение уровня пульсаций при применении скрутки измерительных проводов, что натолкнуло нас на мысль исследовать вопрос электромагнитной составляющей природы этого явления (рис. 2).

Рис. 2. Измерительный кабель В3-57. Применение скрутки измерительных проводов значительно влияет на результат измерений пульсаций

Нормированные уровни индустриальных помех, допускаемые для современной техники, определяются множеством ГОСТов в зависимости от специфики устройства. Общая методика определения данного уровня помех регламентирует контроль параметров на уровнях единиц мкВ на расстоянии 3 и 10 м от испытуемого изделия. Однако на практике средства измерений находятся в непосредственной близости друг от друга, и уровни фактических помех, воздействующих на измерительные цепи средств измерений, никем не контролируются и должным образом не учитываются.

Применительно к нашему случаю мы провели практическое исследование уровня помех, регистрируемых измерительной схемой при контроле пульсаций (В3-57), и пересчитали в величину уровня пульсаций. Полученные результаты объяснили разброс показаний, наблюдаемый при контроле пульсаций разными пользователями и лабораториями.

Анализ гостированных методов измерений пульсаций, выполняемых при помощи осциллографа по ГОСТ 18953-73, показал незаконность использования данного метода в настоящее время, но на практике измерение по ГОСТ 18953-73 практически не применяется в утвержденных методиках поверки. Ранее действующий ГОСТ отменен и внедрен международный ГОСТ Р 54364-2011 (IEC 61204:2001) «Низковольтные источники питания постоянного тока. Эксплуатационные характеристики», регламентирующий новые подходы в контроле пульсаций:

дифференциальный метод измерения;
метод испытания нагрузочной вилкой.

Практическое применение данных методов вызвало больше вопросов, чем их отмена: при их использовании зафиксировать какие-либо критические уровни пульсаций не удалось. ТаРис. 3. Оснастка для контроля пульсаций по ГОСТ Р 54364-2011 ким образом, создается впечатление, что любой выпускаемый сегодня ИП гарантированно не имеет критических уровней пульсаций (рис. 3).

Рис. 3. Оснастка для контроля пульсаций по ГОСТ Р 54364-2011

Метод испытания нагрузочной вилкой (рис. 4) показал свою низкую чувствительность, начинающуюся на уровне 3 мА. При этом метод определяется чувствительностью токового пробника (токовых клещей) при контролируемом уровне пульсаций по току в диапазоне 2–5 мА.

Рис. 4. Метод испытания нагрузочной вилкой

Анализ методик измерений других производителей, в том числе иностранного производства, поражает многообразием применяемых способов. В зависимости от технического исполнения и мощности ИП разнятся и методы контроля данного параметра:

при помощи осциллографа с закрытым входом;
включением в измерительную цепь ИП обратной полярности;
при помощи дифференциальных пробников;
применением нагрузочных вилок и токовых клещей;
применением токовых шунтов и электронных нагрузок;
использованием ферритовых колец в измерительной схеме;
снятием показаний непосредственно с нагрузочных сопротивлений.

В конечном итоге все указанные методы сводятся к контролю уровня переменного напряжения.

Проведя анализ схемотехнических решений в исполнении источников питания, мы пришли к выводу, что пульсации постоянного тока — это характеристика стабилизатора ИП в режиме стабилизации тока. Пульсации тока выражены безразмерной величиной относительно величины рабочего тока и определяются двумя факторами:

режимом работы источника питания;
номиналом постоянного тока, генерируемого ИП.

Анализ составляющих формулы (1) показывает, что величина постоянного и переменного тока напрямую зависит от нагрузки, на которую работает ИП, разного поведения одной и той же нагрузки для постоянного и переменного тока (активной и реактивной составляющей).

При производстве универсальных источников питания нет информации о специфике будущей рабочей нагрузки, и при настройке и регулировке используется нагрузка, имеющая в большей части активную составляющую. Логично выглядит идея, что и при проведении контрольных операций с источником питания следует применять аналогичную нагрузку, имеющую в большей степени активную составляющую.

Анализ методов контроля пульсаций показывает активное применение электронных нагрузок. Функционал данных устройств, безусловно, удобен для воспроизведения необходимых режимов работы ИП. Но для контроля параметров пульсаций ИП критичным параметром становятся собственные пульсации и стабильность работы электронных нагрузок, которые в должном объеме никто не исследовал. Поэтому применение в методиках контроля пульсаций данных устройств, по нашему мнению, неприемлемо. В процессе производства ИП для контроля технических параметров нами было разработано устройство, максимально учитывающее специфику измерительной задачи, — реостат электронно-управляемый (РЭУ), технические характеристики которого приведены в таблице.

В основу конструкторского решения реализации РЭУ легли реальные сопротивления, серийно выпускаемые отечественной промышленностью. Подбор номиналов и нагрузочной способности данных резисторов определяется режимом работы источника в контролируемой точке. Избыток тепла, выделяемого на нагрузке, отводится из корпуса РЭУ при помощи принудительной вентиляции.

Запас по мощности на нагрузочных сопротивлениях, низкие требования к точности задания номинала сопротивления и система внутреннего мониторинга измерений — система защиты позволяет использовать измерительные точки других режимов работы РЭУ для более тщательного исследования поведения управляющей системы источника питания и корректности функционирования во всем диапазоне работы, исключая возможность повреждения РЭУ.

Фактически при поверке (проверке, калибровке) ИП необходимо проверить (изучить):

поведение управляющей системы источника питания;
корректность функционирования во всем диапазоне работы.

Для успешного выполнения этих задач РЭУ обладает следующими особенностями:

нагрузочные сопротивления имеют запас по мощности;
система внутреннего мониторинга измерений — система защиты позволяет безболезненно использовать измерительные нагрузочные номиналы соседних режимов работы РЭУ.

Плата коммутации выполнена на мощных транзисторах, исключающих процесс искрообразования и значительные потери на самом элементе. Конструкция плат выполнена с максимальным экранированием от генерирования собственных наводок на внешние проводники и улавливания внешних.

Конструктивно корпус РЭУ (рис. 5) выбран в исполнении, максимально исключающем прохождение внешних наводок внутрь корпуса. Разделение узлов и расположение их внутри корпуса минимизирует возможное взаимное влияние и распространение внутри корпуса потенциальных наводок. Измерительная часть дополнительно экранирована. Контрольный шунт выполнен из манганинового сплава, что в долгосрочной перспективе гарантирует стабильные характеристики его номинала.

Рис. 5. Реостат электронно-управляемый РЭУ-03

Внутренние источники питания, необходимые для работы цифровой части РЭУ, выполнены в индивидуальных модулях и отделены экранами от самих нагрузочных сопротивлений и измерительной части схемы.

Все эти конструкторские решения позволили нам минимизировать величины вероятных наводок до уровня десятых милливольт и миллиампер. Дальнейшая работа по уменьшению собственных наводок не представляется целесообразной, так как нормированные уровни контролируемых пульсаций составляют единицы милливольт (миллиампер).

Презентация данной нагрузки на выставках и общение с представителями заинтересованных организаций показали актуальность нашей разработки для практикующих метрологов и подсказали пути дальнейшей модернизации РЭУ, по окончании которой устройство можно будет использовать как для работы на переменном напряжении, так и для калибровки трансформаторов тока.

Таблица. Основные технические данные и характеристики РЭУ-03

Читайте также:

Пульсации блока питания как определить

С1= Iн / (6.28* Uн*F*Кп) - , где

Подставляем значения в формулу, и получаем:

Кто сейчас на форуме

Метод измерения пульсаций выходного тока

С1= Iн / (6.28* UнFКп) - , где