У даному розділі наводяться основні методи перевірки, що застосовуються для всіх типів джерел живлення і стабілізаторів, як зовсім прості, так і більш складні Якщо схема благополучно пройшла всі тести, описані в книзі, значить, вона повністю придатна для застосування Якщо результати перевірки не відповідають стандартним вимогам, то вони можуть послужити основою для визначення причин несправності

Методика тестування

Головна функція будь-якого автономного джерела живленняперетворення змінного струму в постійний У перетворювачах постійного струму він перетвориться в аналогічний, Але з іншою напругою (як правило, великим, але іноді і меншим) Працездатність джерела живлення перевіряється виміром вихідної напруги Природно, для більш детальної перевірки джерела живлення воно має вимірюватися з навантаженням, без навантаження, а також з частковою навантаженням

Якщо вихідна напруга джерела живлення при повному навантаженні відповідає вказаному в паспорті, то його основна функція виконується Однак, як показує досвід, корисно додатково перевірити коефіцієнт стабілізації

напруги джерела живлення, внутрішній опір і амплітуду пульсацій вихідної напруги

Перевірка вихідної напруги

На рис 71 приведена принципова схема перевірки джерела живлення Схема передбачає перевірку джерела живлення без навантаження, з половинним навантаженням і повним навантаженням (залежно від положення перемикача Sl) Коли перемикач Sl знаходиться в положенні 1, навантаження до виходу джерела живлення не підключена У положеннях 2 і 3 підключається навантаження, рівна відповідно половині і повному номінального значення навантаження джерела живлення

Рис 71 Базова схема перевірки істачніка харчування

Для розрахунку величини опору навантаження R1 або R2, яка визначається вихідною напругою E і максимальним (або половинним) значенням струму навантаження I, необхідно скористатися законом Ома: R – E / I Наприклад, якщо джерело живлення розрахований на вихідну напругу 5 В і струм 500 мА (0,5 А), то величина R2 = 5 / 0,5 = 10 Ом (повна номінальна навантаження) Для навантаження, що дорівнює половині номінальної, R1 = 5 / 0,25 = 20 Ом

Якщо необхідно перевірити кілька джерел живлення, доцільно мати змінне навантаження, значення якої вибирається виходячи з умов перевірки джерела живлення величина опору навантаження заздалегідь вимірюється омметром Резистори не повинні мати індуктивної складової повного опору (не можна використовувати дротяні резистори) і повинні володіти достатньою потужністю розсіювання, щоб не перегріватися Так, якщо використовувати значення Rl і R2 з попереднього прикладу, виділяється на резисторі R1 потужність складе 5 x 0,5 = 2,5 Вт (тобто слід використовувати резистор з потужністю розсіювання не менше 5 Вт), а для R2 потужність розсіювання складе 5 x 0,25 – 1,25 Вт (необхідний резистор з потужністю розсіювання 2 Вт)

Для проведення перевірки потрібно:

1Виполніте зєднання згідно зі схемою на рис 71

2Установіть необхідні значення опорів Rl і R2

3 Включити джерело живлення Встановити правильну величину вхідної напруги, використовуючи його проміжне значення (якщо не зазначено інше) Наприклад, вхідна напруга для звичайного імпульсного стабілізатора живлення становить 4-20 В Для перевірки навантажувальних характеристик і лінійності стабілізації слід використовувати вхідні напруги 5,8-15 В При перевірці перетворювачів постійного струму потрібно автономний регульоване джерело вхідної напруги (Приклад такого джерела наведено на рис 72) Для джерел живлення, виконаних у вигляді автономних блоків, необхідне значення вхідного напруги можна встановити за допомогою регульованого автотрансформатора При виконанні ряду тестів в якості джерела можна використовувати девятівольтовой батарею для завдання напруги приблизно в середині потрібного діапазону

4 Виміряти вихідна напруга при кожному положенні перемикача S1

5 Потім, використовуючи закон Ома, потрібно розрахувати струми для положень 2 і 3 перемикача S1 Наприклад, якщо R1 = 20 Ом, а вольтметр зафіксував вихідна напруга 4,8 В в положенні 2 перемикача S1, ток навантаження складе 4,8 / 20 = 0,24 А, або 240 мА Якщо вихідна напруга джерела живлення дорівнює 5 В в положенні 1 і знижується до 4,8 В в положенні 2 перемикача, значить, джерело живлення не підтримує номінальної напруги при повному навантаженні Зниження вихідної напруги під навантаженням означає або невдале проектування розводки (для експериментальних джерел живлення), або несправність окремих елементів (розглянуто в розділі пошуку несправностей)

Зміна вихід ної навантаження

Зміна напруги або струму стабілізованого джерела живлення при зміні навантаження (іноді зване ефектом впливу навантаження або вихідний нестабільності) зазвичай виражається у відсотках і визначається так:

Слід зазначити, що значення вихідний нестабільності, як правило, не дуже хороші (тобто мають високий процентний значення), коли велике власне внутрішнє опір джерела живлення

Рис 72 Регульований автономне джерело живлення

Примітка до рис Вісодное напруга регулюється від 3,5 до 20 В, вихідний токменяется від нуля до 90мА Вихідна нестабільностьраена 02% (по навантаженню і по харчуванню від мережі) Рівень пульсацій при повній навантаженні не перевищує 0,5 мВ T1 – трансформатор STANC0R-TP3

Нестабільність вихідної напруги, що викликається нестабільністю мережевого живлення

Нестабільність вихідної напруги через зміни напруги живлення мережі (також відомого як ефект мережі, вхідний нестабільності, ефекту джерела) зазвичай виражається у відсотках зміни вихідної напруги і представляє максимально допустиме вихідна напруга (на дану навантаження) при максимальному зміні вхідної напруги Наприклад, джерело живлення спроектований для роботи від мережі змінного струму з напругою 110-120 В, при цьому вихідна постійна напруга має дорівнювати 100 В При першому вимірюванні вихідна напруга на вході джерела дорівнювало 120 В, а при другому – 110 В Якщо при двох вимірах немає ніякої різниці в вихідній напрузі, то його стабільність по вхідній напрузі ідеальна (і, швидше за все, нереальна) Якщо ж вихідна напруга змінилося на 1 В, то по відношенню до 100 В зміна склала 1% Дійсне значення нестабільності по вхідній напрузі джерела живлення повинна визначатися при повній, половинній або іншої, необхідної технічними умовами, величині навантаження Зрозуміло, вхідна напруга потрібно змінювати стабілізатором або окремим джерелом постійного струму від мінімального до максимально можливого і вимірювати приладом з високим класом точності

Внутрішній опір джерела живлення

Внутрішній опір джерела живлення визначається наступним співвідношенням:

Переважно мінімальне значення внутрішнього опору, так як воно вказує на мінімальну зміну вихідної напруги при зміні навантаження Виконання вимірювань проводиться в наступному порядку:

1 Зібрати схему відповідно до рис 71

2 Встановити необхідне за умовами перевірки значення опору R2

3 Включити напруга живлення Виміряти значення вихідної напруги в положеннях 1 (без навантаження) і 3 (повне навантаження) перемикача S1

4 Розрахувати дійсне значення струму в положенні 3 Наприклад, якщо опір R2 становить 10 Ом, а вихідна напруга в положенні 3 перемикача S1 ​​- 4,999 В (як і в попередньому прикладі), то значення струму одно:

Використовуючи отримані значення вихідної напруги без навантаження і з повним навантаженням і значення струму навантаження, можна визначити внутрішній опір джерела Так, якщо вихідна напруга без навантаження одно 5 В, напруга з повним навантаженням – 4,999 В і струм – 0,499 А, то внутрішній опір складе

ккд

Коефіцієнт корисної дії зазвичай визначається у відсотках і являє собою відношення вихідної потужності джерела живлення до вхідних (помножене на 100 для вираження результату у відсотках) Хоча розрахунки дуже прості, є деякі складності у визначенні вхідного струму і вимірі вхідної напруги За відсутності амперметра для вимірювання вхідного струму необхідно використовувати резистор, підключений послідовно до входу джерела живлення Потім слід виміряти падіння напруги на цьому резисторі (у вольтах) і розрахувати струм за законом Ома (I – E / R) При використанні резистора опором 1 Ом величина струму буде виражена в амперах, а опором 1000 Ом – в міліампер Хоча в сталому режимі вхідний струм більшості імпульсних стабілізаторів на інтегральних мікросхемах невеликий, початковий кидок струму при включенні може виявитися досить великим

Якщо припустити, що вихідна напруга з повним навантаженням одно 4,999 В при струмі навантаження 15 мА, а вхідна напруга – 4,5 В з вхідним струмом 20 мА, то вхідні споживана потужність складе 90 мВт (4,5 X 0,02), а вихідна

потужність – 75 мВт Таким чином, ККД складе 83% (75/90) Таке значення типово для більшості схем імпульсних стабілізаторів з батарейним харчуванням

Пульсації вихід ного напруги

У будь-яких джерелах живлення незалежно від якості стабілізації або фільтрації завжди присутні пульсації Імпульсні джерела з батарейним харчуванням також мають невелику змінну складову вихідного напруги Пульсації (незалежно від їх походження) можна виміряти осциллографом або вимірювальним приладом Зазвичай коефіцієнт, що відображає величину пульсації, обчислюється як відношення між величинами пульсації і повного вихідної напруги Наприклад, якщо пульсації складають 0,03 В а вихідної напруги – 5 В, то це ставлення буде одно 0,03 / 5 = 0,006 (або 0,006 x ЮО – 0,6%)

Методика виконання вимірювань наступна:

1 Зібрати схему відповідно до рис 71

2 Встановити необхідне за умовами перевірки значення опору R2 Вимірювання пульсацій зазвичай проводиться при повній (100%) навантаженні

3 Подати напругу Виміряти значення вихідного постійної напруги в положенні 3 (повне навантаження) перемикача S1

4 Встановити перемикач вимірювального приладу в положення вимірювання змінного струму Будь-які показання приладу в цих умовах характеризують напругу пульсацій

5 Знайти значення коефіцієнта пульсацій (у відсотках) Воно дорівнює відношенню двох напруг (змінної напруги пульсацій і постійного вихідного)

6 Істотною проблемою при оцінці величини пульсації за допомогою вимірювального приладу може виявитися відмінність форми пульсуючого сигналу від синусоїдальної, так як більшість приладів відградуювати на вимірювання саме синусоїдального сигналу Тому більш надійний спосіб вимірювання пульсацій – застосування осцилографа (див рис 73), за допомогою якого можна визначити амплітуду піків

7 Необхідно налаштувати розгортку осцилографа для отримання на екрані одного або двох періодів напруги пульсації Слід памятати, що при двопівперіодним випрямленні утворюється два «горба» за період, а одно-полупериодного випрямлення дає один «горб»

Дослідження форми пульсуючого сигналу в описаних нижче випадках допомагає визначити джерело пульсацій у схемі джерела живлення:

про npu незбалансованості навантаження плечей випрямляча (через один випрямний діод протікає більший струм, ніж через інший) пульсації не рівні за амплітудою

про якщо в джерелі великий рівень шуму або флуктуацій (особливо при використанні стабілітронів), пульсації непостійні за амплітудою і формою

про якщо змінюється частота пульсацій, то частота джерела змінного струму непостійна (в імпульсних джерелах живлення частота перемикання варіюється)

про якщо на віходе двухполупериодного випрямляча спостерігається однополупері-одное випрямлення, то один з випрямних діодів не проводить струм

Рис 73 Схема зєднань для перевірки параметрів джерел живлення

Детальна перевірка

Основних методів перевірки, описаних вище, цілком достатньо для більшості випадків, що зустрічаються в аматорській практиці, хоча для перевірки обладнання промислового та дослідницького призначення існує безліч інших способів

На рис 73 наведена схема зєднань для перевірки пяти найбільш важливих параметрів (робочих характеристик) джерела живлення: впливу зовнішнього живлення, навантаження гармонійних і випадкових спотворень (ГІСІ), дрейфу і температурних коефіцієнтів Крім перерахованих існує ряд додаткових вимірювань, зокрема шуми і час перехідних характеристик Однак для цих цілей необхідно складне оснащення, особливо при перевірках експериментального або промислового устаткування Для більш детального вивчення методів перевірки і вимірювань характеристик джерел живлення можна рекомендувати книгу J Lenk, «Complete Guide to Electronic Power Supplies», 1990, Prentice-Hall

Оборудованіедля виконання вимірювань

Для виконання тестових вимірювань, описаних в цьому розділі, знадобляться чотири приладу: регульований автотрансформатор, диференційний або цифровий вольтметр, звичайний вольтметр і осцилограф

Природно, для перевірки джерел, що працюють від батареї, потрібен регульоване джерело постійного струму (див рис 72)

Використання окремого джерела живлення, можливо, призведе до певних проблем Наявність у ньому пульсацій або флуктуацій напруги може вплинути на перевірявся джерело живлення і спотворити результати перевірки Ця ситуація легко виправляється заміною зовнішнього джерела живлення батареєю з тим же напругою Якщо пульсації або інші флуктуації зберігаються, то несправний перевірявся джерело живлення

Необхідно переконатися, що автотрансформатор або регульоване джерело постійної напруги (для перевіряються джерел з батарейним харчуванням) розрахований на достатнє навантаження по струму В іншому випадку напруга, що надходить від нього на вхід перевіряється джерела, може мати значні спотворення, унаслідок чого умови (і результати) роботи ланцюгів випрямлення або стабілізації будуть сильно відрізнятися від номінальних

Точність вимірювання вольтметра постійного струму повинна бути до 1 мВ або вище, чутливість осцилографа – не менше 100 мкВ / см, а ширина смуги пропускання – не менше 10 МГц Бажано, щоб і осцилограф, і вольтметр мали пристосування для вимірювання струму (типу токового шунта, переважно з затискачами), оскільки в імпульсних джерелах форма струму на екрані осцилографа часто допомагає визначити причину несправності (як буде показано нижче) У ланцюгах імпульсних джерел також можуть виявитися корисними неелектронні типи комбінованих приладів (ампервольтомметр), наприклад класичні Simpson 260 або Tripplet 630, оскільки цифрові та інші електронні пристрої найчастіше схильні до впливу імпульсних сигналів, що генеруються в перевіряються схемах

Правильність підключення

Для отримання правильних результатів все соедіненіядолжни бути постійними і надійними (не рекомендується використовувати затискачі типу «крокодил» і тп), причому їх слід виконувати до певних місць джерела Використання проводів з зажимами на кінцях, як правило, призводить до помилок у вимірах У цьому випадку до результатів вимірювань додається перехідний опір в точці контакту затиску Застосування затискачів навіть для підключення навантаження може викликати похибки вимірювань

Підключення окремими проводами

Кожен вимірювальний прилад повинен підключатися до точок вимірювання окремої парою проводів (див рис 73) Таке підключення дозволяє уникнути впливу ледь вловимих ефектів взаємного впливу, які можуть проявитися між вимірювальними приладами (якщо тільки всі їх дроти з нульовим потенціалом не підключені до висновку з низьким імпеданс на джерелі живлення) Для виключення впливу наведень необхідно використовувати виту пару проводів або екранований кабель

Опір навантаження

Опір навантаження повинно відповідати можливостям джерела і умовам перевірки Правильно підібране опір навантаження забезпечує перевірку роботи джерела при максимально допустимих значеннях вихідної напруги і струму навантаження

Перешкоди і наведення, вплив паразитних звязків з «землею»

Необхідно ретельно перевіряти підключення всіх зєднань, щоб уникнути можливого впливу наведень і / або проблем через паразитних звязків з «землею» (заземлення в декількох точках, особливо невірно обраних) Найпростіший спосіб перевірки – відключити джерело та з допомогою осцилографа переконатися в наявності або відсутності небажаних сигналів (особливо в діапазоні частот мережевого живлення 50/60 Гц) При цьому дроти осцилографа повинні бути підключені до вихідних контактів джерела Потім слід підключити обидва дроти осцилографа до того висновку (+ чи -), який зєднаний з «землею», або до спільної точки Якщо при цих вимірах з відключеним джерелом спостерігаються шуми, то, швидше за все, причина полягає в перехресних перешкодах або ефекті впливу паразитного звязку з «землею»

Підключення вольтметра змінного струму

Вольтметр повинен бути підключений як можна ближче до вхідних клем джерела живлення У цьому випадку вимірювана величина являє собою напругу безпосередньо на вході перевіряється джерела без можливих похибок через падіння напруги в проводах, якими джерело живлення підключається до мережі Те ж саме відноситься і до вимірів, виконуваних на вході батарейного джерела Тобто необхідно проводити вимірювання постійної вхідної напруги на вхідних затисках перевіряється джерела, а не на вихідних клемах регульованого стабілізатора або батарей

Мережеві стабілізатори

При перевірці джерел живлення або при їх експлуатації не можна використовувати мережеві стабілізатори, якщо тільки цей момент спеціально не обговорений для даного типу джерела живлення Дане застереження особливо важливо при роботі з імпульсними джерелами живлення і стабілізаторами постійної напруги Мережевий стабілізатор може внести суттєві викривлення у форму вихідного сигналу імпульсного джерела і тим самим – постійну похибка в вихідна напруга

Вплив джерела живлення

Цей спосіб полягає в тому, що вимірювання вихідної напруги проводять-ся при зміні вхідної в обумовленому діапазоні від нижньої межі до верхнього Перевірка виконується при незмінних значеннях інших параметрів Вони повинні відповідати технічним характеристикам для будь-якого діапазону змін вихідної напруги, зазначеного в паспорті, при заданих для

перевірки значеннях вихідного струму Граничні значення параметрів при так: перевірках – це, як правило, максимальна вихідна напруга і максима, cw-ний струм навантаження

Вплив навантаження

Ці виміри виконуються при замиканні і розмиканні перемикача S1 ​​(рис 73) з реєстрацією змін вихідної напруги Перевірка проводиться при незмінних значеннях інших параметрів, які повинні відповідати технічним характеристикам для будь-якого нормованого вихідної напруги при заданих значеннях вхідної Граничні значення параметрів пр таких перевірках – це, як правило, максимальна вихідна напруга і максимальний струм навантаження

Шуми і пульсації

У багатьох випадках термін «періодичні і випадкові відхилення» замінити термін «шуми і пульсації» Даний параметр являє собою відхилення вихідної напруги постійного струму від середнього значення (В межах певної смуги пропускання частот) при незмінності всіх інших параметрів

Наприклад, для лабораторних джерел живлення фірми Hewlett Packard цей параметр вимірюється в значеннях середнього квадратичного або подвійного амплітудного (від піку до піку) напруги при ширині смуги пропускання від 2 Г до 2 МГц Флуктуації в діапазоні частот нижче 20 Гц розглядаються як дрій ^ Вимірювання «від піку до піку» мають особливу практичну цінність в тих випадках, коли шумові викиди можуть нанести особливий шкоду (наприклад, в цифрових логічних схемах) Вимірювання середнього квадратичного значення неефективно у випадку шумів, так як вихідні шумові викиди можуть проявлятися в короткочасних пульсаціях при цьому величина середнього квадратичного значення збільшується незначно Під час перевірок періодичних і випадкових відхилень або рівня шуму і пульсацій завжди використовуйте виту пару проводів (для однопроменевого осцилографа) або двухпроводной екранований кабель (для диференціального осцилографа)

Дрейф

При вимірі дрейфу спостерігають за величиною вихідної напруги джерела живлення за допомогою диференціального або цифрового вольтметра протягом фіксованого тривалого проміжку часу (як правило, 8:00 після 30-хвилинного попереднього прогріву) У ряді випадків використовуються реєструючі самописні прилади з безперервною записом вимірювань При проведенні випробувань поруч з джерелом живлення необхідно помістити термометр для підтвердження незмінності температури навколишнього середовища Випробовуваний прилад повинен знаходитися в захищеному від конвекційних потоків повітря місці (подалі від открьггих дверей, вікон або вентиляційних отворів системи кондиціонування повітря) По можливості його краще помістити в термостат і підтримувати задану температуру Слід памятати, що у стабілізованого джерела живлення з гарними характеристиками найбільший дрейф вихідної напруги виявляється протягом перших 30 хвилин прогріву

Температурний коефіцієнт

Температурний коефіцієнт вимірюють, поміщаючи випробовуваний джерело живлення в термостат і змінюючи температуру в заданих межах (з попереднім прогрівом на кожній фіксованій точці протягом 30 хв) Якщо немає інших вказівок, то температурний коефіцієнт визначається як величина зміни вихідної напруги джерела живлення при зміні температури на 5 ° С Вимірювальний прилад слід розміщувати поза термостата, і він повинен мати високі характеристики як по термостабільності, так і по стабільності в безперервному режимі роботи, що гарантують, що дрейф показань вольтметра не вплине на точність проведених вимірювань

Джерело: Ленк Д, 500 практичних схем на популярних ІС: Пер з англ – М: ДМК Пресс, – 44 с: Ил (Серія «Підручник»)