Работа Осциллографом в Первичной цепи БП
220v)
Главное не использовать Заземление (третий контакт в розетке).
Я пока не проверял лично, что скажете — кто как использует?
P.S. Смотрел обучающее видео для Автодиагностов,
там напрямую подключили щуп Осцила в Розетку и Продемонстрировали Осциллограмму 50Hz
- 4 Дек 2016
Информация Неисправность Прошивки Схемы Справочники Маркировка Корпуса Сокращения и аббревиатуры Частые вопросы Полезные ссылки
Справочная информация
Этот блок для тех, кто впервые попал на страницы нашего сайта. В форуме рассмотрены различные вопросы возникающие при ремонте бытовой и промышленной аппаратуры. Всю предоставленную информацию можно разбить на несколько пунктов:
- Диагностика
- Определение неисправности
- Выбор метода ремонта
- Поиск запчастей
- Устранение дефекта
- Настройка
Неисправности
Все неисправности по их проявлению можно разделить на два вида — стабильные и периодические. Наиболее часто рассматриваются следующие:
- не включается
- не корректно работает какой-то узел (блок)
- периодически (иногда) что-то происходит
О прошивках
Большинство современной аппаратуры представляет из себя подобие программно-аппаратного комплекса. То есть, основной процессор управляет другими устройствами по программе, которая может находиться как в самом чипе процессора, так и в отдельных микросхемах памяти.
На сайте существуют разделы с прошивками (дампами памяти) для микросхем, либо для обновления ПО через интерфейсы типа USB.
Схемы аппаратуры
Начинающие ремонтники часто ищут принципиальные схемы, схемы соединений, пользовательские и сервисные инструкции. Это могут быть как отдельные платы (блоки питания, основные платы, панели), так и полные Service Manual-ы. На сайте они размещены в специально отведенных разделах и доступны к скачиванию гостям, либо после создания аккаунта:
-
(запросы) (хранилище) (запросы) (запросы)
Справочники
На сайте Вы можете скачать справочную литературу по электронным компонентам (справочники, таблицу аналогов, SMD-кодировку элементов, и тд.).
Marking (маркировка) — обозначение на электронных компонентах
Современная элементная база стремится к миниатюрным размерам. Места на корпусе для нанесения маркировки не хватает. Поэтому, производители их маркируют СМД-кодами.
Package (корпус) — вид корпуса электронного компонента
При создании запросов в определении точного названия (партномера) компонента, необходимо указывать не только его маркировку, но и тип корпуса. Наиболее распостранены:
- DIP (Dual In Package) – корпус с двухрядным расположением контактов для монтажа в отверстия
- SOT-89 — пластковый корпус для поверхностного монтажа
- SOT-23 — миниатюрный пластиковый корпус для поверхностного монтажа
- TO-220 — тип корпуса для монтажа (пайки) в отверстия
- SOP (SOIC, SO) — миниатюрные корпуса для поверхностного монтажа (SMD)
- TSOP (Thin Small Outline Package) – тонкий корпус с уменьшенным расстоянием между выводами
- BGA (Ball Grid Array) — корпус для монтажа выводов на шарики из припоя
Краткие сокращения
При подаче информации, на форуме принято использование сокращений и аббревиатур, например:
| Сокращение | Краткое описание |
|---|---|
| LED | Light Emitting Diode — Светодиод (Светоизлучающий диод) |
| MOSFET | Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor — Полевой транзистор с МОП структурой затвора |
| EEPROM | Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory — Электрически стираемая память |
| eMMC | embedded Multimedia Memory Card — Встроенная мультимедийная карта памяти |
| LCD | Liquid Crystal Display — Жидкокристаллический дисплей (экран) |
| SCL | Serial Clock — Шина интерфейса I2C для передачи тактового сигнала |
| SDA | Serial Data — Шина интерфейса I2C для обмена данными |
| ICSP | In-Circuit Serial Programming – Протокол для внутрисхемного последовательного программирования |
| IIC, I2C | Inter-Integrated Circuit — Двухпроводный интерфейс обмена данными между микросхемами |
| PCB | Printed Circuit Board — Печатная плата |
| PWM | Pulse Width Modulation — Широтно-импульсная модуляция |
| SPI | Serial Peripheral Interface Protocol — Протокол последовательного периферийного интерфейса |
| USB | Universal Serial Bus — Универсальная последовательная шина |
| DMA | Direct Memory Access — Модуль для считывания и записи RAM без задействования процессора |
| AC | Alternating Current — Переменный ток |
| DC | Direct Current — Постоянный ток |
| FM | Frequency Modulation — Частотная модуляция (ЧМ) |
| AFC | Automatic Frequency Control — Автоматическое управление частотой |
Частые вопросы
После регистрации аккаунта на сайте Вы сможете опубликовать свой вопрос или отвечать в существующих темах. Участие абсолютно бесплатное.
Кто отвечает в форуме на вопросы ?
Ответ в тему Работа Осциллографом в Первичной цепи БП как и все другие советы публикуются всем сообществом. Большинство участников это профессиональные мастера по ремонту и специалисты в области электроники.
Как найти нужную информацию по форуму ?
Возможность поиска по всему сайту и файловому архиву появится после регистрации. В верхнем правом углу будет отображаться форма поиска по сайту.
По каким еще маркам можно спросить ?
По любым. Наиболее частые ответы по популярным брэндам — LG, Samsung, Philips, Toshiba, Sony, Panasonic, Xiaomi, Sharp, JVC, DEXP, TCL, Hisense, и многие другие в том числе китайские модели.
Какие еще файлы я смогу здесь скачать ?
При активном участии в форуме Вам будут доступны дополнительные файлы и разделы, которые не отображаются гостям — схемы, прошивки, справочники, методы и секреты ремонта, типовые неисправности, сервисная информация.
Полезные ссылки
Здесь просто полезные ссылки для мастеров. Ссылки периодически обновляемые, в зависимости от востребованности тем.
Как отремонтировать импульсный блок питания
Импульсные источники питания (ИИП, ИБП) имеют множество преимуществ перед традиционными. Но за легкость и компактность надо платить усложненной схемотехникой и неизбежным снижением надежности. Если импульсник вышел из строя, его можно попытаться восстановить. Во многих случаях ремонт неработающего импульсного блока питания можно выполнить самостоятельно.
Коротко об устройстве
Структура импульсного БП.
По сравнению с обычным БП, импульсник имеет достаточно сложную схемотехнику. Сетевое напряжение проходит через фильтр, выпрямляется и сглаживается. Постоянное напряжение поступает на инвертор, где из него транзисторными ключами «нарезаются» импульсы амплитудой около 300 вольт и частотой в несколько килогерц или десятков килогерц. Ключи управляются специальной схемой, выполненной в виде генератора.
Если источник нерегулируемый и нестабилизированный, то генератор просто формирует импульсы определенной частоты. Если нужна стабилизация и регулировка выходного напряжения, это делается способом широтно-импульсной модуляции (PWR, ШИМ). Импульсы следуют с постоянной частотой, а напряжение регулируется путем изменения их длины. Тем же способом можно ограничивать выходной ток, а также выполнить защиту от перегрузки или КЗ. С этой целью предусмотрены цепи регулировки (обратной связи) – постоянные или с возможностью оперативной настройки.
Преобразованные во вторичную обмотку импульсы выпрямляются обычным способом, проходят через сглаживающий фильтр и подаются потребителю. За счет высокой частоты преобразования, габариты импульсного трансформатора невелики. Также невелика емкость (и размеры) сглаживающих конденсаторов в выходном фильтре – за счет этого и получается выигрыш импульсника в массогабаритных показателях.
С чего начать как найти нужную схему
Самый лучший вариант ремонта – если имеется схема на конкретный блок питания. На самом деле все несколько сложнее. Производители не прикладывают к документации на блоки питания принципиальных схем. Приходится их искать в интернете. Проблема в том, что даже известные изготовители не проявляют энтузиазма в выкладывании напоказ своих разработок, а небольшие фирмы из Юго-Восточной Азии вообще не имеют своих сайтов. Приходится собирать по всей сети то, что нашли и выложили энтузиасты. И если для компьютерных блоков питания схему найти относительно просто, то для импульсников, предназначенных, например, для питания LED-лент, дело обстоит сложнее.
ИИП SKS-320.
Так, для блока питания SKS-320 при запросе схемы известная поисковая система выдает только одну адекватную картинку (явно нарисованную добровольцем из Китая). На примере этого устройства далее и будет описан алгоритм поиска неисправности.
Принципиальная схема ИБП SKS-320.
Для других источников схемы может не найтись вовсе. В таком случае лучший выход – срисовать схему с платы самостоятельно. Это требует определенной квалификации – надо, как минимум, знать, как выглядят электронные компоненты, а также приблизительно представлять ожидаемый результат. Для этого надо знать, по какой схемотехнике выполняются блоки питания. В целях облегчения работы можно на плате пометить маркером дорожки питания и пронумеровать элементы (если они уже не пронумерованы).
Другой путь – найти подобную схему, которая может полностью и не совпасть с реальным блоком, но это лучше, чем ничего.
Основные неисправности импульсного блока питания
Внешние проявления неисправности могут быть такими:
- посторонний шум, запах дыма, горелой изоляции при включении (на холостом ходу или под нагрузкой);
- импульсный блок питания при включении не запускается – нет индикации включения, отсутствует выходное напряжение (или все напряжения);
- отсутствует одно из выходных напряжений (если у БП есть несколько каналов);
- нестабильное выходное напряжение;
- повышенное или пониженное напряжение на выходе.
Отдельно надо выделить неисправность, когда не включается вентилятор у блока с принудительным охлаждением. Сама по себе проблема на работоспособность не влияет, но в ближайшем будущем это может привести к перегреву и поломке.
Если наблюдается первая по списку проблема, блок питания надо немедленно обесточить и до устранения неисправности в сеть 220 вольт не включать.
Как можно проверить ИБП
Если есть сомнения, можно проверить работу ИБП. Для этого его надо включить под нагрузкой – некоторые источники на холостом ходу просто не запускаются. В качестве эквивалента можно применить автомобильные лампочки, если блок рассчитан на выходное напряжение 12 вольт, или другие лампочки накаливания, соединяя их последовательно и параллельно для создания требуемой нагрузки. Если подходящих ламп нет, можно составить нагрузку из резисторов необходимого сопротивления и потребной мощности.
Лампочка в качестве нагрузки блока питания.
Для простой проверки работоспособности ток через лампы должен быть хотя бы 5..10% от номинала ИБП. Если источник с принудительным охлаждением, надо нагрузить его так, чтобы ток составил не менее половины максимально допустимого (а лучше – ближе к верхнему пределу). Это нужно, чтобы заставить сработать реле температуры для проверки включения вентилятора.
Методика ремонта блоков питания
Те, кто занимается восстановлением работоспособности электронной техники, знают, что 90+ процентов ремонта сводится к поиску неисправности. Замена найденного вышедшего из строя элемента в большинстве случаев занимает немного времени и не требует особых навыков.
Второй момент – у импульсников одного типа бывают конструктивные слабые места, ведущие к характерным проблемам, но в целом поиск неисправности – процесс творческий, и пошаговую в буквальном смысле инструкцию дать невозможно. Но привести общую методику поиска вполне реально, хотя надо понимать, что она ничего не стоит без достаточной квалификации и наличия приборов. Как минимум, потребуются мультиметр и осциллограф.
Визуально можно лишь определить вздувшиеся и потекшие оксидные конденсаторы. Даже если при осмотре видны обугленные элементы, их замена может ничего не дать – причиной выгорания могут быть другие комплектующие.
Вздувшиеся оксидные конденсаторы обнаруживаются визуальным осмотром.
Поиск неисправности
Диагностирование неисправного устройства надо начать с анализа. Для первых прикидок достаточно знания структурной схемы БП и внешнего проявления неисправности.
Расположение основных элементов на плате ИИП SKS-320.
Если при включении ИБП совсем не подает признаков жизни (не нагревается, нет индикации напряжения, не слышен едва уловимый писк, нет выходного напряжения) или его выходное напряжение меньше номинального, то первое, что надо проверить – исправность предохранителя (поз.1 на рисунке). Если он в порядке, надо проверить уровень напряжения на конденсаторе С5 (поз. 2, точка 1 на схеме). На нем должно быть около 300 вольт. Если напряжение отсутствует, можно предположить неисправность высоковольтного выпрямителя. Но сначала надо убедиться, что до него доходит
220 вольт. Если нет – надо искать, где оно исчезает.
Дальше надо проверить работу ШИМ контроллера. В данном случае он реализован на микросхеме TL494 (поз.3). Функционал и нумерация ее выводов сведены в таблицу.
Осциллографом надо проверить, что на выходах 8,11 микросхемы присутствуют противофазные импульсы. Если их нет, надо проверить наличие напряжения питания на выводе 12 (поз.4) TL494.
Форма импульсов на выводах 1 и 11 микросхемы.
При его отсутствии, надо найти причину потери. Если питание есть, а импульсов нет, надо проверить обвязку микросхемы.
При наличии генерации надо осциллографом убедиться в наличии импульсов на первичной обмотке трансформатора Т1 (точки 3,4 на рисунке). Их амплитуда должна быть около 150 вольт. Если нет – надо проверить исправность конденсаторов делителя С5, С6. Для этого очень полезен ESR-метр.
Измерение параметров конденсатора с помощью ESR-метра.
Если у одного или обоих конденсаторов низкое качество изоляции, их надо заменить. Если ESR-метра нет, можно замерить напряжение в точке 2. Там должно быть около 150 вольт – половина от напряжения в точке 1. Если оно значительно отличается, это тоже говорит о неисправности одной или двух емкостей. Если там все в порядке, проверяется исправность транзисторов Q4, Q5 (поз.5), трансформатора Т2 (поз.7), транзисторов Q1, Q2 (поз.6), а также всех диодов в схеме драйвера и выходного каскада инвертора.
Если все в порядке, и импульсы на первичной обмотке есть, а на вторичной отсутствуют, надо проверить трансформатор T1 (поз.8), вызвонив целостность всех обмоток.
Если на вторичной обмотке импульсы присутствуют, надо проверить элементы выпрямителя – сборку вторичного выпрямителя D3 (поз.9). Если она неисправна полностью, то выходного напряжения не будет. Если вышел из строя только один диод – на выходе будет меньшее напряжение.
Также причиной повышенного и пониженного напряжения может быть неисправность цепей обратной связи. На схеме ОС по напряжению выполнена на операционном усилителе U1. На плате нет ничего похожего на ОУ, следовательно, имеется небольшое несоответствие модификации блока питания и найденной схемы. К этому надо быть готовым, а справляться с такой ситуацией надо самостоятельно, разобравшись в особенностях схемотехники. ОС по току организована через дроссель L1 (поз.10) и шунт 680 Ом. Измерением температуры на этом дросселе организована автоматика включения вентилятора, датчик установлен в непосредственной близости к дросселю. Проверить включение кулера при отсутствии соответствующей нагрузки, можно нагревом датчика с помощью, например, фена. Если вентилятор не запускается, надо искать неисправность.
Если выходное напряжение нестабильно – пожалуй, это самый сложный случай. Это значит, что присутствует «мерцающая» неисправность, которую отловить нелегко. Можно попробовать следующие действия:
- осмотреть плату под увеличением на предмет плохих паек и микротрещин;
- пропаять все соединения заново;
- деревянной палочкой пошевелить поочередно все элементы, наблюдая за реакцией выходного напряжения;
- проверить конденсаторы выходного фильтра С15, С16 (поз.11).
Если все напряжения, кроме одного присутствуют, значит в целом ИБП исправен. Надо проверить детали вторичного выпрямителя соответствующего канала (диодную сборку, конденсаторы фильтра и т.д.). Если они исправны, надо вызвонить соответствующую обмотку импульсного трансформатора. У изучаемого блока выходное напряжение одно, но есть канал вспомогательного напряжения (для вентилятора и питания драйвера ключей). По нему также можно судить об исправности блока питания.
Для других ИБП указанный алгоритм поиска также применим с поправкой на конкретную схему. А вообще причиной неисправности может быть абсолютно любой элемент. Вопрос его нахождения лежит в сфере квалификации мастера, его опыта и немного в области удачи.
Устранение неисправности
Найденная неисправная деталь выпаивается и заменяется другой – точно такой же или аналогом. Если это силовой элемент, установленный на радиаторе, надо уделить внимание правильности крепления на теплоотводе — восстановить наличие теплопроводной пасты и, при необходимости, изолирующей пластины (слюдяной или из упругого материала).
Намоточные элементы выходят из строя нечасто, их лучше заменить аналогом из блока-донора. Если донора нет, неисправный узел можно попытаться починить:
- разобрать дроссель или трансформатор;
- последовательно смотать обмотки, считая витки;
- замерить толщину каждого провода штангенциркулем или другим инструментом;
- подобрать такой же провод по сечению (если взять больший диаметр, обмотка может не уместиться, если меньший – может перегреться при работе);
- намотать обмотку (или несколько) заново.
При намотке надо соблюдать аккуратность, мотать виток к витку, не допуская образования петель и узелков. Отдельное внимание надо уделить межобмоточной изоляции трансформатора.
Трансформатор со смотанной верхней обмоткой (виден слой межобмоточной изоляции).
Если штатные прокладки между обмотками аккуратно снять не удалось, их можно выполнить тонкой фторопластовой лентой. Проблемы могут быть при разборке сердечника. Обычно он склеен из двух половин, и аккуратно разобрать не всегда получается – феррит разлетается на несколько частей.
Ферритовый сердечник, расколовшийся на несколько частей.
Ничего страшного – склеенный заново сердечник работает не хуже цельного. Не надо только накладывать толстый слой клея, чтобы избежать немагнитных зазоров и следить, чтобы при разборке не образовалось слишком мелких осколков, которые склеить не получится. Но в целом надо осознавать, что шансы на успешный ремонт импульсного трансформатора невысоки.
Каркас трансформатора, подготовленный для намотки.
Когда лучше обратиться в сервис
Если нет минимально необходимого приборного парка, лучше обратиться в специализированную организацию, которая занимается ремонтом импульсных источников питания. Без минимума приборов затея в 99% случаев обречена на провал. Также не стоит надеяться отремонтировать устройство при отсутствии схемы (хоть в каком-либо виде) и при недостаточной квалификации. Нет большого смысла браться за ремонт (да и нести в сервис) и в ситуации, когда часть элементов выгорело. Их можно заменить, но вот изоляционные свойства участка платы, покрытого сажей, будут далеки от заявленных производителем, и новой неисправности долго ждать не придется.
Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.
А в целом, ремонт импульсников — дело неблагодарное и не очень рентабельное. Не так они и дорого стоят, чтобы затевать кропотливый поиск неисправности. Но если другого выхода нет или сам процесс доставляет удовольствие, то материалы обзора окажутся полезными.
My-chip.info — Дневник начинающего телемастера
Учимся ремонтировать кинескопные, LED и ЖК телевизоры вместе.
Ремонт блока питания монитора при помощи осциллографа. Для новичков.
13.06.2017 Lega95 0 Комментариев
Всем привет. Сегодня будем чинить монитор Samsung T200. Если честно, я не хотел описывать процесс ремонта, так как поломка была банальной, причиной которой являлись 2 конденсатора. Таких ремонтов у меня на сайте очень много, но в этот раз я решил отойти от поиска неисправности по визуальному осмотру, а впервые использовал для этих целей осциллограф. И нет, я не буду описывать герцы, килогерцы и мегагерцы, а просто покажу то, как любому новичку можно определить неисправность блока питания, имея в наличии осциллограф.
К этому вернемся чуть позже, а сейчас немного о самом мониторе и проявлении неисправности. Поломка монитора Samsung T200 заключалась в том, что при подключении питания, индикатор начинал моргать, а сам монитор не выводил никакой картинки на экран.
Для разборки монитора, первым делом необходимо выкрутить два винта, которые находятся под подставкой монитора.
Два винта, которые необходимо выкрутить
Больше ничего выкручивать не придётся, так как все остальное держится на защёлках.
Для разъединения корпуса, необходимо воткнуть в зазор между частями корпуса снизу какой-то предмет типа пластиковой карты.
Разборка корпуса. Отщелкиваю защелки снизу.
Боковые защелки возле клавиатуры
Я использовал лопатку для разборки корпусов мобильных телефонов. Таким образом, пройдя по всему периметру монитора и отщелкивая защелки, монитор легко разбирается.
После разборки, я убирал заднюю крышку в сторону, и приступил к отключению ламп подсветки.
Защитный металлический кожух, для защиты коннекторов на лампы подсветки
Отсоединение коннекторов на лампы подсветки
Следующим этапом, необходимо было отключить разъем на матрицу. Для этого, я надавил на боковые защелки коннектора, и извлек его из матрицы.
Коннектор на матрицу. Красным обведены защелки, на которые нужно нажать для отсоединения шлейфа
Далее, отключил шлейф на клавиатуру, после чего отложил матрицу в сторону.
Сняв плату блока питания, сразу увидел 2 вздутых конденсатора по линии 5 вольт номиналом 1000 мкф на 16 вольт.
Вздутые конденсаторы на блоке плате блока питания
Я их выпаивать не стал, а сначала измерил напряжения мультиметром. Как ни странно, напряжение составило положенные 5 вольт, при этом монитор не включался.
Замер напряжения мультиметром
Теперь, на эту же линию подкинул щуп от осциллографа, предварительно выставив делитель напряжения на 1 вольт, что соответствует 1 клетка- 1 вольт. На картинке имелись довольно таки большие шумы. Я долго пытался нормально сфотографировать экран осциллографа, но мобильный телефон плохо фокусировался, так что пришлось немного поиграться с разверткой, чтобы сфотографировать пульсации.
Измерение тех самых 5-ти вольт осциллографом. Как видно, линия не прямая, а искривленная, с пиками, которые камера телефона, очень плохо улавливает.
Заменив конденсаторы, осциллограф показал идеально ровную линию, что означало чистые 5 вольт без пульсаций.
Замер 5-ти вольт после замены конденсаторов. Идеально прямая линия без пульсаций.
Подключив шлейфы на исходное место, подал питание на плату. Монитор включился, и дал нормальную картинку.
Изображение с монитора после ремонта.
Теперь немного о том, необходим ли осциллограф радиолюбителю или новичку. Я сам никогда не пользовался осциллографом по той причине, что у меня его просто не было. Я понимал, что вещь очень нужная, но на практике удавалось ремонтировать все и без этого прибора.
Так было ровно до того момента, пока случайно мне не попался неисправный советский осциллограф 1с-90. Немного покопавшись, мне удалось его отремонтировать, и этот прибор мне теперь очень помогает в ремонтах. Данный осциллограф может работать в диапазоне до 2-х мегагерц, что очень мало для ремонтов ноутбуков или другой цифровой техники, но для ремонта блоков питания этого осциллографа хватает с головой.
Давайте представим, что на мониторе, который сегодня я ремонтировал, не было видно явно вздутых конденсаторов, а такое бывает очень часто. Мультиметр при этом показывает исправные 5 вольт. Раньше, я бы выпаивал, или подкидывал конденсаторы, проверяя поочередно их Esr, пока бы не нашел неисправность. Имея осциллограф, вычислить отсутствие фильтрации напряжения по какой либо линии стает очень легкой задачей, а время ремонта существенно уменьшается.
Ремонтируя любую компьютерную технику, будь то ноутбуки или материнские платы, просто необходимо смотреть шим сигналы высокой частоты, где без осциллографа будет очень туго любому ремонтнику.
После всего выше сказанного, могу сказать однозначно, что иметь осциллограф необходимо любому радиолюбителю, который хочет заниматься ремонтами на постоянной основе. Обойтись без него конечно можно, но время ремонта техники в таких случаях может существенно увеличиваться.
Для себя я уже присмотрел осциллограф Hantek DSO5102P, который может работать с частотой 100мгц. В ближайшее постараюсь его приобрести, и поделиться с Вами своим мнением о данном приборе.
Отладка источников питания постоянного тока с помощью осциллографа эконом класса
Стабильное электропитание – залог долгосрочной эксплуатации интегральных схем. И хотя в первую очередь это касается высококлассных интегральных схем, построенных на программируемых логических матрицах FPGA (ПЛИС), даже менее скоростные последовательные шины могут порождать значительные помехи. Быстрый анализ с помощью осциллографа эконом-класса помогает существенно улучшить производительность системы. Использование ряда оптимизированных настроек осциллографа позволяет заметно повысить результативность такого анализа.
В настоящей статье рассматриваются методы оптимизации анализа явлений, возникающих в источниках электропитания встраиваемых систем. Анализ на примере постоянного напряжения питания ПЛИС с CAN-интерфейсом выполняется с помощью осциллографа RTB2000.
1. Оптимизация настроек для измерения постоянного напряжения
Сначала выполним анализ постоянного напряжения без использования специальных настроек. На рисунке 1 показан пример измерения постоянного напряжения с помощью пассивного пробника (10:1), подключенного к источнику питания постоянного тока. Чтобы сигнал отобразился на экране прибора, масштаб по вертикали задан равным 1 В/дел; при этом для обнаружения пульсаций используется измерение размаха напряжения, включающее сбор статистических данных. Значение постоянного напряжения, измеренное встроенным вольтметром, равно 4,92 В. При этом среднее измеренное значение пульсаций составляет 179,90 мВ (отмечено красной окружностью с помощью встроенного инструмента аннотирования, используемого для документирования результатов).
Рисунок.1 Измерение постоянного напряжения без оптимизации настроек осциллографа
Почему же вертикальное разрешение осциллографа играет столь важную роль? В данном случае быстрая первоначальная оценка дает теоретическое разрешение осциллографа. Прибор RTB2000 использует 10-разрядный АЦП и, таким образом, поддерживает 1024 уровня принятия решений. Масштаб по вертикали равен 1 В/дел, что обеспечивает работу в полном диапазоне шириной 10 В. Как показывают расчеты, теоретическое разрешение осциллографа составляет приблизительно 10 мВ. И хотя кривая напряжения питания выглядит гладкой, средний уровень пульсаций, полученный более чем по 10 тыс. измерений, составляет 179,90 мВ, т. е. 3,5 % от уровня напряжения питания. Для повышения точности измерения установлено смещение канала 4,92 В, чувствительность 20 мВ/дел, что позволяет увеличить точность в 50 раз!
Рисунок.2. Более точные результаты измерения, полученные благодаря правильным настройкам системы вертикального отклонения и передовой технологии построения входного каскада.
Как видно из рисунка 2, среднее значение, рассчитанное при измерении размаха напряжения, теперь равно 68,28 мВ. Это значение приблизительно в 2,5 раза меньше того, которое было получено при начальном измерении, и намного точнее – разрешение 10-разрядного АЦП в этом случае составляет около 0,2 мВ.
2. Идентификация помех источника питания постоянного тока
Вторым этапом является идентификация и сопоставление помех, вносимых в постоянное напряжение другими событиями. Просматривая изменения сигнала, отраженные на рисунке 2, сложно идентифицировать эти помехи, поскольку масштаб по временной оси выбран не оптимально. Общепризнанным подходом является выполнение захвата сигнала в интервалах большей длительности, что позволяет увеличить вероятность обнаружения связанных событий, которые зачастую возникают в медленных сигналах. Типовым источником связанных событий во встраиваемых системах является преобразователь переменного тока в постоянный (AC/DC). Возникновение таких событий может быть связано с частотой электросети (50 Гц в странах Европы). Для идентификации подобных последовательностей необходимо установить масштаб по временной оси 10 мс/дел. На рисунке 3 такая конфигурация используется совместно с дополнительным окном масштабирования. Верхняя кривая позволяет идентифицировать последовательность событий, возникающих приблизительно каждые 25 мс. Нижняя кривая представляет сигнал, увеличенный в 1000 раз. Для указания дополнительных обнаруженных выбросов, возникающих приблизительно каждые 15 мкс, используется встроенный инструмент аннотирования осциллографа RTB2000. Таким образом, на экране прибора отображаются два периодических события.
Рисунок. 3. Связанные события, повторяющиеся с низкой и высокой частотами, захватываются с использованием долговременной памяти.
Оба периодических события могут быть отображены на одном экране благодаря встроенной в прибор RTB2000 стандартной памяти для собранных данных объемом 10 млн отсчетов на канал, позволяющей работать на стабильно высокой частоте дискретизации. В рассматриваемом примере это означает, что захват выполняется в полном интервале 120 мс с частотой дискретизации 62,5 млн отсчетов/с. Другими словами, обеспечивается возможность идентификации событий в наносекундном диапазоне, т. е. возможность надежного обнаружения событий, повторяющиеся с высокой частотой. В настоящей статье основное внимание уделяется анализу первопричин возникновения более длительных периодических событий, которые появляются с меньшей частотой и обладают амплитудой, меняющейся в широких пределах.
Осциллограф смешанных сигналов RTB2000 опционально поддерживает до 16 цифровых входных каналов, а также функцию синхронизации и декодирования сигналов последовательной шины CAN. Один из таких цифровых каналов используется для захвата телеграмм шины CAN. Декодирование сигналов этого протокола выполняется с использованием аппаратного ускорения и цветовой схемы, позволяющей идентифицировать адреса записи/чтения, данные и все остальные биты сообщения шины CAN. На снимке экрана, приведенном на рисунке 4, показан сигнал цифрового канала, а также декодированная телеграмма шины CAN вместе с напряжением источника питания постоянного тока.
Рисунок. 4. Одновременное отображение аналогового постоянного напряжения, а также данных протокола шины CAN в виде цифрового и декодированного сигналов.
Последовательность событий, появляющихся в постоянном напряжении каждые 25 мс, может быть непосредственно связана с телеграммой шины CAN. Каждый раз, когда ПЛИС начинает передачу данных по шине CAN, нагрузка на источник питания постоянного тока возрастает, что и приводит к появлению пульсаций. Если посмотреть на изменения постоянного напряжения в окне масштабирования, можно заметить, что основные пульсации возникают вследствие переключения битов, однако степень влияния этого процесса сложно оценить из-за наложенного шума. В рассматриваемом примере можно выделить пульсации, вызываемые исключительно переключением битов, выполнив синхронизацию по отдельному адресу шины CAN и/или данным и задействовав способность ИУ передавать повторяющиеся сообщения шины CAN. Прибор RTB2000 настроен на синхронизацию по периодической телеграмме шины CAN и выполняет усреднение по нескольким выборкам. Полученные результаты показаны на рисунке 5.
Рисунок. 5. Использование усреднения для удаления части пульсаций постоянного напряжения, не связанных с переключением битов.
Процедура усреднения позволяет удалить все шумы, не связанные с переключением битов. Пульсации постоянного напряжения, вызванные передачей сигналов по шине CAN, теперь изолированы, а их уровень составляет 49,20 мВ.
3. Сравнение результатов измерений, полученных с помощью различных методов
В настоящей статье с помощью осциллографа эконом-класса с полосой пропускания 300 МГц и 10-разрядным АЦП продемонстрировано, как оптимизация настроек систем вертикального и горизонтального отклонения позволяет понять первопричины возникновения пульсаций напряжения источника питания постоянного тока. Объем памяти для сбора данных также имеет большое значение, поскольку частота возникновения большинства связанных событий по своей природе меньше частоты сигналов ИУ. Кроме того, поддержка возможности синхронизации (запуска) по конкретным телеграммам последовательной шины позволяет определить основные причины возникновения событий и выполнить точные измерения пульсаций. На рисунке 6 показано непосредственное сравнение трех видов настроек с иллюстрацией измерительных процедур.
Рисунок 6 Непосредственное сравнение измерений.
Уровень пульсаций напряжения источника питания постоянного тока, определенный в рамках начального измерения, составил приблизительно 180 мВ. Оптимизация настроек системы вертикального отклонения показала, что пульсации находились в диапазоне приблизительно 68 мВ. Наконец, в качестве основной причины возникновения пульсаций была идентифицирована передача данных по шине CAN. Все это стало возможным лишь благодаря использованию долговременной памяти и функции захвата сигналов шины CAN. После синхронизации по конкретным данным шины CAN и усреднения полученных результатов измеренный уровень пульсаций напряжения источника питания постоянного тока, вызванных переключением битов, составил приблизительно 49 мВ, т. е. около 1 % от номинального напряжения.