Схему питания сложной радиоаппаратуры (РЭА) можно представить совокупностью нагрузок, подключённых к различным источникам энергии (рисунок 1). На схеме потребители, входящие в состав РЭА обозначены как Rн. Потребители получают энергию по разделенным цепям питания, каждая из которых защищена плавким предохранителем FU.
Подобное разделение цепей питания часто встречается в аппаратуре, содержащей одновременно силовые и малосигнальные элементы, питающиеся от источников разной мощности. Например, в бытовых усилителях низкой частоты, как правило, входной каскад питается напряжением до 15 В. и потребляет ток до 100 мА, одновременно выходной каскад требует напряжение до 100 В. и потребляет ток, измеряемый единицами ампер. Нередки отказы подобного оборудования, особенно отказы в оконечных цепях, т.к. они являются наиболее нагруженными по электрическим и тепловым параметрам. В связи с этим не теряет актуальности вопрос организации эффективной диагностики отказов в цепях питания РЭА.
Само понятие диагностики имеет достаточно широкую трактовку. Для технических систем можно считать, что диагностика – это процесс определения отказа, то есть заключение о сущности отказа и состоянии диагностируемой системы. Также диагностику в технических системах можно считать областью знаний, включающую в себя сведения о методах и средствах оценки технического состояния машин, механизмов, оборудования, конструкций и других технических объектов [1].
Как отмечалось выше, частым отказом в РЭА является пробой силовых элементов, при котором происходит замыкание их электродов. Вследствие такого пробоя сопротивление Rн становится недопустимо малым, что приводит к обрыву нити предохранителя FU, установленного в цепи питания.
Для диагностики подобных отказов предлагается использовать известную схему индикации обрыва предохранителя. Пример простейшего варианта такой схемы показан на рисунке 2.
Благодаря наличию светодиода HL, схема позволяет визуализировать обрыв предохранителя вызванный замыканием цепи питания Rн, или завышенным током потребления самим потребителем Rн. Схема работает следующим образом, в нормальном режиме работы ток от источника питания течёт по цепи точка А -> FU -> т.В Rн -> т.Г Rн ->т.Б. После обрыва предохранителя когда сопротивление между т.В и т.Г стремится к нулю, ток потечёт по следующей цепи: т.А -> HL -> R -> т.В Rн ->т.Г Rн -> т.Б. Одновременно будет наблюдаться свечение HL, и соответственно произойдёт визуализация обрыва предохранителя FU.
Номинал R следует выбирать для худшего случая, когда Rн =0 Ом, тогда
Из из формулы (1) хорошо видно, что схема будет корректно индицировать отказ только при верности соотношения:
Если же соотношение (2) не соблюдается, то через HL будет протекать прямой ток:
Этот ток уже не вызовет свечение светодиода. Однако не всегда при выходе из строя тех или иных внутренних цепей Rн, её внутренне сопротивление со стороны источника питания будет стремиться к нулю.
Улучшить работу схемы рис.2 можно с помощью оценки диапазона внутреннего сопротивления Rн при котором будет наблюдаться свечение HL. Для данной схемы этот диапазон условно назовём “рабочим”. После оценки рабочего диапазона понадобится и коррекция соотношения (1).
Для решения поставленной выше задачи уточним границы для Iпр HL – это диапазон токов равен:
Для граничных значений R примет вид:
Приняв нижнюю границу Rн = 0 Ом, тогда максимальное внутреннее сопротивление, Rн.макс при котором будет наблюдаться свечение HL определяется по формуле:
Отсюда, рабочим диапазоном внутреннего сопротивления нагрузки после отказа, можно считать диапазон от Rн =0 Ом до Rн.макс
Зная рабочий диапазон Rн можно скорректировать формулу (1). Фактически значение R=R’’т.е.:
Разработана методика уточнения номинала ограничительного резистора для схемы индикации обрыва предохранителя (рисунок 1). Расчёт номинального сопротивления R по формуле (6) позволяет добиться индикации обрыва нити плавкого предохранителя в максимальном диапазоне внутреннего сопротивления Rн.
#предохранитель #обрыв #плавкий
