Разработка инструкции по диагностике платы автономного охранного устройства

Министерство образования и науки Самарской области государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования

«Жигулевский государственный колледж»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По МДК 01.02 Проектирование цифровых устройств Тема: Разработка инструкции по диагностике платы автономного охранного устройства Выполнил студент группы Д3Т1

Агафонов Д.П.

Руководитель Ежова Н.И.

2014 г.

Введение

Актуальность поставленной задачи Развитие электронной науки и техники идет по двум основным направлениям, первое из которых связано с решением проблем информационно — вычислительного обеспечения, а второе — с проблемами получения и использования энергии.

Тенденция развития электронных приборов для создания электронно-вычислительных средств характеризуется непрерывной миниатюризацией приборов, повышением их быстродействия, снижением энергопотребления, повышением качества и надежности, ростом массового промышленного выпуска, улучшением экономических показателей, снижением стоимости электронных приборов (точнее, стоимости процессов переработки информации). Все эти проблемы наиболее эффективно решаются в рамках микроэлектроники, которая за последние четверть века прошла путь от гибридных ИС до монолитных СБИС.

В микроэлектронике непрерывно происходят крупные изменения в методах и принципах проектирования, технологии изготовления и организации производства ИС, например матричных СБИС. Распространение т.н. заказных микросхем приводит к принципиально новым взаимоотношениям между заказчиками и изготовителями СБИС. Заказчик, проектирую микросхему, выдает изготовителю записанную на носителе управляющую информацию, с помощью которой на автоматических линиях в кратчайшие сроки выпускается необходимое количество нужных микросхем. Такая система требует стандартизированной формы представления информации, программной и аппаратной согласованности автоматизированных систем заказчиков и изготовителей.

Энергетическое направление связано с развитием почти всех основных видов электронных приборов. При этом использование достижений в области твердотельной электроники имеет ограниченный характер из-за относительно невысоких КПД полупроводниковых приборов (солнечные батареи, полупроводниковые преобразователи и др.). Более перспективными для энергетических целей (например, направленной передачи энергии из космоса), решение технологических задач (например, радиационного нагрева) и медицинских целей (лазерной хирургии, СВЧ терапии и др.) являются вакуумные СВЧ приборы (магнетроны, амплитроны и др.) и приборы квантовой электроники (лазеры на основе стекла с неодимом, СО₂ и др.).

Прогнозируется развитие приборов сверх мощной СВЧ электроники на основе релятивистских эффектов (гиротронов, пролетных суперклистронов и др.) с уровнями мощности, достаточными для осуществления управляемого термоядерного синтеза (до 10¹⁴ Вт при длительности импульсов около 50 нс.). Ожидается создание сверхмощных лазеров рентгеновского и гамма-излучений.

Глубокое проникновение электроники в жизнь человеческого общества настоятельно требует развития международного сотрудничества в этой области знаний, объединение усилий ученых и политических деятелей всех стран мира на то, чтобы величайшие достижения в области электроники использовались только в мирных целях и являлись бы неисчерпаемым источником удовлетворения материальных и духовных потребностей людей.

Широко известно применение каналов сотовой связи в охранной сигнализации. Однако существует возможность по тем же каналам управлять различными исполнительными устройствами, используя в качестве пульта дистанционного управления обычный сотовый телефон. Это может быть полезно при отъезде в отпуск или в командировку, когда желательно сымитировать присутствие людей в доме, квартире или оставленной без присмотра даче, периодически включая и выключая освещение и различные бытовые приборы. Для этой цели разрабатываются модули, принимающие и декодирующие команды, подаваемые по каналу сотовой связи. Для этого используется «телефонная» микросхема декодера DTMF, однако логическая часть может быть построена на обычных микросхемах малой и средней степени интеграции, транзисторах и реле, или на микроконтроллерах .

1. Исходные данные и их анализ

1.1 Описание и анализ принципиальной электрической схемы На двери установлены кнопки наборного поля, ИК оптопара с открытым оптическим каналом и индикаторы. Если подойти к двери, на цифровом индикаторе (который виден с внешней ее стороны) начинается обратный отсчет времени от 9 до 0. В этот интервал времени необходимо ввести код. Если он не набран или набран неверно, по истечении указанного временного интервала включится сирена, которая выключится, если от двери отойти. Отсчет времени начнется заново с 9 при следующем подходе к двери. В дежурном подходе цифра 9 высвечивается постоянно. Если же за отведенное время код набран верно, включится зеленый светодиод и прозвучит речевое сообщение, заранее записанное в память «электронного диктофона». Длительность сообщения -16 или 20 с. в зависимости от используемой микросхемы. Пример «Сигнализация отключена. Теперь можно войти в помещение». При отключении питания записанное сообщение сохраняется. Число перезаписей может достигать 100 000. После подачи питающего напряжения светодиод HL1 светит красным цветом, сигнализируя о включении. В качестве источника ИК сигналов использована плата (с излучающим ИК диодом) от пульта дистанционного управления (ПДУ) телевизора, видеомагнитофона и т. п. Приемником ИК сигналов служит модуль В1. Излучающий диод посылает импульсный сигнал в пространство непосредственно перед дверью. Если вблизи нее никого нет, эти импульсу в приемник В1 не попадают и устройство остается в дежурном режиме.

С приближением к двери человека отраженные от него импульсы ИК излучения попадают на приемник В1 и на его выходе формируются импульсные сигналы, поступающие на линию RA4 портаRA микроконтроллера DD2. Он обрабатывает эти импульсы и начинает обратный отсчет от 9 до 0. Информация об оставшемся времени выводится на цифровой индикатор HG1. Код набирают тремя кнопками SB3 «1», SB4 «2», SB6 «3». Нажатие на кнопку SB5 «4» обнуляет набранный код. Правильный код, записанный в память микроконтроллераDD2, выглядит так:1−2- 3−1-2−1. Число кнопок набора может быть любым, но не менее четырех. Кнопки с номерами «1», «2», «3» можно расположить в любом месте наборного поля. Все остальные соединяют параллельно — они работают на обнуление. Чем больше кнопок на поле, тем больше вероятность ошибочного набора кода для посторонних людей. Если код набран неверно, то по истечении указанного временного интервала на линии RВ0 порта RВ (вывод 6) микроконтроллера DD2 формируется сигнал высокого уровня, транзистор VT1 открывается и срабатавшее реле К1 своими контактами К1.1

подает питание на автомобильную сирену НА1. При верно набранном коде на линии RВ3 порта R8 (вывод 9) микроконтроллера DD2 формируется короткий импульс низкого уровня, который запускает воспроизведение речевого сообщения из «электронного диктофона" — микросхемы DD1. Длительность сообщения для указанной микросхемыне более 16с.

С вывода усилителя ЗЧ DА1 сигнал поступает на динамическую головку ВА1. Желаемую громкость можно установить подстроечным резистором R10. Записывают речевое сообщение при нажатии на кнопку SB1 и удерживании её на время записи. Во время записи светит светодиодHL2. Кнопка SB2 служит для прослушивания записанной информации. Питается устройство от сетевлгл стабилизированного блока питения, содержащего понижающий трансформатор Т1, выпрямитель на диодном мосте VD1, сглаживающий конденсатор C1 и два стабилизатора напряженияDA1 иDA2. Плату ПДУ питают от стабилизатора напяжения3,3 В.

1.2 Анализ соответствия электронной базы условиям эксплуатации При анализе условий эксплуатации необходимо определить:

— какие дестабилизирующие факторы влияют на ЭА данной группы;

— какие деградационные процессы в проектируемом узле, в том числе в ПП они вызывают;

— какие необходимо применить способы защиты печатного узла от этого влияния.

Обобщенные значения механических воздействующих факторов по классам ЭА и влияние дестабилизирующих факторов на ПП приведены в таблицах:

Коэффициенты влияния механических воздействий Коэффициенты влияния влажности Коэффициенты влияния атмосферного давления

2. Проектирование функционального узла

2.1 Выбор метода изготовления печатной платы и выбор материалов сотовый связь охранный сигнализация Печатная плата устройства, изготавливаемая из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, изображена на рис. 2. Она рассчитана на установку постоянных резисторов МЛТ, конденсаторов КМ-6 и К50−35 (или аналогичных импортных, подходящих по размерам). Конденсатор СЗ — К73−17 или К78−2 на напряжение не менее 630 В.

Аналог таймера КР1006ВИ1 — любая импортная микросхема серии 555, например NE555. Транзистор КТ315А можно заменить другим прибором этой серии или серии КТ3102. Подойдёт и импортный маломощный транзистор структуры п-р-п. Светодиоды указанных на схеме типов можно заменить любыми, которые при токе 0,5 мА обеспечат достаточную яркость свечения.

Трансформатор Т1 — ТВК-110ЛМ, доработанный по методике, описанной в статье И. Балонова «Об использовании ТВК в блоке питания» («Радио», 1984, № 7, с. 38), либо другой малогабаритный, обеспечивающий ток вторичной обмотки 200…500 мА и напряжение после выпрямления (на конденсаторе С4) 20…35 В.

В качестве резервных источников питания применены гальванические батареи «Крона-ВЦ» (6F22). Потребляемый от них ток в дежурном режиме не превышает 30 мА, а при подаче сигнала тревоги — 50 мА. Работоспособность устройства сохраняется при снижении суммарного напряжения батарей GB1 и GB2 до 11 В, а напряжения на выходе стабилизатора DA2 до 9 В.

При налаживании охранного устройства движок подстроенного резистора R10 устанавливают в такое положение, при котором после включения питания выключателем SA1 первым гаснет светодиод, встроенный в датчик с наибольшим временем вхождения в рабочий режим (в данном случае это датчик «Reflex»), и лишь через 3…5 с после этого — светодиод HL2. Желаемую продолжительность звучания сигнала тревоги устанавливают подстроечным резистором R4.

2.2 Расчет номинальных диаметров монтажных отверстий Номинальный диаметр d монтажных металлизированных и неметаллизированных отверстий устанавливают из следующего соотношения:

d? ?d, но? d э + r, (3.3)

где ?d, но — нижнее предельное отклонение диаметра отверстия (определяется по табл. 3.5);

d э — максимальное значение диаметра вывода ЭРИ, устанавливаемого на ПП (для прямоугольного вывода за диаметр принимается диагональ его сечения);

r — разность (гарантированный зазор) между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметром вывода устанавливаемого ЭРИ; ее выбирают в пределах 0,1…0,4 мм при ручной установке ЭРИ и в пределах 0,4…0,5 мм — при автоматической).

Расчетное значение d следует округлить в сторону увеличения до целых десятых долей миллиметра из ряда предпочтительных диаметров отверстий: 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм.

Далее следует убедиться в том, что полученный диаметр металлизированного монтажного отверстия не меньше, чем минимально допустимый диаметр d 0 для данной толщины ПП. Диаметр d 0 определяют из соотношения

d0? H? ?, (3.4)

где H — толщина ПП;

? — отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине ПП (см. табл. 3.3).

Таблица 3.3

Наименьшие номинальные значения основных параметров для классов точности ПП Таблица 3.4

Таблица 3.5

2.3 Определение ширины проводников Ширина печатного проводника зависит от электрических, конструктивных и технологических требований.

Для проводников, формирующих сигнальные цепи, главным являются требования по тепловыделениям. Необходимо, чтобы перегрев проводника относительно окружающей среды за счет выделяющегося в нем джоулевого тепла не превысил допустимого уровня. При расчетах ширины печатного проводника сечение проводника принимается прямоугольным, факт искажения сечения за счет подтравливания во внимание не принимается.

Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника t, мм, рассчитывают по формуле

t = t min D + | ?t, но |, (3.5)

где t min D — минимально допустимая ширина проводника, рассчитываемая в зависимости от допустимой плотности тока (токовой нагрузки);

?t, но — нижнее предельное отклонение ширины печатного проводника (см. табл. 3.3).

Величину t min D определяют по формуле

I

t min D = max, (3.6)

jдоп? h

где Imах — действующее значение максимального тока, протекающего в проводниках (определяют из анализа электрической принципиальной схемы);

jдоп — допустимая плотность тока;

h — толщина печатного проводника.

Значение допустимой плотности тока выбирается:

— для медной фольги — (100…250)· 106 А/м2 (100…250 А/мм2);

— для гальванической меди — (60…100)· 106 А/м2 (60…100 А/мм2).

Как видно, допустимая плотность тока в данном случае более чем на порядок превосходит таковую в обмотках трансформаторов, дросселей и других подобных устройств, поскольку конструкция печатного проводника обеспечивает почти идеальные условия теплоотвода.

Более конкретные значения допустимой плотности тока в печатных проводниках можно найти в таблице.

Для проводников, формирующих шины питания и общего провода, кроме требований по тепловыделениям, учитывают требования по падению напряжения на них и обеспечения электромагнитной совместимости (уменьшения кондуктивных паразитных связей). Как правило, требования, накладываемые на ширину печатного проводника исходя из допустимого уровня падения напряжения на нем и кондуктивных паразитных связей, вляются более жесткими по сравнению с требованиями по тепловыделениям.

Минимально допустимую ширину проводника с учетом допустимого падения напряжения на нем Uдоп, если конструкция проводника состоит из одного слоя меди, определяют следующим образом:

?I l

t min D = max, (3.7)

hUдоп где? — удельное сопротивление слоя меди (см. табл. 3.6);

l — максимально допустимая длина проводника (задается схемотехником, исходя из частотных характеристик ПУ).

Броски тока, вызванные работой цифрового устройства, вызовут броски питающего напряжения, если не предусмотреть блокирующие конденсаторы по цепям питания. Поэтому необходимо, чтобы U доп? U ЗПУ (здесь U ЗПУ — запас помехоустойчивости ИМС, определяемый по справочнику). При выполнении учебных расчетов можно принять U доп = (0, 1…0, 2) U П (здесь U П — напряжение питания ИМС).

Допустимую плотность тока рекомендуется умешать:

— на 15% для печатных проводников, расположенных на расстоянии, равном или меньшем их ширины;

— на 40% для печатных проводников из гальванической меди на тонкомерной фольге;

— в 2 раза для печатных проводников из химически осажденной меди по аддитивной технологии.

Таблица 3.6

Таблица 3.7

Таблица 3.8

2.4 Определение минимального расстояния между элементами печатного монтажа

Расстояние между элементами проводящего рисунка устанавливают в зависимости от электрических, конструктивных и технологических требований. Наименьшее номинальное расстояние S между элементами проводящего рисунка (между двумя проводниками) Tl

S = S min _D + ?t _ВО + 2

Здесь Tl — позиционный допуск расположения печатных проводников относительно соседнего элемента проводящего рисунка, который учитывается лишь при наличии проводников в узком месте (см. табл. 3.3); ?tВО — верхнее предельное отклонение ширины проводника (см. табл. 3.3); S min D — минимально допустимое расстояние между двумя соседними проводниками.

Величина S min D зависит от приложенного напряжения и условий эксплуатации и выбирается по табл. 3.9. и 3.10. [3, с. 31,32].

Допустимое рабочее напряжение между элементами проводящего рисунка, расположенными в соседних слоях ПП, включая ГПК, зависит от расстояния между ними, материала основания ПП и не должно превышать значений, приведенных в табл. 3.9.

Допустимые рабочие напряжения между элементами проводящего рисунка находящимися на наружном слое ПП, зависит от расстояния между элементами печатного монтажа, материала основания ПП, от условий эксплуатации и не должны превышать значений, приведенных в табл. 3.10.

Таблица 3.9

Таблица 3.10

*Гетинакс фольгированный.

**Стеклотекстолит фольгированный.

3. Расчет надежности: вероятности безотказной работы и среднего времени наработки на отказ Надежность — одно из важнейших свойств изделий, в том числе электронных устройств, которое определяет их эксплуатационную пригодность. Показатели надежности являются техническими параметрами изделия наряду с точностью, коэффициентом полезного действия, массо-габаритными характеристиками и пр. Техническое задание на разработку любого изделия должно содержать раздел (подраздел) с требованиями по надежности.

Признаки, по которым оценивается надежность изделия, называются критериями. Основными критериями надежности являются безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Только все перечисленные критерии в совокупности могут дать полное представление о надежности изделия. Количественные характеристики определяются количественными значениями критериев надежности и называются показателями (см. таблицу 4.1).

На надежность изделия влияют многочисленные факторы, имеющие место на этапах его проектирования, производства и эксплуатации.

Соответственно различают расчетную, производственную и эксплуатационную надежности. В идеальном случае значения расчетной, производственной и эксплуатационной надежности должны совпадать.

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности проектируемого изделия по известным характеристикам надежности составляющих элементов конструкции и компонентов системы с учетом условий эксплуатации. В дальнейшем элементы конструкции и компоненты, рассматриваемые в теории надежности, будем называть элементами расчета надежности, или, коротко, элементами. Основным показателем безотказности изделия является вероятность безотказной работы P (?) — безразмерная величина, зависимая от времени наработки? и изменяющаяся в пределах от 0 до 1.

Понятие надежности связано с отказами. Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности. При этом под46 работоспособностью понимают такое состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.

Отказы классифицируют по характеру их возникновения на внезапные и постепенные, независимые и зависимые, по внешним проявлениям — на очевидные и скрытые, по объему — на полные (авария) и частичные, по длительности действия — на окончательные (устойчивые) и перемещающиеся (временные).

m

P (?) = exp (?? (?i?), (4.1)

i =1

где: m — число элементов; ?i — интенсивность отказа i-го элемента.

То есть, вероятность безотказной работы уменьшается во времени по экспотенциальному закону от значения 1. При этом интенсивность отказов системы

m

? =? ?i, (4.2)

i =1

а среднее время наработки до отказа

T = 1/ ?. (4.3)

При выполнении проекта студенту предлагается провести расчет вероятности безотказной работы нерезервированного, невосстанавливаемого (неремонтируемого) проектируемого устройства по внезапным отказам.

Соответствующая методика расчета приведена ниже. Если в задании на проектирование указаны требования по надежности и выполнить их без применения резервирования невозможно, то необходимые расчетные формулы для основных типов резервирования можно найти, например, в [.

Таблица 4.1

Таблица 4.2

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ по диагностике платы автономного охранного устройства

1 ВВЕДЕНИЕ

Настоящая технологическая инструкция диагностике платы автономного охранного устройства, предназначенного для установки на дверь охраняемого помещения и реагирующего на любое приближение к нему.

2. НАЗНАЧЕНИЕ

2.1 Предназначена для для установки на дверь охраняемого помещения.

2.2 Устройство питается от блока питания напряжением 220 В.

2.3 При эксплуатации блока управления не допускать увеличение нагрузки превышающей номинальные значения.

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Потребляемая мощность не более 5 Вт;

Работать от сети 220В;

Габаритные размеры неболее ;

Масса не более ;

Температура окружающей среды 263−303К;

Относительная влажность воздуха 65% при 293К;

Диапазон частот вибрации 10−70 Гц Среднее время наработки на отказ T₀ — не менее 3000 часов;

4. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Если подойти к двери, на цифровом индикаторе (который виден с внешней ее стороны) начинается обратный отсчет времени от 9 до 0. В этот интервал времени необходимо ввести код. Если он не набран или набран неверно, по истечении указанного временного интервала включится сирена, которая выключится, если от двери отойти. Отсчет времени начнется заново с 9 при следующем подходе к двери. В дежурном подходе цифра 9 высвечивается постоянно. Если же за отведенное время код набран верно, включится зеленый светодиод и прозвучит речевое сообщение, заранее записанное в память «электронного диктофона». Длительность сообщения -16 или 20 с. При отключении питания записанное сообщение сохраняется. Число перезаписей может достигать 100 000. После подачи питающего напряжения светодиод HL1 светит красным цветом, сигнализируя о включении. В качестве источника ИК сигналов использована плата (с излучающим ИК диодом) от пульта дистанционного управления (ПДУ) телевизора, видеомагнитофона и т. п. Приемником ИК сигналов служит модуль В1. Излучающий диод посылает импульсный сигнал в пространство непосредственно перед дверью.

5. УКАЗАНИЕ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ

5.1 При подготовке рабочего места для проведения диагностических работ необходимо выполнять следующие правила:

5.1.1 Ремонтник в обязательном порядке должен быть ознакомлен с инструкцией по технике безопасности.

5.1.2 Надежно заземлять устройство и средства измерения.

5.1.3 Не оставлять устройство включенным без надзора.

5.1.4 Не производить подсоединение и отсоединение проводов и смену деталей под напряжением.

6 ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

6.1 Перечень документов необходимых при ремонте:

— схема функциональная;

— схема электрическая принципиальная;

— перечень элементов;

— технологическая инструкция;

— инструкция по эксплуатации на средства измерения;

— схема подключения электрических приборов для измерения;

6.2 Перечень средств измерения применяемых при настройке и контроле приведены в таблице 1:

Таблица 1 Средства измерения

Таблица 2 Инструменты, применяемые при ремонте

7 ОСОБЕННОСТИ ОТКАЗОВ И НЕИСПРАВНОСТЕЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ

7.1 РЕЗИСТОРЫ

Постоянные резисторы, применяемые в схемах преобразователей напряжения, можно сгруппировать в два основных класса: проволочные и композиционные.

Неисправности резисторов, встречающиеся на практике можно подразделить на:

* обрыв;

* значительное увеличение номинального сопротивления.

Несмотря на то, что в технической литературе считаются невозможными случаи уменьшения номинального сопротивления резисторов, авторам на практике все же приходилось сталкиваться с такими случаями. По-видимому, такие неисправности связаны с технологическими особенностями изготовления таких резисторов.

Внимание. Неисправность резистора далеко не всегда можно определить по его внешнему виду (потемнение, обгорание)!

На практике часты случаи, когда неисправный резистор по внешнему виду ничем не отличается от исправного. Выявить неисправный резистор в таких случаях можно только омической «прозвонкой» на соответствие номиналу после выпаивания его из схемы. С другой стороны, потемнение резистора не всегда означает выход его из строя. Кроме того, потемнение резистора затрудняет определение его номинала по цветовому коду, нанесенному на его поверхность, т.к. цвета колец становятся трудноотличимы друг от друга. В этих случаях выйти из положения можно либо получив нужную информацию из принципиальной схемы (если она имеется), либо по номиналу аналогичного резистора в аналогичной конструкции.

7.2 КОНДЕНСАТОРЫ

Конденсаторы наиболее часто делятся на категории по материалу диэлектрика, из которого они изготовлены.

Внимание. Конденсаторы различных типов имеют характеристики, делающие их пригодными для одних и непригодными для других применений.

Реальный конденсатор не является чистой емкостью, а обладает также сопротивлением и индуктивностью. Индуктивность L создается как выводами, так и структурой самого конденсатора; R2 является сопротивлением параллельной утечки, и его величина зависит от объемного удельного сопротивления материала диэлектрика; R1 — эффективное (действующее) последовательное сопротивление конденсатора, зависящее от тангенса угла потерь диэлектрика конденсатора.

Таблица 1.

Внимание. Одним из наиболее важных соображений при выборе типа конденсатора является его рабочая частота.

Одним из недостатков электролитических конденсаторов является то, что они поляризованы и на них необходимо поддерживать постоянное напряжение соответствующей полярности, т. е. конденсатор может работать только с пульсирующим и не может работать с переменным током. На практике часты случаи пробоя выпрямительных диодов. В этих случаях конденсатор оказывается под воздействием переменного тока, протекающего через него в обоих направлениях. Это ведет к быстрому разогреву конденсатора с последующим выходом из строя и возможностью взрыва.

Внимание. Взрыв электролитического конденсатора может привести к травме!

Практически встречающиеся неисправности конденсаторов можно разделить на:

* обрыв (полная потеря емкости);

* пробой (короткое замыкание между выводами);

* значительное уменьшение емкости по отношению к номинальной;

* повышенная утечка, т. е. возрастание постоянной составляющей тока через конденсатор.

Исправность конденсатора можно проверить путем выпаивания его из схемы и «прозвонки» с помощью омметра (на пробой), а также замера на измерителе емкости (на обрыв и соответствие номиналу).

При этом рекомендуется устанавливать максимальный предел измерения в случае использования стрелочного омметра.

Исправность электролитических конденсаторов, благодаря их большой емкости, может быть в первом приближении оценена по начальному отклонению стрелки омметра. При этом для сравнения полезно иметь под рукой заведомо исправный электролитический конденсатор такой же емкости, как и проверяемый.

В случае исправности проверяемого конденсатора отклонение стрелки должно быть приблизительно таким же, как и для эталонного конденсатора. Полярность подключения щупов омметра должна соответствовать полярности выводов конденсатора ((+) омметра — к выводу положительной обкладки конденсатора). При исправном конденсаторе стрелка омметра после отклонения должна медленно вернуться в начало шкалы. Если этого не произошло и стрелка остановилась, не дойдя на значительное расстояние до начала шкалы, то проверяемый конденсатор имеет повышенное значение утечки и должен быть заменен.

Не забудьте разрядить конденсатор перед его проверкой путем кратковременного замыкания выводов с помощью отвертки или пинцета! Иначе вы рискуете вывести из строя свой измерительный прибор.

7.3 ТРАНСФОРМАТОРЫ

Представляют собой частные случаи катушек индуктивности с магнитным сердечником. В реальной катушке провод, из которого она навивается, обладает последовательным сопротивлением, а между витками обмотки имеется распределенная емкость.

Неисправности индуктивных элементов можно подразделить на:

* обрыв в обмотке;

* межвитковое замыкание;

* межобмоточное замыкание (только для трансформаторов),

* замыкание (пробой) обмотки на сердечник;

* потеря сердечником магнитных свойств (из-за перегрева, механических повреждений и т. д.).

Выход из строя выходных дросселей фильтров в ИБП явление крайне редкое из-за их высокой надежности.

Выход из строя трансформаторов часто можно определить при внешнем осмотре по потемнению отдельных участков наружной изоляции, появлению

пузырьков воздуха под изоляцией, вспениванию и выделению из-под изоляции пропиточного компаунда.

Целостность обмоток на «обрыв», а также наличие межобмоточного замыкания и замыкания какой-либо из обмоток на сердечник легко проверяются с помощью омической «прозвонки» .

Остальные из перечисленных выше неисправностей поддаются обнаружению крайне сложно, так как омическое сопротивление обмоток трансформатора очень мало (единицы и даже доли Ом!).

Если есть подозрение на межвитковое замыкание или на потерю сердечником магнитных свойств, то трансформатор нуждается в замене на аналогичный.

7.4 ДИОДЫ

Диоды, применяемые в рассматриваемом классе ИБП, можно условно подразделить на:

* силовые выпрямительные низкочастотные (диоды входного сетевого моста и схемы пуска);

* силовые выпрямительные высокочастотные вторичной стороны;

* высоковольтные высокочастотные (рекупера-ционные диоды транзисторного инвертора);

* низковольтные высокочастотные (применяемые в согласующем каскаде и сигнальных цепях защиты, а также схеме образования сигнала PG).

Выпрямительные низкочастотные диоды для входного выпрямительного моста выбираются при замене по следующим основным параметрам:

* постоянному обратному напряжению Uобр. (не менее 400В);

* среднему прямому току Iпр. (не менее 1−2А в зависимости от мощности блока);

* импульсному прямому току 1и.пр. (не менее 7−10А).

Для силовых выпрямительных высокочастотных диодов, кроме того, важным параметром служит время восстановления обратного сопротивления диода t_B0C, которое определяет длительность режима «сквозных токов» в схеме выпрямления. Это увеличивает коммутационные потери не только в диодах выпрямителя, но и в транзисторах инвертора. При этом элементы источника оказываются в режиме короткого замыкания, что создает условия для коммутационных выбросов на фронтах переключения, ведущих к отказу источника

Практически встречающиеся неисправности диодов можно разделить на:

* обрыв;

* короткое замыкание (пробой);

* уменьшение обратного сопротивления (утечка);

* увеличение прямого сопротивления.

Все эти неисправности легко обнаруживаются при помощи омметра после выпаивания диода из схемы.

Обращаем Ваше внимание на то, что иногда утечка диода проявляется только под напряжением!

ТРАНЗИСТОРЫ

Транзисторы, применяемые в рассматриваемом классе преобразователей напряжения, можно условно подразделить на:

* силовые высокочастотные (большой мощности);

* сигнальные высокочастотные (малой мощности).

Силовые высокочастотные транзисторы применяются в качестве ключей полумостового инвертора и рассчитаны на работу со значительными токами и напряжениями.

Во всех схемах рассматриваемого класса преобразователей напряжения в качестве силовых ключей используются исключительно биполярные транзисторы типа проводимости (n-p-п) или (р-п-р.

Внимание. При замене сигнальных транзисторов следует учитывать не только цифровое обозначение транзисторов, но и буквенные обозначения, которые нанесены на корпус. Транзисторы с разными буквенными обозначениями имеют различные параметры (прежде всегокоэффициент усиления по току)!

Практически встречающиеся неисправности транзисторов можно разделить на:

* обрыв одного или обоих переходов;

* короткое замыкание (пробой) по одному или обоим переходам;

* уменьшение обратного сопротивления (утечка) одного или обоих переходов;

* пробой по участку коллектор-эмиттер при целостности переходов коллектор-база и эмиттер-база. Все эти неисправности легко обнаруживаются при помощи омметра после выпаивания транзистора из схемы, т.к. каждый из переходов транзистора аналогичен диоду.

8 ТРЕБОВАНИЯ К РАБОЧЕМУ МЕСТУ

8.1. Работа выполняется в нормальных климатических условиях.

8.2. К рабочему месту должны быть подведены следующие питающие напряжения:

220В± 20%, 50Гц±5%

36В±20%, 50Гц±5%

8.3 Мощность, необходимая для обеспечения рабочего места 300 Вт.

8.4. Убрать с рабочего места лишние предметы.

8.5. Обеспечить освещенность рабочего места.

8.6. Разместить устройство и средства измерения из условий удобства их использования.

8.7 Обеспечить освещение рабочего места, как естественное, так и искусственное.

8.8 Работник должен иметь специальную рабочую одежду из хлопчатобумажной ткани.

8.9 Рабочие столы должны быть оборудованы металлическими пластинами 200×300мм, заземлёнными через 1МОм.

8.10 Антистатический браслет должен быть заземлён через 1 МОм.

8.11 На рабочем столе все металлические и электропроводящие части должны быть заземлены.

8.12 Для проверки устройства собрать схему и произвести подключение измерительных приборов.

9. ДИАГНОСТИКА НЕИСПРАВНОСТИ И РЕМОНТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ

9.1. Общая диагностика состояния преобразователя напряжения проводится в следующем порядке:

Произвести наружный осмотр проверяемого блока на отсутствие механических повреждений, проверить комплектность и правильность установки элементов в соответствии с маркировкой.

Перечень средств измерения, необходимых при проверке блока приведен в таблице 1.

Все подключения к блокам должны производиться с помощью проводов и кабелей, снабженных ответными частями входных и выходных разъемов блока.

9.2 Проверка кода:

Код набирают тремя кнопками SB3 «1», SB 4 «2», SB6 «3». Нажатие на кнопку SB5 «4» обнуляет набранный код. Правильный код, записанный в память микроконтроллера DD2, выглядит так:1−2- 3−1-2−1.

9.3 проверка длительности сообщения:

Длительность сообщенияне более 16 с.

Рис. 1 Осциллограмма сигнала на выходе 5 ИС

9.2.1.3 Исправность опорного источника DA5 оценивается по наличию на выводе 14 микросхемы постоянного напряжения +5 В, которое не должно изменяться при изменении питающего напряжения на выводе 12 от +7 В до +40 В.

9.2.2 Операция 2. Проверка исправности цифрового тракта.

9.2.2.1 Не включая ИБП в сеть, подать на вывод 12 управляющей микросхемы питающее напряжение 10−15 В от отдельного источника.

9.2.2.2 Исправность цифрового тракта оценивается по наличию на выводах 8 и 11 микросхемы (в случае включения выходных транзисторов микросхемы по схеме с ОЭ) или на выводах 9 и 10 (в случае их включения по схеме с ОК) прямоугольных последовательностей импульсов в момент подачи питания.

Рис. 2 Осциллограммы сигналов на выходах ИС 11 и 8 (или 9 и 10

9.2.2.3 Проверить наличие фазового сдвига между последовательностями выходных импульсов, который должен составлять половину периода.

9.2.2.4 Разорвать печатную дорожку (предварительно сняв питание с вывода 12 микросхемы), замыкающую 14 и 13 выводы микросхемы, и соединить 13 вывод с 7 («корпус»). Убедиться в отсутствие фазового сдвига между последовательностями выходных импульсов на выводах 8 и 11 (либо 9 и 10).

9.2.3 Операция 3. Проверка исправности компаратора «мертвой зоны» DA1.

9.2.3.1 Не включая ИБП в сеть, подать на вывод 12 управляющей микросхемы питающее напряжение 10−15 В от отдельного источника.

9.2.3.2 Убедиться в исчезновении выходных импульсов на выводах 8 и 11 при замыкании вывода 14 микросхемы с выводом 4.

9.2.4 Операция 4. Проверка исправности компаратора ШИМ DA2.

9.2.4.1 Не включая ИБЛ в сеть, подать на вывод 12 управляющей микросхемы питающее напряжение 10−15 В от отдельного источника.

9.2.4.2 Убедиться в исчезновении выходных импульсов на выводах 8 и 11 при замыкании вывода 14 микросхемы с выводом 3.

9.2.5 Операция 5. Проверка исправности усилителя ошибки DA3.

9.2.5.1 Не включая ИБП в сеть, подать на вывод 12 управляющей микросхемы питающее напряжение 10−15 В от отдельного источника.

9.2.5.2 Проконтролировать уровень напряжения на выводе 2, которое должно отличаться от нуля. Изменяя напряжение на выводе 1, подаваемое от отдельного источника питания, в пределах от 0,3 В до 6 В, проконтролировать изменение напряжения на выводе 3 микросхемы.

9.2.6 Операция б. Проверка усилителя ошибки DA4.

9.2.6.1 Не включая ИБП в сеть, подать на вывод 12 управляющей микросхемы питающее напряжение 10−15 В от отдельного источника.

9.2.6.2 Проконтролировать уровень напряжения на выводе 3, предварительно выставив усилитель DA3 в состояние «жесткого 0» на выходе. Для этого напряжение на выводе 2 должно превышать напряжение на выводе 1.

9.2.6.3 Проконтролировать появление напряжения на выводе 3 при превышении потенциалом, подаваемым на вывод 16, потенциала, приложенного к выводу 15.

Примечание. Любая выявленная операциями 1…6 неисправность, требует замены микросхемы ШИМ — контроллера TL494

9.3 Диагностика неисправности промежуточных усилителей.

9.3.1 Подключить схему Э5 к блоку питания Б5−54; установить с помощью переключателей входное напряжение U_ВХ=(10,5…15)В, установить максимальное значение нагрузки R_Н=2 кОм; включить переключатель SА1;

9.3.2 Проконтролировать осциллографом С1−83 наличие импульсов на выходе промежуточных усилителей VT1… VT4.

Параметры импульсов: частота повторения 40 кГц, амплитуда 6…8 В.

9.3.3 При несоответствии параметров сигналов, необходимо проверить исправность транзисторов VT1… VT4 и в случае необходимости их заменить.

Внимание. При замене мощных ключевых транзисторов лучше всего использовать транзисторы того же типа и той же фирмы-изготовителя. В противном случае установка транзисторов другого типа может привести либо к выходу их из строя, либо к несрабатыванию схемы пуска преобразователя (в случае использования более мощных, чем стояли в схеме ранее, транзисторов).

9.3.4 Проконтролировать осциллографом С1−83 наличие импульсов на выходе токовых ключей VT5 и VT6.

Параметры импульсов: частота повторения 40 кГц, амплитуда 6…8 В.

Сигнал между затвором и истоком каждого транзистора должен быть амплитудой не менее 18 В (см рис.3).

9.3.5 При несоответствии параметров сигналов, необходимо проверить исправность транзисторов VT5 и VT6 и в случае необходимости их заменить.

Внимание. При замене мощных ключевых транзисторов лучше всего использовать транзисторы того же типа и той же фирмы-изготовителя. В противном случае установка транзисторов другого типа может привести либо к выходу их из строя, либо к несрабатыванию схемы пуска преобразователя (в случае использования более мощных, чем стояли в схеме ранее, транзисторов).

9.3.3 Проконтролировать осциллографом С1−83 наличие симметрии токов на выходе токовых ключей VT5 и VT6. Сигналы смотреть двумя каналами на обмотках трансформатора относительно центрального вывода.

9.4 Диагностика повышающего модуля преобразователя

9.4.1 Произвести наружный осмотр проверяемого блока на отсутствие механических повреждений, проверить комплектность и правильность установки элементов в соответствии с маркировкой.

Перечень средств измерения, необходимых при проверке блока приведен в таблице 1.

Все подключения к блокам должны производиться с помощью проводов и кабелей, снабженных ответными частями входных и выходных разъемов блока.

1) Подключить схему Э5 к блоку питания Б5−54; установить с помощью переключателей входное напряжение U_ВХ=(10,5…15)В, установить максимальное значение нагрузки R_Н=2 кОм;

2) включить переключатель SА1;

3) проверить выходное напряжение U_ВЫХ=300…310 В

9.4.2 В случае отсутствия требуемого напряжения проверить диоды выпрямительного моста VD7… VD10. Пробой диодов выпрямительного моста может привести к ситуации, когда на электролитические сглаживающие емкости сетевого фильтра будет непосредственно попадать переменное напряжение сети. При этом электролитические конденсаторы, стоящие на выходе выпрямительного моста, взрываются.

Примечание. Заменить неисправные диоды моста UF2007/

9.5 Общая проверка функционирования после ремонта.

9.5.1. Подключить преобразователь к блоку питания Б5−54; установить с помощью переключателей входное напряжение U_ВХ=(10,5…15)В, установить максимальное значение нагрузки R_Н=2 кОм;

— включить переключатель SА1;

— проверить выходное напряжение U_ВЫХ=300…310 В

9.5.2 Выпаять резистор R14* и на его место подключить магазин сопротивлений МСН-8701. Подбором сопротивления настроить выходное напряжение равное 300…310 В.

9.5.3 Отключить магазин сопротивлений и впаять резистор требуемого сопротивления.

9.5.4 Настройка узла контроля разрядки аккумуляторной батареи

9.5.4.1 Выпаять резистор R11* и на его место подключить магазин сопротивлений МСН-8701. Подбором сопротивления настроить параметры схемы так, чтобы при уменьшении входного напряжения питания до 10,8 В светодиод HL1 погас.

10. Характерные неисправности преобразователя напряжения и методы их устранения

10.1. Наиболее вероятные неисправности, встречающиеся при проверке и эксплуатации преобразователя напряжения указаны в табл.3.

Таблица 3

Заключение

В ходе курсового проекта разработана инструкция по диагностике платы автономного охранного устройства

В общей части проекта описан принцип действия схемы платы автономного охранного устройства и выбранная электронная база с анализом соответствия ее условиям эксплуатации.

Расчетно-конструкторская часть содержит разработку чертежа печатной платы с расчетом элементов печатного монтажа и разработку инструкции печатного узла в группе жесткости 1. Так же расчет надежности: вероятности безотказной работы и среднего времени наработки на отказ

Был разработан чертеж печатной платы с расчетом элементов печатного монтажа. Перечень элементов и спецификация. Данное устройство состоит из односторонней печатной платы, (изображена одна сторона размеры которых получились такими:

длина — 80 мм, ширина — 75 мм, толщина — 1.5 мм;

Разработана инструкции покоторой описаны принцип действия схемы, назначение устройства, принцип действия, предусмотрены меры безопасности, выбраны средства измерения и инструмент, применяемый при контроле. Рассмотрены основные неисправности элементной базы, требования к рабочему месту, рассмотрена диагностики неисправностей.