книги / Обеспечение надежности стабилизаторов напряжения при проектировании и производстве
..pdfРис. 5.3. Устройства для контроля статических (а) и динамических (б) пара метров СН
пряжения к регистрирующему прибору для измерения и регист рации статической нестабильности выходного напряжения при из менении тока нагрузки и напряжения питания.
Изменение режимов контроля СН осуществляется блоком уп равления при помощи источника напряжения питания, соединен ного с проверяемым СН и блоком нагрузок. Необходимо отме-
тить, что в связи с равенством выходного напряжения контроли руемого СН и источника эталонных напряжений, обеспечиваемо го данным устройством, исключаются погрешности, обусловлен ные влиянием точности установки выходного напряжения контро лируемого СН на контроль указанных нестабильностей.
Устройство для контроля динамических параметров показано на рис. 5.3,6 [2]. Устройство сравнения построено на базе дискри минатора мгновенных значений, а формирователь уровней стаби лизированного тока смещения на базе ждущего мультивибрато ра с регулируемой длительностью выходного импульса, соответст вующего контролируемому параметру tB, и управляющего тран зисторными компенсационными стабилизаторами тока с установ кой необходимых выходных токов, соответствующих контролируе
мым параметрам hmax и е. |
заключается |
Процесс контроля динамических параметров СН |
|
в следующем. Устройство фиксации длительности |
переходного |
процесса и формирователя уровней стабилизированного тока сме щения подготавливается для измерения динамических параметров СН согласно значениям, заданным техническими требованиями. При этом проверка динамических параметров под воздействием контрольного сигнала /н осуществляется при неизменном напря жении питания СН, а динамических параметров — под воздейст вием контрольного сигнала Un при неизменном токе нагрузки. За тем формируются зоны требуемого быстродействия и допустимой колебательности процессов (см. § 3.1), границы которых соответ ствуют установленным значениям измеряемых параметров. Этот этап обеспечивается устройством опроса, устройством фиксации длительности переходного процесса, устройством сравнения, фор мирователем уровней стабилизированного тока смещения, устрой ством сброса и блоком контроля и индикации.
Использование устройств сравнения, фиксации длительности переходного процесса и формирователя уровней стабилизирован ного тока смещения выгодно отличает предлагаемое устройство от известных, так как обеспечивается формирование областей допус ков в виде зон требуемого быстродействия и допустимой колеба тельности процессов и исключается зависимость от конструктив ных особенностей проверяемых СН.
Устройство для контроля частотных характеристик, показано на рис. 5.4,а. Устройство измерения допустимой колебательности и фиксации частоты автоколебаний, источник напряжений, блок нагрузок и генератор прямоугольных импульсов построены анало гично соответствующим блокам устройства для контроля динами ческих параметров СН [2]. Блок индикации и запоминания пред ставляет собой арифметическое устройство, которое по мере на копления информации вычисляет математическое ожидание и дис персию частоты автоколебаний СН при определенных значениях фронтов групп импульсов. Формирователь установки фронтов групп импульсов построен на базе усилителя постоянного тока с определенным включением частотно-зависимых звеньев, а распре-
а)
б)
Рис. 5.4. У стройства для контроля частотных характеристик (а) н испытаний (£) СН
делитель групп импульсов — счетчика импульсов. Блок управле ния обеспечивает синхронную работу всего устройства.
Первый этап работы заключается в установке исходного со стояния устройства измерения допустимой колебательности, уст ройства фиксации частоты автоколебаний, блока индикации и за поминания, блока управления, блока нагрузок, формирователя ус тановки фронтов групп импульсов, распределителя групп импуль сов и их настройки с целью обеспечения параметров проверяе мых частотных характеристик и контрольных сигналов, заданных техническими требованиями на испытываемые СН.
На втором этапе с помощью блока нагрузок, формирователя установки фронтов групп импульсов, распределителя групп им пульсов и генератора прямоугольных импульсов формируются по следовательности групп импульсов с постепенным дискретным уменьшением фронта импульсов тока нагрузки при воздействии каждой последующей группы импульсов из выбранной последова тельности. Затем с помощью устройства измерения амплитуды ко лебаний, устройства фиксации частоты автоколебаний, блока на грузок и формирователя установки фронтов групп импульсов про веряются частоты автоколебаний после воздействия каждой груп пы импульсов тока нагрузки. Фиксация запоминания частоты ав токолебаний выполняется блоком индикации и запоминания, кото рый одновременно производит вычислительные операции для от браковки СН по недопустимой частоте автоколебаний, оговорен ной техническими требованиями.
Использование перечисленных выше устройств обеспечивает формирование дискретной последовательности воздействий тока нагрузки, при которой проверяется предельная работоспособность СН. В результате такой проверки частотных характеристик увели чивается сфера применения данного устройства при серийном про изводстве и испытаниях СН. Кроме того, обеспечивается возмож ность более полной проверки СН, что повышает эффективность и качество их контроля.
Необходимо отметить, что предлагаемые устройства (см. рис. 5.3 и 5.4,а) обеспечивают возможность автоматизации этапов фор мирования контрольных сигналов и проверки указанных парамет ров и характеристик СН. При этом они могут использоваться как автономно, так и комплексно в зависимости от условий серийного производства и цели испытаний СН.
Результаты внедрения устройств, технические характеристики которых приведены в приложении 4 показали, что их применение позволяет: улучшить качество проверки статических параметров СН из-за исключения влияния погрешностей при установке их выходного напряжения на результаты контроля; увеличить точ ность контроля переходных и частотных характеристик примерно- в 5 раз, благодаря применению методов и средств допуековой оценки; повысить производительность труда при контроле указан ных параметров и характеристик СН в 3—4 раза, за счет сокра щения временных затрат в связи с автоматизацией как измери-
тельных, так и подготовительных (создание необходимых режи мов проверок, установление параметров контрольных сигналов и т. д.) операций.
5.4. Разработка устройств для испытаний
При проведении различных испытаний СН необходимо применять различные устройства [3, 8, 18]. Однако использование этих устройств не обеспечивает реализацию тех режимов испыта ний, которые предложены в § 5.2. В связи с этим разработаны и внедрены средства испытаний, учитывающие реализацию предло женных форсирующих режимов.
Рассмотрим принципы построения устройств для испытаний СН. При проведении технологических, приемосдаточных и специ альных испытаний СН и УЭП существует необходимость созда ния форсированного режима в виде цикличности включения и вы ключения и п.с. При этом требуется обеспечить параметры, ука занные в и. 4 § 5.2. Устройство [13] позволяет испытывать СН, обеспечивая данный форсирующий режим.
Устройство для испытаний, обеспечивающее режим циклично сти включения и выключения Un.с, показанное на рис. 5.4,6, со держит источник напряжения питания, формирователь циклично сти, устройство фиксации уровня напряжения питания, устройство управления напряжением питания, коммутатор, блок управления, блок контроля и запоминания, регистрирующий прибор. Источ ник напряжения питания обеспечивает требуемые параметры пи тающего напряжения. Формирователь цикличности построен на базе высокостабильного реле времени, устройство фиксации уров ня напряжения питания осуществляет дискретизацию по уровню, а устройство управления напряжением питания представляет со бой электронное реле. Блок контроля и запоминания построен на базе оперативного запоминающего устройства.
Устройство позволяет испытывать группы разнотипных СН в режиме, при котором формируются детерминированные воздейст вия в виде последовательности циклов включения и выключения СН с регулируемым фронтом включения и стабилизирован ным уровнем напряжения питания. Испытание ОН состоит из двух этапов. Первый этап заключается в формировании детерми нированных воздействий в виде последовательности циклов вклю чения и выключения Umc контролируемых СН и осуществляется источником напряжения питания, формирователем цикличности, устройством фиксации уровня напряжения. Второй этап заключа ется в контроле и запоминании проверяемых параметров испыты
ваемых СН с. помощью коммутатора, блока управления, блока контроля и запоминания, регистрирующего прибора.
Использование данного устройства позволяет применять при оценке длительности испытаний определенный коэффициент уско рения, что дает возможность повысить пропускную способность и процессе испытаний как СН, так и УЭП, создавая в то же время
благоприятные условия для проявления признаков их неработо способности, которые можно зафиксировать с помощью устройств контроля, рассмотренных в § 5.3.
Устройство, показанное на рис. 5.4,6, реализует один из фор сированных режимов испытаний СН. При испытаниях СН целесо образно использовать режимы, выбор которых показан в § 5.2, т. е. при испытаниях СН необходимо обеспечивать режимы дина мического контроля (см. § 5.1) и циклического изменения Ца.с. Для осуществления таких испытаний необходим контрольно-испы
тательный комплекс, удовлетворяющий |
указанным требованиям. |
В общем виде такой комплекс (рис. |
5.5) должен содержать |
формирователь изменений питающего напряжения (ФИПН), блок управления, измерительный блок отображения информации, фор мирователь контрольных сигналов тока (ФКСТ), формирователь контрольных сигналов напряжения (ФКСН), формирователь цик личности (ФЦ), формирователь программ испытаний (ФПИ). При его построении целесообразно использовать технические решения, рассмотренные в 'р2, 4, 12], а также в ■§ 6.3. Кроме того, необходи мо предусмотреть возможность испытаний не только групп разно типных СН, но и УЗП, которые могут работать в различных режи
мах, близких к реальным условиям |
их эксплуатации. |
Данный |
||||||
комплекс |
[12] |
кроме |
блоков |
и |
устройств, |
указанных |
вы |
|
ше, содержит |
соответствующие |
коммутаторы, |
а измерительное |
|||||
устройство |
выполняет |
функции |
измерительного |
блока |
и |
блока |
отображения информации. Это позволяет осуществить воздейст вия с помощью контрольных сигналов Un, Un.с и /н при выполне нии необходимых проверок и испытаний, рассмотренных в § 5.2. При этом следует предусмотреть подготовку испытываемых СН или УЭП, которая заключается в обеспечении возможности под ключения основного контура регулирования каждого СН к ФКСН. Испытания СН или УЭП с помощью данного комплекса проходят в три этапа. Первый этап заключается в подготовке комплекса и осу ществляется блоком управления, ФПИ, ФКСТ, ФКСН, ФИПН и ФЦ. При этом в зависимости от типов испытываемых СН уста навливаются требуемые параметры контрольных сигналов, а так же выбираются последовательности их воздействия. Во время вто рого этапа при помощи соответствующих команд ФПИ с опреде ленной временной последовательностью формируются детермини рованные воздействия в виде последовательности импульсов или циклов: сигнала /н (ФКСТ)\ сигнала Ua (ФКСН)-, сигналов Ua.c (ФЦ и ФИПН). Завершающим этапом испытаний является конт роль параметров и характеристик СН, который осуществляется измерительным устройством, ФПИ, коммутатором и коммутато ром напряжения.
Использование предложенных устройств для испытаний СН и УЭП, технические характеристики которых показаны в приложе-. нии 4, дает следующие преимущества [12]: возможность одновре менно испытывать группы разнотипных СН или УЭП в форсиро ванных й динамических режимах, а также повышать качество
' t
ФКСТ |
Контролируемый СН |
(первый) |
(первый) |
____ 1!____
Комм\ггатор |
|
Измерительное |
Источник |
|
«*=— |
устройство |
питания |
||
|
||||
|
|
|
ФКСТ |
Контролируемый СН |
|
(последний) |
||
(последний) |
||
|
ФКСН |
<Ы1 |
ФПИ |
(первый) |
Ч'Ц |
|
|
|
_____ !!____
Коммутатор Блок напряжения управления
ФКСН
ФИПН
(последний)
Рис 5 5 Функциональная схема контрольно-испытательного комплекса
контроля СН за счет более полных и эффективных проверок па раметров и характеристик.
Таким образом, в результате исследования процессов динами ческого .контроля работоспособности и испытаний СН получены следующие результаты.
1. Определены режимы динамического контроля работоспособ ности СН, которые с учетом требований по обеспечению их ста тистической точности позволяют выявить вероятную долю некон диционных СН и повысить эффективность контроля их качества и технической надежности.
2.Выбран наиболее рациональный объем как технологических
иприемосдаточных, так и специальных испытаний СН и УЭП с
учетом имитации реальных условий их эксплуатации, предопреде ляющих сокращение временных затрат.
3. Предложены устройства для контроля СН, применение кото рых обеспечивает улучшение качества проверки статических пара метров за счет исключения влияния субъективных факторов; по вышение точности контроля переходных и частотных характерис тик и увеличение производительности труда, благодаря автома тизации данного этапа процесса проверки работоспособности СН.
4. Разработаны устройства для испытаний СН, использование которых дает возможность одновременно испытывать группы раз нотипных СН или УЭП в форсированных режимах при повыше нии качества контроля работоспособности за счет более полных н эффективных проверок их параметров и характеристик.
5. Сформулированные предложения и разработанные устройст ва обеспечивают повышение достоверности проверок и эффектив ности испытаний СН и УЭП при сокращении временных затрат. Результаты реализации позволяют предложить их более широкое применение для улучшения качества контроля и повышения на дежности серийных СН.
Заключение
В заключение рассмотрим ряд замечаний по применению методов, изложенных в книге, и возможности дальнейшего их раз вития. Приведенные методы позволяют по экспериментально-ста тистическим данным устанавливать нормы на параметры СН с учетом требований по технической надежности, статистической точности при воздействии производственных факторов. Естествен но, что кроме параметров полупроводниковых электрорадиоэле-
.ментов, определенное влияние на их надежную работу в реальных условиях эксплуатации оказывают отклонения (разброс) пара метров таких комплектующих элементов как трансформаторы, дроссели, платы печатного монтажа и т. д.
При иеустановившемся технологическом процессе или недо статочном качестве проектирования этих элементов поля рассеи вания их параметров находятся в широких пределах и существен но зависят от климатических и механических воздействий. Это обычно проявляется при различных испытаниях и эксплуатации СН, например, в виде снижения сопротивления изоляции и т. п. Поэтому (если конструктивные или технологические недоработки устранены) целесообразно экспериментально-статистическое ис следование параметров этих элементов с целью выявления их наи большей чувствительности к определенным производственным фак торам (существенное влияние которых наиболее вероятно) и пре дупреждения нестабильности. Тогда при использовании аналити ческих выражений для исследования областей допусков и запаса работоспособности СН необходимо учитывать также допустимые отклонения наиболее чувствительных (в оговоренном смысле) па раметров указанных комплектующих элементов.
Предложенные методы анализа и определения допустимых от клонений и допусковых областей характеристик серийных СН •позволяют более полно учитывать вариации параметров комплек тующих электрорадиоэлементов и контрольных сигналов. Это дает возможность более обоснованно устанавливать допуски контроли руемых параметров СН на разных этапах их серийного изготов ления. При этом вполне вероятна необходимость введения в нор мативно-техническую документацию требований по контролю па раметров, которые не проверяются в настоящее время. Это отно сится прежде .всего к временным параметрам переходных и час тотных характеристик, а также к параметрам отдельных узлов и блоков, изготавливаемых на ранних стадиях серийного произ водства СН.
Необходимо отметить, что наряду с введением требований по контролю рассмотренных параметров целесообразно также уста
навливать требования по контролю показателей технической на дежности серийных СН. Это дает возможность построить струк туру системы статистического контроля и управления установ ленных показателей качества и надежности серийных СН с целью обнаружения и выявления недопустимых отклонений от задан ного уровня надежности, начиная с самых ранних этапов изготов ления серийных СН.
Рассмотренные методы позволяют построить рациональный, с точки зрения выявления отказов, процесс испытаний и проверок при детерминированных воздействиях. При этом, учитывая высо кие требования к динамическим свойствам современных СН для средств и комплексов вычислительной техники, основное внима ние уделено проверкам и испытаниям в нормальных условиях. Применение вышеописанного динамического контроля работоспо собности требует определенной организационно-технической под готовки как ,при разработке, так и серийном изготовлении СН. Необходим тщательный выбор параметров контрольных сигналов и создание контрольно-испытательных комплексов, имитирующих реальные условия эксплуатации СН. Это дает возможность сокра тить временные затраты на проводимые климатические испыта ния, ограничить применение дорогостоящего испытательного обо рудования и уменьшить вероятность снижения запаса надежности за счет снятия температурных перегрузок при выпуске серийных СН. В то же время проверки и испытания СН (с учетом их ра боты в УЭП) при предельных (критических) значениях парамет
ров контрольных сигналов в динамических режимах при нормаль ных условиях обеспечивают значительное повышение эффектив ности контроля и снижения вероятной доли потенциально нена дежных серийных СН.
Предложенный динамический контроль способствует научному обоснованию объема и содержания технологических испытаний (технологических прогонов или тренировок) серийных СН, а так же перемещению основных работ по климатическим испытаниям на самые ранние этапы технологического цикла изготовления се рийных СН, например, на этапы изготовления отдельных элемен тов или узлов с недостаточным запасом теплоустойчивости.
Дальнейшее совершенствование рассмотренных задач позволит разработать методы прогнозирования отказов и расчетов опти мальных запасов надежности СН, работающих в составе УЭП с реальной нагрузкой в виде различных функциональных блоков, запоминающих устройств и т. д.