2.Контроль блоков питания мпс

Блоки электропитания – наиболее подвержены электрическим перезагрузкам и отказам.

Р ис. Структура блока питания импульсного ИВЭП:

Первая проблема. В ТЗ на МПС уровень питающего напряжения задается в конкретной точке подключения. При пониженном напряжении или высокой динамики удаленная МПС будет работать неустойчиво, поэтому при отладке необходимо проверить питающее напряжение в точке подключения.

В типич­ном компьютере для питания логических элементов при­меняются источники с напряжением 5В и током более 5 А. В больших системах нагрузочная способность блоков электропитания по току достигает десятков и сотен ам­пер. В стандартных конструкциях для получения столь больших токов требуются громоздкие трансформаторы, мощные выпрямители и большие сглаживающие конден­саторы, а также схемы стабилизации выходного напря­жения. Обычно в блок питания встраиваются схемы за­щиты от перегрузок по напряжению и току, чтобы пре­дотвратить отказы в компонентах системы при выходе из строя самого блока питания. С целью уменьшения разме­ров низковольтных и сильноточных блоков питания их традиционные схемы вытесняются схемами блоков, рабо­тающих в режиме коммутации (импульсные блоки пита­ния). В таких блоках выпрямленное напряжение сети пе­ременного тока подается на высокочастотный генератор (работающий обычно с частотой 20 кГц). Высокочастот­ные колебания преобразуются, выпрямляются и сглажи­ваются, обеспечивая низковольтное питание. Главное до­стоинство данного способа заключается в том, что транс­форматор для высокочастотных сигналов при заданной мощности оказывается гораздо компактнее трансформа­тора, рассчитанного на частоту 50 Гц. В результате уменьшаются габариты всего блока питания.

Во многих системах требуются блоки питания на ±12 В для схем синхронизации, некоторых микросхем СППЗУ и схем интерфейса RS232C.

Обычно полный выход из строя блока питания можно легко обнаружить по очевидным признакам, например по выключению всех индикаторов в системе, и проверить с помощью цифрового вольтметра. Блок питания может казаться вышедшим из строя, если отказ в некотором блоке системы вызывает чрезмерное потребление тока. Если блок питания оборудован защитой от перегрузки по току, он может значительно повысить напряжение, но ог­раничить отдаваемый ток. Когда потребление тока пре­высит предельное значение, поведение системы станет хаотичным.

Многие блоки вычислительной системы критичны к уровням питающих напряжений и допускают лишь незна­чительные отклонения от их номинальных значений. Мик­росхема с номинальным питанием 5 В обычно допускает колебания напряжения в диапазоне 4,75—5,25 В, а вне его работает неустойчиво. Такая чувствительность к на­пряжению питания становится весьма критичной в тех системах, блоки которых удалены друг от друга.

Предположим, что система состоит из двух подсис­тем; пусть подсистема А находится в той же приборной стойке, в которой размещен блок питания, а подсистема В удалена от блока питания. Обе подсистемы подключе­ны к блоку питания с помощью стандартного 7-жильного ленточного (плоского) кабеля, имеющего удельное со­противление 0,06 Ом/м. Подсистема В расположена в 3 м от приборной стойки, в которой находятся подсистема А и блок питания. Для компенсации падения напряжения в кабеле в блоке питания предусмотрен «чувствительный» элемент, позволяющий устанавливать номинальное значе­ние напряжения в некоторой удаленной точке. Выходное напряжение блока питания должно быть больше номи­нального значения на величину, равную падению напряжения в кабеле питания и в возвратном кабеле. Вход чувствительного элемента потребляет незначительный ток, и падение напряжения на соответствующем провод­нике считается равным нулю.

Рассматриваемая нами ситуация представлена на рисунке:

Рис. Один блок питания в распределенной системе

Если в подсистеме В установлено номинальное напряжение, то напряжение на зажимах блока питания должно быть

V = V_b+2V_c ,

где Vс — падение напряжения на одном из кабелей, сое­диняющих подсистему В с блоком питания. Если под­система В потребляет по питанию 1 А, падение напряже­ния на каждом кабеле составит 0,18В, поэтому для получения в подсистеме В напряжения 5В на выходе блока питания придется установить напряжение 5,36 В. Таким образом, оно на 0,36 В выше напряжения питания в подсистеме В. Если предположить, что подсистема А расположена достаточно близко к блоку питания и со­противлением соединительных кабелей можно прене­бречь, напряжение питания в подсистеме А будет 5,36 В. Изменения потребляемого подсистемой В тока вызо­вут флуктуации напряжения питания, чтобы компенсиро­вать изменения в падении напряжения на кабеле и под­держивать V_b на номинальном значении 5 В. Изменяю­щийся уровень напряжения подается в подсистему А и может вызвать ее хаотичное поведение, если напряжение питания выйдет за допустимые границы. На практике чувствительный вход соединяется с зажимом + блока пи­тания, поэтому блок питания сам поддерживает выход­ное напряжение на некотором определенном уровне. Под­система А достаточно близка к блоку питания, и ее напряжение питания оказывается номинальным. Однако питание в подсистеме В не только будет меньше номи­нального значения, но и будет изменяться вместе с из­менениями потребляемого тока. При таких условиях удаленная подсистема В будет работать неустойчиво, и оператор начнет ее проверять, при этом обычно забыва­ют просто измерить напряжение питания.

Единственное приемлемое решение рассмотренной проблемы заключается в том, чтобы в удаленной под­системе предусмотреть отдельный блок питания, т.е. сделать распределенную систему питания. При этом бывает достаточно ввести в имеющийся блок пита­ния дополнительный стабилизатор.

Вторая проблема – короткие замыкания в развязывающих конденсаторах. В логических схемах на каждые два логи­ческих элемента между шинами питания включается развязывающий конденсатор емкостью 0,1 мкФ. В любой мало-мальски сложной системе появляется множество таких конденсаторов, разбросанных по схемным платам. Чтобы обеспечить в схемной плате средство хранения заряда, часто применяются малогабаритные танталовые конденсаторы значительной емкости. Обратные выбросы напряжения, наведенные в шинах питания, вызывают ко­роткие замыкания в танталовых конденсаторах, что ведет к отключению блока питания из-за перегрузки.

На рисунке ниже показана ситуация, возникающая при ко­ротком замыкании одного развязывающего конденсатора. Если блок питания остается включенным (при наличии в нем схемы ограничения тока), весь ток течет через не исправный конденсатор С₂. Все развязывающие конден­саторы включены параллельно, что затрудняет поиск от­казавшего конденсатора из-за большого числа подозре­ваемых конденсаторов.

Обычное решение заключается в том, чтобы изолиро­вать секции на схемной плате путем разрезания печатных шин питания и проверить каждую секцию на короткое замыкание. Ясно, что этот подход связан с повреждением схемной платы, которую после отыскания и замены отка­завшего конденсатора придется ремонтировать. Как аль­тернативу можно предложить способ с подачей в шины питания постоянного тока и прослеживанием пути тока с помощью чувствительного цифрового вольтметра.

На практике воспользоваться этим способом затруд­нительно, так как шины питания редко проложены упо­рядоченно и их неудобно прослеживать. Кроме того, уро­вень напряжения определяется значением постоянного тока, сопротивлением медных шин и расстоянием по ши­не между входными контактами вольтметра. На рисунке представлен идеализированный случай, когда вольтметр А дает показание благодаря падению напряжения на пе­чатном проводнике, а вольтметр В вообще ничего не по­казывает:

Рис. Обнаружение неисправного конденсатора с помощью циф­рового вольтметра

Второй возможный способ об­наружения таких отказов (более рациональный) – с помощью индикаторов тока.