А. Черномырдин - Семь шагов в электронику
♦ на входе триггера присутствуют сигналы с выхода драйвера UC3843, как и ожидалось (точка А);
♦ на выходе триггера микросхемы присутствуют импульсы скважностью около двух (точка Б), что также соответствует нашим ожиданиям;
♦ на выходе инвертора, подключенном к драйверу IR2103, присутствуют импульсы скважностью около» двух (точка Б), что также соответствует нашим ожиданиям;
♦ на подключенном хитрым образом осциллографе («земля» — к одному из инверторов, «сигнал» — к другому) видны очень интересные импульсы (точка Г). Их наличие говорит нам о том, что, во-первых, импульсы на выходах инверторов правильно расщеплены по фазе, и во-вторых, что в них присутствует защитный промежуток, устраняющий сквозные токи в силовых ключах конвертора. Вот, кстати, еще один маленький секрет в радиолюбительскую копилку— «землю» осциллографа вовсе необязательно подключать к «земле» конструкции!
Теперь, просто на всякий случай, замеряем частоту импульсов на выходе инвертора. И вот тут нас ждет шок — 40 кГц! Впору хвататься за голову и колотиться ей об стену. Господи, идиот! Ну конечно же, после прохождения через триггер частота уменьшится вдвое! Где ж ты раньше был, умник, со своими рассуждениями?! Ведь это так очевидно! Теперь понятно, почему все это пальнуло — трансформатор вошел в насыщение, ток подскочил за все мыслимые пределы, ну и далее по списку…
Не казните себя, уважаемый читатель! Такие ошибки при проектировании происходят сплошь и рядом. Автору вспоминается совершенно анекдотический диалог, имевший место много лет назад:
А: у этого устройства напряжения питания 3 кВ?
Б: да!
А: тогда, получается, и ток питающий будет в 3 раза меньше!
Б: (весьма удивленно): по отношению к чему он будет в 3 раза меньше?
А: (короткое замыкание в мозгу)…
Да, при разработке устройства мы выстроили безупречную, на наш взгляд, логическую цепочку. Но в этой цепочке вместо одного звена оказался, по меткому выражению братьев Стругацких, «бублик с маком». Могли мы его увидеть, просто сев в кресло и включив те самые «маленькие серые клеточки», которыми так любил похваляться незабвенный Э. Пуаро?
Ответ простой — «не-а!». И не надейтесь! Это — особенность человеческой психики, и бороться с ней практически невозможно. Мы все рождены делать ошибки, мы все имеем право на ошибку, и мы все пользуемся этим правом, даже сами того не желая.
Примечание.
Ведь мы по определению не можем быть неправы, и по этой причине мы никогда не ошибаемся.
Почему великий сыщик всегда с легкостью разгадывал самое хитроумное преступление? Да потому что его совершил не он! У него не было абсолютно верных, с его точки зрения, умозаключений, что если напряжение питания устройства 3 кВ, то ток-то уж непременно будет в 3 раза меньше. И только у другого, совершенно постороннего человека, такая логика может вызвать совершенно законное недоумение — «по отношению к чему»?
В программировании — очень близкой в плане борьбы с ошибками области, — есть способ отладки программ, когда пишет программу один человек, а отлаживает другой, которому неведомы те тараканы, которые были в голове у программиста-«писателя». Результаты удивительны — скорость отладки поднимается в разы!
Вывод из этого случая простой — ошибку нужно искать, а не пытаться догадаться, где она может быть. В данном случае ошибка была вообще не в конструкции — она была в нашем мозгу! Сама конструкция вообще отработала безупречно — сгорела, как и положено!!!
Ошибочна не конструкция — ошибочны наши представления о ней.
Поиск ошибок. Второй шаг
Ну вот, первую свою ошибку мы выловили. Уменьшаем вдвое емкость конденсатора частотозадающей цепочки, измеряем частоту на выходе драйвера (160 кГц, как мы теперь и ожидаем), и частоту на выходе логической части (80 кГц). Далее нужно проверить сигнал на затворах полевых транзисторов. Собираем схему (рис. 8.8) и убеждаемся в том, что напряжение на осциллографе выглядит так, как и ожидалось (точка А). Слава Богу, здесь особых проблем нет.
Рис. 8.8. Схема проверки работоспособности выходного драйвера.
Стало быть, теперь можно смело подавать питание? Да, можно, если очень хочется увидеть еще один ядерный грибок. Откуда такая уверенность, что больше в конструкции нет ни одной ошибки? На чем она основана? Ответ — ни на чем, просто очень хочется побыстрее получить результат.
Следующий шаг — необходимо проверить, как будет работать управляющая часть при питании от сети.
Отключаем аккумуляторную батарею, отключаем сток верхнего ключа от выпрямителя первичного напряжения, и проверяем наличие импульсов на затворах полевых транзисторов.
Все выглядит так, как мы и ожидали, но все-таки нас гложат смутные сомненья _ на экране осциллографа иногда мелькают какие-то странные линии, которых вроде бы раньше не было (точка Б). Для того, чтобы их развеять, просмотрим этот же сигнал, но при значительно более медленной развертке — так, чтобы на экране умещалось несколько десятков, а то и сотен периодов (точка В).
Итак, наши подозрения оказались небеспочвенны. Создается совершенно четкое впечатление, что генератор включается, работает некоторое время, а затем отключается. Это тоже ошибка работы, но вполне объяснимая. Заключается она в том, что питающего тока недостаточно для нормальной работы управляющей части. Если внимательно прочитать документацию на примененные микросхемы, мы обнаружим в ней наличие устройства UVLO (Under-Voltage Lockout) — защиту от слишком низкого напряжения питания. Защита эта необходима для того, чтобы находящаяся «не в режиме» микросхема ничего не пожгла своими неадекватными сигналами. Видимо, именно срабатыванием этой защиты и объясняется такое странное поведение управляющей части. Устранить ошибку легко — нужно уменьшить величину гасящего резистора и увеличить емкость накопительного конденсатора в цепи питания управляющего устройства.
Понемногу уменьшаем величину резистора и увеличиваем емкость конденсатора, и, наконец, при некоторых номиналах прерывистая генерация исчезает. Замеряем величину резистора, и с некоторым удивлением обнаруживаем, что она почти вдвое меньше ранее рассчитанной. Удивляться, впрочем, особенно нечему — расчет мы вели исходя из тока покоя микросхемы, а при переключении ток потребления микросхемы подскакивает в разы, а то и на порядки.
Ну, так что же, восстанавливаем схему? Не-а! Не нужно спешить. Подсоединим сначала сток транзистора к выпрямителю, не подсоединяя трансформатор, и проверим, что у нас получится.
Увы, проблема вернулась — питающего тока вновь не хватает. Вот и память наша услужливая уже бежит-спотыкается с подсказкой: «эффект Миллера»! Конечно же, это он! Уменьшаем величину резистора, пока вновь не получим нормальную картину работы — теперь он уже вчетверо меньше ранее рассчитанной величины.
Поиск ошибок. Третий шаг
Ответственный момент — нужно восстановить подключение трансформатора и попробовать запустить блок питания на холостом ходу — без подключенного лампового усилителя, ибо мы уже научены горьким опытом и не спешим делать сразу все. Подсоединяем трансформатор, подаем питание, отходим подальше, и из дальнего угла палкой нажимаем кнопку «Вкл.»!!!
Слава Богу, ничего не стрельнуло. Однако блок питания работает в высшей степени странно — буквально заливается соловьем. Смотрим сигналы на затворах полевых транзисторов — и ничего не понимаем.
Во-первых, снова возникла прерывистая генерация. А, во-вторых, сам характер импульсов заметно изменился — теперь вместо нормальных импульсов на затворах полевых транзисторов какие-то короткие «иголки». И сами транзисторы явно разогреваются, хотя практически никакой нагрузки на блоке нет! В чем проблема? В трансформаторе?
Не нужно спешить с выводами. Что мы хотели сделать? Мы хотели подключить трансформатор и проверить работу блока питания на холостом ходу. А что мы сделали на самом деле? А на самом деле мы сделали две вещи:
♦ подключили в схему трансформатор;
♦ подключили в схему обратную связь по напряжению.
Итак, нами нарушен главный принцип — делать по одному шагу.
Мы сделали два. Отключаем обратную связь (для этого достаточно убрать из схемы резистор R5) и проверяем работу блока питания. Чудесным образом все заработало так, как мы и ожидали. И вновь услужливая память подсказывает нам: сами мы дураки. Ведь буквально несколько страниц назад умничали про ШИМ и холостой ход!
