книги / Обеспечение надежности стабилизаторов напряжения при проектировании и производстве

ния, минимальный ток нагрузки; режим В — максимальное выход­ ное^ напряжение, минимальное напряжение питания, максималь­

ный ток нагрузки). Тогда после несложных преобразований с помо­ щью (4.2) имеем:

для режима А (ху<^Т3)

Таким образом, построив линии равного запаздывания по (4.3) и установив б и со, соответствующие условиям работоспособности, показанным на рис. 4,1,а, можно вычислить К с помощью уравне­ ний (4.5), (4.6). Эти значения нетрудно определить для различных режимов контроля работоспособности при заданном диапазоне под­ бора корректирующих емкостей и допустимых вариациях парамет­ ров элементов СН.

Следовательно, определив корни, характеризующие область на плоскости р=б+/со, при которых СН относятся к.классу работоспо­ собных, можно с помощью выражений (4.4) — (4.6) оценить рас­ пределение коэффициента регенерации как критерия работоспособ­ ности СН. Для этого необходимо рассмотреть критические частоты, при которых проверяется предельная работоспособность.

4.3. Анализ критических частот

Для контрольных сигналов, которыми могут быть как им­ пульсное изменение напряжения питания основного контура СН Un, так и импульсное изменение нагрузки /н> основным параметром является частота. Частоты, при которых проверяется предельная работоспособность СН, являются критическими. Выше было ска­ зано, что для определения критических частот необходим анализ СН с целью выявления функций передач, чувствительность кото­ рых к изменению оговоренных контрольных сигналов наибольшая. Функции передач могут быть получены с помощью различного ма­ тематического аппарата. Однако, учитывая, что СН является слож­ ной транзисторной схемой, целесообразно использовать аппарат матричного анализа.

Рассмотрим обобщенную электрическую схему СН (рис. 4.2,а), где 1—5 — узлы схемы; VTC— составной транзистор РЭ СН; у \ — проводимость цепи источника входного сигнала £/п; У2 — проводи­ мость цепей защиты ОН или симметрирования транзисторов РЭ; Уз —проводимость цепи источника сигнала /н с учетом выходной емкости Ср (см. рис. 2.1); N — подсхема, включающая цепи изме­ рительного звена, источника опорного напряжения и УОС с кор­ ректирующим звеном; 1у, 2у, Зу— внешние полюса подсхемы к.

Функции передач для СН характеризуют отклонение напряже-

При этом в случае несовпадения чувствительностей функций передач Т'и и Т"п по некоторым изменяющимся параметрам коли­ чество параметров, по которым чуюстительность Т' „ превосходит соответствующие чувствительности Т"п, должно совпадать с коли­ чеством параметров, по которым чувствительности Т"п превосхо­ дят соответствующие чувствительности Т'и. Исследование удобно производить, сравнивая частные производные dYuJdrr, <5Ап/д/ч; dYnjdri; дДн/дг» функций чувствительности (4.11). Для функций •передач Тп частные производные имеют вид:

гично.

Сравнительный анализ частных производных (4.14), а также

функций передач (4.9) наилучшей является функция передачи Т:,п, а для функций передач (4.10)— 73н. При этом необходимо учитывать, что исследовать функции передач при воздействии сиг­ нала Un целесообразно при максимальном сопротивлении нагруз­ ки RB, а при воздействии сигнала /н— при минимальном. В том случае, если техническими требованиями оговаривается мини­ мальный ток нагрузки, равный нулю, следует учитывать ток на­ грузки, соответствующий внутреннему потреблению СН, опреде­ ляемому сопротивлением Rp (см. рис. 2.1).

Следовательно, при воздействии сигнала Un чувствительность наибольшая в узле 2, а при воздействии сигнала /н — в узле 3 {см. рис. 4.2,а). Учитывая, различную чувствительность внутрен­ них узлов СН к воздействию контрольных сигналов, для аналити­

ние УОС, которое соответствует напряжению в узле 2. Тогда воз-

действие сигнала Un на GH можно характеризовать функцией пе­ редачи:

ная функция РЭ, характеризующая изменения С/вых при измене­

функция РЭ при воздействии контрольного сигнала /н. -Переда­ точные функции W'P(р) -г W"'v (р) определяются при разомкнутой цепи обратной связи.

Анализируя эквивалентную Т-образую схему РЭ, можно пока­

При контроле динамических свойств -СН необходимо обеспечивать постоянную составляющую тока нагрузки, значительно превышаю­ щую внутреннее потребление СН, определяемое сопротивлением ЯР (см. рис. 2Л). В этом случае всегда выполняется условие /i^> >^э.сТр/Ян, и выражение (4.1-7) принимает вид WI (p)=Ra. Тогда воздействие сигнала /ы на СН можно характеризовать функцией передачи

Т* = Я„ [(1 + тур) (1 + Г3 р)]/[(1 + тур) (1 + Г3 р)+ А (1 + тгр)]. (4.18)

Рассматривая амплитудно-частотные характеристики функций

(4-16), (4,18) и исследуя на экстремум mod Тп и mod Г„ >[6], мож­ но определить, что____

данном исследовании; п — число реализаций или число замеров исследуемой характеристики (или параметра).

Следует отметить необходимость оценки вероятной доли нера­ ботоспособных СН QHP. На основании уравнений (4.21), (4.22) та­ кую оценку можно получить в следующем виде |[12]:

Использование Q„p более удобно, поскольку она наглядно харак­ теризует вероятную долю СН, не обладающих необходимым запа­ сом работоспособности, и позволяет непосредственно производить сравнительный анализ влияния различных факторов на изменения запаса работоспособности, а также прогнозирование работоспо­ собности серийных СН.

Используя выражения (4.21), (4.22), оценим запас работоспо­ собности относительно изменений коэффициента К как критерия работоспособности СН, а также основных контролируемых пара­ метров Дст.с, Дстль Лшах. Для удобства изложения такую оценку целесообразно проводить применительно к серийным унифициро­ ванным СН. При оценке работоспособности СН относительно из­ менений коэффициента регенерации следует учитывать: различ­ ные режимы работы СН; заданный диапазон подбора корректи­ рующих емкостей (достаточно проверить границы этого диапазо­ на Ск шах и Скпнп); допустимые вариации параметров элементов комплектующих СН. Предложенную методику оценки запаса ра­ ботоспособности СН можно представить на примере унифициро­ ванных СН (типа СН-10В-2А).

1.Определить поле рассеивания коэффициента регенерации, используя формулы (2.7) и приложение 1, а также соответствую­ щие экспериментально-статистические материалы.

2.Установить на основании полученных данных необходимые предельные значения Кп и /Св, характеризующие «прочность» СН. Например, для указанного СН в режиме А Кн=45,8-103, /(в=

=279,8-103 (рис. 4.3), а в режиме В Ан=4,6-103, Кл=29,8-103.

3. Определить критические частоты, используя материалы § 4.3. Для этого полученные данные удобно представлять в табличной фор-ме. В табл. 4.1 показаны результаты расчетов для рассматри­

4.Построить линии равного запаздывания, определяющие об­ ласть работоспособности СН (см. рис. 4.1,а), используя (4.3).

5.Получить с помощью выражений (4.5), (4.6) плотности рас­ пределения коэффициента регенерации q>(/С), характеризующие

«нагрузку» СН. На рис. 4.3,а и б .приведены плотности распреде­ ления .коэффициента регенерации для минимальной и максималь­ ной корректирующих емкостей соответственно с учетом данных табл. 4.1.

6. Оценить запас работоспособности СН, используя уравнения (4.21), (4.23). В табл. 4.1, указана вероятность QHP для различ. ных режимов работы с учетом заданного диапазона корректирую­ щих емкостей рассматриваемых ОН.

Рассматривая данные табл. 4.1 и рис. 4.3, следует отметать, что вероятность QHP имеет наибольшее значение в режиме А при воздействии контрольного сигнала Un с критической частотой сопкршах, когда корректирующая емкость Ск минимальна. Одно­ временно с этим необходимо подчеркнуть, что вероятность QHP в режиме А всегда -больше, чем в режиме В, независимо от .коррек­ тирующей емкости и разброса параметра элементов комплектую­ щих СН. Следовательно, предложенная методика оценки запаса работоспособности относительно коэффициента регенерации СН с учетом рассмотренных факторов позволяет оценить его измене-

ния, что дает возможность выявлять критические дефекты. Тогда, для проверки вероятности QHp можно обоснованно ©водить необхо­ димые контрольные испытания. Такими испытаниями должны быть воздействия контрольных сигналов Ua и /н, частоты которых выбирают из условий предельной работоспособности СН.

Выше было сказано о целесообразности оценки запаса работо­ способности СН относительно изменений таких основных контро­ лируемых параметров, как Дст.с, Аст.и и hmax. 'Поле рассеивания этих параметров задается односторонним ограничением (при про­ верке динамической нестабильности Ят ах контролируется наиболь­ ший из двух выбросов — при возрастании тока нагрузки или его уменьшении). Поэтому для оценки запаса работоспособности от­ носительно изменений параметров следует использовать уравне­ ния (4.21) с последующим расчетом вероятности QHP (4.23).

Используя результаты приемосдаточных испытаний серийных унифицированных СН, можно получить плотности распределения параметров Дст.с» Дет.ш Яшах. Обработка полученного таким обра­ зом статистического материала позволяет заключить, что запас работоспособности по каждому из указанных параметров, рас­ сматриваемых СН настолько велик, что вероятность QHр равна ну­ лю. В этом нетрудно убедиться, если рассмотреть параметры плот­

считать уровень технической надежности достаточно высоким. Сравнивая поля рассеивания и допуски указанных параметров,

можно заметить, что действительные значения параметров Дст.с». Яшах и особенно Дст.н значительно меньше установленных преде­ лов. Выявление такой статистической зависимости позволяет рас­ смотреть требования к допускам в сторону их уменьшения. Этодает возможность практически без затрат повысить класс точно­ сти данных СН.

Существенное превышение установленных допусков над фак­ тическими параметрами Дст.с, Дст.н и /гтах указывает на возмож­ ность скорректировать технические решения, не ухудшая стои­ мость. В данном случае целесообразно рассмотреть возможность снижения требований к точности некоторых элементов, применяе­ мых в CHj что упрощает их комплектование в процессе серийного производства и снижает стоимость СН.

Выявив, что серийные СН имеют высокий запас работоспособ­ ности, можно ужесточить требования к допускам на самых ран­ них этапах их производства (например, этап регулировки). Это дает возможность непосредственно определять и устранять недо­ пустимые отклонения запаса работоспособности относительно вы­ явленного (Д'гг.с.доц), а не установленного (Д ст.с.доп) допуска, и следовательно, прогнозировать работоспособность серийных СН. Таким образом, при исследовании запаса работоспособности мож­ но сделать ряд выводов.

1.На плоскости комплексного переменного построена область работоспособности СН, ограниченная линиями равного запазды­ вания и критических частот, что дает возможность оценить недо­ пустимые отклонения коэффициента регенерации как критерия работоспособности СН в зависимости от различных режимов конт­ роля, заданного диапазона, подбора корректирующих емкостей и влияния разброса параметров элементов СН. Использование об­ ласти работоспособности позволяет выбрать рациональные ре­ жимы проверки: при контроле статических нестабильностей с уче­ том требований к сохранению устойчивости необходимо при мини­ мальном выходном напряжении скачкообразно изменять напряже­ ние питающей сети и одновременно ток нагрузки от минимально­ го до максимального значений и обратно; при контроле статиче­ ских нестабильностей с учетом требований к обеспечению задан­ ных параметров переходной характеристики проверка проводится аналогично, но при максимальном выходном напряжении.

2.Получены удобные для практического использования анали­ тические выражения, позволяющие находить в виде отрезков тра­ екторий корней СН как линейной системы с запаздыванием линии равного запаздывания и определять коэффициент регенераций в соответствии с условиями работоспособности СН.

3.В результате анализа функций передач наибольшей чувст­ вительнее™ с учетом разброса параметров элементов СН опреде­ лены критические частоты контрольных сигналов, что дает воз­

можность проверять предельную работоспособность СН.

4. Разработана методика оценки запаса работоспособности от­ носительно изменений коэффициента регенерации СН, что позво­ ляет установить вероятную долю неработоспособных СН и обосно­ ванно вводить необходимые контрольные испытания. Это дает воз­ можность повысить качество контроля работоспособности серий­ ных СН и их техническую надежность.

5. Статистический анализ запаса работоспособности относи­ тельно изменений основных контролируемых параметров СН дает