книги / Обеспечение надежности стабилизаторов напряжения при проектировании и производстве

Рис. 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

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-

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

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

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

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.