联系我们

博客

工程师博客

故障也是上帝赐予的礼物

关于绝缘放大器和外来噪声的痛苦回忆

菊水涉足定制产品(手机beat365产品)领域已有几十年。我们在开发各种产品的过程中,也经历了很多失败。我现在之所以能够在这里介绍落后的教训,是因为曾经经历了印象极其深刻的故障。可以这样说,我现有的经验一半以上都是在经历故障的过程中积累的。

说起故障,会给人一种消极的印象,但是最终成功突破难关的经验是我们的宝贵财富(虽然这个过程是很痛苦的)。由于懒惰或者不注意所导致的故障则另当别论,如果在我们认真对待的情况下仍然会遭遇故障,那便是“上帝赐予的礼物”了。我觉得可以这样看待此类问题。或者说,我们只能这样看待,否则工作还怎么开展呢!(笑)
因此,我想在这里谈一下我还是新人的时候上帝赐予我的礼物。

第一次负责的大型系统

当我还是新人的时候第一次负责大型系统(数十个ch的电源系统)的故事。系统并非由数十个ch的相同电源组成,而是由十几种电源组成,每种电源分别有1台〜几台,电源的电压,电流规格各不相同,输出形式也包括直流电源,双极电源,极性切换电源※1等等。客户的整个系统规模达到100个通道,本公司承接的也只是其中一部分。

客户规格的要点是:(1)在恒流模式下使用,确保稳定性良好(2)电流的设置,监控类应与电源的输出绝缘。
我负责与客户控制器的接口部的设计以及整体规格与设计的协调工作,和几名课员分头行动,共同推进设计工作。
根据以往的经验,我们认为只要将稳定的“基准电压”,“误差增幅器”,“电流检测器”组合在一起即可,因此按照这个思路推进设计工作。然后,进行零部件的订货,组装,配线,但当联合调试时出现了问题。

※1 通过继电器等对直流电源的输出极性进行切换的产品

原因是轻易选择了“绝缘放大器”

开始采集数据的现场发来联络,内容是针对电流设定值,性能未能体现出输出电流的稳定性。对各个部分的电压进行确认后发现,本来必须确保稳定的基准电压发生了变化。犯人是客户的控制器与电源之间的接口部的“绝缘放大器”。

当时的我没有绝缘放大器的使用经验,但前辈都是这样用的,所以觉得应该没有问题,于是就采用了认为和普通的OP放大器一样的产品。重新查看绝缘放大器的规格后发现,与普通的OP放大器相比,偏移大,而且温度特性也更差一些。
同时,为了减少放大器的个数,是在绝缘放大器上设置增益的状态下使用的,结果造成偏移的增益加倍,这也是导致稳定性下降的原因之一。认为前辈是这样用的,所以应该没问题,自己并没有亲自对元件的规格进行确认。这是第一个失误。结果杯具了。

话不多说,马上返工。对策是:(1)将绝缘放大器变更为稳定性更好等级的产品(2)绝缘放大器按增益1使用(3)增益用的OP放大器放到绝缘放大器的前段(通过以高电压进行绝缘放大器的输入输出,减少偏移的影响)”。
在全体课员的帮助下,对几十个通道进行了返工改造,总算赶上了交货期。这是一次需要认真反思的失策。

下一个礼物是原因不明的摆动

规模很大的项目需要进行现场启动,确认工作情况,联合测试。
这个系统也是一样,几天时间的作业分成几次进行,作业内容包括搬运至现场,工作情况确认,联合测试。人们常说“工作之中准备占八成”,由于事先对作业要领,试验要领等做好了充分地准备工作,因此这个阶段没有发生太大的问题,工作顺利结束。

从我自己的角度来说,完成了一项很大的工作,终于可以松口气了,万岁万岁。但是,上帝随后又送来了一份新的礼物。就在完成交付的几个月之后,收到了客户发来的关于故障的联络。症状是“输出不稳定,电源发出杂音”。

首先要确认症状,查明原因,因此赶紧奔赴现场。发生故障的电源是采用串联调整方式的直流稳定电源。症状是发生摆动※2。摆动的发生好像与输出电流的增减无关,再现性低,症状不稳定。

因此,实施可采取的对策,对控制相位的误差増幅器进行调整,观察各部的波形,结果发现,好像是进入了发生源为AC输入线路的噪声,这是产生该故障的原因。对客户的系统中是否存在产生噪声的设备进行了确认,结果没有任何发现,发生故障的只有本公司的电源,困此客户要求尽快采取措施。

※2 串联调整方式的电源由相位控制型预调整部和串联晶体管部构成。摆动是因为该相位控制型预调整部的动作不稳定(振荡)。发生间歇式振荡时,会从扼流圈,变压器等部分产生杂音。(请参见本公司网站“知识广场 关于电源的基本原理”。)

真凶另有其人

与上司商量后,决定尝试在AC输入线路上追加安装滤波器,并对滤波器的常数进行了多次调整,但无论如何也找不到能够解决问题的常数(当时,小功率用的滤波器在市场上有售卖,但大功率用的滤波器只能手工制作)。
反复寻找材料,尝试采取对策,为解决故障而访问客户的次数已有三次。尽管如此,仍未能解决问题,交付后已经过去了将近半年,几乎是穷途末路了。有时候上帝赐予的礼物实在太过于苛刻。

但是,揭幕的一天突然到来了。正准备再次访问客户的时候,客户向本公司联系说问题已经解决。造成故障的设备是安装在客户系统内的其他公司生产的大功率脉冲发生用电源,该电源是噪声源所在。由于不仅本公司提供的产品发生故障,客户的控制系统设备也出现了误动作,因此客户也在查找原因。

故障发生在与导致故障的电源共用AC输入,接地线路的设备上,藤蔓式的接地线路好像也是导致故障发生的原因之一。客户将导致故障的电源的AC输入,接地线路重新铺设,并对发生误动作的接地线路进行了改善,此后便没有再发生摆动的问题。

最终,原因是其他公司生产的电源,我这几个月以来为了采取对策而付出的努力变得没有任何意义,但是通过这次经验教训,我充分认识到在产品设计中接地线和共用线是非常重要的要素。

转眼圣诞节就要到了。
据说人长大之后圣诞老人就不会再来了。
但是,上帝赐予的礼物好像并不是这样的。
因为…我每年都会收到某种礼物(笑)。

我希望明年不要再收到礼物了。
我的抽屉里已经全是宝贝了…。

TEXT BY
板垣 喜春
手机beat365开发部 系统技术课

[主要产品开发业绩]
直流稳定电源PAL系列,PAK-T系列
定制交流稳定电源系统/定制充放电电源系统
定制电子负载系统/定制双极电源装置等

联系我们