Spalony tak małą mocą? Niski pobór prądu też może powodować problemy

Pytanie:

Zmieniłem jeden z moich układów na nowszy i lepszy model o niższym poborze prądu. Wszystko przestało działać, a nowy element spalił się. Jak to wytłumaczyć?

Odpowiedź:

Stabilizatory liniowe są stosunkowo prostymi układami, które nie sprawiają wielu trudności. Jednak czasem i one mogą spowodować problemy.

Jako inżynier aplikacyjny jestem często proszony przez klientów o zastąpienie pojedynczego układu innym modelem innego producenta. W wielu takich przypadkach decyzja o zamianie jest podejmowana przez dział produkcji lub zaopatrzenia, a projektant oryginalnego systemu o niej nie wie. Proces decyzyjny jest dość prosty – zamienna część powinna mieć taką samą funkcjonalność, obudowę i rozkład pinów, a także takie same lub lepsze parametry elektryczne w porównaniu do oryginału. Jeśli wszystkie te warunki są spełnione, dostarczam odpowiednie dane porównawcze do osoby odpowiedzialnej za wybór układów i nowy model jest dodawany do listy materiałowej jako ewentualna alternatywa. W tym momencie proces powinien być zakończony. Jednak może okazać się, że produkt działający poprawnie ze starszym komponentem w alternatywnej działa niepoprawnie już na etapie produkcji. Co mogło pójść nie tak?

Brałem udział w procesie projektowym, którego przebieg wyglądał tak, jak powyżej. Jeden z naszych izolowanych transceiverów RS-485 stanowił źródło dla drugiego układu innego dostawcy w projekcie klienta. Układy były kompatybilne pod względem wymiarów i funkcjonalności, natomiast zaproponowany przez nas model miał lepsze parametry elektryczne. Klient od razu zamówił od nas dużą liczbę tych układów i nikt nie spodziewał się żadnych trudności. Jednak klient zgłosił problem – nowe transceivery RS-485 nie przechodziły testów na etapie produkcji. Ponieważ poza tym nic nie zostało zmienione w projekcie, przyczyna musiała tkwić w nowych układach.

Po dalszych badaniach udało nam się ustalić, że stabilizator liniowy obsługujący napięcie zasilania transceivera nie dostarczał oczekiwanych 5 V, a napięcie było znacznie wyższe. Musieliśmy dokładnie przejrzeć i porównać karty katalogowe obu transceiverów, jak też przeanalizować parametry zasilacza liniowego, aby znaleźć przyczynę błędu.

„Lepszy” jest określeniem jakościowym w przypadku badanego parametru. W przypadku szybkości czy parametrów CMRR / PSRR większa wartość jest lepsza, w przypadku napięcia niezrównoważenia – niższa wartość jest lepsza. Nawet dla osób niezaznajomionych z inżynierią jest też oczywiste, że niższe zużycie mocy zawsze będzie lepsze. Czy jednak na pewno? W tym konkretnych przypadku okazało się, że wcale tak nie jest. Stary transceiver pobierał prąd ok. 15 mA z linii zasilania w czasie spoczynku. Natomiast nowy – tylko 2 mA. Oczywiście na papierze ten drugi wyglądał lepiej. Jednak ta różnica spowodowała poważne problemu ze stabilizatorem liniowym.

Jak zauważyłem na początku, stabilizatory liniowe są dość prostymi układami, które nie mają zbyt wielu wymagań. Jednak jednym z nich jest minimalny prąd obciążenia potrzebny do poprawnej pracy. Jeżeli ten warunek nie jest spełniony, stabilizator przestaje działać poprawnie, a napięcie wyjściowe przestaje mieścić się w zadanym zakresie. Ten stan może się dodatkowo pogorszyć, jeżeli napięcie wejściowe stabilizatora jest znacznie wyższe od oczekiwanego napięcia wyjściowego. W tym znakomitym artykule znajduje się więcej informacji na ten temat.

Rys. 1. Minimalny prąd obciążenia podany w przykładowej karcie katalogowej

 

Rys. 2. Po lewej – stabilizator pracujący poprawnie ze starszym modelem (spełniony warunek na minimalny prąd obciążenia). Po prawej – niepoprawnie pracujący stabilizator z nowym modele (zbyt niski prąd obciążenia)

Jak zakończyła się ta historia? Gdy pierwotna przyczyna została zdiagnozowana, łatwo było naprawić problem. Wszystko, co musieliśmy zrobić, to dodać rezystor na wyjściu stabilizatora, który wymuszał stały przepływ minimalnego prądu obciążenia. Nieświadomy klient mógłby uznać to za wadę projektową powstałą z naszej winy, jednak ten konkretny klient zrozumiał ten zabawny paradoks i docenił naukę, jaka wynikła z tej historii. Wszystko dobrze się skończyło.

Rys. 3. Problem udało się rozwiązać, dodając rezystor wymuszający przepływ minimalnego wymaganego prądu obciążenia

O autorze

Abhinay Patil, Analog Devices
Abhinay Patil dołączył do Analog Devices w roku 2003.Obecnie pracuje jako inżynier aplikacyjny w Bengaluru w Indiach.