Устройство автоматического бесконтактного контроля технического состояния диодного выпрямителя


 


Владельцы патента RU 2549221:

Государственное казённое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российская таможенная академия" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство для определения исправности полупроводниковых диодов и может быть использовано для автоматического бесконтактного контроля технического состояния мостовых диодных выпрямителей. Устройство содержит два датчика напряженности внешнего магнитного поля, размещенных на токопроводе первичной обмотки трансформатора выпрямителя и на токопроводе нагрузки выпрямителя соответственно, два узкополосных фильтра, настроенные на частоты 2ω и ω соответственно, три компаратора, настроенные на разные уровни срабатывания, логические элементы И-НЕ и И, индикаторы «обрыв» и «пробой». Техническим результатом является повышение надежности работы устройства за счет исключения влияния положения оси чувствительности датчика напряженности внешнего магнитного поля и исключения возможности ложных срабатываний устройства. 1 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для автоматического бесконтактного контроля технического состояния мостовых диодных выпрямителей при возникновении в них неисправностей, связанных с «обрывом» и «пробоем» диодов.

Известно устройство для контроля полупроводниковых приборов, входящих в состав выпрямителя, подключаемое к контролируемому полупроводниковому прибору с помощью щупов, которое производит контроль режимов работы и определение исправности прибора (его технического состояния) путем оценки реакции полупроводникового прибора на стимулирующее воздействие в виде прямоугольных импульсов, следующих от специального генератора [1].

Недостатком данного устройства является необходимость обеспечения контактного соединения контролирующего устройства с объектом контроля - полупроводниковым прибором.

Известно устройство бесконтактного контроля исправности полупроводниковых элементов мостовых выпрямителей [2]. Устройство содержит датчик напряженности внешнего магнитного поля (ВМП), размещенный на токоотводящих проводах в цепи нагрузки выпрямителя и подключенный по схеме трансформатора тока, соединенного с последовательно включенными усилителем, полосовым фильтром, компаратором и индикатором. В случае появления в сигнале датчика спектральной составляющей, кратной частоте питающей сети, фиксируется факт появления неисправности в схеме выпрямления. Недостатком устройства является невозможность определения типа возникшей неисправности: «обрыв» или «пробой» диода.

Известно устройство бесконтактного мониторинга полупроводниковых элементов однофазных и трехфазных мостовых выпрямителей [3], наиболее близкое по совокупности существенных признаков к заявляемому устройству. Устройство содержит датчик напряженности магнитного поля, размещенный вблизи трансформатора выпрямителя, усилитель сигнала датчика и полосовой фильтр, настроенный на частоту 2ω (ω - частота питающего выпрямитель напряжения), выход которого подключен к логической части устройства, которая, в зависимости от величины амплитуды выходного сигнала фильтра, формирует сигнал о техническом состоянии полупроводниковых элементов на соответствующие индикаторы.

Недостатком устройства, выбранного за прототип, является необходимость предварительной ориентации оси чувствительности датчика напряженности магнитного поля относительно объекта контроля (трансформатора преобразователя), так как при определенном его положении относительно силовых линий магнитного поля трансформатора выходной сигнал будет равен нулю и устройство работать не будет. Кроме того, в силу различных причин (например, дополнительного подмагничивания магнитной системы трансформатора, вызванного появлением неисправностей в нем, и связанного с этим насыщением железа) сигнал датчика с частотой 2ω может появиться и при исправных диодах схемы выпрямления, что приведет к ложному срабатыванию устройства.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства за счет исключения влияния положения оси чувствительности датчика напряженности внешнего магнитного поля относительно контролируемого мостового диодного выпрямителя, а также за счет исключения возможности ложных срабатываний устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство автоматического бесконтактного контроля технического состояния диодного выпрямителя наряду с узкополосным фильтром, настроенным на частоту 2ω, и индикатором дополнительно введены два датчика напряженности внешнего магнитного поля, включенных по схеме трансформатора тока, первый - в токопровод первичной обмотки трансформатора выпрямителя, второй - в токопровод нагрузки выпрямителя, второй узкополосный фильтр, настроенный на частоту ω, три компаратора, логический элемент И-НЕ, два логических элемента И и второй индикатор, причем выход первого датчика напряженности ВМП связан с входом первого фильтра, выход которого подключен к входам двух компараторов с различными порогами срабатывания, выход первого компаратора (с меньшим порогом срабатывания) соединен с первыми входами элемента И-НЕ и первого элемента И, выход второго компаратора (с большим порогом срабатывания) подключен к второму входу элемента И-НЕ и к первому входу второго элемента И, выход элемента И-НЕ связан с вторым входом первого элемента И, а выход второго датчика напряженности ВМП через второй фильтр связан с входом третьего компаратора, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, а выходы обоих элементов И связаны с входами соответствующих индикаторов.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства автоматического бесконтактного контроля технического состояния диодного выпрямителя. В состав устройства входят два датчика напряженности внешнего магнитного поля 11 и 12 (Д1 и Д2), включенных соответственно в цепь питания переменным напряжением ~UП мостового диодного выпрямителя 2 (диоды VD1, VD2, VD3, VD4) и в цепь нагрузки 3 (RН) данного выпрямителя. Каждый датчик напряженности ВМП состоит из чувствительного элемента, размещенного в микроиндуктивном соленоиде-концентраторе из нескольких витков питающего провода, намотанного на диэлектрическую цилиндрическую трубку. Данные датчики подключаются в указанные цепи по схеме трансформатора тока. Выходы датчиков 11 и 12 подключены к соответствующим входам узкополосных фильтров 41 и 42 (Ф1 и Ф2). Первый фильтр 41 настроен на частоту 2ω, а второй фильтр 42 - на частоту ω (ω - частота питающего выпрямитель напряжения ~UП). Выход первого фильтра связан с входами компараторов 51 и 52 (К1 и К2), а выход второго фильтра связан с входом третьего компаратора 53 (К3). Выход первого компаратора 51 подключен к первому входу логического элемента И-НЕ 6 и к первому входу первого логического элемента И1 71. Выход второго компаратора 52 подключен к второму входу логического элемента И-НЕ 6 и к первому входу второго логического элемента И2 72. Выход третьего компаратора 53 подключен к второму входу второго логического элемента И2 72. Выход логического элемента И-НЕ 6 связан с вторым входом первого логического элемента И1 71, а выходы логических элементов И1 и И2 связаны с соответствующими входами индикаторов 81 и 82 (ИНД.1 и ИНД.2).

Принцип действия предлагаемого устройства заключается в следующем. В процессе работы диодного выпрямителя ток, протекающий в токоподводящих проводах, создает магнитное поле, магнитный поток которого в микроиндуктивном соленоиде-концентраторе однозначно связан с силой тока в схеме выпрямителя [4]. Ток нагрузки, протекающий во вторичной обмотке трансформатора Т через выпрямительную мостовую схему и нагрузку RН, также создает магнитный поток и создает свой вклад во внешнее магнитное поле тока первичной обмотки.

Если все полупроводниковые элементы VD1, VD2, VD3, VD4 в мостовой схеме 2 исправны, то в спектре амплитуд выходного сигнала первого датчика напряженности магнитного поля Д1 будут присутствовать сигналы только нечетных спектральных составляющих, кратных основной частоте ω (ω, 3ω, 5ω, 7ω, …). Как известно, частота пульсаций выпрямленного напряжения исправного мостового выпрямителя составляет 2ω. Следовательно, в спектре амплитуд выходного сигнала второго датчика напряженности магнитного поля Д2 будут присутствовать сигналы только четных спектральных составляющих, кратных основной частоте ω (2ω, 4ω, 6ω, …), при этом сигнал на частоте 2ω будет доминирующим [5].

Если один из диодов выходит из строя, например имеет неисправность типа «обрыв», то в спектре амплитуд выходного сигнала первого датчика напряженности магнитного поля Д1 дополнительно появляются сигналы четных спектральных составляющих, кратных основной частоте ω (2ω, 4ω, 6ω …), причем на частоте 2ω амплитуда спектральной составляющей будет наибольшей относительно остальных четных составляющих. Так как в этом случае мостовой выпрямитель трансформируется в однополупериодный (с частотой пульсаций ω), то в спектре амплитуд выходного сигнала второго датчика напряженности магнитного поля Д2 появится сигнал спектральной составляющей частотой ω [5].

Если же один из диодов имеет неисправность типа «пробой», то в схеме выпрямления реализуется ситуация однополупериодного короткого замыкания вторичной обмотки трансформатора, при этом форма сигнала первого датчика напряженности магнитного поля Д1 отличается от формы сигнала в ситуации с «обрывом» диода, а амплитуды четных спектральных составляющих и, прежде всего, на частоте 2ω существенно возрастут. Также резко возрастет амплитуда спектральной составляющей частотой ω, содержащейся в сигнале второго датчика Д2 [5].

Аналогичные физические процессы будут происходить в трехфазном мостовом диодном выпрямителе.

В результате факт появления четных спектральных составляющих в спектре амплитуд выходного сигнала первого датчика напряженности магнитного поля Д1 будет свидетельством факта появления неисправности диода. Амплитуды (особенно на частоте 2ω) будут различными для ситуаций «обрыв» и «пробой» диода. Однозначным же свидетельством, подтверждающим факт изменения технического состояния диодов и исключающим ложное срабатывание устройства, будет наличие спектральной составляющей частотой ω в сигнале, снимаемом со второго датчика напряженности магнитного поля Д2.

Таким образом, устройство автоматического бесконтактного контроля технического состояния диодов выпрямителя работает следующим образом. Датчик напряженности магнитного поля Д1 формирует сигнал, пропорциональный напряженности внешнего магнитного поля тока, протекающего в токоподводящих проводах. В том случае, если все диоды исправны, сигнал с выхода датчика Д1 поступает на узкополосный фильтр Ф1, где его дальнейшее преобразование прекращается в связи с отсутствием в нем составляющей сигнала с частотой 2ω. Аналогично не происходит дальнейшее преобразование сигнала с выхода датчика Д2 в связи с отсутствием в нем составляющей сигнала с частотой ω.

При возникновении «обрыва» любого диода сигнал четной спектральной составляющей с частотой 2ω с выхода первого датчика Д1 проходит через фильтр Ф1. Сигнал с выхода фильтра Ф1 поступает на входы компараторов К1 и К2, настроенных на срабатывание при различных напряжениях входного сигнала, причем Uвх.К2>Uвх.К1. Компаратор К1 срабатывает. Сигнал с его выхода поступает на первый вход логического элемента И-НЕ, таблица состояний которого представлена ниже, и на первый вход логического элемента И1, таблица состояний которого также представлена ниже.

Таблица состояний элемента И-НЕ Таблица состояний элементов И
A B Q A B Q
0 0 1 0 0 0
0 1 1 0 1 0
1 0 1 1 0 0
1 1 0 1 1 1

Так как на втором входе схемы И-НЕ сигнал отсутствует, то на выходе элемента И-НЕ в соответствии с его таблицей состояний сформируется единичный выходной сигнал, который будет поступать на второй вход элемента И1. В соответствии с таблицей состояний этого элемента на его выходе сформируется единичный сигнал, который вызовет срабатывание первого индикатора (ИНД.1), фиксирующего появление неисправности типа «обрыв» диода.

При возникновении «пробоя» любого диода вследствие резкого возрастания амплитуды в выходном сигнале датчика Д1 четной спектральной составляющей с частотой, кратной 2ω, оба компаратора К1 и К2 срабатывают. С выхода компаратора К1 поступает сигнал на первые входы логических элементов И-НЕ и И1. С выхода компаратора К2 сигнал поступает на второй вход логического элемента И-НЕ и на первый вход логического элемента И2. В связи с тем, что средневыпрямленное напряжение из двухполупериодного с частотой пульсаций, равной 2ω, трансформировалось в однополупериодное с частотой ω, на выходе фильтра Ф2 также появляется выходной сигнал. Компаратор К3 сработает и его единичный выходной сигнал поступает на второй вход элемента И2. На выходе этого элемента появляется единичный сигнал, под действием которого происходит срабатывание индикатора (ИНД.2), фиксирующего появление неисправности типа «пробой» диода.

В соответствии с таблицей состояний элемента И-НЕ сигнал на его выходе, а следовательно, и на втором входе элемента И1 будет отсутствовать. Это означает, что сигнала на выходе элемента И1 не будет и, следовательно, первый индикатор (ИНД.1) в этой ситуации не сработает.

Таким образом, предлагаемое изобретение обладает существенным положительным эффектом, заключающимся в повышении надежности его работы за счет исключения влияния положения оси чувствительности датчика напряженности магнитного поля относительно контролируемого мостового диодного выпрямителя, а также исключения возможности ложного срабатывания устройства за счет повышения достоверности и глубины контроля.

Источники информации

1. Маркин В.В., Миронов В.Н., Обухов С.Г. Техническая диагностика вентильных преобразователей. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

2. Устройство бесконтактного контроля исправности полупроводниковых элементов мостовых выпрямителей. - Патент Российской Федерации на полезную модель №89246, 2009.

3. Устройство бесконтактного мониторинга полупроводниковых элементов однофазных и трехфазных мостовых выпрямителей. - Патент Российской Федерации на полезную модель №66820, 2007.

4. Смирнов В.И. Методы и средства функциональной диагностики и контроля технологических процессов на основе электромагнитных датчиков. - Ульяновск: УлГТУ, 2001.

5. Багуц В.П., Ковалев Н.П., Костроминов A.M. Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. - М.: Транспорт, 1991.

Устройство автоматического бесконтактного контроля технического состояния диодного выпрямителя, содержащее узкополосный фильтр, настроенный на частоту 2ω (ω - частота питающего выпрямитель напряжения) и индикатор, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены два датчика напряженности внешнего магнитного поля (ВМП), включенных по схеме трансформатора тока, первый - в токопровод первичной обмотки трансформатора выпрямителя, второй - в токопровод нагрузки выпрямителя, второй узкополосный фильтр, настроенный на частоту ω, три компаратора, логический элемент И-НЕ, два логических элемента И и второй индикатор, причем выход первого датчика напряженности ВМП связан с входом первого фильтра, выход которого подключен к входам двух компараторов с различными порогами срабатывания, выход первого компаратора (с меньшим порогом срабатывания) соединен с первыми входами элемента И-НЕ и первого элемента И, выход второго компаратора (с большим порогом срабатывания) подключен к второму входу элемента И-НЕ и к первому входу второго элемента И, выход элемента И-НЕ связан с вторым входом первого элемента И, а выход второго датчика напряженности ВМП через второй фильтр связан с входом третьего компаратора, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, а выходы обоих элементов И связаны с входами соответствующих индикаторов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области тестирования дискретных объектов большой размерности. Техническим результатом является повышение глубины локализации неисправностей.

Изобретение относится к технике испытаний и может быть использовано при наземной экспериментальной отработке радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов в диапазоне давлений окружающей среды от атмосферного до соответствующего глубокому вакууму.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам испытаний интегральных схем (ИС) на коррозионную стойкость. Сущность: перед испытанием ИС проводят проверку внешнего вида, электрических параметров и проверку герметичности, нагревают до температуры плюс 125°С со скоростью не более 100°С/мин, выдерживают при этой температуре 1 ч, резко охлаждают до минус 55°С со скоростью не более 100°С/мин, выдерживают при данной температуре 0,5 ч, плавно нагревают до плюс 2°С в течение 1 ч.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения температуры активной области светоизлучающих диодов. Заявлен cпособ измерения переходных тепловых характеристик светоизлучающих диодов (СИД), при котором инжекционный ток подают в виде последовательности импульсов нарастающей длительности с периодом между импульсами, достаточными для остывания активной области и не менее времени считывания сигнала с выхода фотоприемной линейки.

Способ предназначен для использования на выходном и входном контроле качества сверхбольших интегральных схем (СБИС) - микропроцессоров и микроконтроллеров - и оценки их температурных запасов.

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для исследования измерительных характеристик и контроля точности работы измерительного устройства многоточечных измерительных систем с входной коммутацией датчиков.

Изобретение предназначено для использования на выходном и входном контроле качества цифровых КМОП интегральных микросхем и оценки их температурных запасов. Сущность: на входы одного или нескольких логических элементов контролируемой микросхемы подают последовательность высокочастотных переключающих греющих импульсов частотой Fгр, модулированных последовательностью прямоугольных видеоимпульсов с постоянным периодом следования Тсл, длительность τр которых изменяется по гармоническому закону с частотой ΩМ.

Изобретение относится к способам испытаний полупроводниковых приборов на стойкость к воздействию тяжелых заряженных частиц различных энергий космического пространства.
Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и может быть использовано при создании и многократном регулировании сопротивления металлических перемычек, соединяющих электроды твердотельных приборов, работа которых основана на полярнозависимом электромассопереносе в кремнии (ПЭМП).

Изобретение относится к технике измерения параметров интегральных микросхем и может быть использовано для контроля качества цифровых интегральных микросхем на основе КМОП логических элементов (ЛЭ).

Изобретение относится к технике измерения параметров элементов электрических цепей и может быть использовано для измерения параметров элементов многоэлементных двухполюсников, в том числе параметров элементов эквивалентных схем замещения полупроводниковых приборов. На контролируемый n-элементный двухполюсник подают напряжение в виде случайного сигнала, имеющего равномерный амплитудный спектр в диапазоне частот, перекрывающем диапазон частот, за пределами которого модуль импеданса двухполюсника можно считать не зависящим от частоты с заданной погрешностью. На образцовом резисторе, включенном последовательно с двухполюсником, измеряют напряжение, пропорциональное току двухполюсника. По двум параллельным каналам записывают в память ЭВМ временные реализации сигналов, подаваемого на двухполюсник и снимаемого с образцового резистора, после чего рассчитывают спектральные плотности напряжения и тока, рассчитывают частотные зависимости модуля и фазы импеданса двухполюсника, определяют характерные частоты. Составляют и решают систему из n уравнений относительно параметров эквивалентной схемы замещения n-элементного линейного двухполюсника. Технический результат заключается в сокращении времени измерения параметров эквивалентных схем замещения многоэлементных линейных двухполюсников. 2 ил.

Использование: для контроля качества цифровых интегральных микросхем КМОП логическими элементами и оценки их температурных запасов. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает подачу напряжения на контролируемую микросхему, переключение логического состояния греющего логического элемента последовательностью периодических импульсов, измерение изменения температурочувствительного параметра, определение теплового сопротивления, при этом греющий логический элемент переключается высокочувствительными импульсами, а в качестве температурочувствительного параметра используют длительность периода следования низкочастотных импульсов, генерируемых мультивибратором, и мультивибратор состоит из логического элемента контролируемой микросхемы и логического элемента образцовой микросхемы, работающей вместе с пассивными элементами мультивибратора при неизменной температуре. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения времени измерения и погрешности измерения температурочувствительного параметра. 2 ил.

Изобретение относится к технике измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов и интегральных микросхем и может быть использовано для контроля качества и оценки температурных запасов цифровых интегральных микросхем на выходном и входном контроле. Сущность: нечетное число (n>1) логических элементов контролируемой микросхемы соединяют по схеме кольцевого генератора. Замыкая цепь обратной связи кольцевого генератора на некоторое время цикла измерения, включают режим генерации высокочастотных импульсов, что приводит к нагреву микросхемы. В качестве температурочувствительного параметра измеряют частоту следования импульсов кольцевого генератора в начале fнач и в конце fкон цикла измерения. Измеряют средний ток, потребляемый микросхемой от источника питания. Определяют тепловое сопротивление переход-корпус по формуле: , где Δf=fнач-fкон - изменение частоты следования импульсов кольцевого генератора; - средний ток, потребляемый контролируемой микросхемой за время цикла измерения; Епит - напряжение питания микросхемы, Кf - температурный коэффициент частоты следования импульсов кольцевого генератора. Технический результат: уменьшение погрешности измерения. 2 ил.

Использование: для выяснения причин отказов устройства или для оценки качества процесса производства внутренней части электронного устройства. Сущность изобретения заключается в том, что способ, в котором выполняют анализ образца электронного устройства посредством замера некоторого свойства в нескольких точках указанного образца и подвергают, до выполнения анализа, указанные несколько точек, по меньшей мере, одной обработке, увеличивающей различие указанного свойства, по меньшей мере, в двух элементах образца электронного устройства, представляющих собой, по меньшей мере, два слоя пакета слоев, включенного в электронное устройство, при этом указанная обработка включает резку пакета слоев таким образом, что создается различие морфологии в поверхности среза, по меньшей мере, между двумя из указанных слоев пакета. Технический результат: обеспечение возможности облегчения исследования качества электронного устройства. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к встроенному логическому анализатору и, в частности, к программируемому встроенному логическому анализатору для анализа электронной схемы. Устройство для тестирования и отладки электронной схемы, содержащее логический анализатор, имеющий первый вход, принимающий множество сигналов, и выход для обеспечения индикации обнаружения, с помощью логического анализатора, по меньшей мере одного запускающего события; и блок со встроенным самотестированием (BIST), имеющий первый вход для приема одного или более сигналов, появляющихся на первом входе логического анализатора, второй вход, соединенный с выходом логического анализатора для избирательного задействования блока BIST, причем блок BIST генерирует и поддерживает сигнатуру на основании первого и второго его входов. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 17 ил.
Наверх