Regulator obrotów wentylatora zasilacza — diagnostyka usterki i modyfikacja układu

Zadanie egzaminacyjne

Zasilacz napięcia stałego dużej mocy o działaniu ciągłym jest wyposażony w radiator umieszczony na tylnej ściance obudowy, który odprowadza ciepło z obudów tranzystorów mocy. Na radiatorze umieszczony jest wentylator zapewniający wymuszony obieg powietrza pomiędzy żeberkami radiatora. Zasilacz ma układ regulacji prędkości obrotowej wentylatora — schemat ideowy na rysunku 1.

Prawidłowo działający regulator powoduje, że prędkość obrotowa silnika wentylatora W zależy od temperatury radiatora: przy temperaturze pokojowej (T < 30 °C) wentylator obraca się ze stosunkowo niewielką prędkością początkową około 700 obr./min, a po przekroczeniu 30 °C prędkość obrotowa wzrasta wraz ze wzrostem temperatury radiatora. Zależność RPM = f(T) przedstawiono na rysunku 2, a zależność RPM = f(uW) oraz prądu silnika iW = f(uW) w funkcji napięcia wentylatora — na rysunku 3.

Usterka: wentylator bez względu na temperaturę radiatora cały czas obraca się z maksymalną prędkością, około 2 100 obr./min.

Wykonano badania testowe uszkodzonego układu: pomiary napięcia i prądu wentylatora, napięć w punktach PP1÷PP4 (zaznaczonych na rysunku 1) oraz rezystancji wybranych elementów (wyniki — Tabela 3). Pomiary wykonano dla dwóch przypadków:

1. zasilacz pracował bez obciążenia, temperatura radiatora ok. 25 °C,
2. zasilacz pracował z obciążeniem, temperatura radiatora wzrosła do ok. 70 °C.

Polecenie: znajdź usterkę oraz wskaż sposób jej usunięcia. Uwaga! Tranzystor T1 jest sprawny. Następnie przeprowadź modyfikację układu tak, aby początkowa prędkość obrotowa wentylatora w temperaturze pokojowej wynosiła 500 obr./min ±5 %. Na etapie naprawy i modyfikacji wykorzystaj elementy elektroniczne dostępne na stanowisku badawczo-pomiarowym (wykaz — Tabela 4 w magazynie).

Zasada działania układu regulatora: czujnikiem temperatury jest zamocowany do radiatora termistor TR1 typu NTC (charakterystyka R = f(T) — rysunek 4). Zmiana temperatury radiatora zmienia rezystancję termistora, a w efekcie napięcie u1 na dzielniku R1–TR1. Wzmacniacz operacyjny US1 w układzie odejmującym (różnicowym) z rezystorami R3, R4, R5, R6, R7 dopasowuje zakres zmian napięcia u1 do zakresu zmian napięcia bramka-źródło uGS tranzystora T1, porównując u1 z napięciem u2 stabilizowanym przez R2 i diodę Zenera D1. Napięcie wyjściowe wzmacniacza podawane na bramkę tranzystora:

• uGS = (R3 + R4)·R6 / [R3·(R5 + R6)] · u1 − (R4 / R3) · u2

Tranzystor MOS T1 (IRF530) pełni funkcję rezystora sterowanego napięciem uGS. Prąd iW i napięcie uW wentylatora zależą od równolegle połączonych: rezystancji dren-źródło T1 oraz rezystora R8. W zakresie niskich temperatur uGS jest niższe od napięcia progowego UTH (tranzystor w zakresie odcięcia); wzrost temperatury podnosi uGS powyżej UTH — kanał się otwiera i rośnie prąd drenu.

Ocenie podlega 6 rezultatów:

• R.1 (8 pkt) — wyposażenie stanowiska badawczo-pomiarowego (narzędzia + aparatura z mierzoną wielkością / funkcją)
• R.2 (8 pkt) — schematy pomiarowe przy załączonym (1A–5B) i odłączonym (6A–8B) napięciu zasilającym
• R.3 (8 pkt) — porównanie wykonanych pomiarów z przewidywanymi dla układu funkcjonującego poprawnie (T/N)
• R.4 (5 pkt) — ocena sprawności wybranych elementów (T/N)
• R.5 (3 pkt) — wybór elementu do wymiany i dobór elementu zastępczego
• R.6 (3 pkt) — dobór elementu do modyfikacji (500 obr./min ±5 % w temperaturze pokojowej)

Czas: 180 min · Próg zaliczenia: 75% (≈26 z 35 pkt)