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    故障也是上帝賜予的禮物

    關于絕緣放大器和外來噪聲的痛苦回憶

    菊水涉足定制產品(解決方案產品)領域已有幾十年。我們在開發各種產品的過程中,也經歷了很多失敗。我現在之所以能夠在這里介紹落后的教訓,是因為曾經經歷了印象極其深刻的故障??梢赃@樣說,我現有的經驗一半以上都是在經歷故障的過程中積累的。

    說起故障,會給人一種消極的印象,但是最終成功突破難關的經驗是我們的寶貴財富(雖然這個過程是很痛苦的)。由于懶惰或者不注意所導致的故障則另當別論,如果在我們認真對待的情況下仍然會遭遇故障,那便是“上帝賜予的禮物”了。我覺得可以這樣看待此類問題?;蛘哒f,我們只能這樣看待,否則工作還怎么開展呢?。ㄐΓ?br> 因此,我想在這里談一下我還是新人的時候上帝賜予我的禮物。

    第一次負責的大型系統

    當我還是新人的時候第一次負責大型系統(數十個ch的電源系統)的故事。系統并非由數十個ch的相同電源組成,而是由十幾種電源組成,每種電源分別有1臺?幾臺,電源的電壓,電流規格各不相同,輸出形式也包括直流電源,雙極電源,極性切換電源※1等等??蛻舻恼麄€系統規模達到100個通道,本公司承接的也只是其中一部分。

    客戶規格的要點是:(1)在恒流模式下使用,確保穩定性良好(2)電流的設置,監控類應與電源的輸出絕緣。
    我負責與客戶控制器的接口部的設計以及整體規格與設計的協調工作,和幾名課員分頭行動,共同推進設計工作。
    根據以往的經驗,我們認為只要將穩定的“基準電壓”,“誤差增幅器”,“電流檢測器”組合在一起即可,因此按照這個思路推進設計工作。然后,進行零部件的訂貨,組裝,配線,但當聯合調試時出現了問題。

    ※1 通過繼電器等對直流電源的輸出極性進行切換的產品

    原因是輕易選擇了“絕緣放大器”

    開始采集數據的現場發來聯絡,內容是針對電流設定值,性能未能體現出輸出電流的穩定性。對各個部分的電壓進行確認后發現,本來必須確保穩定的基準電壓發生了變化。犯人是客戶的控制器與電源之間的接口部的“絕緣放大器”。

    當時的我沒有絕緣放大器的使用經驗,但前輩都是這樣用的,所以覺得應該沒有問題,于是就采用了認為和普通的OP放大器一樣的產品。重新查看絕緣放大器的規格后發現,與普通的OP放大器相比,偏移大,而且溫度特性也更差一些。
    同時,為了減少放大器的個數,是在絕緣放大器上設置增益的狀態下使用的,結果造成偏移的增益加倍,這也是導致穩定性下降的原因之一。認為前輩是這樣用的,所以應該沒問題,自己并沒有親自對元件的規格進行確認。這是第一個失誤。結果杯具了。

    話不多說,馬上返工。對策是:(1)將絕緣放大器變更為穩定性更好等級的產品(2)絕緣放大器按增益1使用(3)增益用的OP放大器放到絕緣放大器的前段(通過以高電壓進行絕緣放大器的輸入輸出,減少偏移的影響)”。
    在全體課員的幫助下,對幾十個通道進行了返工改造,總算趕上了交貨期。這是一次需要認真反思的失策。

    下一個禮物是原因不明的擺動

    規模很大的項目需要進行現場啟動,確認工作情況,聯合測試。
    這個系統也是一樣,幾天時間的作業分成幾次進行,作業內容包括搬運至現場,工作情況確認,聯合測試。人們常說“工作之中準備占八成”,由于事先對作業要領,試驗要領等做好了充分地準備工作,因此這個階段沒有發生太大的問題,工作順利結束。

    從我自己的角度來說,完成了一項很大的工作,終于可以松口氣了,萬歲萬歲。但是,上帝隨后又送來了一份新的禮物。就在完成交付的幾個月之后,收到了客戶發來的關于故障的聯絡。癥狀是“輸出不穩定,電源發出雜音”。

    首先要確認癥狀,查明原因,因此趕緊奔赴現場。發生故障的電源是采用串聯調整方式的直流穩定電源。癥狀是發生擺動※2。擺動的發生好像與輸出電流的增減無關,再現性低,癥狀不穩定。

    因此,實施可采取的對策,對控制相位的誤差増幅器進行調整,觀察各部的波形,結果發現,好像是進入了發生源為AC輸入線路的噪聲,這是產生該故障的原因。對客戶的系統中是否存在產生噪聲的設備進行了確認,結果沒有任何發現,發生故障的只有本公司的電源,困此客戶要求盡快采取措施。

    ※2 串聯調整方式的電源由相位控制型預調整部和串聯晶體管部構成。擺動是因為該相位控制型預調整部的動作不穩定(振蕩)。發生間歇式振蕩時,會從扼流圈,變壓器等部分產生雜音。(請參見本公司網站“知識廣場 關于電源的基本原理”。)

    真兇另有其人

    與上司商量后,決定嘗試在AC輸入線路上追加安裝濾波器,并對濾波器的常數進行了多次調整,但無論如何也找不到能夠解決問題的常數(當時,小功率用的濾波器在市場上有售賣,但大功率用的濾波器只能手工制作)。
    反復尋找材料,嘗試采取對策,為解決故障而訪問客戶的次數已有三次。盡管如此,仍未能解決問題,交付后已經過去了將近半年,幾乎是窮途末路了。有時候上帝賜予的禮物實在太過于苛刻。

    但是,揭幕的一天突然到來了。正準備再次訪問客戶的時候,客戶向本公司聯系說問題已經解決。造成故障的設備是安裝在客戶系統內的其他公司生產的大功率脈沖發生用電源,該電源是噪聲源所在。由于不僅本公司提供的產品發生故障,客戶的控制系統設備也出現了誤動作,因此客戶也在查找原因。

    故障發生在與導致故障的電源共用AC輸入,接地線路的設備上,藤蔓式的接地線路好像也是導致故障發生的原因之一??蛻魧е鹿收系碾娫吹腁C輸入,接地線路重新鋪設,并對發生誤動作的接地線路進行了改善,此后便沒有再發生擺動的問題。

    最終,原因是其他公司生產的電源,我這幾個月以來為了采取對策而付出的努力變得沒有任何意義,但是通過這次經驗教訓,我充分認識到在產品設計中接地線和共用線是非常重要的要素。

    轉眼圣誕節就要到了。
    據說人長大之后圣誕老人就不會再來了。
    但是,上帝賜予的禮物好像并不是這樣的。
    因為…我每年都會收到某種禮物(笑)。

    我希望明年不要再收到禮物了。
    我的抽屜里已經全是寶貝了…。

    TEXT BY
    板垣 喜春
    解決方案開發部 系統技術課

    [主要產品開發業績]
    直流穩定電源PAL系列,PAK-T系列
    定制交流穩定電源系統/定制充放電電源系統
    定制電子負載系統/定制雙極電源裝置等

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