Максимальный рабочий ток и рассеиваемая мощность
Как мы выяснили выше, электрический пробой "по напряжению" может грозить только одному виду схемных компонентов - электролитическим конденсаторам. Но и остальные детали (особенно полупроводниковые), в принципе могут выйти из строя при увеличении напряжения питания, правда, уже по другой причине - вследствие теплового пробоя, возникающего при увеличении рассеиваемой мощности.
Давайте посчитаем, как увеличатся потребляемый ток и рассеиваемая мощность при увеличении питающего напряжения.
Прежде всего, нужно задать максимально возможное напряжение питания.
Для пяти свежезаряженных никель-кадмиевых (металлогидридных) элементов это напряжение будет равно:
Umax = 5 * 1,45V = 7,25 V,
для шести элементов, соответственно:
Umax = 6 * 1,45 V = 8,7 V,
и для двух литий-полимерных элементов это напряжение будет порядка:
Umax = 2 * 3,50 V = 7,0 V.
Конечно, через несколько минут напряжение даже свежезаряженных батарей снизится до уровня рабочего (~6,0 - ~7,2 V для никель-кадмия и металлогидрида, и ~ 6,2 V для литий-полимера), но в расчетах следует учитывать максимально возможные величины.
По закону Ома, ток в цепи постоянного тока (упростим задачу) пропорционален напряжению:
I = U / R,
а вот мощность пропорциональна уже квадрату напряжения:
P = U * I = U^2 / R,
следовательно, при увеличении напряжения в 1,8 раза (с 4,8 воль до 8,7 вольт), токи во всех цепях увеличатся также в 1,8 раза, а вот потребляемая (и рассеиваемая) мощность возрастет почти в 3,3 раза!
Индуктивности в бортовых устройствах - это, прежде всего, ВЧ контура радиоканала. В них протекают очень не большие, да к тому же - переменные токи (при их расчетах применяются другие формулы), поэтому за сохранность контурных индуктивностей можно не опасаться, там все сделано в большим электрическим запасом.
Если в схеме имеется фильтрующий дроссель (они иногда устанавливаются как раз в цепях питания), то и за их сохранность можно не бояться - при общем потребляемом токе приемника порядка 5-15 мА, даже при двукратном повышении напряжения питания, ток, протекающий через эту деталь, и рассеиваемая на ней мощность наверняка не превысят допустимых величин.
Примерно тоже самое можно сказать и о резисторах. Мощность применяемых в современной RC-аппаратуре SMD резисторов не бывает ниже 0,1 Вт. Это значит, что резистор может длительное время рассеивать указанную мощность, без изменения своих параметров.
Простой расчет показывает, что величина сопротивления резистора, при которой на детали начнет рассеиваться такая мощность при напряжении 8,7 вольт будет примерно равна:
R = U^2 / P = 8,7*8,7/0,1 = ~760 Ом,
ток при этом должен быть не меньше:
I = U / R = 8,7 / 760 = ~11 мA.
Как мы уже установили, ток такого порядка (5-15 мА) протекает сразу по всем цепям приемника, поэтому оснований для беспокойства и здесь нет никаких. Резисторы схемы приемника (да и рулевых машинок тоже) безболезненно перенесут двукратное повышение напряжения питания. Конечно, если не возникнет еще каких-то факторов, способных привести к тепловому пробою резистора. Что же это за факторы?
Резисторы - это пассивные элементы, обычно играющие вторые роли, в отличие от полупроводниковых элементов - транзисторов, диодов и интегральных микросхем. Только в случае "перегорания" какого-нибудь "полупровода", может выйти из строя и находящийся в той же цепи резистор, по которому начнет протекать запредельный ток.
Насколько же вероятен тепловой пробой полупроводников?
Слаботочные цепи (а к ним можно отнести все цепи приемника и цепи обработки канального импульса в РМ) однозначно не выйдут из строя при увеличении напряжения питания не только в 2, но и в 3-4 раза. Для большинства полупроводниковых элементов токи до 0,1 А (100 мА) абсолютно безопасны. А такие токи однозначно не могут возникнуть при простом увеличении напряжения питания. Все цепи микросхем самого приемника, декодера и входных элементов электроники РМ могут надежно работать при напряжениях питания до 10 вольт.
Другое дело - силовые цепи рулевых машинок, где даже в штатном режиме, при полной нагрузке на валу, токи могут достигать нескольких ампер! Очевидно, что увеличенное почти в 2 раза напряжение питания вызовет такое же увеличение тока, и более чем трехкратное увеличение коммутируемой мощности. Здесь ситуация усугубляется еще и тем, что нагрузкой коммутирующих ключей РМ являются обмотки статора или якоря электродвигателя, имеющие довольно большую индуктивность. А при коммутации индуктивности, как известно, возникает значительная противо-ЭДС, величина которой часто может во много раз превышать напряжение питания, в отдельных случаях - до 10 раз. (Посчитайте, сколько это будет при 8,7 вольта!?). Поэтому можно утверждать, что эти цепи наиболее подвержены выходу из строя по причине теплового пробоя. А так как обычно в РМ стоит единственная микросхема, содержащая как цепи обработки канального импульса, так и силовые цепи, управляющие работой электромотора, то вероятность ее отказа вследствие теплового пробоя резко возрастает.
Строго говоря, бывает 2 вида выхода из строя полупроводника - его пробой, приводящий к короткому замыканию, с лавинообразным отказом других элементов, включенных последовательно полупроводнику (прежде всего это другие полупроводники и резисторы), и обрыв - менее опасный отказ, который обычно не влечет за собой повреждение других элементов схемы. Правда, и в том, и в другом случае устройство в целом перестает работать.
Здесь было бы уместно сказать несколько слов и о самом электромоторе.
Но мы еще вернемся к этому в следующей части, когда будем рассматривать не только второй вид отказов - "функциональные отказы", но и попробуем проанализировать саму целесообразность увеличения напряжения бортового питания.
Школа дядьки Глайдера
И.В. Карпунин (aka Glider)
Обсудить на форуме
|
