Реклама ⓘ
Главная » Измерения
Призовой фонд
на май 2024 г.
1. 1000 руб
Сайт Паяльник

Реклама ⓘ

Замена блока питания в осциллографах Hantek DSO2000

Цифровые осциллографы Hantek серии DSO2000 - популярная модель начального уровня с неплохим соотношением цена-функциональность. Чуть менее года назад обзавёлся и я таким прибором. За долгое время использования своего "старичка" С1-94, купленного 30 лет назад, привык к тому, что осциллограф гальванически развязан с сетью. Поэтому новый цифровой аппарат с импульсным источником питания создавал некий дискомфорт. Выходом из этой ситуации является подключение осциллографа через разделительный трансформатор, либо замена блока питания осциллографа. 
Поскольку рассматриваемая модель относится к категории бюджетных, штатный импульсный источник питания (ИИП) не "блещет" своими параметрами. Его шумы и нагрев оставляют желать лучшего. В интернете есть много рекомендаций по замене в нём диодов для уменьшения температуры как самих диодов, так и прилегающих компонентов, в частности оксидных конденсаторов фильтра. Встречал на просторах сети информацию, что в поставляемых в настоящее время экземплярах (23й год) производитель стал устанавливать модернизированный ИИП, с улучшенными параметрами. Поэтому решил не дорабатывать родной блок питания, а заменить его трансформаторным линейным источником питания (ЛИП). Тем самым избавив себя от необходимости отслеживания, подключен ли осциллограф через разделительный трансформатор в процессе текущего измерения.

Анализ "родного" ИИП дал следующие результаты. Для питания прибору требуются три напряжения (в скобках указаны фактически измеренные значения напряжения и тока от штатного источника):

  • +5 В 0,9 А ( + 5,01 В, ток 0,8 А, при подключенном флэшь-накопителе ~ 0,9 А)
  • +8 В, 0,2 А ( + 7,20 В. ток 0,17 А)
  • -8 В, 0,2 А ( - 7,85 В, ток 0,12 А (при старте в течение 12 секунд 0,63 А)

 А также сигнал "TR", импульсы частотой 50 Гц, для возможности синхронизации с сетью.
Напряжение +5 В питает цифровую часть осциллографа, а +-8 В необходимы для аналоговой части. При этом на основной плате установлены стабилизаторы 7805/7905, которые преобразуют поступающие двуполярное напряжение в +5 и -5 В. Поэтому высоких требований к точности задания 8 В нет. 

Для начала определился с трансформатором. Подходящего тороида у меня не было, поэтому выбор пал на трансформаторы типа R-Core для питания аудио аппаратуры, широко представленные на популярной китайской торговой площадке. Трансформатор 30 В*А идеально подошёл по габаритам, первичная обмотка 230 В, и две вторичных по 9 В / 1,66 А. Удивительно, но наши китайские товарищи не обманывают, указанно напряжение под нагрузкой, в режиме ХХ на вторичных обмотках около 11 В).

Фото трансформатора

Не принципиально использовать именно этот трансформатор. Подойдёт любой с двумя вторичными обмотками по 9 - 12 В и током 1,5 А (с таким током нужна одна обмотка, вторая достаточна 0,5 А). При замене трансформатора возможно потребуется корректировка печатной платы.

Далее традиционный набор компонентов, выпрямитель, фильтр, стабилизаторы. Принципиальная схема ЛИП представлена на рисунке 1.

Принципиальная схема
Рис. 1.

Стабилизатор +5 В выполнен по традиционной схеме на ИМС 7805 (U3). Для источников +8 и -8 В применены два одинаковых стабилизатора с пониженным падением напряжения на регулирующем элементе (так называемые LDO-стабилизаторы), построенные по мотивам схемы, предложенной в статье В. Н. Рыбалко. Элементы U1, Q1, Q3, D10 стабилизируют положительное плечо, а U2, Q2, Q4, D11 - отрицательное. Транзисторы Q1 и Q2 желательно использовать с высоким коэффициентом усиления по току, BD136/138/140 с суффиксом 16. Почему не пойти простым путём и не использовать пару интегральных стабилизаторов 7808 и 7908. Этим микросхемам необходимо обеспечить входное напряжение не менее 10 В, что потребует (для выше указанного трансформатора) значительного увеличения ёмкости фильтрующих конденсаторов, либо вообще окажется невозможным при снижении напряжения в сети. К тому же, как было указано выше, нет необходимости в точном значении 8 В. Для уменьшения нагрева последующих стабилизаторов на основной плате в предлагаемом варианте двуполярное напряжение стабилизируется на уровне +- 7,5 В. Ещё одним плюсом данного схемного решения, является возможность размещения на одном теплоотводе регулирующих элементов каналов +5 и -8 В (без изолирующих прокладок). При этом сам теплоотвод соединён с GND, что упрощает его крепление в осциллографе. Для канала +8 В можно обойтись отдельным небольшим радиатором.

Формирователь сигнала "TR" (D1,C2,C3,C8,R2-R4,VO1) повторяет схему из "родного" ИИП Hantek. Изменение только в питающем напряжении оптопары, в оригинале она питается от сети 230 В, я же подключил оптопару к одной из вторичных обмоток трансформатора.
Элементы U4, C20, J17 предназначены для питания вентилятора, который можно установить в осциллограф, для него предусмотрено отверстие в правой боковой стенке. Микросхема U4 L78xx подбирается исходя из желаемого напряжения питания вентилятора 6, 8, 9 В. Если нет необходимости в принудительном охлаждение (достаточная площадь радиаторов, не высокая температура в помещении), то указанные элементы не монтируются на плату и можно даже не сверлить под них отверстия. У меня работает без вентилятора, во всяком случае пока зима, летом посмотрим.

При разработке печатной платы старался решить несколько задач: разместить все компоненты, включая трансформатор и теплоотводы, на одной плате, обеспечить крепёж в осциллографе в штатные резьбовые элементы (без сверления дополнительных отверстий), сохранить порядок напряжений на выходном разъёме, чтобы подключение питающих шлейфов было аналогично оригинальному ИИП.
Риснок платы с нижней стороны
Высоту платы определил используемый трансформатор. Размеры платы 167 х 70 мм, сделана из двустороннего фольгированного текстолита. Верхний слой фольги является полигоном общего проводника (GND), рисунок на этой стороне я не наносил, только вытравил фольгу в районе высоковольтного участка (C1, F1, J1, R1). Для этого нужную площадь фольги полигона покрыл цапон-лаком, оставив открытыми удаляемые участки. Отверстия выводных компонентов, не соединяемые с общим проводником, в этом полигоне раззенкованы. С верхней стороны установлены две проводные перемычки. Нижний слой выполнен по ЛУТ-технологии. Если делать верхний слой ЛУТом (или фоторезист, или заказать на производстве), то необходимость в перемычках и зенковке отпадает.

Собираем блок в следующем порядке. Пропаиваем медной жилой восемь переходных отверстий и устанавливаем две перемычки с верхней стороны платы (изолированным проводником). Затем монтируем все SMD компоненты с нижнем стороны, далее выводные элементы и разъёмы с верхней стороны. Промываем плату от флюса и тщательно проверяем монтаж. Транзистор Q1 крепим на небольшой радиатор ( у меня 31х31x12 мм площадью ~ 70 см2 от чипа материнской платы ПК), после чего припаиваем транзистор на плату. Регуляторы Q2 и U3 устанавливаются на радиатор и подключаются к плате проводниками. Я применил радиатор (от какого процессора ПК) площадью ~850 см2. Надо смотреть по месту, возможно для иного теплоотвода понадобится изменить положение и/или количество крепежных отверстий по левой стороне платы (если смотреть сверху, со стороны выводных компонентов). Перед установкой трансформатора желательно проверить работу стабилизаторов от лабораторного блока питания с ограничением выходного тока (дабы избежать "сюрпризов" из-за ошибок монтажа или неисправных деталей). Ток потребления в режиме ХХ около 30 мА (измеряем поочерёдно подключая 12 В к J2-J3 и J4-J5), при этом проверяем получаемые выходные напряжения, при указанных на схеме деталях должно быть +5 В и +-7,4..7,5 В.

Затем при помощи 4-х винтов М3 закрепляем на плату трансформатор и припаиваем его выводы. Проверяем работу стабилизаторов от трансформатора, а также проверяем исправность формирователя сигнала "TR". Это делаем осциллографом, не говорите, что его у вас нет, мы же делаем для него новый блок питания))) В режиме ХХ (т.е. без подключения к осциллографу) пин "TR" должен выглядеть следующим образом:

TR

Рекомендую проверить собранный источник питания в работе с нагрузкой на всех трёх каналах (несколько часов), чтобы оценить правильность выбора теплоотводов.

Фото снизу

Фото сверху

Осталось установить ЛИП в осциллограф.
Аккуратно снимаем заднюю крышку, два винта внизу и два под ручкой для переноски.

Нижние винтыВерхние винты

Отсоединяем разъём 220 В от платы штатного блока питания. Снимаем плату (4 винта) и отпаиваем питающие шлейфы.

Демонтаж ИИП

Шлейфы можно припаять на плату изготовленного ЛИП, но я установил вилку на плату и розетку на кабель.

Такую же вилку запаял на плату "родного" блока, теперь при необходимости можно вернуть назад ИИП в течение нескольких минут.

Штатный БП с установленной вилкой

Если без разъёма, то вначале припаиваем шлейфы, затем на штатное место закрепляем изготовленный блок, подключаем "фишку" 220 В. Дополнительное крепление теплоотвода зависит от его конструкции и определяется по месту.

Фото установленного блока 1

Фото установленного блока 2

Фото установленного блока 3

Внимание! Отключаем защитный проводник (PE, жёлто-зеленый провод) от шасси осциллографа и соединяем его с экранирующей обмоткой трансформатора, если таковая имеется. Если нет, то просто тщательно изолируем клемму этого проводника.

Отключение "PE"

Проверяем работу прибора, закрываем крышку.
Шумы недорогих осциллографов - отдельная тема. Но замена импульсного источника на трансформатор, конечно ведёт к их снижению.

P.S. Вы используете данную статью на свой страх и риск. Я ни в коем случае не несу ответственность за специальное, побочное, косвенное, образцовое, случайное или сопутствующее причинение ущерба, включая помимо прочего потерю репутации, упущенную выгоду или убыток.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
C1 Конденсатор0.1 мкФ X21 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C2 Конденсатор10н1 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C3, C8 Конденсатор47н2 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C4, C7 Конденсатор4700 мкФ 25 В2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C5, C6 Конденсатор2200 мкФ 25 В2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C9, C10, C13, C17..19 Конденсатор100н6 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C11, C12 Конденсатор220 мкФ 10 В2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C14, C16 Конденсатор470 мкФ 16 В2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C15 Конденсатор470 мкФ 10 В1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
D1 Выпрямительный диод
1N4148
1 SOD-123FПоиск в магазине ОтронВ блокнот
D2 .. D9 Диод Шоттки
SS36
8 DO-214Поиск в магазине ОтронВ блокнот
F1 Предохранитель0.16 А1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
J1 Вилка на платуB3P-VH1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
J9 .. J16 Вилка на платуDS1070-9 M1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R1 Резистор1001 0,25 ВтПоиск в магазине ОтронВ блокнот
R2 Резистор
2.7 кОм
1 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R3 Резистор
22 кОм
1 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R4, R9, R10 Резистор
1 кОм
3 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R5, R6 Резистор
3.6 кОм
2 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R7, R8 Резистор
2 кОм
2 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R11, R12 Резистор1002 1206Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Q1, Q2 Биполярный транзистор
BD136-16
2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Q3, Q4 Биполярный транзистор
BC817
2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
T1 ТрансформаторR-Core1 230 В - 2 x 9 ВПоиск в магазине ОтронВ блокнот
U1, U2 ИС источника опорного напряжения
TL431
2 SOT23Поиск в магазине ОтронВ блокнот
U3 Линейный регулятор
L7805AB
1 TO-220Поиск в магазине ОтронВ блокнот
UO1 Оптопара
PC817
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 1
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.6 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (28) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
BARS_ #
Но замена импульсного источника на трансформатор, конечно ведёт к их снижению.
Ну так где измерения? В чем вообще был смысл данных телодвижений?
Ответить
+4
Сергей #
Коллега, скажу как обладатель данного сабжа, что шумит он как зараза на самом низком пределе измерений. На профильных форумах по нему это обсосано и разжевано неоднократно. Поэтому, думаю, автор и не выкладывал результатов измерений, тобишь, фото экрана ослика. Ибо, кто имеет сабж, тот уже столкнулся с данной проблемой. Если описывать все по сабжу, то получится не блок питания, а полноценный обзор. Результаты переделок с фото, если интересно, можно глянуть на 4pda. Также данная переделка несет еще один ключевой смысл- отвязать гальванически сабж. Что, имхо, не менее важно. Единственное, что можно было сделать- это сделать схему проще, применив интегральные стабилизаторы, а цепь 5в "усилить" применив транзистор, а в качестве стабилизатора Крен5А. Но, как сказал классик- каждый ...... как захочет.
Ответить
0

[Автор]
ДядяВован #
отвязать гальванически сабж
Именно для этого и делал.

в качестве стабилизатора Крен5А
Так у меня и использован этот стаб для +5 В. Его максимального тока 1,5 А достаточно, с подключенной флэшкой ток потребления ~0,9 А.
Ответить
+1
Сергей #
Имхо, жалко насиловать кренку почти предельным током, поэтому и сказал, что "умощнить" ее через транзистор.
Ответить
+1

[Автор]
ДядяВован #
Умощнить может и неплохо, но:
- потеряем возможность установки на одном радиаторе без изолирующих прокладок, что в свою очередь увеличивает термосопротивление => нагрев кристалла
- КРЕНка имеет в себе необходимые защиты (по току, по температуре), устанавливая внешний транзистор мы конечно делаем стаб мощнее, но и принимаем на себя ответственность за обеспечение безопасной работы, т. е. неизбежно усложнение схемы.
Поэтому я не стал.
Ответить
0
BARS_ #
шумит он как зараза на самом низком пределе измерений.
А почему у меня не шумит? Хотя я и не пытаюсь ловить милливольты на милливольтовых пределах. Да и дорогие, фирмовые осциллы на нижних пределах точно так же шумят, как и Хантек. Для таких пределов уже и щупы несколько иной ценовой категории требуются. Как правило, дороже самого осцилла.


Также данная переделка несет еще один ключевой смысл- отвязать гальванически сабж
Достаточно было отключить заземление для этого. Сам ИИП итак был развязан.
Ответить
0
Сергей #
Да, отключить провод заземления в вилке, и не забыть контакт на плате изолировать относительно корпуса. Второй момент, что родной БП работает на пределе возможностей и нагрев деталей зашкаливает, так долго не проживет. Все замеры обзоры в теме на 4пда.
По поводу шумов...
Здесь показан результат доработки его старшего брата. Все красочно и с картинками.
Мне осцил нужен в основном для блоков питания, ремонтов и проверки выходного напряжения на пульсации. Поэтому решил тоже заморочиться на переделку. Раз заморочиться и потом не бояться.
Ответить
0

[Автор]
ДядяВован #
Ну так где измерения?
Не проводил. Повторюсь, шумы недорогих осциллографов - тема для отдельной статьи. Данная статья об изготовлении БП.

В чем вообще был смысл данных телодвижений?
Так в начале статьи об этом, смысл в гальванической развязке.
Ответить
0
BARS_ #
смысл в гальванической развязке.
Достаточно было отключить заземление для этого. Сам ИИП итак был развязан.
Ответить
+2

[Автор]
ДядяВован #
Сам ИИП итак был развязан.
ИМХО не всё так однозначно, учитывая Y-конденсатор.
Ответить
0
BARS_ #
Что мешает их убрать?
Ответить
0

[Автор]
ДядяВован #
О необходимости доработки импульсного БП нужно явно указывать, когда утверждаете, что для гальванической развязки
Достаточно было отключить заземление
Ответить
+1
AMatroskin #
И на земле щупа появляется 150 вольт относительно обычной земли, так себе идея.
Ответить
0
BARS_ #
Это при условии наличия конденсаторов между L/N и землей, которых я на фото ИИП не вижу. Плюс у меня Хантек всегда работал и работает без заземления и проблем нет.
Ответить
+1

[Автор]
ДядяВован #
Фото измерения напряжения между крокодилом щупа и одним из контактов розетки 220 В можете показать?
Ответить
+1
maverick5334 #
Доработка супер!
Не понятно одно - почему автор не пошел по пути 7808/ 7908, а питание +5в, к примеру LD1084?
Этот путь с меньшим числом деталей.
Отредактирован 17.03.2023 09:49
Ответить
+1
Сергей #
Автор же написал, что для его схемы запас по входному напряжению нужен меньше чем для кренок. Хотя, лично я, всегда делаю с запасом. Вобщем так звезды сошлись, походу...
Ответить
0

[Автор]
ДядяВован #
Почему не 7808/7908.
Эти стабилизаторы потребуют другого трансформатора с напряжением вторичных обмоток 11..12 В. Если обмоток две, как в моей схеме, мы получим значительное увеличение тепловыделение по каналу +5 В. Да и по каналам +8 и -8 В количество тепла увеличится.
Тогда "напрашивается" трансформатор с тремя обмотками, одна +7..8 В и две по 11.12 В. Но в этом случае нужен еще один выпрямительный мост и фильтрующие конденсаторы, т. е. увеличивается количество деталей.
В общем, "плясал" от печки трансформатора.
Ответить
0

[Автор]
ДядяВован #
Коллеги, на мой взгляд, удобнее вести обсуждение на форуме
Ответить
+2
AMatroskin #
Спасибо, актуальный и интересный материал, проблема с БП осциллографов давно известна.
Ответить
0

[Автор]
ДядяВован #
Вот фото, подтверждающее опасность совета об отключении заземляющего проводника для получения гальванической развязки.

Оригинальный импульсный БП Hantek включен в сеть по двум проводам. Вольтметр подключен между GND ("крокодил" щупа) и одним из контактов сети (не важно какому, результат для "L" и "N" одинаковый).
Прикрепленный файл: 96V.jpg
Ответить
+2
vlad-kompozit #
Стоит отметить, что импульсники это величайшее зло в плане источника не только шумов, но и ВЧ-помех. В измерительной технике они конечно не очень уместны.
Ответить
0

[Автор]
ДядяВован #
Полностью согласен, особенно в бюджетном сегменте.
Ответить
0

[Автор]
ДядяВован #
В теме на форуме выложил несколько осциллограмм сравнения импульсного БП с линейным.
Ответить
0

[Автор]
ДядяВован #
Жара... Сделал принудительное охлаждение прибора (поставил вентилятор).
Отредактирован 20.08.2023 15:40
Прикрепленный файл: 1.png
Ответить
0
velant77 #
Добрый день, выпрямительные диоды греются?
Если трансформатор будет в экране как на фото, с чем лучше соединять экран, с землей DSO или с землей от розетки (земля занулена в щитке)?
Прикрепленный файл: S0959306985574917a905aeeb16ffd5fei.jpg
Ответить
0

[Автор]
ДядяВован #
Диоды положительного "плеча" (+5, +8 В) греются, но не критично. Гораздо меньше, чем греются диоды "родного" импульсного блока питания.
У меня "земля" розетки отсоединена от осциллографа, поэтому экран трансформатора остаётся соединить с шасси прибора. Но ИМХО экранировать трансформатор, если он размещен примерно на месте штатного БП, будет лишним. В той части корпуса гораздо больше помех исходит от LCD.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

USB осциллограф DSO-2090
USB осциллограф DSO-2090
Паяльная станция Hakko 936 Набор начинающего радиолюбителя
вверх