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).

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.

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.

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:

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

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

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

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.

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.

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.

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

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• ЛБП
• Hantek
• Цифровой осциллограф
• DipTrace