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Data Proof 160A 开关/扫描器的内部结构与改动

时间:2012-10-19  来源:38hot  作者:lymex

前面板
4块中的1块,为最右边的。中间的2块少了上边的按钮和2个灯。而最左边的板又多了2个按钮开关。
这块板现在是4路,但已经留好空位置,可以很容易的动过加装元件的方式,用于32路开关。



电源板
抽头式2×6V交流,2个二极管整流成8V,4000uF、15V电容滤波,7805稳压输出5V,最后接一个100uF电容。
另外,另一路采用倍压整流,直接出+12V给继电器用,静态几乎没有功耗。
这个12V的滤波电容为100uF,不大,这是故意的。因为100uF给1个继电器用刚好够,如果万一出了问题,2个继电器同时要动作,那么电荷少,谁也动作不起来,这也是避免两个继电器同时闭合的一个措施。



可以看到,全部电路采用小规模集成块,大部分为74LS,这样材料易找,维修简单。但由于部分采用了标准的74系列,耗电还是不小,不很适合精密开关。Data Proof后来已经意识到了这一点,后续的产品一定是进行了低功耗改进,因为从后面板看出,已经不用交流电而是改成5V了。但显然改动的不算早,因为后面板还没来得及换,临时用一个挡板加个直流插座对付的。
 

三、改动

问题的提出
这款老扫描器有很多优点和技术,但也存在一些问题,主要是:
1、耗电大。其实绝对看并不很大,一共是5.8W。但是,作为精密仪器,尤其是开关,有5W的功率就意味着5W的发热,这些热在仪器的一侧,势必要向另一侧扩散。尽管内部采取了隔热和均温措施,但也难描产生温差。驱动一个小小的磁保持,静态还要那么大的功率,用现代电子技术讲,真是说不过去了。我们知道,热电动势与材料密切相关,但同时与温差成正比,而温差又与发热有大约线性的关系,减少发热,就能大概成比例的减少热电动势。因此,下面的“瓦瓦计较”是有必要的。
2、采用了IE488接口来控制,但找不到资料进行控制。


改动1,替换7407
160A用了很多老技术,因此一些的IC是耗电大的型号,比如驱动用的7407,单个静态耗电达到35mA(实测),摸起来有温热感,这样多个加起来就很可观了。发热的热量使得温度升高,而温升是低热的大敌。因此,首先第一步就是改掉7407。7407在功能上为6缓冲,O.C. 输出,用低耗电的74LS07替代,查其数据手册,驱动指标一样。

描述:释放板拆下3只7407


描述:释放板焊上3只74LS07


描述:换上去的74LS07

  

描述:一共12只7407,拆下来准备仍掉

改动后,功能完全正常。改动1的效果,改动前两个Open Board静态电流实际测试106mA和102mA,Close Board 191mA,合计399mA,改动后分别是25mA、25mA、43mA,合计93mA,为改动前的23%,不到1/4。这样,发热将明显降低。那么可能要问,还能找到比74LS07耗电更小的吗?肯定能,实在不行用分立元件。但那样太麻烦了,要换板,暂不考虑。另外,74LS07已经不可能用74HC07替换了。7407和74LS07是O.C.方式(集电极开路输出),可以工作在30V电压下。74HC07尽管也是漏极开路,但只能工作在5V,因为里面接了保护二极管,而继电器是12V的,所以在这里不好用。


改动2,替换74LS为74HC或HCT
74LS系列也是很老的,尽管LS代替低功耗肖特基,但那是很久以前的事情了,因此可以考虑把所有的74LS07除外的74LS全部替换为74HC。个别若电平匹配有问题的可以用HCT,LS空载上拉电阻一般不用。一旦替换成横74HC,就基本没有电流了。替换的重点,在控制板。替换前有121mA(实测),这就有0.6W了。替换后,本来74HC本身可以认为不耗电,但由于有几个上拉电阻不知道是否可以消除,也不清楚是否所有的74LS都能换成74HC,所以只能期待电流减少到30mA,仍然是1/4,即0.15W。


改动3,接口
这个改动比较麻烦,原来A line和B line都是寻址方式的,为了简化,可以把A line改成自动扫描的方式,而B line保持用手动操作。
原来的接口板耗电很大,主要是那个PROM,摸起来温热,总电流是254mA。如果全部用74HC实现,自然可以<1mA。


改动4,电源
变压器,这是个110V转双6V的10W变压器,用起来不方便,需要定做一个220V的低静态电流的。不想改成像新款那样把变压器放在外边,因为外边也占地方,而且12V电源不好解决。


总之,上述几个改动,可以把耗电电流从780mA(5.8W)降低到非常可观的125mA(1W)。
四、总结

改动后能期待的好处和收益:

1、更低的热电动势
2、可以实现用万用表控制的多电压源自动采集了
3、可以用220V交流电了
4、比较清楚的了解了这种开关的原理
5、才1W的总耗电,长期开机也不用考虑自发热和费电问题,也不会对周边仪器产生大的干扰
 

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