Пропадание мощности передатчика в трансиверах IC-746PRO и IC-756PRO

Проблема

Целью этой web-страницы является исследование причины, по которой передатчик трансивера ICOM IC-746PRO, спустя некоторое время после покупки, начинает выходить из строя. Эту особенность заметили многие радиолюбители во всём мире, но, к сожалению, фирма ICOM этого в толк никак не возьмёт… Если Вы являетесь владельцем трансивера ICOM IC-746PRO или IC-7400, то Вы уже испытали что это такое (Dead TX Issue). Если не успели, то рано или поздно испытаете. (Не обязательно. Есть трансиверы, работающие без проблем. Прим.СКР Team)

Проявление

Представлюсь сначала: инженер-электрик и пять лет работаю на фирму Motorola (R&D) в Копенгагене в качестве старшего инженера-разработчика радиоаппаратуры. После приобретения мной трансивера IC-746PRO прошло шесть ничем не омрачённых месяцев, затем выходная мощность передатчика трансивера начала падать, причём быстро и заметно, когда я работал на передачу со 100% несущей, например, ЧМ, FSK-441 или JT6M. Сначала я думал, что появилась РЧ обратная связь, но почему именно сейчас? Я ничего не менял: не перестраивал радиостанцию, не менял кабеля.

Я уже знал об особенности IC-746PRO и вот, - случай в руку… При использовании видов работы со 100% уровнем несущей, передатчик трансивера начал отказывать, а вчера, т.е., 2. 12 - 2003 г, стал выделывать фортели и на SSB, что выражалось в дроблении сигнала.

Оказалось, что все печали были по вине одной единственной детали - микросхемы IC151, µPC1678G-E2, P/N 91213606 (на самом деле Order No. 1110001890 – прим.СКР Team) и перегрев её сигналами со 100% несущей (ЧМ или цифровыми) позволил её довольно скоро обнаружить.

Серийный номер и статическое электричество

Знатоки утверждают, что вышеизложенное - больше не проблема после установки (замены) нескольких антистатических разрядных компонентов, а это означает, что у трансиверов с серийными номерами большими, чем 3300, все будет ОК. Из комментариев ясно, что электростатические разряды исходят из РЧ антенны. Начало серийных номеров трансиверов, в которых уже была проведена доработка, несколько раз менялось на протяжении 2003 года.

Во-первых, мой IC-746PRO имеет серийный номер 3623, но передатчик все равно "сдох". Во-вторых, имеется очень малая вероятность того, что моя антенна подвергнется электризации, поскольку мои КВ антенны расположены под крышей, тем более, что я почти не работаю на КВ. В-третьих, у меня к антенне постоянно подключен трансвертер на 70 МГц.

Может быть статика и "кончила" микросхему IC151 полностью и бесповоротно, но я не верю, чтобы из-за статики происходил перегрев, ведь статическое электричество действует вспышкой, а в моём случае, всё происходило постепенно, сходило на нет (медленная деградация). Если бы случился пробой, то микросхема была бы угроблена сразу, и это можно было бы обнаружить сразу после включения трансивера на передачу.

Когда люди обращаются с просьбой установить причину выхода аппаратуры из строя, то фирма ICOM взяла за правило утверждать, что возвращаемые на ремонт аппараты вышли из строя по вине статического электричества в любых случаях, связанных со статикой или нет. Дальше - больше. Любое устройство, не защищённое от статического электричества всегда более чувствительно к пробою, независимо от того, каким напряжением этот пробой будет произведён 1 или 10 кВ, защита от статического электричества - всегда головная боль при эксплуатации электронных устройств.

Сигналы со 100% уровнем несущей не могут создавать проблем, по крайней мере, не создадут зависимость от этого соотношения сигнал/шум, которое будет наблюдаться в Вашем аппарате.

Технический комментарий

Я взял нижеследующий комментарий с http://www.mods.dk/ , где Karel, OK1DNH пишет: »Обычно причиной отказа устройств IC 746 746PRO, 756, 756PRO и 7400 является выход из строя (разрушение) микросхемы uPC1678 (драйвер для PA). Это - проектная ошибка, которую компания ICOM не хочет признавать. Компания ICOM упорно стоит на идее, что эта микросхема драйвера выходит из строя только по вине статического электричества, поступающего из РЧ антенны (в этом случае, ещё и два конденсатора и два диода должны были вылететь, но после того, как микросхема сдохла, вышеупомянутые детали были в добром здравии) и даже выпустили директиву, по которой следует добавлять диоды на вход КВ приёмника. А в IC 746PRO с серийными номерами более 3300, они добавили эти диоды прямо на заводе.

Но вот, на моём столе IC746PRO с серийным номером 3422 с установленными на заводе диодами, а микросхема драйвера СДОХЛА. И детали на пути статического электричества все целые. Собака зарыта где-то в другом месте. Разработчик оставляет эту микросхему под напряжением и в режиме приёма, а она потребляет 50 мА и прилично греется уже в этом режиме, что же говорить про режим передачи, когда ИМС начинает кушать и греться по-чёрному. А мы остаёмся в интересном положении. Производитель микросхем uPC1678 в сопроводительной документации указывает минимальные размеры медной фольги на печатной плате, служащей в качестве радиатора для достаточного охлаждения ИМС. А эта микросхема в трансивере охлаждается только через её выводы!!!!! (именно столько восклицательных знаков в оригинале статьи - UA9LAQ). И это компанией ICOM абсолютно игнорируется, тем более, что в зоне монтажа ИМС - тесный монтаж на площади всего в 6 кв. см, много дыр под выводы деталей и мало фольги. В моделях IC74хх охлаждающая поверхность фольги составляет всего 1 кв. см и температура там меньше. Вот и причина перегрева микросхемы. В моделях IC 74xx, я поменял около 20 микросхем и начал искать причину выхода микросхем из строя. Проблему можно решить, добавив небольшой радиатор или лепесток, соединив его с шасси аппарата, но в точке монтажа корпус (видимо, микросхемы, может, речь - о шасси) не плоский, а скруглённый. Можно также предусмотреть выключение питания ИМС в режиме приёма.

Говоря о недооценке роли охлаждающих поверхностей, нельзя не упомянуть другое место в трансиверах моделей IC 74хх - регулирующий транзистор преобразователя, служащий для получения напряжения освещения дисплея, Чем меньше пользователь установит подсветку дисплея, тем сильнее будет греться регулирующий транзистор. Из-за слишком малого размера охлаждающей поверхности фольги, к которой припаян SMD-транзистор (конфигурация транзистора для поверхностного монтажа - UA9LAQ), вскоре этот транзистор изжарится..«

Схема

Поскольку ICOM IC-746PRO является представителем целого семейства трансиверов, неплохо было бы сравнить работу ИМС µPC1678G в различных их моделях. Примечательно, что тот же компонент в различных моделях используется в том же окружении, что означает, что схемотехника от аппарата к аппарату просто копируется, хотя в этом, вроде бы и нет ничего плохого.

Оказывается, существует два варианта включения микросхемы IC151 в трансивере IC-746PRO

Схема включения микросхемы IC151 в трансивере ICOM IC-746PRO. Источник: ICOM IC-746PRO - Инструкция по эксплуатации. Отсканировано с моей личной Инструкции по эксплуатации трансивера.

Фрагмент принципиальной схемы трансивера ICOM IC-746PRO с включением микросхемы IC151 Источник: Документация найдена в Интернете.

Из выше приведённой схемы ясно, что микросхема IC151 постоянно подключена к источнику питания +5 В через резистор R157. Простое и экономичное решение.

Эволюция

Поскольку трансивер IC-746PRO является последующей после IC-746, интересно, как выполнена разработка в этом трансивере.

Фрагмент схемы трансивера ICOM IC-746 с подключенной микросхемой IC151. Источник: справочник по обслуживанию ICOM IC-746.

Как можно видеть, схемотехника идентична той, что присутствует в IC-746PRO. Может ли в трансивере IC-746 происходить такое же явление с микросхемой µPC1678G? Дебаты ведутся со дня возникновения проблемы.

Эволюция трансиверов серии IC-756

Другими представителями семейства трансиверов, кроме IC-746, является серия трансиверов IC-756. Первой моделью в этой серии был трансивер IC-756, в котором также применялась микросхема µPC1678G.

Фрагмент схемы ICOM IC-756. Схема включения микросхемы IC801. Источник: Документация найдена в Интернете.

Как видно на схеме, приведённой вверху, ИМС IC801 типа µPC1678G постоянно подключена к источнику питания напряжением 5 В, а топология печатных плат соответствует таковой в трансиверах IC-746 и IC-746PRO

Когда компания ICOM ввела в обиход модель IC-756PRO, схемотехника вокруг µPC1678G была сменена на более сложную, показанную ниже.

Фрагмент схемы трансивера ICOM IC-756PRO. Схема включения ИМС IC151. Источник: Документация найдена в Интернете.

В режиме передачи в трансивере IC-756PRO не только подключается напряжение питания 5 В к ИМС µPC1678G, но также и фильтр нижних частот на выходе РЧ, L152 = 120 нГн, C156 = 12 пФ, C155 = 82 пФ и C157 = 82 пФ.

Схема трансивера ICOM IC-756PROII. Схема включения ИМС IC151. Источник: Инструкции по эксплуатации трансиверов ICOM, IC-756PROII.

Характеристика ФНЧ имеет частоту среза по уровню -3 дБ 66 МГц, так что фильтр подавляет сигналы свойственные IC-756PRO. Если подобная идея будет применена к IC-746PRO, то значения компонентов следует поменять, чтобы иметь возможность пропустить сигналы с частотой 144 МГц. Но обнаружил, что трудно поверить в то, что ФНЧ, каким-то образом, влияет на продолжительность жизни и кончину ИМС µPC1678G.

АЧХ ФНЧ, который я обнаружил в трансиверах IC-756PRO и IC-756PROII.

Одной из причин применения ФНЧ в травнсиверах IC-756PRO может быть желание получить меньше грязи от ИМС µPC1678G, при подключении к ней напряжения питания.

Анализ

Схемотехника в трансивере IC-746PRO проще, чем в трансивере IC-756PROII, в первую очередь, потому, что в IC-746PRO напряжение питания не включается тогда, когда требуется IC151, т. е., во время передачи. Профессиональная аппаратура рассчитывается на работу, при которой 90% времени приходится на дежурный режим, 5% - приём и 5% - передача. Если эти правила применить к ИМС IC151 трансивера IC-746PRO, то 95% времени микросхема пашет в дежурном режиме и в режиме приёма и 5% - в режиме передачи, а вот в трансивере IC-756PROII микросхема неактивна и только 5% - работа на передачу. (Неубедительно! Ведь при подаче напряжения питания в режиме передачи на IC-151 все равно будет рассеиваться та же самая мощность и выключение питания в режиме приема несущественно повлияет на надежность микросхемы. Прим. СКР Team)

Мощность рассеивания, работающей в режиме приёма микросхемы, составляет 250 мВт, в режиме передачи - 330 мВт в соответствии с технической документацией (datasheet) на µPC1678G, инструкция по применению может быть найдена здесь. Эти два уровня мощности примерно равны, когда микросхема находится в активном состоянии 95% времени. Единственным способом охлаждения ИМС является охлаждение через её "заземляемые" выводы 2…4 и 6…7 и как подчеркнул Karel, OK1DNH, нет здесь печатных проводников и поверхностей, которые могли бы эффективно отводить тепло.

Сравнение рассеиваемой мощности при двух различных схемах топологиии : варианте с постоянно работающей микросхемой и с отключаемым напряжением питания 5 В.

К сожалению, мне не довелось заглянуть под крышку любого из IC-756PRO. Но Dietmar, VE3CG был так добр, что выслал мне несколько снимков IC-756.

При сравнении печатных плат IC-746PRO и IC-756, в последнем больше земляных дорожек и они шире, естественно, что они и обеспечат лучшее охлаждение и снова компания ICOM решила проигнорировать факт и не учла выводы и ничего не изменила в моделях трансиверов IC-756PRO.

Всё это указывает на тот факт, что перегрев микросхемы IC151 в IC-746PRO вышел в серию.

Выход из положения

На практике выход из создавшегося положения можно осуществить несколькими способами:

  1. Если передатчик у Вас ещё не сдох, то поставьте и припаяйте к выводу общего провода лепесток (плоскую пружину), который бы касался верха ИМС. После этого, проблем с микросхемой Вы не будете знать.
  2. Если передатчик, всё-таки, сдох, - замените IC151.
  3. Если передатчик, всё-таки, сдох, - замените IC151, поставьте и припаяйте к выводу общего провода лепесток (плоскую пружину), который бы касался верха ИМС.
  4. Если передатчик, всё-таки, сдох, - замените IC151, Смонтируйте дополнительную схему вокруг IC151 - как на выводе 8 в IC-756PROII, чтобы иметь возможность включать и выключать напряжение питания микросхемы. Я не склонен считать, что статическое электричество стало основной причиной выхода микросхемы из строя, но предлагаю, после замены ИМС, также, смонтируйте защитные от статики компоненты в трансивере.

Предложения по улучшению охлаждения микросхемы IC151.

 

Итак, я не применял ни одного из вышеприведённых решений. Но мой передатчик находится на пороге смерти, которая может произойти в любой момент и скоро. Мне придётся менять ИМС IC151. Альтернативное решение к четвёртому может быть: использовать T8V (видимо, стабилитрон с напряжением стабилизации 8 В, а может и ИМС-стабилизатор) и четыре диода впридачу (включаются последовательно и на переходе каждого падает 0,7 В), чтобы сбросить напряжение питания на выводе 8 ИМС до 8 - 4 х 0,7 = 5,2 В. Думаю, что это решение я и попробую первым. (Автор статьи не слишком хорошо изучил схему – на вывод 8 IC151 подается 5 вольт. Если уж на то пошло, то проще увеличить номинал резистора R157 до 47-100 Ом, тем более, что подобная рекомендация уже давно была предложена. Прим. СКР Team)

Считаю правильным решение, когда питание на микросхему IC151 в трансивере IC-756PROII подаётся только в режиме передачи. Но, возможно, компания ICOM решит по-другому, в зависимости от цены на IC-746PRO. Ничего не могу сказать о применении дополнительного LC-фильтра на выходе, но это уже наши проблемы.

Применение

VE7AZC

Herb, VE7AZC, сделал небольшой обруч (кольцо) из кусочка листовой меди.

VE3CG

Dietmar, VE3CG, приклеил радиатор, предназначенный для транзисторов к верхней части микросхемы IC151.

Взгляните на то, что предпринял Dietmar повнимательнее. Радиатор немного высоковат, но ничего, - он прекрасно вписывается в пространство между металлической крышкой и IC151. Хотя соединитель ATU Molex может немного помешать.

А что же предпринимает фирма ICOM ?

Наверное, кто-то скажет, что кто-кто, а уж фирма ICOM, наверняка, найдёт решение проблемы перегрева. Ну, они в какой-то мере позаботились об этом в трансиверах модели IC-756PRO, но, что касается IC746PRO, то всё осталось на прежнем уровне, - неизменным.

Встаёт вопрос: Для чего фирма ICOM ввела переключение напряжения 5 В для микросхемы µPC1678G? Это же усложняет устройство, требует применения большего количества радиокомпонентов и ведёт к уменьшению кпд аппарата. Фирма ICOM могла бы, коль необходимо, внедрить в схему фильтр нижних частот (ФНЧ), чтобы почистить сигнал, чтобы тот непосредственно не перегревал микросхему µPC1678G.

Bo Hansen, OZ2M, www.qsl.net/oz2m

Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ) Ua9laq@mail.ru
г. Тюмень январь, 2004 г

Еще раз о пропадании мощности передатчика ICOM IC-746PRO

На страницах СКР уже публиковалась статья на эту тему. В комментариях от СКР Team было написано следующее:

"Еще один способ, который не проверен, но не противоречит логике – подать питание на IC151 через стабилизатор, например LM317L с регулировкой выходного напряжения, а само питающее напряжение взять с точки T8V, где оно снимается в момент приема, а подается только во время передачи. Или же поставить стабилитрон на 4,3 - 4,7 вольт с ограничивающим резистором, запитав его из той же точки T8V."

В ноябре 2004 года, американский радиолюбитель K5LXP в своей статье, которую можно прочитать на http://www.qsl.net/k5lxp/projects/746Pro/746ProNoTX.html, реализовал описанное выше на практике. Читал ли он наши комментарии или нет - неважно, но его метод один в один повторяет саму идею и заслуживает внимания. Статья довольно большая, поэтому мы дадим в переводе только самые существенные моменты. Их не так много - на установке диодов 1SV252 или их эквивалентов BAT54SWT1OSCT-ND не будем долго задерживаться, поскольку это уже не раз упоминалось. Это дополнение аналогично рекомендациям от самой фирмы Icom, только в этом случае антипараллельное включение диодов производится ближе к антенне, в блоке Control Unit, перед LPF, а не после него.

На конструктивных особенностях корпусов SS08 и S08 микросхем uPG1678GVCT-ND тоже не стоит заострять особое внимание, это не играет особой роли, про установку теплоотводящих радиаторов на микросхему тоже написано предостаточно.

А вот на рекомендациях K5LXP по поводу установки дросселя и изменении коммутации IC151 остановимся более подробно. Рекомендуется установить небольшой дроссель 1mH с центрального провода разъема HRX на землю, в этом есть смысл, поскольку такой дроссель обеспечит гальваническое соединение с землей, которое есть в этой точке, но только через сопротивления аттенюатора. Дроссель устанавливается с нижней стороны платы. Также автор рекомендует заменить стоящий на входе микросхемы IC151 конденсатор C154 0,1uF на 0,01uF для снижения тока заряда/разряда через него, поскольку второй вывод этого конденсатора подключен к диодному коммутатору. В оригинале статьи стоит сокращение R&R, что обозначает Remove and Replace - удалить и заменить вышеупомянутый конденсатор.

И наконец самая существенная переделка, касающаяся изменения подачи питания на микросхему IC151, о чем мы уже упоминали в самом начале статьи. K5LXP совершенно правильно советует отключить напряжение +5 V, которое постоянно подается на IC151, а взамен этого подключить цепь питания микросхемы к точке T8V, где +8 V появляется только в момент передачи. Для этого необходимо отпаять резистор R157 и повторно припаять его на ближний вывод к IC151, но уже вертикально, таким образом обеспечив отключение от цепи +5V. На верхний вывод этого резистора припаивается анод маленького стабилитрона на 2,7 вольта, его катод припаивается к R156, на его ближний к IC151 вывод, таким образом запитка микросхемы IC151 будет только в момент передачи, что позволит облегчить тепловой режим микросхемы. Напряжение питания в этом случае будет:

8V - 2,7V = 5,3V, а с учетом падения на R157 около 4,7V, что совершенно нормально. Поскольку транзистор Q452 2SD1619 коммутатора T8V имеет максимальный ток коллектора 1 А, то нагрузка в 50 mA не повлияет на его тепловой режим.

Allen, AE0Z задал автору статьи совершенно резонный вопрос по поводу формы QSK CW сигнала после такой модификации. Была проведена проверка 746PRO с модификациями и без, каких-либо отличий в длительности фронтов не отмечено, в обоих случаях они получились около 12 mS, что вполне согласуется с коммутацией в IC-756PRO2, где сигнал T8V используется для коммутации той же самой микросхемы, только по питанию +5V .

Добавим от себя, что микросхема uPG1678 успешно заменялась на MAR-1, MAR-6, но при изменении цепи питания от коммутатора T8V, как это описывается выше, возможно применение MAR-8(MAR-8SM), в этом случае стабилитрон не нужен. Ее номинальное напряжение питания 7,8V, при питании +5V она работает плохо. Эти три микросхемы объединяет высокий коэффициент усиления - от 18,5 до 32,5 dB на частоте 100 МГц, остальные в этой же серии обладают меньшим усилением и их применение менее эффективно.

Разумеется, что при соответствующей коррекции схем, описанные доработки могут быть применены и к другим трансиверам, где используется злополучная микросхема uPG1678. В частности, для всех трансиверов серии IC-756, где питание на uPG1678 подается через транзисторный ключ, можно применить указанные выше микросхемы серии MAR. Только для MAR-8(MAR-8SM) нужно изменить схему питания цепи транзисторного ключа Q152(для IC-756PRO2) - эмиттер этого транзистора и подключенной к нему резистор R159 отрываются от цепи 5VL и эта точка подключается к цепи 8VL.

Есть рекомендации от самой фирмы Icom по доработке некоторых узлов передатчика:

1. Заменяются два винта MP34, крепящие плату драйвера - 8810003170 SCREW(A) 3X8 на винты 8810003370 SCREW(C) 3X8. (Добавим от себя, что применение теплопроводящей пасты, типа КПТ-8 или аналогичной, между радиатором и корпусом, еще никому не мешало, а даже наоборот).

2. Ток покоя выходного каскада уменьшается с 2,5A до 1,5А, согласно методике пункта 5.3 сервисного описания трансивера IC-746PRO.

3. Дроссель L2 (6200003260 NL322522T-101J) в выходном каскаде заменяется на дроссель (6200001830 NL322522T-100J)

4. Дроссель L6 (2040000490 EXC-ELDR25C) в выходном каскаде заменяется на дроссель (6140002220 LR-270)

5. Резисторы R41 и R42 в выходном каскаде, оба 4,7 Ом заменяются на аналогичные по размеру 6,8 Ом.

6. На плату CTRL добавляются два диода UM9957, включенные антипараллельно на землю с точки соединения верхнего по схеме контакта RL4 и входа фильтра C63, C64, C65 и L27.

7. На этой же плате резистор R154 2,2 кОм заменяется на 1 кОм.

8. Резистор R11 на плате драйвера удаляется.

Литература:
- Принципиальные схемы трансиверов ICOM IC-746, IC-746PRO, IC-756, IC-756PRO, IC-756PRO2, IC-756PRO3.

P.S. Если кому-то захочется позлорадствовать насчет выхода из строя микросхемы uPG1678 - дескать, вот он, ваш хваленый Icom, за что деньги плачены? На это можно дать простой ответ - да, проблема существует, вина Icom только в том, что был выбрана ненадежная микросхема производства NEC.

Но стоимость замены - пара долларов и все можно сделать в домашних условиях, при наличии минимального опыта в работе с SMD деталями. К счастью, выход из строя других узлов крайне редок, поэтому вполне можно примириться с однократным ремонтом. Случаев повторной "смерти" передачи после замены на MAR пока не было.

Евгений YL2KA рекомендует установку разрядника на входе приемника, отмечая, что после этого микросхемы уже не выходили из строя. К сожалению, тип разрядника не указан. Можно предположить, что это Р-46 или аналогичный, применявшийся в советских профессиональных радиоприемниках, вот его фото:

СКР Team (C) 2005

1

Enter your callsign to see if you have an eQSL waiting!

free counters
informer pr cy
Mobatime Systems - Системы единого времени, часы, часофикация
Анти-Бан Яндекса для сайта un8fe.jimdo.com
Сайт для харьковских радиолюбителей

RZ4HYL QSL Studio
Наш, радиолюбительский сайт!
Сервер радиолюбителей России - схемы, документация, соревнования, дипломы, программы, форумы и многое другое!
ur8mh
Персональный сайт радиолюбителя US5MSO
Персональная страничка 4Z5NY

mailonpix.ru