Cum se testează o placă de alimentare SMPS

Pentru a verifica funcționalitățile produsului și parametrii de proiectare, un circuit de alimentare necesită metode sofisticate de testare și echipamente electronice de testare. Este necesar să adunați cunoștințe mai bune despre cerințele de testare SMPS pentru a îndeplini standardele produsului. În acest articol, vom învăța cum să testăm circuitul SMPS și vom vorbi despre unele dintre cele mai de bază teste pentru SMPS și normele de siguranță care trebuie respectate pentru a testa un circuit SMPS ușor și eficient. Următoarea examinare vă oferă o idee despre cele mai de bază arhitecturi de alimentare cu energie și procesul de testare a acestora.

Dacă sunteți un inginer de proiectare SMPS, puteți consulta și articolul despre sfaturi de proiectare PCB SMPS și tehnici de reducere SMI EMI, despre care am discutat mai devreme.

Bazele testării SMPS - Puncte de reținut

Circuitele surselor de alimentare în modul comutat (SMPS) comută în mod normal DC de înaltă tensiune cu un ciclu de funcționare reglabil automat, pentru a regla puterea de ieșire cu eficiență ridicată. Însă acest lucru introduce probleme de siguranță care pot fi dăunătoare dispozitivului dacă nu sunt îngrijite.

Schema de mai sus arată o sursă de alimentare alimentată de linie care utilizează topologia flyback pentru a converti DC de înaltă tensiune în DC de joasă tensiune. Schema a fost făcută pentru a înțelege clar partea de înaltă tensiune și partea de joasă tensiune. În partea de înaltă tensiune, avem o siguranță ca dispozitiv de protecție, apoi tensiunea de rețea este rectificată și filtrată de diodele redresoare de intrare D1, D2, D3, D4 și condensatorul C2, ceea ce înseamnă că nivelul de tensiune dintre aceste linii poate fi atingeți mai mult de 350V sau mai mult într-un moment dat. Inginerii și tehnicienii ar trebui să fie foarte atenți în timp ce lucrează cu aceste niveluri de tensiune potențial letale.

Un alt lucru de care trebuie să fii foarte precaut este condensatorul de filtrare C2, deoarece menține încărcarea mult timp, chiar și atunci când sursa de alimentare este deconectată de la rețea. Înainte de a continua cu orice testare a circuitului SMPS, acest condensator trebuie descărcat corespunzător.

Tranzistorul de comutare T2 este tranzistorul principal de comutare, iar T1 este tranzistorul de comutare auxiliar. Deoarece tranzistorul principal de comutare este responsabil pentru conducerea transformatorului principal, este foarte probabil să se încălzească foarte mult și, deoarece vine cu un pachet TO-220, există șansa ca chiuveta lovită să aibă tensiune ridicată. Operatorul de testare trebuie să fie foarte atent în această secțiune. Unul dintre cei mai importanți parametri care trebuie luați în considerare este secțiunea transformatorului. În schemă, este notat ca T1, transformatorul T1 împreună cu optocuplatorul OK1 oferă izolare de partea primară. Într-o situație de test în care secțiunea secundară este conectată la pământ și secțiunea primară este plutitoare. Situația de conectare a unui instrument de testare în secțiunea primară va provoca un scurtcircuit la sol, care poate deteriora permanent instrumentul de testare. În afară de asta, un convertor tipic flyback are nevoie de o sarcină minimă pentru a funcționa corect, altfel tensiunea de ieșire nu poate fi reglată corect.

Teste de alimentare

Sursele de alimentare sunt utilizate într-o varietate de produse. Ca rezultat, performanța testului trebuie să fie diferită în funcție de aplicație. De exemplu, configurarea testului într-un laborator de proiectare se face pentru a verifica parametrii de proiectare. Aceste teste necesită echipamente de testare performante, cu un mediu de control adecvat. În schimb, testarea sursei de alimentare în mediile de producție se concentrează în principal pe funcția generală pe baza specificațiilor determinate în faza de proiectare a produsului.

Timp de recuperare tranzitorie:

Sursa de alimentare cu tensiune constantă are o buclă de feedback încorporată care monitorizează și stabilizează continuu tensiunea de ieșire prin schimbarea ciclului de funcționare în consecință. Dacă întârzierea dintre circuitul de feedback și control se apropie de o valoare critică la încrucișarea sa de câștig de unitate, sursa de alimentare devine instabilă și începe să oscileze. Această întârziere este măsurată ca o diferență unghiulară și este definită ca gradul de schimbare de fază. Într-o sursă de alimentare tipică, această valoare este de 180 de grade de defazare între intrare și ieșire.

Test de reglare a sarcinii:

Reglarea sarcinii este un parametru static în care testăm limita de ieșire a sursei de alimentare pentru o modificare bruscă a curentului de sarcină. Într-o sursă de tensiune constantă, parametrul de testare este curentul constant. În timp ce este alimentat cu curent constant, este tensiunea constantă. Testând acești parametri, putem determina capacitatea sursei de alimentare de a rezista schimbărilor rapide ale sarcinii.

Test de limită de curent:

Într-o sursă de alimentare cu curent tipic limitată, testul este efectuat pentru a observa capacitățile de limitare a curentului unei surse de alimentare cu tensiune constantă. Limita reală de curent poate fi fixată sau poate fi variabilă în funcție de tipul și cerințele sursei de alimentare.

Test pentru zgomot și zgomot:

O sursă de alimentare de obicei de bună calitate sau multe surse de alimentare de calitate audio de înaltă calitate sunt testate pentru a măsura valurile și zgomotul de ieșire. Cel mai comun nume al acestui test este cunoscut sub numele de PARD (Deviație periodică și aleatorie). În acest test, măsurăm abaterea periodică și aleatorie a tensiunii de ieșire pe o lățime de bandă limitată, împreună cu alți parametri, cum ar fi tensiunea de intrare, curentul de intrare, frecvența de comutare și curentul de încărcare în mod constant. În termeni mai simpli, putem spune, cu ajutorul acestui proces, că măsurăm zgomotul și ondularea cuplate sub curent alternativ după etapa de rectificare și filtrare a ieșirii.

Test de eficiență:

Eficiența unei surse de alimentare este pur și simplu raportul dintre puterea de ieșire totală împărțită la puterea totală de intrare. Puterea de ieșire este de curent continuu, unde puterea de intrare este de curent alternativ, deci trebuie să obținem o valoare RMS adevărată a puterii de intrare pentru a realiza acest lucru. Poate fi utilizat un wattmetru de bună calitate, cu adevărate capacități RMS, prin efectuarea acestui test, testerul poate înțelege parametrii de proiectare generali ai unei surse de alimentare dacă eficiența măsurată este în afara spațiului pentru o topologie aleasă, atunci este o indicație clară a unui nivel slab sursa de alimentare proiectată sau probleme cu piesele defecte.

Test de întârziere la pornire:

Întârzierea la pornire a unei surse de alimentare este măsurarea timpului necesar pentru ca ieșirea sursei de alimentare să fie stabilă. Pentru o sursă de alimentare de comutare, acest timp este foarte crucial pentru secvențierea corectă a tensiunii de ieșire. Acest parametru joacă, de asemenea, un rol important atunci când vine vorba de alimentarea echipamentelor și senzorilor electronici sensibili. Dacă acest parametru nu este manipulat corespunzător, acesta duce la formarea de vârfuri care pot distruge tranzistoarele de comutare sau chiar sarcina de ieșire conectată. Această problemă poate fi ușor rezolvată prin adăugarea unui circuit de „pornire soft” pentru a limita curentul inițial pentru tranzistorul de comutare.

Oprire de supratensiune:

O sursă de alimentare de obicei bună este concepută pentru a se opri dacă tensiunea de ieșire a sursei de alimentare depășește un anumit nivel de prag, dacă nu, acest lucru poate fi dăunător dispozitivului aflat în sarcină.

Configurare tipică de testare SMPS

Cu toți parametrii necesari șterse, putem trece în cele din urmă la testarea circuitului SMPS, un banc de testare SMPS bun ar trebui să dispună de echipamente de testare și siguranță disponibile în mod obișnuit, care să minimizeze problemele de siguranță.

Transformatorul de izolare:

Transformatorul de izolare este acolo pentru a izola electric secțiunea primară a circuitului SMPS. Când suntem izolați, putem atașa direct orice sondă de masă, negând partea de înaltă tensiune a sursei de alimentare. Aceasta elimină posibilitatea unui scurtcircuit direct la sol.

Transformatorul automat:

Autotransformatorul poate fi utilizat pentru a crește încet tensiunea de intrare a unui circuit SMPS, făcând acest lucru în timp ce monitorizarea curentului poate preveni o defecțiune catastrofală. Într-o situație diferită, acesta poate fi utilizat pentru a simula situații de joasă tensiune și de înaltă tensiune, astfel încât să putem simula situații în care tensiunea de linie se schimbă brusc, acest lucru ne va ajuta să înțelegem comportamentul SMPS în aceste condiții. În general, o sursă de alimentare nominală universală variază de la 85V la 240V poate fi testată cu ajutorul unui autotransformator, putem testa foarte ușor caracteristica de ieșire a unui circuit SMPS.

Becul Seriei:

Un bec în serie este o bună practică atunci când vine vorba de testarea unui circuit SMPS, o anumită defecțiune a unei componente poate duce la explozia MOSFET-urilor. Dacă vă gândiți la un MOSFET care explodează, ați citit bine! MOSFET explodează în surse de alimentare cu curent mare. Deci, un bec cu incandescență în serie poate împiedica aruncarea unui MOSFET.

Sarcina electronică:

Pentru a testa performanța oricărui circuit SMPS, este necesară o sarcină, în timp ce un rezistor de mare putere este cu siguranță modul ușor de a testa o anumită capacitate de încărcare. Dar este aproape imposibil să testați secțiunea filtrului de ieșire fără o sarcină variabilă, de aceea devine necesară o sarcină electronică, deoarece putem măsura cu ușurință zgomotul de ieșire la diferite condiții de sarcină, variind sarcina liniar.

De asemenea, vă puteți construi propria încărcare electronică reglabilă folosind Arduino, care poate fi utilizat pentru testarea SMPS de mică putere. Cu ajutorul unei sarcini electronice, putem măsura cu ușurință performanța filtrului de ieșire și este necesar, deoarece un filtru de ieșire prost conceput, într-o anumită stare de încărcare, poate cupla armonica și zgomotul la ieșire, ceea ce este foarte rău pentru persoanele sensibile Electronică.

Testarea SMPS cu o sondă diferențială de înaltă tensiune

În timp ce măsurarea tensiunii se poate face cu ușurință cu ajutorul unui transformator de izolare, dar o modalitate mai bună este utilizarea unei sonde diferențiale pentru măsurători de înaltă tensiune. Sondele diferențiale au două intrări și măsoară diferența de tensiune între intrări. Face acest lucru scăzând tensiunea la o intrare de la cealaltă, fără nicio intervenție de la șinele de la sol.

Aceste tipuri de sonde au un raport comun de respingere în mod comun (CMRR), care îmbunătățește intervalul dinamic al sondei. Într-un circuit SMPS generic, comutatoarele laterale primare cu o tensiune de comutare foarte mare de 340V și un timp de tranziție relativ rapid. Ceea ce, în cazul în care generează zgomot, în aceste situații, dacă încercăm să măsurăm semnalul de intrare în poarta MOSFET, vom purta zgomot mare mai degrabă decât un semnal de comutare de intrare. Această problemă poate fi ușor eliminată prin utilizarea unei sonde diferențiale de înaltă tensiune cu CMRR ridicat care respinge semnalele interferente.

Concluzie

Proiectarea și testarea unei surse de alimentare subdezvoltate pot prezenta probleme de siguranță. Cu toate acestea, după cum se arată în articol, practica obișnuită și echipamentele de testare pot reduce cu siguranță riscul.

Sper că ți-a plăcut articolul și ai învățat ceva util. Dacă aveți întrebări, le puteți lăsa în secțiunea de comentarii de mai jos sau puteți folosi forumurile noastre pentru a posta alte întrebări tehnice.