Как да тествате SMPS платка за захранване

За да се проверят функционалностите на продукта и проектните параметри, веригата за захранване изисква сложни методи за изпитване и електронно оборудване за изпитване. Необходимо е да се съберат по-добри знания относно изискванията за тестване на SMPS, за да се изпълнят продуктовите стандарти. В тази статия ще научим как да тестваме SMPS верига и ще говорим за някои от най- основните тестове за SMPS и нормите за безопасност, които трябва да се спазват, за да тествате SMPS верига лесно и ефективно. Следващият преглед ви дава представа за най-основните архитектури на захранването и техния процес на тестване.

Ако сте инженер SMPS Design, можете също да разгледате статията за SMPS PCB Design Tips и SMPS EMI Techniques Reduction, и двете, които обсъдихме по-рано.

Основи на тестването на SMPS - точки за запомняне

Веригите на захранващия режим (SMPS) обикновено превключват DC с много високо напрежение с автоматично регулируем работен цикъл, за да регулират изходната мощност с висока ефективност. Но това прави опасения за безопасността, които могат да навредят на устройството, ако не се полагат грижи за тях.

Горната схема показва захранване с линейно захранване, което използва обратната топология за преобразуване на DC напрежение с ниско напрежение. Схемата е направена, за да се разбере ясно високоволтовата и нисковолтовата страна. В страната с високо напрежение имаме предпазител като защитно устройство, след което мрежовото напрежение се коригира и филтрира от входящите изправителни диоди D1, D2, D3, D4 и кондензатор C2, това означава, че нивото на напрежение между тези линии може да достигнат повече от 350V или повече в даден момент от времето. Инженерите и техниците трябва да бъдат много внимателни, докато работят с тези потенциално смъртоносни нива на напрежение.

Друго нещо, с което трябва да бъдете много предпазливи, е филтърният кондензатор С2, тъй като задържа заряда дълго време, дори когато захранването е изключено от мрежата. Преди да пристъпим към някакво тестване на SMPS веригата, този кондензатор трябва да бъде разреден правилно.

Превключващият транзистор Т2 е основният превключващ транзистор, а Т1 е спомагателният превключващ транзистор. Тъй като главният превключващ транзистор е отговорен за задвижването на главния трансформатор, най-вероятно е да се нагрее много и тъй като идва с пакет TO-220, има вероятност ударената мивка да има високо напрежение върху него. Операторът на теста трябва да бъде особено внимателен в този раздел. Един от най-важните параметри, които трябва да вземете под внимание, е секцията на трансформатора. В схемата той е обозначен като Т1, трансформаторът Т1 съвместно с оптрона OK1 осигурява изолация от първичната страна. В ситуация на изпитване, когато вторичната секция е свързана със земя и основната част е плаваща. Ситуацията, свързваща тестовия инструмент в първичната секция, ще доведе до късо съединение към земята, което може да повреди трайно тестовия инструмент. Освен това, типичният преобразувател с обратна връзка се нуждае от минимално натоварване, за да работи правилно, в противен случай изходното напрежение не може да се регулира правилно.

Тестове за захранване

Захранванията се използват в различни продукти. В резултат на това ефективността на теста трябва да бъде различна в зависимост от приложението. Например тестовата настройка в лаборатория за проектиране се извършва за проверка на проектните параметри. Тези тестове изискват високопроизводително тестово оборудване с подходяща контролна среда. За разлика от това, тестването на захранването в производствена среда се фокусира основно върху цялостната функция въз основа на спецификациите, определени по време на фазата на проектиране на продукта.

Заредете преходно време за възстановяване:

Захранването с постоянно напрежение има вграден контур за обратна връзка, който непрекъснато следи и стабилизира изходното напрежение, като съответно променя работния цикъл. Ако закъснението между обратната връзка и контролната верига се приближи до критична стойност при нейния кросоувър с единично усилване, захранването става нестабилно и започва да трепти. Това времезакъснение се измерва като ъглова разлика и се определя като степен на фазово изместване. В типично захранване тази стойност е 180 градуса фазово изместване между входа и изхода.

Тест за регулиране на натоварването:

Регулирането на натоварването е статичен параметър, при който тестваме границата на изхода на захранването за внезапна промяна в тока на товара. При захранване с постоянно напрежение параметърът за изпитване е постоянният ток. Докато при постоянно токово захранване това е постоянното напрежение. Чрез тестване на тези параметри можем да определим способността на захранването да издържа на бързите промени в товара.

Тест за текуща граница:

При типично токово ограничено захранване тестът се извършва, за да се наблюдават текущите ограничителни възможности на захранването с постоянно напрежение. Действителната граница на тока може да бъде фиксирана или може да бъде променлива в зависимост от вида и изискванията на захранването.

Тест за пулсации и шум:

Типично качествено захранване или много висококачествени захранвания с аудио клас се тестват за измерване на пулсациите на изхода и шума. Най-често срещаното име на този тест е известно като PARD (периодично и случайно отклонение). В този тест ние измерваме периодичното и произволно отклонение на изходното напрежение при ограничена честотна лента заедно с други параметри като входно напрежение, входен ток, честота на превключване и ток на натоварване постоянно. С по-прости думи, можем да кажем, че с помощта на този процес измерваме свързания отдолу променлив ток шум и пулсации след етапа на коригиране и филтриране на изхода.

Тест за ефективност:

На ефективността на захранване е просто съотношението между общата мощност, разделена на общата мощност. Изходната мощност е DC, където входната мощност е AC, така че трябва да получим истинска RMS стойност на входната мощност, за да постигнем това. Може да се използва доброкачествен ватметър с истински RMS възможности, като направи този тест, тестерът може да разбере общите проектни параметри на захранването, ако измерената ефективност е извън мястото за избрана топология, тогава това е ясна индикация за лошо проблем с проектирано захранване или дефектни части.

Тест за забавяне при стартиране:

Закъснението при стартиране на захранването е измерването на времето, необходимо за постигане на стабилна мощност на захранването. За импулсно захранване това време е много важно за правилното последователност на изходното напрежение. Този параметър също играе важна роля, когато става въпрос за захранване на чувствително електронно оборудване и сензори. Ако този параметър не се обработва правилно, това води до образуване на шипове, които могат да разрушат превключващите транзистори или дори свързаното изходно натоварване. Този проблем може лесно да бъде решен чрез добавяне на схема за „плавен старт“, за да се ограничи началният ток за превключващия транзистор.

Изключване на пренапрежение:

Обикновено доброто захранване е проектирано да се изключи, ако изходното напрежение на захранването надвиши определено прагово ниво, ако не, това може да бъде вредно за устройството при натоварване.

Типична настройка за тестване на SMPS

След като всички необходими параметри са изчистени, най-накрая можем да преминем към тестване на SMPS веригата, добрият SMPS тестови стенд трябва да разполага с общодостъпно оборудване за тестване и безопасност, което свежда до минимум опасенията за безопасност.

Изолационният трансформатор:

Изолационният трансформатор е там, за да изолира електрически първичната секция на SMPS веригата. Когато сме изолирани, можем директно да прикрепим всяка сонда за заземяване, отричайки страната с високо напрежение на захранването. Това елиминира възможността за късо съединение директно към земята.

Автоматичният трансформатор:

Автотрансформаторът може да се използва за бавно увеличаване на входното напрежение на SMPS верига, като това, докато мониторингът на тока може да предотврати катастрофална повреда. В различна ситуация може да се използва за симулиране на ситуации с ниско и високо напрежение, като по този начин можем да симулираме ситуации, при които напрежението на линията рязко се променя, това ще ни помогне да разберем поведението на SMPS в тези условия. Като цяло универсално номинално захранване варира от 85V до 240V може да бъде тествано с помощта на автотрансформатор, ние можем да тестваме много лесно изходната характеристика на SMPS верига.

Крушка от серията:

Една крушка в серия е добра практика, когато става въпрос за тестване на SMPS верига, известен отказ на компонент може да доведе до експлозия на MOSFET. Ако мислите за взривяващ се MOSFET, добре сте прочели! MOSFET експлодира при силни токови захранвания. И така, една крушка с нажежаема жичка последователно може да попречи на MOSFET да бъде взривен.

Електронният товар:

За да се тества ефективността на всяка SMPS верига, е необходимо натоварване, докато някои мощни резистори със сигурност са най-лесният начин да се тества определена товароносимост. Но е почти невъзможно да се тества секцията на изходния филтър без променливо натоварване, поради което става необходимо електронно натоварване, тъй като можем лесно да измерваме изходния шум при различни условия на натоварване, като променяме натоварването линейно.

Можете също така да създадете свой собствен регулируем електронен товар, като използвате Arduino, който може да се използва за тестване на SMPS с ниска мощност. С помощта на електронен товар можем лесно да измерим производителността на изходния филтър и това е необходимо, тъй като лошо проектираният изходен филтър, в определено състояние на натоварване, може да свърже хармоника и шум на изхода, което е много лошо за чувствителните електроника.

Тестване на SMPS с диференциална сонда за високо напрежение

Докато измерването на напрежението може да се направи лесно с помощта на изолационен трансформатор, но по-добрият начин е да се използва диференциална сонда за измерване на високо напрежение. Диференциалните сонди имат два входа и измерват разликата в напрежението между входовете. Това се прави чрез изваждане на напрежението на единия вход от другия, без никаква намеса от земните релси.

Този тип сонди имат високо съотношение на отхвърляне на общ режим (CMRR), което подобрява динамичния обхват на сондата. В обща SMPS верига, първичните странични превключватели с много високо превключващо напрежение от 340V и относително бързо време на преход. Което в случай, че генерира шум, в тези ситуации, ако се опитаме да измерим входния сигнал в портата на MOSFET, ще подадем висок шум, а не входен превключващ сигнал. Този проблем може лесно да бъде отстранен чрез използване на диференциална сонда с високо напрежение с висока CMRR, която отхвърля смущаващите сигнали.

Заключение

Проектирането и тестването на слабо развито захранване може да създаде опасения за безопасността. Както е показано в статията, обаче, обичайната практика и оборудването за изпитване със сигурност могат значително да намалят риска.

Надявам се, че статията ви е харесала и сте научили нещо полезно. Ако имате някакви въпроси, можете да ги оставите в раздела за коментари по-долу или да използвате нашите форуми, за да публикувате други технически въпроси.