Як перевірити плату живлення smps

Для перевірки функціональних можливостей виробу та конструктивних параметрів схема живлення вимагає складних методів випробувань та електронного випробувального обладнання. Необхідно зібрати кращі знання про вимоги до тестування СМПС, щоб відповідати стандартам на продукцію. У цій статті ми дізнаємося, як протестувати схему SMPS, і поговоримо про деякі найосновніші тести SMPS та норми безпеки, яких потрібно дотримуватися, щоб легко та ефективно перевірити схему SMPS. Наступне обстеження дає вам уявлення про найосновніші архітектури джерел живлення та процес їх тестування.

Якщо ви інженер-розробник SMPS, ви також можете ознайомитися зі статтею про SMPS-поради щодо проектування друкованої плати та SMPS-методи зменшення EMI, обидві з яких ми обговорювали раніше.

Основи тестування ДЗПО - Необхідно пам’ятати

Схеми імпульсного живлення (SMPS) зазвичай перемикають постійний струм дуже високої напруги з автоматичним регулюванням робочого циклу, щоб регулювати вихідну потужність з високою ефективністю. Але це вводить проблеми безпеки, які можуть зашкодити пристрою, якщо не піклуватися про них.

Наведена схема показує лінійне джерело живлення, яке використовує зворотну топологію для перетворення постійного струму високої та низької напруги. Схема була зроблена для чіткого розуміння сторони високої та низької напруги. На стороні високої напруги ми маємо запобіжник як захисний пристрій, тоді напруга мережі випрямляється та фільтрується вхідними випрямними діодами D1, D2, D3, D4 та конденсатором С2, це означає, що рівень напруги між цими лініями може досягають більше 350 В або більше в даний момент часу. Інженери та техніки повинні бути дуже обережними, працюючи з такими потенційно небезпечними рівнями напруги.

Інша справа, з якою слід бути дуже обережним - це конденсатор фільтра С2, оскільки він тримає заряд протягом тривалого часу, навіть коли джерело живлення відключено від мережі. Перш ніж ми продовжимо будь-яке тестування схеми SMPS, цей конденсатор потрібно розрядити належним чином.

Комутаційний транзистор Т2 є основним комутаційним транзистором, а Т1 - допоміжним комутаційним транзистором. Оскільки головний комутаційний транзистор відповідає за привід основного трансформатора, він, швидше за все, дуже сильно нагрівається, і, оскільки він постачається з пакетом TO-220, існує ймовірність того, що на удареній раковині буде висока напруга. Оператор тесту повинен бути дуже обережним у цьому розділі. Одним з найважливіших параметрів, який слід взяти до відома, є секція трансформатора. У схемі це позначено як Т1, трансформатор Т1 спільно з оптроном OK1 забезпечує ізоляцію від первинної сторони. У тестовій ситуації, коли вторинна секція підключена до землі, а первинна секція плаває. Ситуація з підключенням контрольного приладу в первинній секції призведе до короткого замикання на землю, що може остаточно пошкодити тест-прилад. Крім цього, типовий перетворювач зворотного зв'язку потребує мінімального навантаження для нормальної роботи, інакше вихідна напруга не може регулюватися належним чином.

Тести джерела живлення

Джерела живлення використовуються в різних видах продукції. Як результат, продуктивність тесту повинна бути різною залежно від програми. Наприклад, тестове налаштування в проектній лабораторії проводиться для перевірки параметрів проектування. Для цих випробувань потрібно високоефективне випробувальне обладнання з належним контрольним середовищем. На відміну від цього, випробування джерела живлення у виробничих середовищах в основному фокусується на загальній функції на основі специфікацій, визначених на етапі проектування виробу.

Час відновлення завантаження:

Блок живлення постійної напруги має вбудований контур зворотного зв'язку, який постійно контролює та стабілізує вихідну напругу, відповідно змінюючи робочий цикл. Якщо затримка між ланцюгом зворотного зв'язку та управління наближається до критичного значення при його кросовері з коефіцієнтом посилення, джерело живлення стає нестабільним і починає коливатися. Ця затримка часу вимірюється як кутова різниця, і вона визначається як ступінь зсуву фази. У типовому блоці живлення це значення становить 180 градусів фазового зсуву між входом і виходом.

Тест регулювання навантаження:

Регулювання навантаження - це статичний параметр, в якому ми перевіряємо вихідну межу джерела живлення на різку зміну струму навантаження. У джерелі живлення з постійною напругою параметром тесту є постійний струм. При постійному струмовому живленні це постійна напруга. Випробувавши ці параметри, ми можемо визначити здатність джерела живлення протистояти швидким змінам навантаження.

Тест граничного струму:

У типовому струмообмеженому блоці живлення випробування проводять для того, щоб спостерігати обмежувальні сили струму джерела живлення з постійною напругою. Фактичне обмеження струму може бути фіксованим або змінюваним залежно від типу та вимог до джерела живлення.

Тест на пульсації та шум:

Як правило, якісний блок живлення або багато якісних джерел живлення якісного звуку перевіряються для вимірювання пульсацій на виході та шуму. Найпоширеніша назва цього тесту відома як PARD (Періодичне та випадкове відхилення). У цьому тесті ми вимірюємо періодичне та випадкове відхилення вихідної напруги на обмеженій смузі пропускання разом з іншими параметрами, такими як вхідна напруга, вхідний струм, частота перемикання та струм навантаження постійно. Простіше кажучи, ми можемо сказати, що за допомогою цього процесу ми вимірюємо сполучений змінний шум і пульсації на нижній стороні змінного струму після етапу випрямлення та фільтрації на виході.

Тест ефективності:

ККД джерела живлення являє собою просто співвідношення між його загальної вихідної потужності, розділеної на його повної вхідної потужності. Вихідна потужність постійного струму, де вхідна потужність змінного струму, тому нам потрібно отримати справжнє середньоквадратичне значення вхідної потужності, щоб досягти цього. Можна використовувати якісний ватметр з справжніми середньоквадратичними можливостями, провівши цей тест, тестер може зрозуміти загальні конструктивні параметри джерела живлення, якщо виміряний ККД не вистачає місця для обраної топології, тоді це явна ознака погано проблема із спроектованим джерелом живлення або несправними деталями.

Тест затримки запуску:

Затримка запуску джерела живлення - це вимірювання часу, необхідного для стабільного виходу джерела живлення. Для імпульсного джерела живлення цей час є дуже важливим для правильної послідовності вихідної напруги. Цей параметр також відіграє важливу роль у питанні живлення чутливого електронного обладнання та датчиків. Якщо неправильно обробляти цей параметр, це призводить до утворення шипів, які можуть зруйнувати комутаційні транзистори або навіть підключене вихідне навантаження. Цю проблему можна легко вирішити, додавши схему “плавного пуску” для обмеження початкового струму для комутаційного транзистора.

Відключення від перенапруги:

Зазвичай хороший блок живлення призначений для відключення, якщо вихідна напруга джерела живлення перевищує певний пороговий рівень, якщо ні, це може бути шкідливим для пристрою під навантаженням.

Типова установка тестування SMPS

Очистивши всі необхідні параметри, ми можемо нарешті перейти до тестування схеми SMPS, хороший стенд для тестування SMPS повинен мати загальнодоступне обладнання для тестування та безпеки, яке мінімізує проблеми безпеки.

Ізоляційний трансформатор:

Ізоляційний трансформатор призначений для електричної ізоляції первинної секції схеми SMPS. Ізольовані, ми можемо безпосередньо підключити будь-який ґрунтовий щуп, заперечуючи високовольтну сторону джерела живлення. Це виключає можливість короткого замикання безпосередньо на землю.

Автотрансформатор:

Автотрансформатор можна використовувати для повільного збільшення вхідної напруги схеми SMPS, роблячи це, контролюючи струм, може запобігти катастрофічному збою. У іншій ситуації його можна використовувати для імітації ситуацій низької та високої напруги, роблячи це, ми можемо моделювати ситуації, коли напруга мережі різко змінюється, це допоможе нам зрозуміти поведінку СМПС у цих умовах. Загалом універсальний номінальний блок живлення від 85 В до 240 В можна перевірити за допомогою автотрансформатора; ми можемо дуже легко перевірити вихідну характеристику схеми SMPS.

Цибулина серії:

Світлодіодна лампочка послідовно є гарною практикою, коли мова йде про тестування схеми SMPS, певна несправність компонента може призвести до вибуху MOSFET. Якщо ви думаєте про вибухаючий MOSFET, ви правильно прочитали! MOSFET дійсно вибухає в джерелах живлення з високим струмом. Отже, лампочка розжарювання послідовно може запобігти вибуху МОП-транзистора.

Електронне навантаження:

Для перевірки продуктивності будь-якої схеми SMPS необхідне навантаження, тоді як деякий потужний резистор - це, безсумнівно, простий спосіб перевірити певну навантажувальну здатність. Але практично неможливо перевірити секцію вихідного фільтра без різного навантаження, тому електронне навантаження стає необхідним, оскільки ми можемо легко виміряти вихідний шум при різних умовах навантаження, змінюючи навантаження лінійно.

Ви також можете створити власне регульоване електронне навантаження за допомогою Arduino, який можна використовувати для тестування SMPS з низькою потужністю. За допомогою електронного навантаження ми можемо легко виміряти продуктивність вихідного фільтра, і це необхідно, оскільки погано спроектований вихідний фільтр у певному стані навантаження може поєднувати гармоніку та шум на виході, що дуже погано для чутливих електроніка.

Випробування ДЗЗЗ за допомогою високовольтного диференціального зонда

Хоча вимірювання напруги можна легко зробити за допомогою ізоляційного трансформатора, але кращим способом є використання диференціального зонда для вимірювань високої напруги. Диференціальні щупи мають два входи і вимірюють різницю напруги між входами. Це робиться шляхом віднімання напруги на одному вході з іншого без будь-якого втручання з наземних рейок.

Ці типи зондів мають високий коефіцієнт відхилення загального режиму (CMRR), що покращує динамічний діапазон зонда. У загальній схемі SMPS первинні бічні комутатори мають дуже високу комутаційну напругу 340 В і відносно швидкий час переходу. Що у випадку, якщо генерує шум, у цих ситуаціях, якщо ми спробуємо виміряти вхідний сигнал у затворі MOSFET, ми будемо передавати високий рівень шуму, а не вхідний сигнал перемикання. Цю проблему можна легко усунути, використовуючи диференціальний зонд високої напруги з високим CMRR, який відхиляє перешкодні сигнали.

Висновок

Проектування та випробування слаборозвиненого джерела живлення може спричинити проблеми безпеки. Однак, як показано в статті, загальноприйнята практика та обладнання для випробувань, безумовно, можуть значно зменшити ризик.

Сподіваюся, вам сподобалась стаття і ви дізналися щось корисне. Якщо у вас виникли запитання, ви можете залишити їх у розділі коментарів нижче або використати наші форуми, щоб опублікувати інші технічні питання.