Πώς να δοκιμάσετε μια πλακέτα τροφοδοσίας smps

Για την επαλήθευση των λειτουργιών του προϊόντος και των παραμέτρων σχεδιασμού, ένα κύκλωμα τροφοδοσίας απαιτεί προηγμένες μεθόδους δοκιμών και ηλεκτρονικό εξοπλισμό δοκιμών. Είναι απαραίτητο να συγκεντρωθούν καλύτερες γνώσεις σχετικά με τις απαιτήσεις δοκιμών SMPS για την εκπλήρωση των προτύπων προϊόντων. Σε αυτό το άρθρο, θα μάθουμε πώς να δοκιμάζουμε το κύκλωμα SMPS και να μιλάμε για μερικές από τις πιο βασικές δοκιμές για SMPS και τους κανόνες ασφαλείας που πρέπει να ακολουθούνται για να δοκιμάσουμε ένα κύκλωμα SMPS εύκολα και αποτελεσματικά. Η ακόλουθη εξέταση σάς δίνει μια ιδέα για τις πιο βασικές αρχιτεκτονικές τροφοδοσίας και τη διαδικασία δοκιμής τους.

Εάν είστε μηχανικός σχεδίασης SMPS, μπορείτε επίσης να δείτε το άρθρο σχετικά με τις συμβουλές σχεδιασμού SMPS PCB και τις τεχνικές μείωσης SMPS EMI, τις οποίες συζητήσαμε νωρίτερα.

Βασικά στοιχεία του SMPS Testing - Σημεία που πρέπει να θυμάστε

Τα κυκλώματα τροφοδοσίας με διακόπτη (SMPS) αλλάζουν κανονικά πολύ υψηλής τάσης DC με έναν αυτόματο ρυθμιζόμενο κύκλο λειτουργίας, προκειμένου να ρυθμιστεί η ισχύς εξόδου με υψηλή απόδοση. Ωστόσο, αυτό δημιουργεί ανησυχίες για την ασφάλεια που μπορεί να είναι επιβλαβείς για τη συσκευή, εάν δεν τηρούνται.

Το παραπάνω σχήμα δείχνει μια τροφοδοτούμενη με ρεύμα γραμμή που χρησιμοποιεί την τοπολογία flyback για τη μετατροπή DC υψηλής τάσης σε DC χαμηλής τάσης. Το σχηματικό σχεδιάστηκε για να κατανοήσει καθαρά την πλευρά υψηλής τάσης και την πλευρά χαμηλής τάσης. Στην πλευρά υψηλής τάσης, έχουμε μια ασφάλεια ως συσκευή προστασίας, τότε η τάση δικτύου διορθώνεται και φιλτράρεται από τις διόδους ανορθωτή εισόδου D1, D2, D3, D4 και τον πυκνωτή C2, αυτό σημαίνει ότι το επίπεδο τάσης μεταξύ αυτών των γραμμών μπορεί φτάσετε περισσότερο από 350V ή περισσότερο σε μια δεδομένη χρονική στιγμή. Οι μηχανικοί και οι τεχνικοί πρέπει να είναι πολύ προσεκτικοί ενώ εργάζονται με αυτά τα δυνητικά θανατηφόρα επίπεδα τάσης.

Ένα άλλο πράγμα που πρέπει να είμαστε πολύ προσεκτικοί είναι ο πυκνωτής φίλτρου C2, καθώς διατηρεί τη φόρτιση για μεγάλο χρονικό διάστημα, ακόμη και όταν η παροχή ρεύματος αποσυνδέεται από το δίκτυο. Πριν προχωρήσουμε σε οποιαδήποτε δοκιμή του κυκλώματος SMPS, αυτός ο πυκνωτής πρέπει να αποφορτιστεί σωστά.

Το τρανζίστορ μεταγωγής Τ2 είναι το κύριο τρανζίστορ μεταγωγής και το Τ1 είναι το βοηθητικό τρανζίστορ μεταγωγής. Επειδή το κύριο τρανζίστορ μεταγωγής είναι υπεύθυνο για την οδήγηση του κύριου μετασχηματιστή, είναι πολύ πιθανό να ζεσταθεί πολύ, και καθώς συνοδεύεται από ένα πακέτο TO-220 υπάρχει πιθανότητα το νεροχύτη να έχει υψηλή τάση σε αυτό. Ο τελεστής δοκιμής πρέπει να είναι πολύ προσεκτικός σε αυτήν την ενότητα. Μία από τις πιο σημαντικές παραμέτρους που πρέπει να λάβετε υπόψη είναι η ενότητα μετασχηματιστή. Στο σχηματικό, δηλώνεται ως Τ1, ο μετασχηματιστής Τ1 σε συνδυασμό με τον οπτικό ζεύκτη ΟΚ1 παρέχει απομόνωση από την πρωτεύουσα πλευρά. Σε μια δοκιμαστική κατάσταση όπου το δευτερεύον τμήμα είναι συνδεδεμένο με γήινο έδαφος και το πρωτεύον τμήμα επιπλέει. Η κατάσταση που συνδέει ένα όργανο δοκιμής στο πρωτεύον τμήμα θα προκαλέσει βραχυκύκλωμα στη γείωση, το οποίο μπορεί να καταστρέψει μόνιμα το όργανο δοκιμής. Εκτός από αυτό, ένας τυπικός μετατροπέας flyback χρειάζεται ένα ελάχιστο φορτίο για να λειτουργεί σωστά, διαφορετικά η τάση εξόδου δεν μπορεί να ρυθμιστεί σωστά.

Δοκιμές τροφοδοσίας

Τα τροφοδοτικά χρησιμοποιούνται σε μια ποικιλία προϊόντων. Ως αποτέλεσμα, η απόδοση της δοκιμής πρέπει να διαφέρει ανάλογα με την εφαρμογή. Για παράδειγμα, η δοκιμαστική εγκατάσταση σε ένα εργαστήριο σχεδιασμού γίνεται για την επαλήθευση των παραμέτρων σχεδίασης. Αυτές οι δοκιμές απαιτούν εξοπλισμό δοκιμών υψηλής απόδοσης με κατάλληλο περιβάλλον ελέγχου. Αντίθετα, οι δοκιμές τροφοδοσίας σε περιβάλλοντα παραγωγής επικεντρώνονται κυρίως στη συνολική λειτουργία με βάση τις προδιαγραφές που καθορίζονται κατά τη φάση σχεδιασμού του προϊόντος.

Φόρτωση παροδικού χρόνου ανάκτησης:

Η τροφοδοσία σταθερής τάσης έχει έναν ενσωματωμένο βρόχο ανάδρασης που παρακολουθεί συνεχώς και σταθεροποιεί την τάση εξόδου αλλάζοντας ανάλογα τον κύκλο λειτουργίας. Εάν η καθυστέρηση μεταξύ του κυκλώματος ανάδρασης και ελέγχου πλησιάζει μια κρίσιμη τιμή στο crossover κέρδους ενότητας, η παροχή ρεύματος γίνεται ασταθής και αρχίζει να ταλαντεύεται. Αυτή η χρονική καθυστέρηση μετράται ως γωνιακή διαφορά και ορίζεται ως ο βαθμός μετατόπισης φάσης. Σε μια τυπική παροχή ισχύος, αυτή η τιμή είναι 180 μοίρες μετατόπισης φάσης μεταξύ της εισόδου και της εξόδου.

Δοκιμή ρύθμισης φορτίου:

Η ρύθμιση φορτίου είναι μια στατική παράμετρος στην οποία ελέγχουμε το όριο εξόδου της τροφοδοσίας για μια ξαφνική αλλαγή στο ρεύμα φορτίου. Σε τροφοδοσία σταθερής τάσης, η παράμετρος δοκιμής είναι το σταθερό ρεύμα. Ενώ βρίσκεται σε συνεχή παροχή ρεύματος είναι η σταθερή τάση. Δοκιμάζοντας αυτές τις παραμέτρους, μπορούμε να προσδιορίσουμε την ικανότητα του τροφοδοτικού να αντέχει στις γρήγορες αλλαγές στο φορτίο.

Τρέχουσα δοκιμή ορίου:

Σε ένα τυπικό ρεύμα περιορισμένης τροφοδοσίας, η δοκιμή εκτελείται για να παρατηρήσει τις τρέχουσες περιοριστικές δυνατότητες μιας τροφοδοσίας σταθερής τάσης. Το πραγματικό τρέχον όριο μπορεί να καθοριστεί ή μπορεί να είναι μεταβλητό ανάλογα με τον τύπο και την απαίτηση του τροφοδοτικού.

Δοκιμή για κυματισμό και θόρυβο:

Ένα τυπικά τροφοδοτικό καλής ποιότητας ή πολλά υψηλής ποιότητας τροφοδοτικά υψηλής ποιότητας δοκιμάζονται για τη μέτρηση του κυματισμού και του θορύβου εξόδου τους. Το πιο κοινό όνομα αυτού του τεστ είναι γνωστό ως PARD (Περιοδική και Τυχαία Απόκλιση). Σε αυτήν τη δοκιμή, μετράμε την περιοδική και τυχαία απόκλιση της τάσης εξόδου σε περιορισμένο εύρος ζώνης μαζί με άλλες παραμέτρους όπως τάση εισόδου, ρεύμα εισόδου, συχνότητα μεταγωγής και συνεχές φορτίο συνεχώς. Με απλούστερους όρους, μπορούμε να πούμε με τη βοήθεια αυτής της διαδικασίας, μετρούμε τον θόρυβο και τον κυματισμό κάτω από το εναλλασσόμενο ρεύμα μετά το στάδιο διόρθωσης και φιλτραρίσματος εξόδου.

Δοκιμή αποτελεσματικότητας:

Η αποδοτικότητα ενός τροφοδοτικού είναι απλώς η αναλογία μεταξύ της συνολικής ισχύος εξόδου δια της συνολικής ισχύος εισόδου. Η ισχύς εξόδου είναι DC όπου η ισχύς εισόδου είναι AC, οπότε πρέπει να αποκτήσουμε μια πραγματική τιμή RMS της ισχύος εισόδου για να το επιτύχουμε. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα βολτόμετρο καλής ποιότητας με πραγματικές δυνατότητες RMS, κάνοντας αυτήν τη δοκιμή, ο δοκιμαστής μπορεί να κατανοήσει τις συνολικές παραμέτρους σχεδίασης ενός τροφοδοτικού εάν η μετρούμενη απόδοση είναι εκτός χώρου για μια επιλεγμένη τοπολογία, τότε είναι μια σαφής ένδειξη για μια κακή σχεδιασμένο τροφοδοτικό ή ελαττωματικά εξαρτήματα.

Δοκιμή καθυστέρησης εκκίνησης:

Η καθυστέρηση εκκίνησης ενός τροφοδοτικού είναι η μέτρηση του χρόνου που απαιτείται για να σταθεροποιηθεί η έξοδος του τροφοδοτικού. Για τροφοδοσία εναλλαγής, αυτή τη φορά είναι πολύ σημαντική για τη σωστή αλληλουχία της τάσης εξόδου. Αυτή η παράμετρος παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στην τροφοδοσία ευαίσθητου ηλεκτρονικού εξοπλισμού και αισθητήρων. Εάν αυτή η παράμετρος δεν αντιμετωπιστεί σωστά, οδηγεί στο σχηματισμό αιχμών που μπορούν να καταστρέψουν τα τρανζίστορ μεταγωγής ή ακόμα και το συνδεδεμένο φορτίο εξόδου. Αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί εύκολα προσθέτοντας ένα κύκλωμα «soft start» για τον περιορισμό του αρχικού ρεύματος για το τρανζίστορ μεταγωγής.

Τερματισμός υπέρτασης:

Ένα τυπικά καλό τροφοδοτικό έχει σχεδιαστεί για να κλείνει εάν η τάση εξόδου του τροφοδοτικού υπερβαίνει ένα ορισμένο επίπεδο κατωφλίου, εάν όχι, αυτό μπορεί να είναι επιβλαβές για τη συσκευή που φορτώνεται.

Τυπική ρύθμιση δοκιμών SMPS

Με την εκκαθάριση όλων των απαιτούμενων παραμέτρων, μπορούμε τελικά να προχωρήσουμε στη δοκιμή του κυκλώματος SMPS, ένας καλός πάγκος δοκιμών SMPS θα πρέπει να διαθέτει κοινώς διαθέσιμο εξοπλισμό δοκιμών και ασφάλειας που ελαχιστοποιεί τα προβλήματα ασφάλειας.

Ο μετασχηματιστής απομόνωσης:

Ο μετασχηματιστής απομόνωσης υπάρχει για να απομονώσει ηλεκτρικά το πρωτεύον τμήμα του κυκλώματος SMPS. Όταν απομονωθεί, μπορούμε να συνδέσουμε άμεσα οποιονδήποτε αισθητήρα γείωσης, αναιρώντας την πλευρά υψηλής τάσης του τροφοδοτικού. Αυτό εξαλείφει την πιθανότητα βραχυκυκλώματος απευθείας στο έδαφος.

Ο Αυτόματος Μετασχηματιστής:

Ο αυτομετασχηματιστής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αργή αύξηση της τάσης εισόδου ενός κυκλώματος SMPS, κάνοντας έτσι την παρακολούθηση του ρεύματος μπορεί να αποτρέψει μια καταστροφική αποτυχία. Σε μια διαφορετική κατάσταση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση καταστάσεων χαμηλής τάσης και υψηλής τάσης, κάνοντας έτσι μπορούμε να προσομοιώσουμε καταστάσεις όπου η τάση γραμμής αλλάζει απότομα, αυτό θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τη συμπεριφορά του SMPS σε αυτές τις συνθήκες. Σε γενικές γραμμές, μια γενική ονομαστική τροφοδοσία κυμαίνεται από 85V έως 240V μπορεί να δοκιμαστεί με τη βοήθεια ενός αυτομετασχηματιστή, μπορούμε να ελέγξουμε το χαρακτηριστικό εξόδου ενός κυκλώματος SMPS πολύ εύκολα.

Ο λαμπτήρας της σειράς:

Ένας λαμπτήρας σε σειρά είναι μια καλή πρακτική όταν πρόκειται για έλεγχο ενός κυκλώματος SMPS, μια συγκεκριμένη αστοχία ενός εξαρτήματος μπορεί να οδηγήσει σε έκρηξη MOSFET. Εάν σκέφτεστε να εκραγεί το MOSFET, το διαβάζετε σωστά! Το MOSFET εκρήγνυται σε τροφοδοτικά υψηλής τάσης. Έτσι, ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως σε σειρά μπορεί να αποτρέψει την έκρηξη ενός MOSFET.

Το ηλεκτρονικό φορτίο:

Για να ελέγξετε την απόδοση οποιουδήποτε κυκλώματος SMPS, απαιτείται φορτίο, ενώ κάποια αντίσταση υψηλής ισχύος είναι σίγουρα ο εύκολος τρόπος δοκιμής συγκεκριμένης χωρητικότητας φορτίου. Αλλά είναι σχεδόν αδύνατο να δοκιμάσετε την ενότητα φίλτρου εξόδου χωρίς διαφορετικό φορτίο, γι 'αυτό καθίσταται απαραίτητο ένα ηλεκτρονικό φορτίο, καθώς μπορούμε εύκολα να μετρήσουμε τον θόρυβο εξόδου σε διαφορετικές συνθήκες φορτίου μεταβάλλοντας το φορτίο γραμμικά.

Μπορείτε επίσης να δημιουργήσετε το δικό σας ρυθμιζόμενο ηλεκτρονικό φορτίο χρησιμοποιώντας το Arduino το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για δοκιμές SMPS χαμηλής ισχύος. Με τη βοήθεια ενός ηλεκτρονικού φορτίου, μπορούμε εύκολα να μετρήσουμε την απόδοση του φίλτρου εξόδου και είναι απαραίτητο γιατί ένα κακώς σχεδιασμένο φίλτρο εξόδου, σε μια συγκεκριμένη κατάσταση φόρτωσης, μπορεί να συνδυάσει αρμονική και θόρυβο στην έξοδο, κάτι που είναι πολύ κακό για ευαίσθητα ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ.

Δοκιμή του SMPS με έναν ανιχνευτή διαφορικής υψηλής τάσης

Ενώ η μέτρηση τάσης μπορεί να γίνει εύκολα με τη βοήθεια ενός μετασχηματιστή απομόνωσης, αλλά ένας καλύτερος τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε ένα διαφορικό καθετήρα για μετρήσεις υψηλής τάσης. Οι διαφορικοί ανιχνευτές έχουν δύο εισόδους και μετρούν τη διαφορά στην τάση μεταξύ των εισόδων. Αυτό το κάνει αφαιρώντας την τάση στη μία είσοδο από την άλλη χωρίς καμία παρέμβαση από τις σιδηροτροχιές γείωσης.

Αυτοί οι τύποι ανιχνευτών έχουν υψηλή αναλογία απόρριψης Common Mode (CMRR) που βελτιώνει το δυναμικό εύρος του ανιχνευτή. Σε ένα γενικό κύκλωμα SMPS, η κύρια πλευρά αλλάζει με πολύ υψηλή τάση μεταγωγής 340V και σχετικά γρήγορο χρόνο μετάβασης. Σε περίπτωση που παράγει θόρυβο, σε αυτές τις περιπτώσεις αν προσπαθήσουμε να μετρήσουμε το σήμα εισόδου στην πύλη του MOSFET, θα εισάγουμε υψηλό θόρυβο αντί για σήμα μεταγωγής εισόδου. Αυτό το πρόβλημα μπορεί εύκολα να εξαλειφθεί χρησιμοποιώντας ένα διαφορικό αισθητήρα υψηλής τάσης με υψηλό CMRR που απορρίπτει τα παρεμβαλλόμενα σήματα.

συμπέρασμα

Ο σχεδιασμός και η δοκιμή ενός ανεπτυγμένου τροφοδοτικού μπορεί να παρουσιάσει προβλήματα ασφάλειας. Ωστόσο, όπως φαίνεται στο άρθρο, η κοινή πρακτική και ο εξοπλισμός δοκιμών μπορούν σίγουρα να μειώσουν σημαντικά τον κίνδυνο.

Ελπίζω να απολαύσατε το άρθρο και να μάθετε κάτι χρήσιμο. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, μπορείτε να τις αφήσετε στην ενότητα σχολίων παρακάτω ή να χρησιμοποιήσετε τα φόρουμ μας για να δημοσιεύσετε άλλες τεχνικές ερωτήσεις.