Jak przetestować płytkę zasilacza smps

Aby zweryfikować funkcjonalność produktu i parametry projektowe, obwód zasilacza wymaga zaawansowanych metod testowania i elektronicznego sprzętu testującego. Konieczne jest zdobycie lepszej wiedzy na temat wymagań testowania SMPS, aby spełnić normy produktowe. W tym artykule dowiemy się, jak przetestować obwód SMPS i omówimy niektóre z najbardziej podstawowych testów SMPS oraz normy bezpieczeństwa, których należy przestrzegać, aby łatwo i skutecznie przetestować obwód SMPS. Poniższe badanie daje wyobrażenie o najbardziej podstawowych architekturach zasilaczy i procesie ich testowania.

Jeśli jesteś inżynierem projektowym SMPS, możesz również zapoznać się z artykułem na temat wskazówek dotyczących projektowania PCB SMPS i technik redukcji zakłóceń EMI SMPS, które omówiliśmy wcześniej.

Podstawy testowania SMPS - punkty do zapamiętania

Obwody zasilaczy impulsowych (SMPS) normalnie przełączają bardzo wysokie napięcie DC z automatycznie regulowanym cyklem pracy, w celu regulacji mocy wyjściowej z wysoką wydajnością. Jednak powoduje to obawy dotyczące bezpieczeństwa, które mogą być szkodliwe dla urządzenia, jeśli nie zostaną odpowiednio potraktowane.

Powyższy schemat przedstawia zasilacz sieciowy, który wykorzystuje topologię flyback do konwersji wysokiego napięcia DC na niskie napięcie DC. Schemat został stworzony, aby jasno zrozumieć stronę wysokiego i niskiego napięcia. Po stronie wysokiego napięcia mamy bezpiecznik jako urządzenie zabezpieczające, następnie napięcie sieciowe jest prostowane i filtrowane przez wejściowe diody prostownicze D1, D2, D3, D4 i kondensator C2, co oznacza, że ​​poziom napięcia pomiędzy tymi liniami może osiągnąć więcej niż 350 V lub więcej w danym momencie. Inżynierowie i technicy powinni być bardzo ostrożni podczas pracy z tymi potencjalnie śmiertelnymi poziomami napięcia.

Kolejną rzeczą, na którą należy bardzo uważać, jest kondensator filtrujący C2, ponieważ utrzymuje ładunek przez długi czas, nawet gdy zasilacz jest odłączony od sieci. Zanim przejdziemy do jakichkolwiek testów obwodu SMPS, kondensator ten należy odpowiednio rozładować.

Tranzystor przełączający T2 jest głównym tranzystorem przełączającym, a T1 jest pomocniczym tranzystorem przełączającym. Ponieważ główny tranzystor przełączający jest odpowiedzialny za napędzanie głównego transformatora, najprawdopodobniej będzie on bardzo gorący, a ponieważ jest dostarczany z pakietem TO-220, istnieje szansa, że ​​uderzany zlew będzie miał na nim wysokie napięcie. Operator testu musi zachować szczególną ostrożność w tej sekcji. Jednym z najważniejszych parametrów, na które należy zwrócić uwagę, jest sekcja transformatora. Na schemacie oznaczono go jako T1, transformator T1 w połączeniu z transoptorem OK1 zapewnia izolację od strony pierwotnej. W sytuacji testowej, w której sekcja wtórna jest połączona z uziemieniem, a sekcja pierwotna jest pływająca. Sytuacja podłączenia przyrządu testowego w części pierwotnej spowoduje zwarcie do masy, co może spowodować trwałe uszkodzenie przyrządu pomiarowego. Poza tym typowa przetwornica typu flyback wymaga minimalnego obciążenia, aby działać poprawnie, w przeciwnym razie napięcie wyjściowe nie może być prawidłowo regulowane.

Testy zasilania

Zasilacze są używane w różnych produktach. W rezultacie wydajność testu musi się różnić w zależności od aplikacji. Na przykład konfiguracja testów w laboratorium projektowym ma na celu zweryfikowanie parametrów projektowych. Testy te wymagają wysokowydajnego sprzętu testowego z odpowiednim środowiskiem kontrolnym. Z kolei testowanie zasilaczy w środowiskach produkcyjnych koncentruje się przede wszystkim na ogólnej funkcjonalności w oparciu o specyfikacje określone na etapie projektowania produktu.

Czas przejściowego przywracania obciążenia:

Zasilacz stałonapięciowy ma wbudowaną pętlę sprzężenia zwrotnego, która w sposób ciągły monitoruje i stabilizuje napięcie wyjściowe, odpowiednio zmieniając cykl pracy. Jeśli opóźnienie między sprzężeniem zwrotnym a obwodem sterującym zbliża się do wartości krytycznej w punkcie zwrotnicy wzmocnienia jedności, zasilacz staje się niestabilny i zaczyna oscylować. To opóźnienie jest mierzone jako różnica kątowa i definiowane jako stopień przesunięcia fazowego. W typowym zasilaczu wartość ta wynosi 180 stopni przesunięcia fazowego między wejściem a wyjściem.

Test regulacji obciążenia:

Regulacja obciążenia to parametr statyczny, w którym testujemy ograniczenie wyjściowe zasilacza pod kątem nagłej zmiany prądu obciążenia. W przypadku zasilania o stałym napięciu parametrem testowym jest prąd stały. W przypadku zasilania prądem stałym jest to napięcie stałe. Testując te parametry, możemy określić zdolność zasilacza do wytrzymania gwałtownych zmian obciążenia.

Test ograniczenia prądu:

W typowym zasilaczu o ograniczonym prądzie test przeprowadza się w celu zaobserwowania możliwości ograniczenia prądu zasilacza o stałym napięciu. Rzeczywiste ograniczenie prądu może być stałe lub zmienne w zależności od typu i wymagań dotyczących zasilania.

Test na tętnienie i hałas:

Zwykle zasilacz dobrej jakości lub wiele zasilaczy wysokiej jakości klasy audio jest testowanych w celu pomiaru tętnień wyjściowych i szumów. Najpopularniejsza nazwa tego testu to PARD (Periodic and Random Deviation). W tym teście mierzymy okresowe i losowe odchylenie napięcia wyjściowego w ograniczonym paśmie wraz z innymi parametrami, takimi jak napięcie wejściowe, prąd wejściowy, częstotliwość przełączania i prąd obciążenia. Mówiąc prościej, możemy powiedzieć, że za pomocą tego procesu mierzymy dolny szum sprzężony z prądem przemiennym i tętnienie po etapie prostowania sygnału wyjściowego i filtrowania.

Test wydajności:

Sprawności zasilacza jest po prostu stosunek całkowitej mocy wyjściowej podzielona przez całkowitej mocy wejściowej. Moc wyjściowa to DC, gdzie moc wejściowa to AC, więc aby to osiągnąć, musimy uzyskać prawdziwą wartość RMS mocy wejściowej. Można użyć watomierza dobrej jakości z prawdziwymi możliwościami RMS, wykonując ten test, tester może zrozumieć ogólne parametry projektowe zasilacza, jeśli mierzona wydajność jest poza przestrzenią dla wybranej topologii, wtedy jest to wyraźna wskazówka zaprojektowany zasilacz lub problem z uszkodzonymi częściami.

Test opóźnienia rozruchu:

Opóźnienie rozruchu zasilacza jest miarą czasu potrzebnego do uzyskania stabilnej mocy wyjściowej zasilacza. W przypadku zasilacza impulsowego ten czas jest bardzo istotny dla prawidłowego sekwencjonowania napięcia wyjściowego. Parametr ten odgrywa również ważną rolę, jeśli chodzi o zasilanie wrażliwych urządzeń elektronicznych i czujników. Jeśli ten parametr nie jest odpowiednio obsługiwany, prowadzi to do powstawania skoków, które mogą zniszczyć tranzystory przełączające lub nawet podłączone obciążenie wyjściowe. Ten problem można łatwo rozwiązać, dodając obwód „miękkiego startu” w celu ograniczenia prądu początkowego tranzystora przełączającego.

Wyłączenie z powodu przepięcia:

Zazwyczaj dobry zasilacz jest przeznaczony do wyłączania, jeśli napięcie wyjściowe zasilacza przekroczy pewien poziom progowy, jeśli nie, może to być szkodliwe dla urządzenia pod obciążeniem.

Typowa konfiguracja testów SMPS

Po wyczyszczeniu wszystkich wymaganych parametrów możemy wreszcie przejść do testowania obwodu SMPS, dobre stanowisko testowe SMPS powinno mieć powszechnie dostępne urządzenia testujące i zabezpieczające, które minimalizują obawy o bezpieczeństwo.

Transformator separacyjny:

Transformator izolujący służy do galwanicznej izolacji części pierwotnej obwodu SMPS. W przypadku izolacji możemy bezpośrednio podłączyć dowolną sondę masową, negując stronę wysokiego napięcia zasilacza. Eliminuje to możliwość zwarcia bezpośrednio do masy.

Autotransformator:

Autotransformator może być użyty do powolnego zwiększania napięcia wejściowego obwodu SMPS, robiąc to, podczas gdy monitorowanie prądu może zapobiec katastrofalnej awarii. W innej sytuacji można go użyć do symulacji sytuacji niskiego i wysokiego napięcia, dzięki czemu możemy zasymulować sytuacje, w których napięcie w sieci zmienia się gwałtownie, co pomoże nam zrozumieć zachowanie SMPS w tych warunkach. Ogólnie rzecz biorąc, uniwersalny zasilacz o napięciu znamionowym od 85 V do 240 V można przetestować za pomocą autotransformatora, bardzo łatwo możemy przetestować charakterystykę wyjściową obwodu SMPS.

Żarówka serii:

Żarówka połączona szeregowo jest dobrą praktyką, jeśli chodzi o testowanie obwodu SMPS, pewna awaria komponentu może prowadzić do eksplozji tranzystorów MOSFET. Jeśli myślisz o eksplodującym tranzystorze MOSFET, dobrze to przeczytałeś! MOSFET eksploduje w zasilaczach wysokoprądowych. Tak więc żarowe żarówki połączone szeregowo mogą zapobiec wysadzeniu MOSFET-u.

Obciążenie elektroniczne:

Aby przetestować działanie dowolnego obwodu SMPS, konieczne jest obciążenie, podczas gdy niektóre rezystory dużej mocy są z pewnością łatwym sposobem testowania określonej obciążalności. Ale prawie niemożliwe jest przetestowanie sekcji filtra wyjściowego bez zmieniającego się obciążenia, dlatego konieczne jest obciążenie elektroniczne, ponieważ możemy łatwo zmierzyć szum wyjściowy przy różnych warunkach obciążenia, zmieniając obciążenie liniowo.

Możesz także zbudować własne regulowane obciążenie elektroniczne za pomocą Arduino, które może być używane do testowania SMPS małej mocy. Za pomocą obciążenia elektronicznego możemy łatwo zmierzyć wydajność filtra wyjściowego i jest to konieczne, ponieważ źle zaprojektowany filtr wyjściowy, w określonym stanie obciążenia, może łączyć harmoniczne i szum na wyjściu, co jest bardzo złe dla wrażliwych elektronika.

Testowanie SMPS za pomocą wysokonapięciowej sondy różnicowej

Chociaż pomiar napięcia można łatwo wykonać za pomocą transformatora izolującego, lepszym sposobem jest użycie sondy różnicowej do pomiarów wysokiego napięcia. Sondy różnicowe mają dwa wejścia i mierzą różnicę napięć między wejściami. Czyni to poprzez odejmowanie napięcia na jednym wejściu od drugiego bez żadnej interwencji z szyn uziemiających.

Te typy sond mają wysoki współczynnik odrzucenia trybu wspólnego (CMRR), który poprawia dynamiczny zakres sondy. W ogólnym obwodzie SMPS, po stronie pierwotnej przełącza się z bardzo wysokim napięciem przełączania 340 V i stosunkowo krótkim czasem przejścia. Co w przypadku, gdy generuje szum, w takich sytuacjach, jeśli spróbujemy zmierzyć sygnał wejściowy w bramce MOSFET, będziemy bramkować wysoki szum, a nie wejściowy sygnał przełączający. Ten problem można łatwo wyeliminować, stosując wysokonapięciową sondę różnicową o wysokim współczynniku CMRR, która odrzuca sygnały zakłócające.

Wniosek

Projektowanie i testowanie słabo rozwiniętego zasilacza może stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa. Jednak, jak pokazano w artykule, powszechna praktyka i sprzęt testujący z pewnością mogą znacznie zmniejszyć ryzyko.

Mam nadzieję, że podobał Ci się artykuł i dowiedziałeś się czegoś pożytecznego. Jeśli masz jakieś pytania, możesz je zostawić w sekcji komentarzy poniżej lub skorzystać z naszych forów, aby zadać inne pytania techniczne.