Как проверить плату блока питания smps

Для проверки функциональности продукта и конструктивных параметров схема источника питания требует сложных методов тестирования и электронного испытательного оборудования. Для выполнения стандартов на продукцию необходимо лучше узнать требования к испытаниям SMPS. В этой статье мы узнаем, как тестировать схему SMPS, и поговорим о некоторых из самых основных тестов для SMPS и нормах безопасности, которые необходимо соблюдать, чтобы легко и эффективно проверить схему SMPS. Следующий экзамен дает вам представление о самых основных архитектурах источников питания и процессе их тестирования.

Если вы инженер-проектировщик SMPS, вы также можете прочитать статью о советах по проектированию печатных плат SMPS и методах снижения электромагнитных помех SMPS, которые мы обсуждали ранее.

Основы тестирования SMPS - моменты, которые следует запомнить

Схемы импульсных источников питания (SMPS) обычно переключают очень высокое напряжение постоянного тока с автоматически регулируемым рабочим циклом, чтобы регулировать выходную мощность с высокой эффективностью. Но это вызывает опасения по поводу безопасности, которые могут нанести вред устройству, если о них не позаботиться.

На приведенной выше схеме показан источник питания с питанием от сети, в котором используется обратная топология для преобразования постоянного высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения. Схема была сделана для четкого понимания стороны высокого и низкого напряжения. На стороне высокого напряжения у нас есть предохранитель в качестве защитного устройства, затем сетевое напряжение выпрямляется и фильтруется входными выпрямительными диодами D1, D2, D3, D4 и конденсатором C2, это означает, что уровень напряжения между этими линиями может достичь более 350 В или более в определенный момент времени. Инженеры и техники должны быть очень осторожны при работе с этими потенциально опасными для жизни уровнями напряжения.

Еще одна вещь, с которой нужно быть очень осторожной, - это конденсатор фильтра C2, поскольку он держит заряд в течение длительного времени, даже когда источник питания отключен от сети. Прежде чем мы продолжим любое тестирование схемы SMPS, этот конденсатор необходимо правильно разрядить.

Переключающий транзистор T2 является основным переключающим транзистором, а T1 - вспомогательным переключающим транзистором. Поскольку главный переключающий транзистор отвечает за питание главного трансформатора, он, скорее всего, сильно нагреется, и, поскольку он поставляется с корпусом TO-220, есть вероятность, что на приемнике попадания будет высокое напряжение. Оператор тестирования должен быть особенно осторожным в этом разделе. Одним из наиболее важных параметров, на который следует обратить внимание, является секция трансформатора.. На схеме он обозначен как T1, трансформатор T1 совместно с оптопарой OK1 обеспечивает изоляцию от первичной обмотки. В тестовой ситуации, когда вторичная секция подключена к заземлению, а первичная секция является плавающей. Ситуация с подключением измерительного прибора к первичной части вызовет короткое замыкание на землю, что может необратимо повредить измерительный прибор. В остальном типичному обратноходовому преобразователю для правильной работы требуется минимальная нагрузка, в противном случае выходное напряжение не может регулироваться должным образом.

Тесты источника питания

Источники питания используются во множестве продуктов. В результате производительность теста должна быть разной в зависимости от приложения. Например, испытательная установка в лаборатории проектирования выполняется для проверки проектных параметров. Эти испытания требуют высокопроизводительного испытательного оборудования с надлежащей контрольной средой. Напротив, тестирование источников питания в производственной среде в первую очередь фокусируется на общей функции на основе спецификаций, определенных на этапе проектирования продукта.

Время восстановления переходного процесса при нагрузке:

Источник питания постоянного напряжения имеет встроенную цепь обратной связи, которая непрерывно контролирует и стабилизирует выходное напряжение, изменяя соответствующим образом рабочий цикл. Если задержка между обратной связью и цепью управления приближается к критическому значению в кроссовере с единичным усилением, источник питания становится нестабильным и начинает колебаться. Эта временная задержка измеряется как угловая разница и определяется как степень фазового сдвига. В типичном источнике питания это значение составляет 180 градусов фазового сдвига между входом и выходом.

Тест регулирования нагрузки:

Регулировка нагрузки - это статический параметр, с помощью которого мы проверяем выходной предел источника питания на внезапное изменение тока нагрузки. В источнике питания постоянного напряжения параметром испытания является постоянный ток. В то время как в источнике постоянного тока это постоянное напряжение. Тестируя эти параметры, мы можем определить способность источника питания выдерживать резкие изменения нагрузки.

Текущий предел теста:

В типичном источнике питания с ограничением по току испытание проводится для наблюдения за возможностями ограничения тока источника постоянного напряжения. Фактический предел тока может быть фиксированным или изменяться в зависимости от типа и требований источника питания.

Тест на пульсацию и шум:

Обычно хороший источник питания или многие высококачественные источники питания аудиосистемы тестируются для измерения пульсаций и шума на их выходе. Наиболее распространенное название этого теста - PARD (периодическое и случайное отклонение). В этом тесте мы постоянно измеряем периодическое и случайное отклонение выходного напряжения в ограниченной полосе пропускания наряду с другими параметрами, такими как входное напряжение, входной ток, частота переключения и ток нагрузки. Проще говоря, мы можем сказать, что с помощью этого процесса мы измеряем нижний шум, связанный с переменным током, и пульсации после каскада выпрямления и фильтрации на выходе.

Тест эффективности:

КПД источника питания представляет собой просто соотношение между его общей выходной мощности, разделенной на его полной входной мощности. Выходная мощность - постоянный ток, а входная - переменный, поэтому для этого нам нужно получить истинное среднеквадратичное значение входной мощности. Можно использовать ваттметр хорошего качества с истинными среднеквадратичными характеристиками. Выполняя этот тест, тестер может понять общие конструктивные параметры источника питания, если измеренный КПД находится вне места для выбранной топологии, то это явный признак плохой разработан источник питания или проблема с дефектными деталями.

Тест задержки запуска:

Задержка запуска источника питания - это измерение времени, необходимого для стабилизации выходной мощности источника питания. Для импульсного источника питания это время очень важно для правильной последовательности выходного напряжения. Этот параметр также играет важную роль при питании чувствительного электронного оборудования и датчиков. Если этот параметр не обрабатывается должным образом, это приводит к образованию всплесков, которые могут разрушить переключающие транзисторы или даже подключенную выходную нагрузку. Эту проблему легко решить, добавив схему «мягкого пуска» для ограничения начального тока переключающего транзистора.

Отключение при перенапряжении:

Обычно хороший источник питания предназначен для отключения, если выходное напряжение источника питания превышает определенный пороговый уровень, в противном случае это может быть вредным для устройства под нагрузкой.

Типовая установка для тестирования SMPS

Когда все необходимые параметры определены, мы можем, наконец, перейти к тестированию цепи SMPS, хороший стенд для тестирования SMPS должен иметь общедоступное оборудование для тестирования и безопасности, которое сводит к минимуму проблемы безопасности.

Изолирующий трансформатор:

Изолирующий трансформатор предназначен для гальванической развязки первичной части цепи SMPS. Когда мы изолированы, мы можем напрямую подключить любой заземляющий зонд, исключая высокое напряжение источника питания. Это исключает возможность короткого замыкания прямо на землю.

Автотрансформатор:

Автотрансформатор можно использовать для медленного увеличения входного напряжения цепи SMPS, при этом мониторинг тока может предотвратить катастрофический отказ. В другой ситуации его можно использовать для моделирования ситуаций низкого и высокого напряжения, тем самым мы можем моделировать ситуации, когда линейное напряжение резко изменяется, это поможет нам понять поведение SMPS в этих условиях. В общем, универсальный номинальный источник питания в диапазоне от 85 В до 240 В может быть протестирован с помощью автотрансформатора, мы можем очень легко проверить выходную характеристику цепи SMPS.

Лампа серии:

Последовательное включение лампочки - хорошая практика, когда дело доходит до проверки цепи SMPS, определенный отказ компонента может привести к взрыву полевых МОП-транзисторов. Если вы думаете о взрывающемся MOSFET, вы все правильно прочитали! MOSFET действительно взрывается в сильноточных источниках питания. Таким образом, последовательное включение лампы накаливания может предотвратить взрыв полевого МОП-транзистора.

Электронная нагрузка:

Для проверки работоспособности любой схемы SMPS необходима нагрузка, в то время как резистор большой мощности, безусловно, является простым способом проверить определенную нагрузочную способность. Но практически невозможно протестировать секцию выходного фильтра без переменной нагрузки, поэтому электронная нагрузка становится необходимой, поскольку мы можем легко измерить выходной шум при различных условиях нагрузки, изменяя нагрузку линейно.

Вы также можете создать свою собственную регулируемую электронную нагрузку с помощью Arduino, которая может использоваться для тестирования маломощных SMPS. С помощью электронной нагрузки мы можем легко измерить производительность выходного фильтра, и это необходимо, потому что плохо спроектированный выходной фильтр в определенных условиях нагрузки может связывать гармоники и шум на выходе, что очень плохо для чувствительных электроника.

Проверка ИИП с помощью высоковольтного дифференциального пробника

Хотя измерение напряжения можно легко выполнить с помощью изолирующего трансформатора, лучше использовать дифференциальный пробник для измерений высокого напряжения. Дифференциальные пробники имеют два входа и измеряют разницу напряжений между входами. Это достигается путем вычитания напряжения на одном входе из другого без вмешательства заземляющих шин.

Эти типы пробников имеют высокий коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR), который улучшает динамический диапазон пробника. В типовой схеме SMPS первичная сторона переключается с очень высоким коммутационным напряжением 340 В и относительно коротким временем перехода. Что в случае возникновения шума, в этих ситуациях, если мы попытаемся измерить входной сигнал в затворе полевого МОП-транзистора, мы будем стробировать высокий шум, а не сигнал переключения входа. Эту проблему можно легко устранить, используя высоковольтный дифференциальный пробник с высоким CMRR, который отклоняет мешающие сигналы.

Заключение

Проектирование и тестирование слаборазвитого источника питания может вызвать проблемы с безопасностью. Однако, как показано в статье, обычная практика и испытательное оборудование, безусловно, могут значительно снизить риск.

Надеюсь, вам понравилась статья и вы узнали что-то полезное. Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете оставить их в разделе комментариев ниже или использовать наши форумы, чтобы задать другие технические вопросы.