- Grundlæggende om SMPS-test - punkter at huske
- Strømforsyningstest
- Typisk opsætning af SMPS-test
- Test af SMPS med en højspændingsdifferentialsonde
- Konklusion
For at kontrollere produktfunktionaliteter og designparametre kræver et strømforsyningskredsløb sofistikerede testmetoder og elektronisk testudstyr. Det er nødvendigt at samle bedre viden om kravene til SMPS-test for at opfylde produktstandarder. I denne artikel vil vi lære at teste SMPS-kredsløb og tale om nogle af de mest basale tests for SMPS og de sikkerhedsnormer, der skal følges for at teste et SMPS-kredsløb let og effektivt. Den følgende undersøgelse giver dig en idé om de mest basale strømforsyningsarkitekturer og deres testproces.
Hvis du er SMPS Design Engineer, kan du også tjekke artiklen om SMPS PCB Design Tips og SMPS EMI Reduktionsteknikker, som vi begge diskuterede tidligere.
Grundlæggende om SMPS-test - punkter at huske
Switched-mode strømforsyninger (SMPS) kredsløb skifter normalt meget høj spænding DC med en automatisk justerbar driftscyklus for at regulere udgangseffekten med høj effektivitet. Men på den måde introduceres sikkerhedsmæssige bekymringer, der kan være skadelige for enheden, hvis de ikke bliver taget hånd om.
Ovenstående skematisk viser en linjedrevet strømforsyning, der bruger flyback-topologien til at konvertere højspændings-DC til lavspændings DC. Skematisk blev gjort for at forstå højspændingssiden og lavspændingssiden tydeligt. På højspændingssiden har vi en sikring som beskyttelsesanordning, så netspændingen udbedres og filtreres af indgangsretterdioderne D1, D2, D3, D4 og kondensator C2, det betyder, at spændingsniveauet mellem disse linjer kan nå mere end 350V eller mere på et givet tidspunkt. Ingeniører og teknikere skal være meget forsigtige, når de arbejder med disse potentielt dødelige spændingsniveauer.
En anden ting at være meget forsigtig med er filterkondensatoren C2, da den holder opladningen i lang tid, selv når strømforsyningen er afbrudt fra lysnettet. Før vi fortsætter med nogen test af SMPS-kredsløbet, skal denne kondensator aflades korrekt.
Skiftetransistoren T2 er hovedskiftetransistoren, og T1 er den ekstra skiftetransistor. Da hovedafbrydertransistoren er ansvarlig for at køre hovedtransformatoren, bliver den højst sandsynligt meget varm, og da den leveres med en TO-220-pakke, er der en chance for, at hitvasken har høj spænding på den. Testoperatøren skal være ekstra forsigtig i dette afsnit. En af de vigtigste parametre at være opmærksom på er transformersektionen. I skematisk betegnes det som T1, transformeren T1 i forbindelse med optokobleren OK1 giver isolering fra den primære side. I en testsituation, hvor den sekundære sektion er forbundet med jordbunden, og den primære sektion er flydende. Situationen, der forbinder et testinstrument i den primære sektion, vil medføre kortslutning til jorden, som permanent kan skade testinstrumentet. Bortset fra det har en typisk flyback-konverter brug for en minimumsbelastning for at fungere korrekt, ellers kan udgangsspændingen ikke reguleres ordentligt.
Strømforsyningstest
Strømforsyninger bruges i en række forskellige produkter. Som et resultat skal testens ydeevne være forskellig afhængigt af applikationen. For eksempel er testopsætningen i et designlaboratorium udført for at kontrollere designparametre. Disse tests kræver højtydende testudstyr med et korrekt kontrolmiljø. I modsætning hertil fokuserer strømforsyningstestning i produktionsmiljøer primært på den overordnede funktion baseret på de specifikationer, der er bestemt under produktdesignfasen.
Indlæs forbigående gendannelsestid:
Strømforsyningen med konstant spænding har en indbygget feedback-loop, der kontinuerligt overvåger og stabiliserer udgangsspændingen ved at ændre driftscyklussen i overensstemmelse hermed. Hvis forsinkelsen mellem feedback- og kontrolkredsløbet nærmer sig en kritisk værdi ved sin enhedsforstærkningsovergang, bliver strømforsyningen ustabil og begynder at svinge. Denne tidsforsinkelse måles som en vinkelforskel, og den defineres som graden af faseforskydning. I en typisk strømforsyning er denne værdi 180 graders faseforskydning mellem input og output.
Lastreguleringstest:
Belastningsregulering er en statisk parameter, hvor vi tester strømforsyningens outputgrænse for en pludselig ændring i belastningsstrømmen. I en strømforsyning med konstant spænding er testparameteren den konstante strøm. Mens det er i konstant strømforsyning, er det den konstante spænding. Ved at teste disse parametre kan vi bestemme strømforsyningens evne til at modstå de hurtige ændringer i belastningen.
Nuværende grænsetest:
I en typisk strømbegrænset strømforsyning udføres testen for at observere de strømbegrænsende muligheder for en konstant spændingsforsyning. Den aktuelle strømgrænse kan fastsættes, eller den kan variere afhængigt af strømforsyningens type og krav.
Test for krusning og støj:
En typisk strømforsyning af god kvalitet eller mange lydkvalitets strømforsyninger testes for at måle deres output krusning og støj. Det mest almindelige navn på denne test er kendt som PARD (periodisk og tilfældig afvigelse). I denne test måler vi den periodiske og tilfældige afvigelse af udgangsspændingen over begrænset båndbredde sammen med andre parametre som indgangsspænding, indgangsstrøm, omskiftningsfrekvens og belastningsstrøm konstant. I enklere termer kan vi sige ved hjælp af denne proces, vi måler undersiden af AC-koblet støj og krusning efter outputretifikations- og filtreringstrinnet.
Effektivitetstest:
Den effektivitet af strømforsyningen er simpelthen forholdet mellem dens samlede udgangseffekt divideret med dens samlede effekt. Udgangseffekten er jævnstrøm, hvor indgangseffekten er vekselstrøm, så vi skal opnå en ægte RMS-værdi af indgangseffekten for at opnå dette. Et wattmeter af god kvalitet med ægte RMS-funktioner kan bruges, ved at udføre denne test kan testeren forstå de overordnede designparametre for en strømforsyning, hvis den målte effektivitet ikke er plads til en valgt topologi, så er det en klar indikation af en dårlig udformet strømforsyning eller defekte dele.
Test for opstartsforsinkelse:
Startforsinkelsen for en strømforsyning er måling af den tid, det tager at få output fra strømforsyningen. For en skiftende strømforsyning er denne gang meget afgørende for korrekt sekventering af udgangsspændingen. Denne parameter spiller også en vigtig rolle, når det kommer til at forsyne følsomt elektronisk udstyr og sensorer. Hvis denne parameter ikke håndteres korrekt, fører det til dannelse af pigge, der kan ødelægge skiftetransistorer eller endda den tilsluttede udgangsbelastning. Dette problem kan let løses ved at tilføje et "soft start" kredsløb for at begrænse startstrømmen for skiftetransistoren.
Nedlukning af overspænding:
En typisk god strømforsyning er designet til at lukke ned, hvis strømforsyningens udgangsspænding overstiger et bestemt tærskelniveau, hvis ikke, kan dette være skadeligt for enheden ved belastning.
Typisk opsætning af SMPS-test
Med alle de nødvendige parametre ryddet, kan vi endelig gå videre til test af SMPS-kredsløbet, en god SMPS-testbænk skal have almindeligt tilgængeligt test- og sikkerhedsudstyr, der minimerer sikkerhedsproblemer.
Isolationstransformatoren:
Isolationstransformatoren er der for at isolere den primære sektion af SMPS-kredsløbet elektrisk. Når vi er isoleret, kan vi direkte fastgøre en hvilken som helst jordføler og negere strømforsyningens højspændingsside. Dette eliminerer muligheden for en kortslutning direkte til jorden.
Auto-transformeren:
Autotransformeren kan bruges til langsomt at øge indgangsspændingen på et SMPS-kredsløb, hvilket kan forhindre en katastrofal fejl under overvågning af strømmen. I en anden situation kan den bruges til at simulere lavspændings- og højspændingssituationer, hvorved vi kan simulere situationer, hvor linjespænding ændrer sig pludseligt, dette hjælper os med at forstå SMPS's opførsel under disse forhold. Generelt kan en universel nominel strømforsyning variere fra 85V til 240V testes ved hjælp af en autotransformer, vi kan meget let teste outputkarakteristikken for et SMPS-kredsløb.
Seriepæren:
En pære i serie er en god praksis, når det kommer til at teste et SMPS-kredsløb, en vis fejl i en komponent kan føre til eksploderende MOSFET'er. Hvis du tænker på en eksploderende MOSFET, læser du det rigtigt! MOSFET eksploderer i strømforsyninger med høj strøm. Så en glødepære i serie kan forhindre en MOSFET i at blive sprængt.
Den elektroniske belastning:
For at teste ydeevnen for ethvert SMPS-kredsløb er en belastning nødvendig, mens en modstand med høj effekt er helt sikkert den nemme måde at teste bestemt belastningskapacitet på. Men det er næsten umuligt at teste outputfiltersektionen uden en varierende belastning. Derfor bliver en elektronisk belastning nødvendig, da vi let kan måle outputstøj ved forskellige belastningsbetingelser ved at variere belastningen lineært.
Du kan også bygge din egen justerbare elektroniske belastning ved hjælp af Arduino, som kan bruges til SMPS-test med lav effekt. Ved hjælp af en elektronisk belastning kan vi nemt måle outputfilterets ydeevne, og det er nødvendigt, fordi et dårligt designet outputfilter i en bestemt belastningstilstand kan parre harmonisk og støj ved output, hvilket er meget dårligt for følsomme elektronik.
Test af SMPS med en højspændingsdifferentialsonde
Mens spændingsmåling let kan udføres ved hjælp af en isolationstransformator, men en bedre måde er at bruge en differentiel sonde til højspændingsmålinger. Differentialsonder har to indgange og måler forskellen i spændingen mellem indgangene. Det gør det ved at trække spændingen fra den ene indgang fra den anden uden indblanding fra jordskinner.
Disse typer sonder har en høj Common Mode Rejection Ratio (CMRR), som forbedrer probeens dynamiske område. I et generisk SMPS-kredsløb skifter den primære side med en meget høj koblingsspænding på 340V og en relativt hurtig overgangstid. Som i tilfælde genererer støj, i disse situationer, hvis vi forsøger at måle indgangssignalet i MOSFET-porten, vil vi port høj støj snarere end et indgangskoblingssignal. Dette problem kan let elimineres ved hjælp af en højspændingsdifferentialsonde med høj CMRR, som afviser de forstyrrende signaler.
Konklusion
At designe og teste en underudviklet strømforsyning kan give sikkerhedsproblemer. Som vist i artiklen kan almindelig praksis og testudstyr bestemt reducere risikoen meget.
Håber du nød artiklen og lærte noget nyttigt. Hvis du har spørgsmål, kan du lade dem være i kommentarfeltet nedenfor eller bruge vores fora til at stille andre tekniske spørgsmål.