- Grunnleggende om SMPS-testing - poeng å huske
- Strømforsyningstester
- Typisk SMPS-testoppsett
- Testing av SMPS med en høyspennings differensialsonde
- Konklusjon
For å verifisere produktfunksjonalitet og designparametere krever en strømforsyningskrets avanserte testmetoder og elektronisk testutstyr. Det er nødvendig å samle bedre kunnskap om kravene til SMPS-testing for å oppfylle produktstandardene. I denne artikkelen vil vi lære å teste SMPS-krets og snakke om noen av de mest grunnleggende testene for SMPS og sikkerhetsnormene som må følges for å teste en SMPS-krets enkelt og effektivt. Den følgende undersøkelsen gir deg en ide om de mest grunnleggende strømforsyningsarkitekturene og deres testprosess.
Hvis du er en SMPS Design Engineer, kan du også sjekke ut artikkelen om SMPS PCB Design Tips og SMPS EMI Reduction Techniques som vi begge diskuterte tidligere.
Grunnleggende om SMPS-testing - poeng å huske
Switched-mode power supplies (SMPS) kretser bytter normalt veldig høyspenning DC med en automatisk justerbar driftssyklus, for å regulere utgangseffekten med høy effektivitet. Men å gjøre det introduserer sikkerhetsproblemer som kan være skadelige for enheten hvis de ikke blir tatt vare på.
Ovennevnte skjema viser en linjedrevet strømforsyning som bruker flyback-topologien til å konvertere høyspenning DC til lavspenning DC. Skjematisk ble laget for å forstå høyspenningssiden og lavspenningssiden tydelig. På høyspenningssiden har vi en sikring som en beskyttelsesenhet, så blir nettspenningen utbedret og filtrert av inngangslikerdioder D1, D2, D3, D4 og kondensator C2, dette betyr at spenningsnivået mellom disse linjene kan når mer enn 350V eller mer på et gitt tidspunkt. Ingeniører og teknikere bør være veldig forsiktige når de arbeider med disse potensielt dødelige spenningsnivåene.
En annen ting å være veldig forsiktig med er filterkondensatoren C2, da den holder ladningen lenge, selv når strømforsyningen er koblet fra strømnettet. Før vi fortsetter med testing av SMPS-kretsen, må denne kondensatoren tømmes ordentlig.
Koblingstransistoren T2 er hovedbrytertransistoren, og T1 er den ekstra brytertransistoren. Siden hovedbrytertransistoren er ansvarlig for å kjøre hovedtransformatoren, er det mest sannsynlig at den blir veldig varm, og siden den kommer med en TO-220-pakke, er det en sjanse for at treffvasken vil ha høy spenning på den. Testoperatøren må være ekstra forsiktig i dette avsnittet. En av de viktigste parameterne å være oppmerksom på er transformatorseksjonen. I skjematisk er det betegnet som T1, transformatoren T1 i forbindelse med optokoblingen OK1 gir isolasjon fra primærsiden. I en testsituasjon der den sekundære seksjonen er koblet til jord og den primære seksjonen er flytende. Situasjonen som forbinder et testinstrument i primærseksjonen vil føre til kortslutning til bakken, som kan skade testinstrumentet permanent. Annet enn det, trenger en typisk flyback-omformer en minimumsbelastning for å fungere ordentlig, ellers kan ikke utgangsspenningen reguleres riktig.
Strømforsyningstester
Strømforsyninger brukes i en rekke produkter. Som et resultat må testytelsen være forskjellig avhengig av applikasjonen. For eksempel er testoppsettet i et designlaboratorium gjort for å verifisere designparametere. Disse testene krever høyytelses testutstyr med et riktig kontrollmiljø. I motsetning til dette fokuserer strømforsyningstesting i produksjonsmiljøer primært på den generelle funksjonen basert på spesifikasjonene som ble bestemt under produktdesignfasen.
Last forbigående gjenopprettingstid:
Strømforsyningen med konstant spenning har en innebygd tilbakemeldingssløyfe som kontinuerlig overvåker og stabiliserer utgangsspenningen ved å endre driftssyklusen tilsvarende. Hvis forsinkelsen mellom tilbakemeldingen og styringskretsen nærmer seg en kritisk verdi ved enhetsforsterkningsovergangen, blir strømforsyningen ustabil og begynner å svinge. Denne tidsforsinkelsen måles som en vinkelforskjell, og den defineres som graden av faseforskyvning. I en typisk strømforsyning er denne verdien 180 grader faseforskyvning mellom inngang og utgang.
Lastreguleringstest:
Lastregulering er en statisk parameter der vi tester utgangsgrensen for strømforsyningen for en plutselig endring i laststrøm. I en strømforsyning med konstant spenning er testparameteren konstant strøm. Mens det er konstant strømforsyning, er det konstant spenning. Ved å teste disse parametrene kan vi bestemme strømforsyningens evne til å motstå de raske endringene i lasten.
Nåværende grensetest:
I en typisk strømbegrenset strømforsyning utføres testen for å observere strømbegrensningsegenskapene til en strømforsyning med konstant spenning. Den faktiske strømgrensen kan være fast, eller den kan variere avhengig av type og behov for strømforsyningen.
Test for ring og støy:
En strømforsyning av god kvalitet eller mange høykvalitets strømforsyninger av høy kvalitet blir testet for å måle utgangsring og støy. Det vanligste navnet på denne testen er kjent som PARD (periodisk og tilfeldig avvik). I denne testen måler vi den periodiske og tilfeldige avviket til utgangsspenningen over begrenset båndbredde sammen med andre parametere som inngangsspenning, inngangsstrøm, byttefrekvens og belastningsstrøm konstant. I enklere termer kan vi si ved hjelp av denne prosessen, vi måler undersiden av vekselstrømskoblet støy og rippel etter utgangsretting og filtreringstrinn.
Effektivitetstest:
Den effektivitet av en strømforsyning er ganske enkelt forholdet mellom den totale utgangseffekt dividert med den totale inngangseffekt. Utgangseffekten er likestrøm der inngangseffekten er vekselstrøm, så vi må oppnå en sann RMS-verdi av inngangseffekten for å oppnå dette. Et wattmeter av god kvalitet med ekte RMS-funksjoner kan brukes. Ved å gjøre denne testen kan testeren forstå de generelle designparametrene til en strømforsyning hvis den målte effektiviteten ikke er plass for en valgt topologi, så er det en klar indikasjon på en dårlig designet strømforsyning eller defekte deler.
Oppstartforsinkelsestest:
Oppstartsforsinkelsen til en strømforsyning er måling av tiden det tar å få utgang fra strømforsyningen. For en bryterstrømforsyning er denne tiden veldig viktig for riktig sekvensering av utgangsspenningen. Denne parameteren spiller også en viktig rolle når det gjelder å drive sensitivt elektronisk utstyr og sensorer. Hvis denne parameteren ikke håndteres riktig, fører det til dannelse av pigger som kan ødelegge koblingstransistorer eller til og med den tilkoblede utgangsbelastningen. Dette problemet kan enkelt løses ved å legge til en "myk start" -krets for å begrense startstrømmen for svitsjetransistoren.
Stenging av overspenning:
En typisk god strømforsyning er designet for å stenge hvis utgangsspenningen til strømforsyningen overstiger et visst terskelnivå, hvis ikke, kan dette være skadelig for enheten ved belastning.
Typisk SMPS-testoppsett
Når alle nødvendige parametere er ryddet, kan vi endelig gå videre til å teste SMPS-kretsen. En god SMPS-testbenk bør ha vanlig tilgjengelig test- og sikkerhetsutstyr som minimerer sikkerhetshensyn.
Isolasjonstransformatoren:
Isolasjonstransformatoren er der for å isolere den primære delen av SMPS-kretsen elektrisk. Når vi er isolert, kan vi feste hvilken som helst bakkesonde direkte, og negere høyspenningssiden av strømforsyningen. Dette eliminerer muligheten for kortslutning direkte til bakken.
Auto-transformatoren:
Autotransformatoren kan brukes til å sakte øke inngangsspenningen til en SMPS-krets, mens du overvåker strømmen kan forhindre en katastrofal feil. I en annen situasjon kan den brukes til å simulere situasjoner med lav spenning og høyspenning, slik at vi kan simulere situasjoner der linjespenningen endres brått, dette vil hjelpe oss å forstå oppførselen til SMPS under disse forholdene. Generelt kan en universell nominell strømforsyning variere fra 85V til 240V kan testes ved hjelp av en autotransformator, vi kan teste utgangskarakteristikken til en SMPS-krets veldig enkelt.
Seriepæren:
En lyspære i serie er en god praksis når det gjelder å teste en SMPS-krets, en viss svikt i en komponent kan føre til eksploderende MOSFET. Hvis du tenker på en eksplosiv MOSFET, leser du det riktig! MOSFET eksploderer i strømforsyninger med høy strøm. Så, en glødelampe i serie kan forhindre at en MOSFET blir sprengt.
Den elektroniske belastningen:
For å teste ytelsen til en hvilken som helst SMPS-krets, er en belastning nødvendig, mens en motstand med høy effekt er absolutt den enkle måten å teste bestemt lastekapasitet. Men det er nesten umulig å teste utgangsfilterseksjonen uten varierende belastning. Derfor blir en elektronisk belastning nødvendig, ettersom vi enkelt kan måle utgangsstøy ved forskjellige belastningsforhold ved å variere belastningen lineært.
Du kan også bygge din egen justerbare elektroniske last ved hjelp av Arduino, som kan brukes til SMPS-testing med lav effekt. Ved hjelp av en elektronisk belastning kan vi enkelt måle ytelsen til utgangsfilteret, og det er nødvendig fordi et dårlig designet utgangsfilter, i en viss belastningstilstand, kan koble harmonisk og støy ved utgangen, noe som er veldig dårlig for følsomme elektronikk.
Testing av SMPS med en høyspennings differensialsonde
Mens spenningsmåling kan gjøres enkelt ved hjelp av en isolasjonstransformator, men en bedre måte er å bruke en differensialsonde for høyspenningsmålinger. Differensialprober har to innganger og måler forskjellen i spenningen mellom inngangene. Det gjør dette ved å trekke spenningen ved den ene inngangen fra den andre uten inngrep fra bakken.
Disse typer sonder har et høyt Common Mode Rejection Ratio (CMRR) som forbedrer det dynamiske området til sonden. I en generisk SMPS-krets, bytter primærsiden med en veldig høy brytespenning på 340V og en relativt rask overgangstid. Som i tilfelle genererer støy, i disse situasjonene, hvis vi prøver å måle inngangssignalet i porten til MOSFET, vil vi gate høy støy i stedet for et inngangsbryter signal. Dette problemet kan enkelt elimineres ved å bruke en høyspenningsdifferensialprobe med høy CMRR som avviser forstyrrende signaler.
Konklusjon
Å designe og teste en underutviklet strømforsyning kan være sikkerhetsmessig. Imidlertid, som vist i artikkelen, kan vanlig praksis og testutstyr sikkert redusere risikoen sterkt.
Håper du likte artikkelen og lærte noe nyttig. Hvis du har spørsmål, kan du legge dem igjen i kommentarfeltet nedenfor eller bruke forumene våre til å legge ut andre tekniske spørsmål.