- SMPS-testauksen perusteet - Muistettavaa
- Virtalähteen testit
- Tyypillinen SMPS-testauksen asennus
- SMPS: n testaaminen suurjännitemittarilla
- Johtopäätös
Tuotteen toimivuuden ja suunnitteluparametrien todentamiseksi virtalähdepiiri vaatii kehittyneitä testausmenetelmiä ja elektronisia testauslaitteita. On tarpeen kerätä parempaa tietoa SMPS-testausvaatimuksista tuotestandardien täyttämiseksi. Tässä artikkelissa, me opimme , miten testi SMPS piiri ja puhua joistakin perus testit SMPS ja turvallisuus normit, joita on noudatettava testata SMPS piiri helposti ja tehokkaasti. Seuraava tutkimus antaa sinulle käsityksen alkeellisimmista virtalähdearkkitehtuureista ja niiden testausprosessista.
Jos olet SMPS-suunnitteluinsinööri, voit myös lukea artikkelin SMPS-piirilevyn suunnitteluvihjeistä ja SMPS EMI -vähennystekniikoista, joista molemmista keskustelimme aiemmin.
SMPS-testauksen perusteet - Muistettavaa
Kytkettyjen virtalähteiden (SMPS) piirit kytkevät normaalisti erittäin suuren jännitteen DC: n automaattisella säädettävällä käyttöjaksolla lähtötehon säätämiseksi korkealla hyötysuhteella. Mutta tekeminen tuo mukanaan turvallisuusongelmia, jotka voivat olla haitallisia laitteelle, ellei niitä hoideta.
Yllä oleva kaavio esittää linjakäyttöisen virtalähteen, joka käyttää flyback-topologiaa suurjännitemuuntajan pienjännitemuuntajaksi. Kaavio tehtiin ymmärtämään korkea- ja matalajännitepuoli selvästi. Suurjännitepuolella meillä on sulake suojalaitteena, sitten verkkojännite korjataan ja suodatetaan sisääntulotasasuuntausdiodilla D1, D2, D3, D4 ja kondensaattorilla C2, mikä tarkoittaa, että näiden johtojen välinen jännitetaso saavuttaa enemmän 350 V tai enemmän tietyllä hetkellä. Insinöörien ja teknikoiden tulisi olla erittäin varovaisia työskennellessään näiden mahdollisesti tappavien jännitetasojen kanssa.
Toinen asia, johon on suhtauduttava erittäin varovasti, on suodatinkondensaattori C2, koska se pitää latausta pitkään, vaikka virtalähde olisi irrotettu sähköverkosta. Ennen kuin jatkamme SMPS-piirin testaamista, tämä kondensaattori on purettava oikein.
Kytkentätransistori T2 on pääkytkentätransistori ja T1 on apukytkentätransistori. Koska pääkytkentätransistori on vastuussa päämuuntajan ajamisesta, se todennäköisesti kuumenee hyvin, ja TO-220-paketin mukana toimitettaessa on mahdollista, että iskuallas on korkea jännite. Testioperaattorin on oltava erityisen varovainen tässä osiossa. Yksi tärkeimmistä huomioitavista parametreista on muuntajaosa. Kaaviossa sitä merkitään nimellä T1, muuntaja T1 yhdessä optoerottimen OK1 kanssa tarjoaa eristyksen ensiöpuolelta. Testitilanteessa, jossa toissijainen osa on kytketty maahan ja pääosa on kelluva. Testauslaitteen liittäminen pääosaan aiheuttaa oikosulun maahan, mikä voi vahingoittaa testilaitetta pysyvästi. Muuten tyypillinen flyback-muunnin tarvitsee vähimmäiskuorman toimiakseen oikein, muuten lähtöjännitettä ei voida säätää kunnolla.
Virtalähteen testit
Virtalähteitä käytetään useissa tuotteissa. Tämän seurauksena testin suorituskyvyn on oltava erilainen sovelluksesta riippuen. Esimerkiksi testausasetukset suunnittelulaboratoriossa tehdään suunnitteluparametrien tarkistamiseksi. Nämä testit edellyttävät tehokkaita testauslaitteita, joilla on asianmukainen ohjausympäristö. Sitä vastoin virtalähteen testaus tuotantoympäristöissä keskittyy ensisijaisesti yleiseen toimintaan tuotesuunnitteluvaiheessa määritettyjen spesifikaatioiden perusteella.
Lataa väliaikainen palautumisaika:
Vakiojännitelähteessä on sisäänrakennettu takaisinkytkentäsilmukka, joka valvoo ja vakauttaa jatkuvasti lähtöjännitettä muuttamalla käyttöjaksoa vastaavasti. Jos takaisinkytkentä- ja ohjauspiirin välinen viive lähestyy kriittistä arvoa yhtenäisyyden vahvistusjakaumalla, virtalähde muuttuu epävakaaksi ja alkaa värähtelemään. Tämä aikaviive mitataan kulmaerona ja se määritellään vaihesiirron asteeksi. Tyypillisessä virtalähteessä tämä arvo on 180 asteen vaihesiirto tulon ja lähdön välillä.
Kuormituksen säätötesti:
Kuormituksen säätö on staattinen parametri, jossa testataan virtalähteen lähtöraja äkillisen kuormavirran muutoksen suhteen. Vakiojännitelähteessä testiparametri on vakiovirta. Vakiovirtalähteessä se on vakiojännite. Testaamalla nämä parametrit voimme määrittää virtalähteen kyvyn kestää kuormituksen nopeat muutokset.
Nykyinen raja-testi:
Tyypillisessä virtarajoitetussa virtalähteessä testi suoritetaan vakiojännitteisen virtalähteen virranrajoituskykyjen havaitsemiseksi. Todellinen virtaraja voidaan vahvistaa tai se voi vaihdella virtalähteen tyypistä ja vaatimuksesta riippuen.
Testi aaltoilulle ja melulle:
Tyypillisesti laadukas virtalähde tai monet äänilaadukkaat korkealaatuiset virtalähteet testataan mittaamaan niiden ulostuloa ja kohinaa. Tämän testin yleisin nimi tunnetaan nimellä PARD (jaksollinen ja satunnainen poikkeama). Tässä testissä mitataan lähtöjännitteen jaksollinen ja satunnainen poikkeama rajoitetulla kaistanleveydellä muiden parametrien, kuten tulojännitteen, tulovirran, kytkentätaajuuden ja kuormitusvirran, kanssa jatkuvasti. Yksinkertaisemmin sanottuna voimme sanoa tämän prosessin avulla, että mitataan alapuolen vaihtovirtakytketty kohina ja aaltoilu lähdön tasaus- ja suodatusvaiheen jälkeen.
Tehokkuustesti:
Hyötysuhde virtalähde on yksinkertaisesti suhde sen koko lähtöteho jaettuna sen koko syöttöteho. Lähtöteho on tasavirta, jossa tuloteho on vaihtovirta, joten meidän on hankittava tulotehon todellinen RMS-arvo tämän saavuttamiseksi. Laadukasta wattimittaria, jolla on todelliset RMS-ominaisuudet, voidaan käyttää, tekemällä tämän testin, testeri voi ymmärtää virtalähteen yleiset suunnitteluparametrit, jos mitattu hyötysuhde ei riitä valitulle topologialle, silloin se on selkeä osoitus huonosti suunniteltu virtalähde tai vialliset osat.
Käynnistysviive:
Virtalähteen käynnistysviive on sen ajan mittaus, joka kuluu virtalähteen tuoton saamiseksi vakaana. Kytkentävirtalähteelle tämä aika on erittäin tärkeä lähtöjännitteen oikean sekvensoinnin kannalta. Tällä parametrilla on myös tärkeä rooli herkkien elektronisten laitteiden ja antureiden virrassa. Jos tätä parametria ei käsitellä oikein, se johtaa piikkien muodostumiseen, joka voi tuhota kytkentätransistorit tai jopa liitetyn lähtökuorman. Tämä ongelma voidaan helposti ratkaista lisäämällä "pehmeä käynnistys" -piiri kytkentätransistorin alkuvirran rajoittamiseksi.
Ylijännitesammutus:
Tyypillisesti hyvä virtalähde on suunniteltu sammumaan, jos virtalähteen lähtöjännite ylittää tietyn kynnysarvon, jos ei, se voi olla haitallista laitteelle kuormitettuna.
Tyypillinen SMPS-testauksen asennus
Kun kaikki vaaditut parametrit on selvitetty, voimme vihdoin siirtyä SMPS-piirin testaamiseen. Hyvällä SMPS-testauspenkillä tulisi olla yleisesti saatavilla olevat testaus- ja turvavarusteet, jotka minimoivat turvallisuusongelmat.
Eristysmuuntaja:
Eristysmuuntaja on tarkoitettu eristämään sähköisesti SMPS-piirin ensisijainen osa. Eristettynä voimme kiinnittää minkä tahansa maadoitusanturin, mitätöimällä virtalähteen korkeajännitepuolen. Tämä eliminoi oikosulun mahdollisuuden suoraan maahan.
Automaattinen muuntaja:
Autotransformaattoria voidaan käyttää hitaasti lisäämään SMPS-piirin tulojännitettä, mikä tekee samalla virran tarkkailun estääkseen katastrofaalisen vian. Eri tilanteessa sitä voidaan käyttää matalajännitteisten ja korkeajännitteisten tilanteiden simulointiin, jolloin voimme simuloida tilanteita, joissa verkkojännite muuttuu äkillisesti, mikä auttaa meitä ymmärtämään SMPS: n käyttäytymistä näissä olosuhteissa. Yleensä nimellinen virtalähde 85 V - 240 V voidaan testata autotransformaattorin avulla, voimme testata SMPS-piirin lähtöominaisuudet erittäin helposti.
Sarjan polttimo:
Sarjassa oleva hehkulamppu on hyvä käytäntö SMPS-piirin testauksessa, komponentin tietty vika voi johtaa räjähtäviin MOSFET-levyihin. Jos ajattelet räjähtävää MOSFETiä, luit sen oikein! MOSFET räjähtää suurvirtaisissa virtalähteissä. Joten sarjana oleva hehkulamppu voi estää MOSFETin räjäyttämisen.
Elektroninen kuorma:
SMPS-piirien suorituskyvyn testaamiseksi tarvitaan kuorma, kun taas jotkut suuritehoiset vastukset ovat varmasti helppo tapa testata tietty kuormitettavuus. Lähtösuodatinosan testaaminen ilman vaihtelevaa kuormitusta on kuitenkin melkein mahdotonta, siksi elektroninen kuormitus on välttämätön, koska voimme helposti mitata lähtökohinaa erilaisissa kuormitusolosuhteissa vaihtelemalla kuormaa lineaarisesti.
Voit myös rakentaa oman säädettävän elektronisen kuormituksen Arduinolla, jota voidaan käyttää pienitehoiseen SMPS-testaukseen. Elektronisen kuormituksen avulla voimme helposti mitata ulostulosuodattimen suorituskyvyn, ja se on välttämätöntä, koska huonosti suunniteltu ulostulosuodatin voi tietyssä kuormitustilassa kytkeä lähtöön harmonisen ja kohinan, mikä on erittäin huono herkille elektroniikka.
SMPS: n testaaminen suurjännitemittarilla
Jännitteen mittaus voidaan tehdä helposti eristysmuuntajan avulla, mutta parempi tapa on käyttää differentiaalianturia suurjännitemittauksiin. Differentiaaliantureilla on kaksi tuloa ja ne mittaavat tulojen välisen jännitteen eron. Se tekee tämän vähentämällä yhden tulon jännitteen toisesta ilman minkäänlaista puuttumista maakaiteista.
Tämäntyyppisillä koettimilla on korkea Common Mode Rejection Ratio (CMRR), joka parantaa koettimen dynaamista aluetta. Yleisessä SMPS-piirissä ensiöpuolen kytkimet ovat erittäin korkealla 340 V: n kytkentäjännitteellä ja suhteellisen nopealla siirtymäajalla. Mikä tapauksessa tuottaa melua, näissä tilanteissa, jos yritämme mitata tulosignaalia MOSFETin portissa, käytämme korkean melun sijasta tulokytkentäsignaalia. Tämä ongelma voidaan helposti poistaa käyttämällä suurjännite-eroanturia, jolla on korkea CMRR, joka hylkää häiritsevät signaalit.
Johtopäätös
Alikehittyneen virtalähteen suunnittelu ja testaus voi aiheuttaa turvallisuusongelmia. Kuten artikkelista käy ilmi, yleinen käytäntö ja testauslaitteet voivat kuitenkin varmasti vähentää riskiä huomattavasti.
Toivottavasti pidit artikkelista ja opit jotain hyödyllistä. Jos sinulla on kysyttävää, voit jättää ne alla olevaan kommenttiosioon tai käyttää foorumeitamme muiden teknisten kysymysten lähettämiseen.