Kako preizkusiti napajalno ploščo smps

Za preverjanje funkcionalnosti izdelka in konstrukcijskih parametrov napajalno vezje zahteva dovršene preskusne metode in elektronsko preskusno opremo. Za izpolnitev standardov izdelkov je treba zbrati boljše znanje o zahtevah za testiranje SMPS. V tem članku bomo izvedeli, kako preizkusiti vezje SMPS, in se pogovarjali o nekaterih najosnovnejših preskusih SMPS ter varnostnih normah, ki jih je treba upoštevati za enostavno in učinkovito testiranje vezja SMPS. Naslednji pregled vam daje predstavo o najosnovnejših arhitekturah napajalnikov in njihovem postopku testiranja.

Če ste inženir oblikovanja SMPS, si lahko ogledate tudi članek o nasvetih za oblikovanje tiskanih vezij SMPS in tehnikah zmanjšanja EMI SMPS, o katerih smo že govorili.

Osnove testiranja SMPS - točke, ki jih je treba zapomniti

Preklopna vezja (SMPS) vezja običajno preklapljajo zelo visokonapetostni enosmerni tok s samodejno nastavljivim delovnim ciklom, da se izhodna moč uravna z visokim izkoristkom. Toda s tem se pojavijo varnostni pomisleki, ki so lahko škodljivi za napravo, če zanje ne poskrbimo.

Zgornja shema prikazuje omrežno napajanje, ki uporablja povratno topologijo za pretvorbo visokonapetostnega enosmernega v nizkonapetostni enosmerni tok. Shema je bila narejena za jasno razumevanje visokonapetostne in nizkonapetostne strani. Na visokonapetostni strani imamo varovalko kot zaščitno napravo, nato omrežno napetost odpravimo in filtriramo z vhodnimi usmerniškimi diodami D1, D2, D3, D4 in kondenzatorjem C2, kar pomeni, da lahko napetost med temi linijami v določenem trenutku dosežejo več kot 350 V ali več. Inženirji in tehniki morajo biti zelo previdni pri delu s temi potencialno smrtonosnimi napetostnimi ravnmi.

Pri tem je treba biti še posebej previden, kondenzator filtra C2, saj zadrži polnjenje dlje časa, tudi če je napajanje izključeno iz omrežja. Preden nadaljujemo s preskušanjem vezja SMPS, moramo ta kondenzator pravilno izprazniti.

Preklopni tranzistor T2 je glavni preklopni tranzistor, T1 pa pomožni preklopni tranzistor. Ker je glavni preklopni tranzistor odgovoren za pogon glavnega transformatorja, se najverjetneje zelo segreje, in ker je priložen paketu TO-220, obstaja verjetnost, da bo zadrževalnik imel visoko napetost. V tem poglavju mora biti preizkuševalec zelo previden. Eden najpomembnejših parametrov, ki ga je treba upoštevati, je odsek transformatorja. V shemi je označen kot T1, transformator T1 v povezavi z optičnim sklopnikom OK1 zagotavlja izolacijo od primarne strani. V preskusni situaciji, ko je sekundarni odsek povezan z zemljo in primarni odsek plava. Situacija s priključitvijo preskusnega instrumenta v primarnem odseku povzroči kratek stik s tlemi, ki lahko trajno poškoduje testni instrument. Razen tega tipični povratni pretvornik potrebuje minimalno obremenitev za pravilno delovanje, sicer izhodne napetosti ni mogoče pravilno regulirati.

Preskusi napajanja

Napajalniki se uporabljajo v različnih izdelkih. Posledično mora biti uspešnost testa različna, odvisno od aplikacije. Na primer, testna nastavitev v projektnem laboratoriju se opravi za preverjanje projektnih parametrov. Ti testi zahtevajo visoko zmogljivo preskusno opremo z ustreznim nadzornim okoljem. Nasprotno pa se preskušanje napajanja v proizvodnih okoljih osredotoča predvsem na splošno funkcijo, ki temelji na specifikacijah, določenih v fazi zasnove izdelka.

Naloži prehodni čas obnovitve:

V konstantno napetostno napajanje je vgrajena povratna zanka, ki neprekinjeno nadzira in stabilizira izhodno napetost s tem, da ustrezno spremeni delovni cikel. Če se zakasnitev med povratnim in krmilnim vezjem približa kritični vrednosti pri njegovem križanju z enojnim dobitkom, napajanje postane nestabilno in začne nihati. Ta časovni zamik se meri kot kotna razlika in je opredeljen kot stopnja faznega premika. V tipičnem napajalniku je ta vrednost 180 stopinj faznega premika med vhodom in izhodom.

Preskus regulacije obremenitve:

Regulacija obremenitve je statični parameter, pri katerem preizkusimo izhodno mejo napajanja zaradi nenadne spremembe tokovnega toka. Pri napajanju s konstantno napetostjo je preskusni parameter konstantni tok. Medtem ko je v konstantnem tokovnem napajanju konstantna napetost. S preizkušanjem teh parametrov lahko ugotovimo sposobnost napajalnika, da prenese hitre spremembe obremenitve.

Preskus trenutne meje:

V tipičnem tokovno omejenem napajanju se preskus izvede za opazovanje trenutnih omejitvenih zmožnosti konstantnega napetostnega napajanja. Dejanska omejitev toka je lahko fiksna ali spremenljiva, odvisno od vrste in zahteve za napajanje.

Test za valovanje in hrup:

Običajno kakovostno napajanje ali številni visokokakovostni napajalniki zvoka so testirani za merjenje njihovega valovanja in hrupa. Najpogostejše ime tega testa je znano kot PARD (Periodično in naključno odstopanje). V tem preizkusu merimo periodično in naključno odstopanje izhodne napetosti v omejeni pasovni širini skupaj z drugimi parametri, kot so vhodna napetost, vhodni tok, preklopna frekvenca in tok obremenitve nenehno. Preprosteje rečeno, s tem postopkom lahko rečemo, da po izhodni fazi popravljanja in filtriranja izmerimo hrup in valovanje na spodnji strani izmeničnega toka.

Preskus učinkovitosti:

Učinkovitost oskrbe z električno energijo, je preprosto razmerje med njene skupne izhodne moči, deljen s svojo skupno vhodno močjo. Izhodna moč je enosmerna, kjer je vhodna moč izmenična, zato moramo za to doseči resnično efektivno vrednost vhodne moči. Uporabi se lahko kvaliteten vatmeter z resničnimi efektivnimi efektivnimi vrednostmi. S tem preskusom lahko tester razume splošne konstrukcijske parametre napajalnika, če izmerjeni izkoristek nima prostora za izbrano topologijo, potem je to jasen znak za slabo težava z načrtovanim napajanjem ali poškodovanimi deli.

Preskus zakasnitve zagona:

Zakasnitev zagona napajalnika je merjenje časa, potrebnega za stabilnost izhoda napajanja. Za preklopno napajanje je ta čas zelo pomemben za pravilno zaporedje izhodne napetosti. Ta parameter igra pomembno vlogo tudi pri napajanju občutljive elektronske opreme in senzorjev. Če s tem parametrom ne ravnamo pravilno, povzroči nastanek konic, ki lahko uničijo preklopne tranzistorje ali celo povezano izhodno obremenitev. To težavo je mogoče enostavno rešiti z dodajanjem vezja "mehkega zagona", ki omeji začetni tok za preklopni tranzistor.

Izklop prenapetosti:

Običajno dober napajalnik je zasnovan tako, da se izklopi, če izhodna napetost napajalnika preseže določeno mejno vrednost, če ne, je to lahko škodljivo za napravo ob obremenitvi.

Tipična nastavitev preskušanja SMPS

Ko so vsi zahtevani parametri razčiščeni, lahko končno nadaljujemo s testiranjem vezja SMPS, dobra preskusna miza SMPS bi morala imeti splošno dostopno preskusno in varnostno opremo, ki zmanjšuje varnostne pomisleke.

Izolacijski transformator:

Izolacijski transformator je namenjen električni izolaciji primarnega odseka vezja SMPS. Ko smo izolirani, lahko neposredno pritrdimo katero koli ozemljitveno sondo, kar negativno vpliva na visokonapetostno stran napajanja. To odpravlja možnost kratkega stika neposredno na tla.

Samodejni transformator:

Z avtotransformatorjem lahko počasi zvišujete vhodno napetost vezja SMPS, pri čemer lahko nadzor nad tokom prepreči katastrofalno okvaro. V drugačnih razmerah ga lahko uporabimo za simulacijo nizkonapetostnih in visokonapetostnih situacij, pri čemer lahko simuliramo situacije, ko se linijska napetost nenadoma spreminja, kar nam bo pomagalo razumeti vedenje SMPS v teh pogojih. Na splošno lahko univerzalni nazivni napajalnik v razponu od 85V do 240V preizkusimo s pomočjo avtotransformatorja, izhodno značilnost vezja SMPS lahko zelo enostavno preizkusimo.

Serijska žarnica:

Žarnica v seriji je dobra praksa pri preizkušanju vezja SMPS, določena okvara komponente lahko privede do eksplozije MOSFET-jev. Če razmišljate o eksplodirajočem MOSFET-u, ste prav prebrali! MOSFET eksplodira v visokonapetostnih napajalnikih. Torej, žarnica z žarilno nitko v seriji lahko prepreči, da bi MOSFET eksplodiral.

Elektronska obremenitev:

Za preizkušanje delovanja katerega koli vezja SMPS je potrebna obremenitev, medtem ko je nekater močan upor zagotovo enostaven način za preizkus določene nosilnosti. Skoraj nemogoče pa je preskusiti odsek izhodnega filtra brez različne obremenitve, zato je elektronska obremenitev nujna, saj lahko z linearnim spreminjanjem obremenitve enostavno merimo izhodni hrup pri različnih pogojih obremenitve.

Z Arduinom lahko ustvarite tudi lastno nastavljivo elektronsko obremenitev, ki jo lahko uporabite za testiranje SMPS z majhno močjo. S pomočjo elektronske obremenitve lahko enostavno izmerimo zmogljivost izhodnega filtra, kar je nujno, ker lahko slabo izdelan izhodni filter v določenem stanju obremenitve poveže harmoniko in šum na izhodu, kar je zelo slabo za občutljive elektronika.

Testiranje SMPS z visokonapetostno diferencialno sondo

Merjenje napetosti sicer lahko enostavno izvedemo s pomočjo izolacijskega transformatorja, vendar je boljši način uporaba diferencialne sonde za visokonapetostne meritve. Diferencialne sonde imajo dva vhoda in merijo razliko v napetosti med vhodi. To naredi tako, da napetost na enem vhodu odšteje od drugega, ne da bi bilo treba posredovati tirnice.

Te vrste sond imajo visoko razmerje zavrnitve skupnega načina (CMRR), ki izboljša dinamični razpon sonde. V generičnem vezju SMPS primarna bočna stikala z zelo visoko preklopno napetostjo 340 V in razmeroma hitrim prehodnim časom. Kar v primeru, da ustvarja hrup, bomo v teh primerih, če bomo poskušali izmeriti vhodni signal na vratih MOSFET-a, namesto vhodnega preklopnega signala oddali močan šum. Te težave je mogoče enostavno odpraviti z uporabo visokonapetostne diferencialne sonde z visokim CMRR, ki zavrne moteče signale.

Zaključek

Načrtovanje in preizkušanje nerazvitega napajalnika lahko predstavlja varnostne pomisleke. Kot je razvidno iz članka, lahko običajna praksa in oprema za preskušanje vsekakor močno zmanjšata tveganje.

Upam, da ste članek uživali in se naučili kaj koristnega. Če imate kakršna koli vprašanja, jih lahko pustite v spodnjem oddelku za komentarje ali uporabite naše forume za objavo drugih tehničnih vprašanj.