Hoe een smps-voedingskaart te testen

Om productfunctionaliteiten en ontwerpparameters te verifiëren, vereist een voedingscircuit geavanceerde testmethoden en elektronische testapparatuur. Het is noodzakelijk om meer kennis te vergaren over de SMPS-testvereisten om aan productnormen te voldoen. In dit artikel zullen we leren hoe we een SMPS-circuit kunnen testen en zullen we praten over enkele van de meest basistests voor SMPS en de veiligheidsnormen die moeten worden gevolgd om een ​​SMPS-circuit eenvoudig en efficiënt te testen. Het volgende onderzoek geeft u een idee van de meest elementaire voedingsarchitecturen en hun testproces.

Als u een SMPS-ontwerpingenieur bent, kunt u ook het artikel over SMPS PCB-ontwerptips en SMPS EMI-reductietechnieken bekijken, die we beide eerder hebben besproken.

Basisprincipes van SMPS-testen - Punten om te onthouden

Geschakelde voedingen (SMPS) -circuits schakelen normaal gesproken zeer hoge gelijkspanning met een automatisch instelbare inschakelduur, om het uitgangsvermogen met een hoog rendement te regelen. Maar door dit te doen, ontstaan ​​er veiligheidsproblemen die schadelijk kunnen zijn voor het apparaat als er niet voor wordt gezorgd.

Het bovenstaande schema toont een lijngevoede voeding die gebruikmaakt van de flyback-topologie om DC met hoge spanning om te zetten in DC met lage spanning. Het schema is gemaakt om de hoogspanningszijde en de laagspanningszijde duidelijk te begrijpen. Aan de hoogspanningszijde hebben we een zekering als beveiligingsapparaat, dan wordt de netspanning gelijkgericht en gefilterd door de ingangsgelijkrichterdiodes D1, D2, D3, D4 en condensator C2, dit betekent dat het spanningsniveau tussen die lijnen kan bereik meer 350V of meer op een bepaald moment. Ingenieurs en technici moeten heel voorzichtig zijn bij het werken met deze potentieel dodelijke spanningsniveaus.

Een ander ding waar je erg voorzichtig mee moet zijn, is de filtercondensator C2, omdat deze de lading lange tijd vasthoudt, zelfs als de voeding is losgekoppeld van het lichtnet. Voordat we verder gaan met het testen van het SMPS-circuit, moet deze condensator correct worden ontladen.

De schakeltransistor T2 is de hoofdschakeltransistor en T1 is de hulpschakeltransistor. Aangezien de hoofdschakeltransistor verantwoordelijk is voor het aandrijven van de hoofdtransformator, wordt deze zeer waarschijnlijk erg heet, en aangezien het wordt geleverd met een TO-220-pakket, bestaat de kans dat de treffer een hoge spanning heeft. De testoperator moet in dit gedeelte extra voorzichtig zijn. Een van de belangrijkste parameters om op te letten, is het transformatorgedeelte. In het schema wordt het aangeduid als T1, de transformator T1 in combinatie met de optocoupler OK1 zorgt voor isolatie van de primaire zijde. In een testsituatie waarbij het secundaire gedeelte is verbonden met aarde en het primaire gedeelte zweeft. De situatie waarbij een testinstrument in het primaire gedeelte wordt aangesloten, veroorzaakt kortsluiting naar de aarde, wat het testinstrument permanent kan beschadigen. Anders dan dat, heeft een typische flyback-omzetter een minimale belasting nodig om goed te werken, anders kan de uitgangsspanning niet goed worden geregeld.

Voedingstests

Voedingen worden in een groot aantal producten gebruikt. Als gevolg hiervan moeten de testprestaties verschillen, afhankelijk van de toepassing. De testopstelling in een ontwerplab wordt bijvoorbeeld gedaan om ontwerpparameters te verifiëren. Deze tests vereisen hoogwaardige testapparatuur met een goede controleomgeving. Het testen van stroomtoevoer in productieomgevingen daarentegen is primair gericht op de algehele functie op basis van de specificaties die zijn bepaald tijdens de productontwerpfase.

Tijdelijke hersteltijd laden:

De voeding met constante spanning heeft een ingebouwde feedbacklus die de uitgangsspanning continu bewaakt en stabiliseert door de duty-cycle dienovereenkomstig te wijzigen. Als de vertraging tussen het feedback- en stuurcircuit een kritische waarde nadert bij de crossover met eenheidsversterking, wordt de voeding onstabiel en begint te oscilleren. Deze vertraging wordt gemeten als een hoekverschil en wordt gedefinieerd als de mate van faseverschuiving. In een typische voeding is deze waarde 180 graden faseverschuiving tussen de input en output.

Load Regulation Test:

Belastingsregeling is een statische parameter waarin we de uitgangslimiet van de voeding testen op een plotselinge verandering in belastingsstroom. Bij een voeding met constante spanning is de testparameter de constante stroom. Bij een constante stroomvoorziening is dit de constante spanning. Door deze parameters te testen, kunnen we bepalen of de voeding bestand is tegen de snelle veranderingen in de belasting.

Huidige limiettest:

In een typische stroombeperkte stroomvoorziening wordt de test uitgevoerd om de stroombeperkende mogelijkheden van een stroomvoorziening met constante spanning te observeren. De werkelijke stroomlimiet kan vast zijn of kan variabel zijn, afhankelijk van het type en de vereiste van de voeding.

Test op rimpel en ruis:

Een voeding van doorgaans goede kwaliteit of veel hoogwaardige voedingen van audiokwaliteit worden getest om hun outputrimpel en ruis te meten. De meest voorkomende naam van deze test is bekend als PARD (Periodic and Random Deviation). In deze test meten we de periodieke en willekeurige afwijking van de uitgangsspanning over een beperkte bandbreedte, samen met andere parameters zoals ingangsspanning, ingangsstroom, schakelfrequentie en belastingsstroom constant. In eenvoudiger bewoordingen kunnen we zeggen dat we met behulp van dit proces de AC-gekoppelde ruis en rimpel aan de onderkant meten na de uitgangsgelijkrichtings- en filterfase.

Efficiëntietest:

De efficiëntie van een voeding is simpelweg de verhouding tussen het totale uitgangsvermogen gedeeld door het totale ingangsvermogen. Het uitgangsvermogen is gelijkstroom, waar het ingangsvermogen wisselstroom is, dus we hebben een echte RMS-waarde van het ingangsvermogen nodig om dit te bereiken. Een wattmeter van goede kwaliteit met echte RMS-mogelijkheden kan worden gebruikt, door deze test uit te voeren, kan de tester de algemene ontwerpparameters van een voeding begrijpen als de gemeten efficiëntie onvoldoende ruimte is voor een gekozen topologie, dan is dit een duidelijke indicatie van een slechte probleem met ontworpen voeding of defecte onderdelen.

Opstartvertragingstest:

De opstartvertraging van een voeding is de meting van de tijd die nodig is om de output van de voeding stabiel te krijgen. Voor een schakelende voeding is deze tijd erg cruciaal voor de juiste volgorde van de uitgangsspanning. Deze parameter speelt ook een belangrijke rol als het gaat om het voeden van gevoelige elektronische apparatuur en sensoren. Als deze parameter niet correct wordt afgehandeld, leidt dit tot de vorming van pieken die de schakeltransistoren of zelfs de aangesloten uitgangsbelasting kunnen vernietigen. Dit probleem kan eenvoudig worden opgelost door een "soft start" -circuit toe te voegen om de beginstroom voor de schakeltransistor te beperken.

Uitschakeling bij overspanning:

Een typisch goede voeding is ontworpen om uit te schakelen als de uitgangsspanning van de voeding een bepaald drempelniveau overschrijdt, zo niet, dan kan dit schadelijk zijn voor het apparaat onder belasting.

Typische SMPS-testopstelling

Nu alle vereiste parameters zijn gewist, kunnen we eindelijk doorgaan met het testen van het SMPS-circuit, een goede SMPS-testbank moet algemeen beschikbare test- en veiligheidsapparatuur hebben die de veiligheidsproblemen minimaliseert.

De scheidingstransformator:

De scheidingstransformator is er om het primaire gedeelte van het SMPS-circuit elektrisch te isoleren. Wanneer geïsoleerd, kunnen we elke aardingssonde rechtstreeks aansluiten, waardoor de hoogspanningszijde van de voeding teniet wordt gedaan. Dit elimineert de mogelijkheid van een kortsluiting direct naar de aarde.

De auto-transformator:

De autotransformator kan worden gebruikt om de ingangsspanning van een SMPS-circuit langzaam te verhogen, terwijl het bewaken van de stroom een ​​catastrofale storing kan voorkomen. In een andere situatie kan het worden gebruikt om laagspannings- en hoogspanningssituaties te simuleren, waardoor we situaties kunnen simuleren waarin de netspanning abrupt verandert, dit zal ons helpen het gedrag van de SMPS in die omstandigheden te begrijpen. Over het algemeen kan een universele nominale voeding van 85V tot 240V worden getest met behulp van een autotransformator, we kunnen de uitgangskarakteristiek van een SMPS-circuit heel gemakkelijk testen.

De serie lamp:

Een gloeilamp in serie is een goede gewoonte als het gaat om het testen van een SMPS-circuit, een bepaalde storing van een onderdeel kan leiden tot exploderende MOSFET's. Als je denkt aan een exploderende MOSFET, lees je dat goed! MOSFET explodeert in hoogspanningsvoedingen. Een in serie geplaatste gloeilamp kan dus voorkomen dat een MOSFET wordt gestraald.

De elektronische belasting:

Om de prestaties van elk SMPS-circuit te testen, is een belasting nodig, terwijl een weerstand met een hoog vermogen zeker de gemakkelijke manier is om een ​​bepaalde belastingscapaciteit te testen. Maar het is bijna onmogelijk om het uitgangsfiltergedeelte te testen zonder een variërende belasting, daarom is een elektronische belasting nodig, omdat we gemakkelijk uitgangsruis kunnen meten bij verschillende belastingsomstandigheden door de belasting lineair te variëren.

U kunt ook uw eigen instelbare elektronische belasting bouwen met Arduino, die kan worden gebruikt voor SMPS-tests met laag vermogen. Met behulp van een elektronische belasting kunnen we eenvoudig de prestaties van het uitgangsfilter meten, en dat is nodig omdat een slecht ontworpen uitgangsfilter in een bepaalde belastingstoestand harmonische en ruis kan koppelen aan de uitgang, wat erg slecht is voor gevoelige elektronica.

Testen van de SMPS met een hoogspanningsverschilsonde

Hoewel spanningsmeting eenvoudig kan worden gedaan met behulp van een scheidingstransformator, is een betere manier om een ​​differentiële sonde te gebruiken voor hoogspanningsmetingen. Differentiële sondes hebben twee ingangen en meten het verschil in de spanning tussen de ingangen. Het doet dit door de spanning op de ene ingang van de andere af te trekken zonder tussenkomst van grondrails.

Dit type sondes heeft een hoge Common Mode Rejection Ratio (CMRR) die het dynamisch bereik van de sonde verbetert. In een generiek SMPS-circuit schakelt de primaire zijde met een zeer hoge schakelspanning van 340V en een relatief snelle overgangstijd. Wat in het geval ruis genereert, in deze situaties, als we proberen het ingangssignaal in de poort van de MOSFET te meten, zullen we hoge ruis doorlaten in plaats van een ingangsschakelsignaal. Dit probleem kan gemakkelijk worden geëlimineerd door een hoogspanningsverschilsonde te gebruiken met een hoge CMRR die de storende signalen verwerpt.

Conclusie

Het ontwerpen en testen van een onderontwikkelde stroomvoorziening kan veiligheidsrisico's opleveren. Zoals in het artikel wordt aangetoond, kan het gebruik en testapparatuur het risico zeker aanzienlijk verminderen.

Ik hoop dat je het artikel leuk vond en iets nuttigs hebt geleerd. Als u vragen heeft, kunt u deze achterlaten in het commentaargedeelte hieronder of onze forums gebruiken om andere technische vragen te stellen.