Kako testirati smps ploču za napajanje

Za provjeru funkcionalnosti proizvoda i parametara dizajna, krug napajanja zahtijeva sofisticirane metode ispitivanja i elektroničku ispitnu opremu. Potrebno je prikupiti bolje znanje o zahtjevima SMPS ispitivanja kako bi se ispunili standardi proizvoda. U ovom ćemo članku naučiti kako testirati SMPS krug i razgovarati o nekim najosnovnijim testovima za SMPS te sigurnosnim normama koje treba slijediti kako bi se SMPS krug testirao lako i učinkovito. Sljedeći pregled daje vam ideju o najosnovnijim arhitekturama napajanja i njihovom procesu ispitivanja.

Ako ste inženjer SMPS dizajna, također možete pogledati članak o SMPS savjetima za dizajn PCB-a i SMPS EMI tehnikama smanjenja, o kojima smo ranije razgovarali.

Osnove SMPS testiranja - Točke koje treba zapamtiti

Preklopni krugovi napajanja (SMPS) obično prebacuju istosmjerno visoki napon s automatski podesivim radnim ciklusom, kako bi se regulirala izlazna snaga s visokom učinkovitošću. No, to uvodi sigurnosne probleme koji mogu biti štetni za uređaj ako se ne pobrine za njih.

Gornja shema prikazuje linijsko napajanje koje koristi povratnu topologiju za pretvorbu istosmjernog istosmjernog napona u niskonaponski istosmjerni strujni krug. Shema je napravljena kako bi se jasno razumjela strana visokog i niskog napona. Na visokonaponskoj strani imamo osigurač kao zaštitni uređaj, a zatim se mrežni napon ispravlja i filtrira pomoću ulaznih ispravljačkih dioda D1, D2, D3, D4 i kondenzatora C2, što znači da razina napona između tih vodova može dosegnu više od 350 V ili više u određenom trenutku. Inženjeri i tehničari trebali bi biti vrlo oprezni dok rade s ovim potencijalno smrtonosnim razinama napona.

Još jedna stvar na koju biste trebali biti vrlo oprezni je kondenzator filtra C2, jer on dugo zadržava naboj, čak i kad je napajanje isključeno iz mreže. Prije nego što nastavimo s bilo kojim ispitivanjem SMPS kruga, ovaj se kondenzator mora pravilno isprazniti.

Sklopni tranzistor T2 glavni je tranzitorski tranzistor, a T1 pomoćni sklopni tranzistor. Kako je glavni preklopni tranzistor odgovoran za pogon glavnog transformatora, najvjerojatnije će se jako zagrijati, a kako dolazi s paketom TO-220, postoji vjerojatnost da će pogođeni sudoper imati visoki napon na sebi. U ovom odjeljku ispitivač mora biti posebno oprezan. Jedan od najvažnijih parametara koji treba uzeti u obzir je odjeljak transformatora. U shemi je označen kao T1, transformator T1 u sprezi s optoparnikom OK1 osigurava izolaciju od primarne strane. U ispitnoj situaciji kada je sekundarni dio povezan sa zemljom, a primarni dio pluta. Situacija spajanja ispitnog instrumenta u primarnom dijelu prouzročit će kratki spoj na tlo, što može trajno oštetiti ispitni instrument. Osim toga, tipičnom povratnom pretvaraču treba minimalno opterećenje da bi ispravno radio, inače se izlazni napon ne može pravilno regulirati.

Ispitivanja napajanja

Napajanja se koriste u raznim proizvodima. Kao rezultat, izvedba testa mora biti različita, ovisno o aplikaciji. Na primjer, test postavljanje u laboratoriju za projektiranje vrši se radi provjere parametara dizajna. Za ova ispitivanja potrebna je oprema za ispitivanje visokih performansi s odgovarajućim kontrolnim okruženjem. Suprotno tome, ispitivanje napajanja u proizvodnim okruženjima prvenstveno se fokusira na ukupnu funkciju na temelju specifikacija utvrđenih tijekom faze dizajniranja proizvoda.

Učitaj privremeno vrijeme oporavka:

Stalno-naponsko napajanje ima ugrađenu povratnu petlju koja kontinuirano nadgleda i stabilizira izlazni napon mijenjajući u skladu s tim radni ciklus. Ako se kašnjenje između povratne sprege i upravljačkog kruga približi kritičnoj vrijednosti na njegovom crossover-u jedinstvenog dobitka, napajanje postaje nestabilno i počinje oscilirati. To se kašnjenje mjeri kao kutna razlika i definira se kao stupanj faznog pomaka. U tipičnom napajanju ta vrijednost iznosi 180 stupnjeva faznog pomaka između ulaza i izlaza.

Ispitivanje regulacije opterećenja:

Regulacija opterećenja je statički parametar u kojem ispitujemo izlaznu granicu napajanja na naglu promjenu struje opterećenja. U napajanju s konstantnim naponom, ispitni parametar je konstantna struja. Dok je u napajanju s konstantnom strujom to konstantan napon. Ispitivanjem ovih parametara možemo utvrditi sposobnost napajanja da podnese brze promjene u opterećenju.

Test ograničenja struje:

U tipičnom strujno ograničenom napajanju, ispitivanje se provodi kako bi se uočile ograničavajuće mogućnosti napajanja s konstantnim naponom. Stvarno ograničenje struje može biti fiksno ili promjenjivo, ovisno o vrsti i zahtjevu napajanja.

Test za mreškanje i buku:

Uobičajeno dobro kvalitetno napajanje ili mnoštvo visokokvalitetnih izvora napajanja zvuka ispituju se kako bi se izmjerilo njihovo mreškanje i šum. Najčešći naziv ovog testa poznat je kao PARD (povremeno i slučajno odstupanje). U ovom testu mjerimo periodično i slučajno odstupanje izlaznog napona u ograničenoj širini pojasa zajedno s ostalim parametrima poput ulaznog napona, ulazne struje, frekvencije prebacivanja i struje opterećenja. Jednostavnije rečeno, možemo reći da uz pomoć ovog postupka mjerimo donju i izmjeničnu buku i mreškanje donje strane nakon faze ispravljanja i filtriranja na izlazu.

Ispitivanje učinkovitosti:

Učinkovitost napajanje je jednostavno omjer između ukupnog izlazne snage podijeljena s ukupnom ulaznom snagom. Izlazna snaga je istosmjerna gdje je ulazna snaga izmjenična, pa moramo postići stvarnu efektivnu vrijednost ulazne snage da bismo to postigli. Može se koristiti kvalitetan vatmetar s istinskim RMS mogućnostima, radeći ovaj test, ispitivač može razumjeti ukupne projektne parametre napajanja ako izmjerene učinkovitosti nema prostora za odabranu topologiju, onda je to jasan pokazatelj lošeg problem s osmišljenim napajanjem ili neispravnim dijelovima.

Test odgode pokretanja:

Kašnjenje pokretanja napajanja mjeri vrijeme potrebno za postizanje stabilnog izlaza napajanja. Za komutacijsko napajanje ovo je vrijeme presudno za pravilno sekvenciranje izlaznog napona. Ovaj parametar također igra važnu ulogu kada je u pitanju napajanje osjetljive elektroničke opreme i senzora. Ako se s ovim parametrom ne postupa pravilno, to dovodi do stvaranja šiljaka koji mogu uništiti sklopne tranzistore ili čak povezano izlazno opterećenje. Ovaj se problem može lako riješiti dodavanjem kruga "mekog pokretanja" za ograničavanje početne struje za sklopni tranzistor.

Isključivanje prenapona:

Tipično dobro napajanje dizajnirano je za isključivanje ako izlazni napon napajanja prelazi određenu graničnu razinu, ako ne, to može biti štetno za uređaj pod opterećenjem.

Tipično postavljanje ispitivanja SMPS

Nakon što su svi potrebni parametri razjašnjeni, napokon možemo prijeći na testiranje SMPS kruga, dobar SMPS ispitni sto bi trebao imati općenito dostupnu ispitnu i sigurnosnu opremu koja umanjuje sigurnosne probleme.

Izolacijski transformator:

Izolacijski transformator postoji za električnu izolaciju primarnog dijela SMPS kruga. Kad su izolirani, možemo izravno priključiti bilo koju sondu za uzemljenje, negirajući visokonaponsku stranu napajanja. To eliminira mogućnost kratkog spoja izravno na tlo.

Automatski transformator:

Autotransformator se može koristiti za polagano povećanje ulaznog napona SMPS kruga, čineći to dok nadgledanje struje može spriječiti katastrofalni kvar. U drugačijoj situaciji može se koristiti za simulaciju niskonaponskih i visokonaponskih situacija, čime simuliramo situacije u kojima se mrežni napon naglo mijenja, što će nam pomoći da shvatimo ponašanje SMPS-a u tim uvjetima. Općenito, univerzalno napajanje u rasponu od 85 V do 240 V može se testirati uz pomoć autotransformatora, vrlo lako možemo testirati izlazne karakteristike SMPS kruga.

Žarulja serije:

Žarulja u nizu dobra je praksa kada je riječ o ispitivanju SMPS kruga, određeni kvar komponente može dovesti do eksplozije MOSFET-ova. Ako razmišljate o eksplodirajućem MOSFET-u, dobro ste pročitali! MOSFET eksplodira u jakim strujnim napajanjima. Dakle, žarulja sa žarnom niti u nizu može spriječiti eksploziju MOSFET-a.

Elektroničko opterećenje:

Za testiranje izvedbe bilo kojeg SMPS kruga potrebno je opterećenje, dok je neki otpornik velike snage zasigurno jednostavan način za ispitivanje određene nosivosti. No, gotovo je nemoguće testirati odjeljak izlaznog filtra bez različitog opterećenja, zato postaje neophodno elektroničko opterećenje, jer linearnim mijenjanjem opterećenja možemo lako izmjeriti izlaznu buku u različitim uvjetima opterećenja.

Također možete izraditi vlastito podesivo elektroničko opterećenje koristeći Arduino koji se može koristiti za testiranje SMPS male snage. Uz pomoć elektroničkog opterećenja možemo lako izmjeriti performanse izlaznog filtra, a to je neophodno jer loše dizajnirani izlazni filtar, u određenim uvjetima opterećenja, može spojiti harmoniju i šum na izlazu, što je vrlo loše za osjetljive elektronika.

Ispitivanje SMPS-a visokonaponskom diferencijalnom sondom

Iako se mjerenje napona može lako izvršiti uz pomoć izolacijskog transformatora, ali bolji način je uporaba diferencijalne sonde za visokonaponska mjerenja. Diferencijalne sonde imaju dva ulaza i mjere razliku u naponu između ulaza. To čini oduzimajući napon na jednom ulazu od drugog, bez ikakvih intervencija sa zemaljskih tračnica.

Ove vrste sondi imaju visok omjer odbijanja zajedničkog načina rada (CMRR) koji poboljšava dinamički raspon sonde. U generičkom SMPS krugu, primarni bočni prekidači s vrlo visokim sklopnim naponom od 340 V i relativno brzim prijelaznim vremenom. Što će u slučaju generiranja buke, u tim situacijama, ako pokušamo izmjeriti ulazni signal na vratima MOSFET-a, prijelaziti će velika buka, a ne ulazni komutacijski signal. Ovaj se problem lako može ukloniti korištenjem visokonaponske diferencijalne sonde s visokim CMRR koja odbija smetnje.

Zaključak

Projektiranje i ispitivanje nerazvijenog napajanja može predstavljati sigurnosne probleme. Međutim, kao što je prikazano u članku, uobičajena praksa i oprema za ispitivanje sigurno mogu znatno smanjiti rizik.

Nadam se da ste uživali u članku i naučili nešto korisno. Ako imate bilo kakvih pitanja, možete ih ostaviti u odjeljku za komentare u nastavku ili na našim forumima objaviti druga tehnička pitanja.