Hur man testar ett smps-nätaggregat

För att verifiera produktfunktioner och designparametrar kräver en strömförsörjningskrets sofistikerade testmetoder och elektronisk testutrustning. Det är nödvändigt att samla bättre kunskap om SMPS-testkraven för att uppfylla produktstandarderna. I den här artikeln lär vi oss hur man testar SMPS-kretsar och pratar om några av de mest grundläggande testerna för SMPS och de säkerhetsnormer som måste följas för att testa en SMPS-krets enkelt och effektivt. Följande undersökning ger dig en uppfattning om de mest grundläggande strömförsörjningsarkitekturerna och deras testprocess.

Om du är en SMPS Design Engineer kan du också kolla in artikeln om SMPS PCB Design Tips och SMPS EMI Reduction Techniques som vi båda diskuterade tidigare.

Grunderna i SMPS-testning - poäng att komma ihåg

Switchade lägesströmförsörjningskretsar (SMPS) kopplar normalt mycket högspännings DC med en automatisk justerbar arbetscykel för att reglera uteffekten med hög effektivitet. Men genom detta införs säkerhetsproblem som kan vara skadliga för enheten om de inte tas om hand.

Ovanstående schema visar en linjedriven strömförsörjning som använder flyback-topologin för att omvandla högspänning DC till lågspänning DC. Schemat var gjord för att förstå högspänningssidan och lågspänningssidan tydligt. På högspänningssidan har vi en säkring som en skyddsanordning, då rättas nätspänningen och filtreras av ingångslikriktardioderna D1, D2, D3, D4 och kondensator C2, det betyder att spänningsnivån mellan dessa ledningar kan når mer än 350 V eller mer vid en given tidpunkt. Ingenjörer och tekniker bör vara mycket försiktiga när de arbetar med dessa potentiellt dödliga spänningsnivåer.

En annan sak att vara mycket försiktig med är filterkondensatorn C2, eftersom den håller laddningen länge, även om strömförsörjningen är frånkopplad från elnätet. Innan vi fortsätter med någon testning av SMPS-kretsen måste denna kondensator laddas ur ordentligt.

Omkopplingstransistorn T2 är huvudomkopplingstransistorn och T1 är hjälpomkopplingstransistorn. Eftersom huvudomkopplingstransistorn är ansvarig för att driva huvudtransformatorn, är det troligt att det blir mycket varmt, och eftersom det kommer med ett TO-220-paket finns det en chans att träffsänkaren kommer att ha hög spänning på den. Testoperatören måste vara extra försiktig i detta avsnitt. En av de viktigaste parametrarna att notera är transformatorsektionen. I det schematiska betecknas det som T1, transformatorn T1 i kombination med optokopplaren OK1 ger isolering från den primära sidan. I en testsituation där den sekundära sektionen är ansluten till jord och den primära sektionen är flytande. Situationen som ansluter ett testinstrument i den primära delen kommer att orsaka kortslutning till marken, vilket kan skada testinstrumentet permanent. Förutom det behöver en typisk flyback-omvandlare en minsta belastning för att fungera korrekt, annars kan utspänningen inte regleras ordentligt.

Strömförsörjningstest

Strömförsörjning används i en mängd olika produkter. Som ett resultat måste testprestanda vara olika beroende på applikation. Till exempel görs testkonfigurationen i ett designlaboratorium för att verifiera designparametrar. Dessa tester kräver högpresterande testutrustning med en korrekt kontrollmiljö. Däremot fokuserar strömförsörjningstestning i produktionsmiljöer främst på övergripande funktion baserat på specifikationerna som fastställts under produktdesignfasen.

Ladda övergående återhämtningstid:

Strömförsörjningen med konstant spänning har en inbyggd återkopplingsslinga som kontinuerligt övervakar och stabiliserar utspänningen genom att ändra arbetscykeln därefter. Om fördröjningen mellan återkopplings- och styrkretsen närmar sig ett kritiskt värde vid dess enhetsförstärkningsövergång blir strömförsörjningen instabil och börjar svänga. Denna tidsfördröjning mäts som en vinkelskillnad och definieras som graden av fasförskjutning. I en typisk strömförsörjning är detta värde 180 grader fasförskjutning mellan ingång och utgång.

Lastregleringstest:

Lastreglering är en statisk parameter där vi testar strömförsörjningens utgångsgräns för en plötslig förändring av lastströmmen. I en strömförsörjning med konstant spänning är testparametern den konstanta strömmen. I konstant strömförsörjning är det konstant spänning. Genom att testa dessa parametrar kan vi bestämma strömförsörjningens förmåga att motstå de snabba förändringarna i belastningen.

Nuvarande gränstest:

I en typisk strömbegränsad strömförsörjning utförs testet för att observera strömbegränsningsförmågan hos en strömförsörjning med konstant spänning. Den faktiska strömgränsen kan fastställas eller den kan variera beroende på typ och krav på strömförsörjningen.

Test för krusning och buller:

En strömförsörjning av typiskt god kvalitet eller många högkvalitativa ljudkällor av ljudkvalitet testas för att mäta deras uteffekt och ljud. Det vanligaste namnet på detta test är känt som PARD (periodisk och slumpmässig avvikelse). I detta test mäter vi den periodiska och slumpmässiga avvikelsen för utspänningen över begränsad bandbredd tillsammans med andra parametrar som ingångsspänning, ingångsström, omkopplingsfrekvens och belastningsström konstant. I enklare termer kan vi säga med hjälp av denna process, vi mäter undersidan av växelströmskopplat brus och krusning efter utjämnings- och filtreringssteget.

Effektivitetstest:

Den effektivitet hos ett nätaggregat är helt enkelt förhållandet mellan dess totala uteffekt dividerat med dess totala ineffekten. Utgångseffekten är likström där ingångseffekten är växelström, så vi måste få ett verkligt RMS-värde på ingångseffekten för att uppnå detta. En wattmeter av god kvalitet med äkta RMS-funktioner kan användas, genom att göra detta test kan testaren förstå de övergripande designparametrarna för en strömförsörjning om den uppmätta effektiviteten är för liten för en vald topologi, då är det en tydlig indikation på dåligt utformad strömförsörjning eller fel på delar.

Start-up Delay Test:

Startfördröjningen för en strömförsörjning är mätningen av den tid det tar för att få utmatningen från strömförsörjningen stabil. För en växelströmförsörjning är den här tiden mycket viktig för korrekt sekvensering av utspänningen. Denna parameter spelar också en viktig roll när det gäller att driva känslig elektronisk utrustning och sensorer. Om denna parameter inte hanteras ordentligt leder det till att det bildas spikar som kan förstöra växlingstransistorerna eller till och med den anslutna utgångsbelastningen. Detta problem kan enkelt lösas genom att lägga till en "mjukstart" -krets för att begränsa startströmmen för växlingstransistorn.

Avstängning av överspänning:

En typiskt bra strömförsörjning är utformad för att stängas av om utgångsspänningen från strömförsörjningen överstiger en viss tröskelnivå, om inte, kan detta vara skadligt för enheten vid belastning.

Typisk SMPS-testinställning

Med alla nödvändiga parametrar rensade kan vi äntligen gå vidare till att testa SMPS-kretsen, en bra SMPS-testbänk bör ha allmänt tillgänglig test- och säkerhetsutrustning som minimerar säkerhetsproblem.

Isolationstransformatorn:

Isoleringstransformatorn är där för att isolera den primära delen av SMPS-kretsen elektriskt. När vi är isolerade kan vi direkt ansluta vilken jordprob som helst, vilket förnekar strömförsörjningens högspänningssida. Detta eliminerar möjligheten till en kortslutning direkt till marken.

Auto-transformatorn:

Autotransformatorn kan användas för att långsamt öka ingångsspänningen i en SMPS-krets, medan du kan övervaka strömmen kan förhindra katastrofalt fel. I en annan situation kan den användas för att simulera lågspänningssituationer och högspänningssituationer. På så sätt kan vi simulera situationer där linjespänningen förändras plötsligt, detta hjälper oss att förstå beteendet hos SMPS under dessa förhållanden. I allmänhet kan en universell nominell strömförsörjning variera från 85V till 240V kan testas med hjälp av en autotransformator, vi kan testa utgångskarakteristiken för en SMPS-krets mycket enkelt.

Seriens glödlampa:

En glödlampa i serie är en bra praxis när det gäller att testa en SMPS-krets, ett visst fel på en komponent kan leda till exploderande MOSFET. Om du funderar på en exploderande MOSFET läser du rätt! MOSFET exploderar i strömförsörjningar med hög ström. Så en glödlampa i serie kan förhindra att en MOSFET sprängs.

Den elektroniska belastningen:

För att testa prestanda för alla SMPS-kretsar är en belastning nödvändig, medan något högeffektsmotstånd säkert är det enkla sättet att testa viss lastkapacitet. Men det är nästan omöjligt att testa utdatafiltersektionen utan en varierande belastning, det är därför en elektronisk belastning blir nödvändig eftersom vi enkelt kan mäta utgångsbrus vid olika belastningsförhållanden genom att variera belastningen linjärt.

Du kan också bygga din egen justerbara elektroniska belastning med Arduino som kan användas för SMPS-test med låg effekt. Med hjälp av en elektronisk belastning kan vi enkelt mäta utgångsfiltrets prestanda, och det är nödvändigt eftersom ett dåligt utformat utgångsfilter, i ett visst belastningstillstånd, kan koppla överton och brus vid utgången, vilket är mycket dåligt för känsliga elektronik.

Testa SMPS med en högspänningsdifferentialsond

Medan spänningsmätning kan göras enkelt med hjälp av en isoleringstransformator men ett bättre sätt är att använda en differentiell sond för högspänningsmätningar. Differentialsonder har två ingångar och mäter skillnaden i spänningen mellan ingångarna. Det gör det genom att subtrahera spänningen vid en ingång från den andra utan ingripande från jordskenor.

Dessa typer av sonder har en hög Common Mode Rejection Ratio (CMRR) som förbättrar sondens dynamiska omfång. I en generisk SMPS-krets växlar den primära sidan med en mycket hög kopplingsspänning på 340V och en relativt snabb övergångstid. Som i fallet genererar brus, i dessa situationer, om vi försöker mäta insignalen i MOSFETs grind, kommer vi att stänga högt brus snarare än en ingångsväxlingssignal. Detta problem kan lätt elimineras med hjälp av en högspänningsdifferentialsond med hög CMRR som avvisar störande signaler.

Slutsats

Att designa och testa en underutvecklad strömförsörjning kan ge säkerhetsproblem. Men som visas i artikeln kan allmän praxis och testutrustning säkert minska risken avsevärt.

Hoppas du gillade artikeln och lärde dig något användbart. Om du har några frågor kan du lämna dem i kommentarfältet nedan eller använda våra forum för att skicka andra tekniska frågor.