Come testare una scheda di alimentazione smps

Per verificare le funzionalità del prodotto ei parametri di progettazione, un circuito di alimentazione richiede metodi di test sofisticati e apparecchiature di test elettronico. È necessario acquisire una migliore conoscenza dei requisiti di test SMPS per soddisfare gli standard di prodotto. In questo articolo impareremo come testare il circuito SMPS e parleremo di alcuni dei test più basilari per SMPS e delle norme di sicurezza che devono essere seguite per testare un circuito SMPS in modo semplice ed efficiente. Il seguente esame fornisce un'idea delle architetture di alimentazione di base e del loro processo di test.

Se sei un ingegnere progettista SMPS, puoi anche consultare l'articolo su Suggerimenti per la progettazione PCB SMPS e Tecniche di riduzione EMI SMPS, entrambi discussi in precedenza.

Nozioni di base sul test SMPS - Punti da ricordare

I circuiti degli alimentatori switching (SMPS) normalmente commutano CC ad altissima tensione con un ciclo di lavoro regolabile automaticamente, al fine di regolare la potenza di uscita con alta efficienza. Ma così facendo si introducono problemi di sicurezza che possono essere dannosi per il dispositivo se non vengono presi in considerazione.

Lo schema sopra mostra un alimentatore alimentato da linea che utilizza la topologia flyback per convertire CC ad alta tensione in CC a bassa tensione. Lo schema è stato realizzato per comprendere chiaramente il lato ad alta tensione e il lato a bassa tensione. Nel lato alta tensione, abbiamo un fusibile come dispositivo di protezione, quindi la tensione di rete viene raddrizzata e filtrata dai diodi raddrizzatori di ingresso D1, D2, D3, D4 e condensatore C2, questo significa che il livello di tensione tra quelle linee può raggiungere più di 350 V o più in un dato momento. Ingegneri e tecnici dovrebbero prestare molta attenzione mentre lavorano con questi livelli di tensione potenzialmente letali.

Altra cosa su cui fare molta attenzione è il condensatore di filtro C2, in quanto mantiene la carica a lungo, anche quando l'alimentazione è scollegata dalla rete. Prima di procedere con qualsiasi test del circuito SMPS, questo condensatore deve essere scaricato correttamente.

Il transistor di commutazione T2 è il transistor di commutazione principale e T1 è il transistor di commutazione ausiliario. Poiché il transistor di commutazione principale è responsabile dell'azionamento del trasformatore principale, è molto probabile che si surriscaldi e, poiché viene fornito con un pacchetto TO-220, c'è la possibilità che il dissipatore abbia alta tensione. L'operatore del test deve prestare la massima attenzione in questa sezione. Uno dei parametri più importanti da tenere in considerazione è la sezione del trasformatore. Nello schema, è indicato come T1, il trasformatore T1 in combinazione con il fotoaccoppiatore OK1 fornisce l'isolamento dal lato primario. In una situazione di test in cui la parte secondaria è collegata a terra e la parte primaria è flottante. La situazione che collega uno strumento di prova nella parte primaria provocherà un cortocircuito a massa, che può danneggiare permanentemente lo strumento di prova. Oltre a questo, un tipico convertitore flyback necessita di un carico minimo per funzionare correttamente altrimenti la tensione di uscita non può essere regolata correttamente.

Test di alimentazione

Gli alimentatori sono utilizzati in una varietà di prodotti. Di conseguenza, le prestazioni del test devono essere diverse a seconda dell'applicazione. Ad esempio, la configurazione del test in un laboratorio di progettazione viene eseguita per verificare i parametri di progettazione. Questi test richiedono apparecchiature di prova ad alte prestazioni con un ambiente di controllo adeguato. Al contrario, i test sugli alimentatori negli ambienti di produzione si concentrano principalmente sulla funzione generale in base alle specifiche determinate durante la fase di progettazione del prodotto.

Carica tempo di recupero temporaneo:

L'alimentatore a tensione costante ha un circuito di feedback integrato che monitora e stabilizza continuamente la tensione di uscita modificando di conseguenza il ciclo di lavoro. Se il ritardo tra il circuito di feedback e di controllo si avvicina a un valore critico al suo crossover del guadagno unitario, l'alimentatore diventa instabile e inizia a oscillare. Questo ritardo di tempo viene misurato come differenza angolare ed è definito come il grado di sfasamento. In un tipico alimentatore, questo valore corrisponde a 180 gradi di sfasamento tra ingresso e uscita.

Prova di regolazione del carico:

La regolazione del carico è un parametro statico in cui testiamo il limite di uscita dell'alimentatore per una variazione improvvisa della corrente di carico. In un alimentatore a tensione costante, il parametro di test è la corrente costante. Mentre in alimentazione a corrente costante è la tensione costante. Testando questi parametri, possiamo determinare la capacità dell'alimentatore di resistere ai rapidi cambiamenti del carico.

Test del limite di corrente:

In un tipico alimentatore a corrente limitata, il test viene eseguito per osservare le capacità di limitazione della corrente di un alimentatore a tensione costante. Il limite di corrente effettivo può essere fisso o può essere variabile a seconda del tipo e delle esigenze di alimentazione.

Test per ondulazione e rumore:

Un alimentatore di buona qualità o molti alimentatori di alta qualità di qualità audio vengono testati per misurare il ripple e il rumore in uscita. Il nome più comune di questo test è noto come PARD (Periodic and Random Deviation). In questo test, misuriamo la deviazione periodica e casuale della tensione di uscita su una larghezza di banda limitata insieme ad altri parametri come tensione di ingresso, corrente di ingresso, frequenza di commutazione e corrente di carico costantemente. In termini più semplici, possiamo dire con l'aiuto di questo processo, misuriamo il rumore e l'ondulazione accoppiati CA inferiori dopo la fase di rettifica e filtraggio dell'uscita.

Test di efficienza:

L' efficienza di un alimentatore è semplicemente il rapporto tra la sua potenza di uscita totale divisa per la sua potenza di ingresso totale. La potenza di uscita è CC, dove la potenza di ingresso è CA, quindi è necessario ottenere un vero valore RMS della potenza di ingresso per ottenere ciò. È possibile utilizzare un wattmetro di buona qualità con capacità RMS reali, facendo questo test, il tester può comprendere i parametri di progettazione complessivi di un alimentatore se l'efficienza misurata è fuori dallo spazio per una topologia scelta, quindi è una chiara indicazione di uno scarso problema di alimentazione progettata o parti difettose.

Test di ritardo all'avvio:

Il ritardo di avvio di un alimentatore è la misura del tempo impiegato per ottenere la stabilità dell'uscita dell'alimentatore. Per un alimentatore switching, questo tempo è molto cruciale per la corretta sequenza della tensione di uscita. Questo parametro svolge anche un ruolo importante quando si tratta di alimentare apparecchiature elettroniche e sensori sensibili. Se questo parametro non viene gestito correttamente, porta alla formazione di picchi che possono distruggere i transistor di commutazione o anche il carico di uscita collegato. Questo problema può essere facilmente risolto aggiungendo un circuito "soft start" per limitare la corrente iniziale per il transistor di commutazione.

Arresto per sovratensione:

Un alimentatore generalmente buono è progettato per spegnersi se la tensione di uscita dell'alimentatore supera un certo livello di soglia, altrimenti ciò può essere dannoso per il dispositivo sotto carico.

Configurazione tipica di test SMPS

Con tutti i parametri richiesti chiariti, possiamo finalmente passare al test del circuito SMPS, un buon banco di prova SMPS dovrebbe avere apparecchiature di prova e di sicurezza comunemente disponibili che riducano al minimo i problemi di sicurezza.

Il trasformatore di isolamento:

Il trasformatore di isolamento serve per isolare elettricamente la parte primaria del circuito SMPS. Quando isolati, possiamo collegare direttamente qualsiasi sonda di terra, annullando il lato ad alta tensione dell'alimentatore. Ciò elimina la possibilità di un cortocircuito diretto a terra.

L'autotrasformatore:

L'autotrasformatore può essere utilizzato per aumentare lentamente la tensione di ingresso di un circuito SMPS, così facendo durante il monitoraggio della corrente si può prevenire un guasto catastrofico. In una situazione diversa, può essere utilizzato per simulare situazioni di bassa e alta tensione, così facendo possiamo simulare situazioni in cui la tensione di linea cambia bruscamente, questo ci aiuterà a capire il comportamento dell'SMPS in quelle condizioni. In generale, un alimentatore nominale universale da 85 V a 240 V può essere testato con l'aiuto di un autotrasformatore, possiamo testare molto facilmente le caratteristiche di uscita di un circuito SMPS.

La lampadina della serie:

Una lampadina in serie è una buona pratica quando si tratta di testare un circuito SMPS, un certo guasto di un componente può portare all'esplosione dei MOSFET. Se stai pensando a un MOSFET che esplode, hai letto bene! Il MOSFET esplode negli alimentatori ad alta corrente. Quindi, una lampadina a incandescenza in serie può impedire che un MOSFET venga fatto esplodere.

Il carico elettronico:

Per testare le prestazioni di qualsiasi circuito SMPS, è necessario un carico, mentre alcuni resistori ad alta potenza sono sicuramente il modo più semplice per testare determinate capacità di carico. Ma è quasi impossibile testare la sezione del filtro di uscita senza un carico variabile, motivo per cui diventa necessario un carico elettronico poiché possiamo facilmente misurare il rumore in uscita a diverse condizioni di carico variando il carico linearmente.

Puoi anche creare il tuo carico elettronico regolabile utilizzando Arduino che può essere utilizzato per test SMPS a bassa potenza. Con l'aiuto di un carico elettronico, possiamo facilmente misurare le prestazioni del filtro di uscita, ed è necessario perché un filtro di uscita mal progettato, in una certa condizione di carico, può accoppiare armoniche e rumore in uscita, il che è molto negativo per i sensibili elettronica.

Test dell'SMPS con una sonda differenziale ad alta tensione

Sebbene la misurazione della tensione possa essere eseguita facilmente con l'aiuto di un trasformatore di isolamento, un modo migliore è utilizzare una sonda differenziale per misurazioni ad alta tensione. Le sonde differenziali hanno due ingressi e misurano la differenza di tensione tra gli ingressi. Lo fa sottraendo la tensione a un ingresso dall'altro senza alcun intervento dai binari di terra.

Questi tipi di sonde hanno un elevato rapporto di reiezione di modo comune (CMRR) che migliora la gamma dinamica della sonda. In un circuito SMPS generico, il lato primario commuta con una tensione di commutazione molto elevata di 340 V e un tempo di transizione relativamente veloce. Che nel caso genera rumore, in queste situazioni se proviamo a misurare il segnale di ingresso nel gate del MOSFET, porteremo un rumore elevato piuttosto che un segnale di commutazione in ingresso. Questo problema può essere facilmente eliminato utilizzando una sonda differenziale ad alta tensione con alto CMRR che respinge i segnali interferenti.

Conclusione

Progettare e testare un alimentatore sottosviluppato può presentare problemi di sicurezza. Tuttavia, come mostrato nell'articolo, la pratica comune e le apparecchiature di prova possono certamente ridurre notevolmente il rischio.

Spero ti sia piaciuto l'articolo e hai imparato qualcosa di utile. Se hai domande, puoi lasciarle nella sezione commenti qui sotto o utilizzare i nostri forum per pubblicare altre domande tecniche.