- Conceptes bàsics de la prova SMPS: punts per recordar
- Proves de subministrament elèctric
- Configuració típica de proves SMPS
- Prova de l’SMPS amb una sonda diferencial d’alta tensió
- Conclusió
Per verificar les funcionalitats del producte i els paràmetres de disseny, un circuit d'alimentació requereix mètodes de prova sofisticats i equips electrònics de prova. Cal reunir un millor coneixement sobre els requisits de proves SMPS per complir els estàndards del producte. En aquest article, aprendrem a provar el circuit SMPS i parlarem d’algunes de les proves més bàsiques de SMPS i de les normes de seguretat que cal seguir per provar un circuit SMPS de forma fàcil i eficaç. El següent examen us dóna una idea sobre les arquitectures més bàsiques de subministrament elèctric i el seu procés de proves.
Si sou un enginyer de disseny de SMPS, també podeu consultar l'article sobre Consells de disseny de PCB SMPS i Tècniques de reducció de SMI EMI, que hem comentat anteriorment.
Conceptes bàsics de la prova SMPS: punts per recordar
Els circuits de fonts d’alimentació en mode de commutació (SMPS) normalment canvien de CC de molt alt voltatge amb un cicle de treball ajustable automàticament, per tal de regular la potència de sortida amb alta eficiència. Però fer-ho introdueix problemes de seguretat que poden ser perjudicials per al dispositiu si no es tenen en compte.
L'esquema anterior mostra una font d'alimentació de línia que utilitza la topologia flyback per convertir CC d'alta tensió a CC de baixa tensió. L'esquema s'ha fet per entendre clarament el costat d'alta tensió i el baix voltatge. A la banda d’alta tensió, tenim un fusible com a dispositiu de protecció, aleshores la tensió de xarxa es rectifica i es filtra mitjançant els díodes rectificadors d’entrada D1, D2, D3, D4 i el condensador C2, això significa que el nivell de tensió entre aquestes línies pot arribar a més de 350 V o més en un moment determinat. Els enginyers i els tècnics han de tenir molta precaució mentre treballen amb aquests nivells de tensió potencialment letals.
Una altra cosa que cal tenir molt en compte és el condensador de filtre C2, ja que manté la càrrega durant molt de temps, fins i tot quan l’alimentació està desconnectada de la xarxa elèctrica. Abans de procedir a qualsevol prova del circuit SMPS, aquest condensador ha de descarregar-se correctament.
El transistor de commutació T2 és el transistor de commutació principal i T1 és el transistor de commutació auxiliar. Com que el transistor de commutació principal és l’encarregat de conduir el transformador principal, el més probable és que faci molta calor i, ja que ve amb un paquet TO-220, hi ha la possibilitat que l’aigüera afectada tingui alta tensió. L’operari de la prova ha de tenir molta cura en aquesta secció. Un dels paràmetres més importants a tenir en compte és la secció del transformador. A l'esquema, es denomina T1, el transformador T1 juntament amb l'optoacoblador OK1 proporciona aïllament del costat primari. En una situació de prova en què la secció secundària està connectada a terra i la secció primària està flotant. La situació que connecta un instrument de prova a la secció principal provocarà un curtcircuit a terra, que pot danyar permanentment l’instrument de prova. A part d'això, un convertidor flyback típic necessita una càrrega mínima per funcionar correctament, en cas contrari, la tensió de sortida no es pot regular correctament.
Proves de subministrament elèctric
Les fonts d’alimentació s’utilitzen en diversos productes. Com a resultat, el rendiment de la prova ha de ser diferent segons l’aplicació. Per exemple, la configuració de la prova en un laboratori de disseny es fa per verificar els paràmetres de disseny. Aquestes proves requereixen equips de prova d’alt rendiment amb un entorn de control adequat. En canvi, les proves de subministrament d’energia en entorns de producció se centren principalment en la funció general basada en les especificacions determinades durant la fase de disseny del producte.
Carrega el temps de recuperació transitòria:
La font d'alimentació de tensió constant té un bucle de retroalimentació integrat que controla i estabilitza contínuament la tensió de sortida canviant el cicle de treball en conseqüència. Si el retard entre el circuit de retroalimentació i control s’acosta a un valor crític en el seu creuament de guany d’unitat, la font d’alimentació es torna inestable i comença a oscil·lar. Aquest retard de temps es mesura com una diferència angular i es defineix com el grau de desplaçament de fase. En una font d'alimentació típica, aquest valor és de 180 graus de canvi de fase entre l'entrada i la sortida.
Prova de regulació de càrrega:
La regulació de la càrrega és un paràmetre estàtic en què provem el límit de sortida de la font d'alimentació per si hi ha un canvi sobtat del corrent de càrrega. En una font d'alimentació de tensió constant, el paràmetre de prova és el corrent constant. Mentre que en una font d'alimentació de corrent constant, és la tensió constant. En provar aquests paràmetres, podem determinar la capacitat de la font d'alimentació per suportar els canvis ràpids de la càrrega.
Prova de límit actual:
En una font d'alimentació limitada de corrent típica, la prova es realitza per observar les capacitats limitants de corrent d'una font d'alimentació de tensió constant. El límit actual de corrent es pot fixar o pot variar en funció del tipus i del requisit de la font d'alimentació.
Prova de Ripple i Soroll:
Es proven una font d’alimentació de bona qualitat o moltes fonts d’alimentació d’alta qualitat d’àudio per mesurar la seva ondulació i soroll. El nom més comú d’aquesta prova es coneix com PARD (Desviació Periòdica i Aleatòria). En aquesta prova, mesurem la desviació periòdica i aleatòria del voltatge de sortida sobre un ample de banda limitat juntament amb altres paràmetres com la tensió d’entrada, el corrent d’entrada, la freqüència de commutació i el corrent de càrrega constantment. En termes més simples, podem dir que amb l'ajut d'aquest procés, mesurem el soroll i l'ondulació acoblats a la part inferior de CA després de l'etapa de rectificació i filtratge de la sortida.
Prova d'eficiència:
L' eficiència d'una font d'alimentació és simplement la proporció entre la seva potència de sortida total dividida per la seva potència d'entrada total. La potència de sortida és de CC, on la potència d’entrada és de CA, per tant, hem d’obtenir un valor RMS real de la potència d’entrada per aconseguir-ho. Es pot utilitzar un wattímetre de bona qualitat amb autèntiques capacitats de RMS; en fer aquesta prova, el comprovador pot entendre els paràmetres generals de disseny d’una font d’alimentació si l’eficiència mesurada queda fora de l’espai per a una topologia escollida, aleshores és una indicació clara d’un mal font d'alimentació dissenyada o problema de peces defectuoses.
Prova de retard de posada en marxa:
El retard d’arrencada d’una font d’alimentació és la mesura del temps que es triga a obtenir una sortida estable de la font d’alimentació. Per a una font d’alimentació de commutació, aquest temps és molt crucial per a la seqüenciació adequada de la tensió de sortida. Aquest paràmetre també té un paper important a l’hora d’alimentar equips i sensors electrònics sensibles. Si aquest paràmetre no es maneja correctament, condueix a la formació d'espigues que poden destruir els transistors de commutació o fins i tot la càrrega de sortida connectada. Aquest problema es pot solucionar fàcilment afegint un circuit d’ arrencada suau per limitar el corrent inicial del transistor de commutació.
Apagat de sobretensió:
Una font d'alimentació típicament bona està dissenyada per apagar-se si la tensió de sortida de la font d'alimentació supera un determinat nivell llindar, si no, pot ser perjudicial per al dispositiu en càrrega.
Configuració típica de proves SMPS
Amb tots els paràmetres necessaris esborrats, finalment podem passar a provar el circuit SMPS, un bon banc de proves SMPS hauria de disposar d’equips de seguretat i proves disponibles normalment per minimitzar els problemes de seguretat.
El transformador d’aïllament:
El transformador d’aïllament hi és per aïllar elèctricament la secció primària del circuit SMPS. Quan estem aïllats, podem connectar directament qualsevol sonda de terra, negant el costat d’alta tensió de la font d’alimentació. Això elimina la possibilitat d’un curtcircuit directe a terra.
El transformador automàtic:
L'autotransformador es pot utilitzar per augmentar lentament el voltatge d'entrada d'un circuit SMPS, fent-ho mentre es controla el corrent es pot evitar una fallada catastròfica. En una situació diferent, es pot utilitzar per simular situacions de baixa i alta tensió, de manera que podem simular situacions en què la tensió de línia canvia bruscament, cosa que ens ajudarà a comprendre el comportament del SMPS en aquestes condicions. En general, es pot provar una font d'alimentació nominal universal de 85V a 240V amb l'ajut d'un autotransformador, podem provar la característica de sortida d'un circuit SMPS molt fàcilment.
La bombeta de la sèrie:
Una bombeta de sèrie és una bona pràctica a l’hora de provar un circuit SMPS, una fallada determinada d’un component pot provocar l’explosió de MOSFET. Si esteu pensant en un MOSFET que explota, ho heu llegit bé. MOSFET explota en fonts d’alimentació d’alta intensitat. Per tant, una bombeta incandescent en sèrie pot evitar que un MOSFET s’exploti.
La càrrega electrònica:
Per provar el rendiment de qualsevol circuit SMPS, cal una càrrega, mentre que certament una resistència d’alta potència és la manera més senzilla de provar certa capacitat de càrrega. Però és gairebé impossible provar la secció del filtre de sortida sense una càrrega variable, per això és necessària una càrrega electrònica, ja que podem mesurar fàcilment el soroll de sortida en diferents condicions de càrrega variant la càrrega linealment.
També podeu crear la vostra pròpia càrrega electrònica ajustable mitjançant Arduino, que es pot utilitzar per provar SMPS de baixa potència. Amb l’ajuda d’una càrrega electrònica, podem mesurar fàcilment el rendiment del filtre de sortida, i és necessari perquè un filtre de sortida mal dissenyat, en determinades condicions de càrrega, pot combinar harmònics i sorolls a la sortida, cosa molt dolenta per a sensibles electrònica.
Prova de l’SMPS amb una sonda diferencial d’alta tensió
Tot i que el mesurament de tensió es pot fer fàcilment amb l’ajut d’un transformador d’aïllament, però una millor manera és utilitzar una sonda diferencial per a mesures d’alt voltatge. Les sondes diferencials tenen dues entrades i mesuren la diferència de tensió entre les entrades. Ho fa restant la tensió en una entrada de l’altra sense cap intervenció dels rails de terra.
Aquest tipus de sondes tenen un alt índex de rebuig de mode comú (CMRR) que millora el rang dinàmic de la sonda. En un circuit SMPS genèric, els commutadors laterals primaris tenen un voltatge de commutació molt alt de 340V i un temps de transició relativament ràpid. El que en cas de generar soroll, en aquestes situacions, si intentem mesurar el senyal d’entrada a la porta del MOSFET, obrirem un soroll elevat en lloc d’un senyal de commutació d’entrada. Aquest problema es pot eliminar fàcilment utilitzant una sonda diferencial d’alta tensió amb CMRR elevada que rebutgi els senyals interferents.
Conclusió
Dissenyar i provar una font d’alimentació subdesenvolupada pot presentar problemes de seguretat. Tanmateix, tal com es mostra a l'article, la pràctica habitual i els equips de proves poden reduir sensiblement el risc.
Espero que us hagi agradat l'article i hàgiu après alguna cosa útil. Si teniu cap pregunta, podeu deixar-les a la secció de comentaris o fer servir els nostres fòrums per publicar altres preguntes tècniques.