วิธีทดสอบบอร์ดจ่ายไฟ smps

ในการตรวจสอบฟังก์ชันการทำงานของผลิตภัณฑ์และพารามิเตอร์การออกแบบวงจรจ่ายไฟต้องใช้วิธีการทดสอบที่ซับซ้อนและอุปกรณ์ทดสอบอิเล็กทรอนิกส์ จำเป็นต้องรวบรวมความรู้ที่ดีขึ้นเกี่ยวกับข้อกำหนดการทดสอบ SMPSเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานผลิตภัณฑ์ ในบทความนี้เราจะเรียนรู้วิธีทดสอบวงจร SMPSและพูดคุยเกี่ยวกับการทดสอบขั้นพื้นฐานที่สุดสำหรับ SMPSและบรรทัดฐานด้านความปลอดภัยที่ต้องปฏิบัติตามเพื่อทดสอบวงจร SMPS อย่างง่ายดายและมีประสิทธิภาพ การตรวจสอบต่อไปนี้ช่วยให้คุณทราบเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมของแหล่งจ่ายไฟขั้นพื้นฐานที่สุดและกระบวนการทดสอบ

หากคุณเป็นวิศวกรออกแบบ SMPS คุณสามารถอ่านบทความเกี่ยวกับเคล็ดลับการออกแบบ SMPS PCB และเทคนิคการลด SMPS EMI ซึ่งทั้งสองอย่างที่เรากล่าวถึงก่อนหน้านี้

พื้นฐานของการทดสอบ SMPS - สิ่งที่ต้องจำ

วงจรอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตช์โหมด (SMPS) โดยปกติจะสลับ DC แรงดันไฟฟ้าสูงมากด้วยรอบการทำงานที่ปรับได้อัตโนมัติเพื่อควบคุมกำลังขับที่มีประสิทธิภาพสูง แต่การทำเช่นนั้นทำให้เกิดข้อกังวลด้านความปลอดภัยที่อาจเป็นอันตรายต่ออุปกรณ์หากไม่ได้รับการดูแล

แผนผังด้านบนแสดงแหล่งจ่ายไฟที่ใช้สายซึ่งใช้โทโพโลยีของฟลายแบ็คเพื่อแปลง DC แรงดันสูงเป็น DC แรงดันไฟฟ้าต่ำ แผนผังจัดทำขึ้นเพื่อทำความเข้าใจด้านไฟฟ้าแรงสูงและด้านแรงดันไฟฟ้าต่ำอย่างชัดเจน ในด้านไฟฟ้าแรงสูงเรามีฟิวส์เป็นอุปกรณ์ป้องกันจากนั้นแรงดันไฟหลักจะถูกแก้ไขและกรองโดยไดโอดเรียงกระแสอินพุต D1, D2, D3, D4 และตัวเก็บประจุ C2 ซึ่งหมายความว่าระดับแรงดันไฟฟ้าระหว่างเส้นเหล่านั้นสามารถ เข้าถึง 350V ขึ้นไปในเวลาที่กำหนด วิศวกรและช่างเทคนิคควรระมัดระวังเป็นอย่างยิ่งในขณะที่ทำงานกับระดับแรงดันไฟฟ้าที่อาจถึงตายเหล่านี้

สิ่งที่ต้องระวังให้มากอีกอย่างคือตัวเก็บประจุกรอง C2 เนื่องจากเก็บประจุไว้เป็นเวลานานแม้ว่าแหล่งจ่ายไฟจะถูกตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งจ่ายไฟ ก่อนที่เราจะดำเนินการทดสอบวงจร SMPS ตัวเก็บประจุนี้จะต้องได้รับการระบายออกอย่างเหมาะสม

ทรานซิสเตอร์สวิตชิ่ง T2 เป็นทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งหลักและ T1 เป็นทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งเสริม เนื่องจากทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งหลักมีหน้าที่ในการขับเคลื่อนหม้อแปลงหลักจึงมีแนวโน้มที่จะร้อนมากและเนื่องจากมาพร้อมกับแพคเกจ TO-220 จึงมีโอกาสที่อ่างล้างจานจะมีแรงดันไฟฟ้าสูง ผู้ดำเนินการทดสอบจะต้องระมัดระวังเป็นพิเศษในส่วนนี้ พารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งที่ควรทราบคือส่วนของหม้อแปลง. ในแผนผังแสดงเป็น T1 หม้อแปลง T1 ร่วมกับออปโตคัปเปลอร์ OK1 ให้การแยกจากด้านหลัก ในสถานการณ์ทดสอบที่ส่วนรองเชื่อมต่อกับพื้นดินและส่วนหลักลอยอยู่ สถานการณ์ที่เชื่อมต่อเครื่องมือทดสอบในส่วนหลักจะทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรที่พื้นซึ่งอาจทำให้เครื่องมือทดสอบเสียหายอย่างถาวร นอกเหนือจากนั้นตัวแปลงฟลายแบ็คทั่วไปต้องการโหลดขั้นต่ำเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้องมิฉะนั้นจะไม่สามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกได้อย่างเหมาะสม

การทดสอบแหล่งจ่ายไฟ

พาวเวอร์ซัพพลายถูกนำมาใช้ในผลิตภัณฑ์หลากหลายประเภท ด้วยเหตุนี้ประสิทธิภาพการทดสอบจึงต้องแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการใช้งาน ตัวอย่างเช่นการตั้งค่าการทดสอบในห้องปฏิบัติการออกแบบจะทำเพื่อตรวจสอบพารามิเตอร์การออกแบบ การทดสอบเหล่านี้ต้องใช้อุปกรณ์ทดสอบประสิทธิภาพสูงพร้อมสภาพแวดล้อมการควบคุมที่เหมาะสม ในทางตรงกันข้ามการทดสอบแหล่งจ่ายไฟในสภาพแวดล้อมการผลิตส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ฟังก์ชันโดยรวมตามข้อกำหนดที่กำหนดระหว่างขั้นตอนการออกแบบผลิตภัณฑ์

โหลดเวลาการกู้คืนชั่วคราว:

แหล่งจ่ายไฟแรงดันคงที่มีลูปป้อนกลับในตัวที่ตรวจสอบและปรับแรงดันไฟฟ้าขาออกอย่างต่อเนื่องโดยการเปลี่ยนรอบการทำงานให้สอดคล้องกัน หากความล่าช้าระหว่างข้อเสนอแนะและวงจรควบคุมเข้าใกล้ค่าวิกฤตที่ครอสโอเวอร์ที่ได้รับเอกภาพแหล่งจ่ายไฟจะไม่เสถียรและเริ่มสั่น การหน่วงเวลานี้วัดเป็นผลต่างเชิงมุมและกำหนดเป็นระดับของการเลื่อนเฟส ในแหล่งจ่ายไฟทั่วไปค่านี้คือ 180 องศาของการกะระยะระหว่างอินพุตและเอาต์พุต

โหลดการทดสอบการควบคุม:

การควบคุมโหลดเป็นพารามิเตอร์คงที่ซึ่งเราทดสอบขีด จำกัด เอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟสำหรับกระแสโหลดที่เปลี่ยนแปลงกะทันหัน ในแหล่งจ่ายไฟแรงดันคงที่พารามิเตอร์ทดสอบคือกระแสคงที่ ในขณะที่อยู่ในแหล่งจ่ายไฟคงที่เป็นแรงดันไฟฟ้าคงที่ ด้วยการทดสอบพารามิเตอร์เหล่านี้เราสามารถกำหนดความสามารถของแหล่งจ่ายไฟในการทนต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของโหลด

การทดสอบขีด จำกัด ปัจจุบัน:

ในแหล่งจ่ายไฟที่ จำกัด ในปัจจุบันโดยทั่วไปการทดสอบจะดำเนินการเพื่อสังเกตความสามารถในการ จำกัด กระแสของแหล่งจ่ายไฟแรงดันคงที่ ขีด จำกัด กระแสไฟฟ้าที่แท้จริงสามารถแก้ไขได้หรืออาจเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับประเภทและความต้องการของแหล่งจ่ายไฟ

ทดสอบ Ripple and Noise:

แหล่งจ่ายไฟคุณภาพดีโดยทั่วไปหรืออุปกรณ์จ่ายไฟคุณภาพสูงเกรดเสียงจำนวนมากได้รับการทดสอบเพื่อวัดการกระเพื่อมและเสียง ชื่อที่พบมากที่สุดของการทดสอบนี้เป็นที่รู้จักกันPard (งวดและค่าเบี่ยงเบนสุ่ม) ในการทดสอบนี้เราจะวัดค่าเบี่ยงเบนเป็นระยะและแบบสุ่มของแรงดันขาออกเหนือแบนด์วิดท์ที่ จำกัด พร้อมกับพารามิเตอร์อื่น ๆ เช่นแรงดันไฟฟ้าอินพุตกระแสอินพุตความถี่สวิตชิ่งและกระแสโหลดอย่างต่อเนื่อง ในแง่ที่ง่ายกว่านั้นเราสามารถพูดได้ด้วยความช่วยเหลือของกระบวนการนี้เราจะวัดเสียงรบกวนและการกระเพื่อมของ ACด้านล่างหลังจากขั้นตอนการแก้ไขเอาต์พุตและการกรอง

การทดสอบประสิทธิภาพ:

ประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายไฟเป็นเพียงอัตราส่วนระหว่างอำนาจออกรวมหารด้วยกำลังไฟฟ้าเข้ารวม กำลังขับคือ DC โดยที่กำลังอินพุตเป็น AC ดังนั้นเราจำเป็นต้องได้รับค่า RMS ที่แท้จริงของกำลังอินพุตเพื่อให้ได้สิ่งนี้ คุณสามารถใช้วัตต์มิเตอร์คุณภาพดีพร้อมความสามารถ RMS ที่แท้จริงโดยการทดสอบนี้ผู้ทดสอบสามารถเข้าใจพารามิเตอร์การออกแบบโดยรวมของแหล่งจ่ายไฟหากประสิทธิภาพที่วัดได้ไม่เพียงพอสำหรับโทโพโลยีที่เลือกแสดงว่าเป็นสัญญาณบ่งชี้ที่ชัดเจนว่ามีประสิทธิภาพต่ำ แหล่งจ่ายไฟที่ออกแบบมาหรือปัญหาชิ้นส่วนที่มีข้อบกพร่อง

การทดสอบความล่าช้าในการเริ่มต้น:

ความล่าช้าในการเริ่มต้นของแหล่งจ่ายไฟคือการวัดเวลาที่ใช้เพื่อให้ได้เอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟที่เสถียร สำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งเวลานี้สำคัญมากสำหรับการจัดลำดับแรงดันไฟฟ้าขาออกที่เหมาะสม พารามิเตอร์นี้ยังมีบทบาทสำคัญในการเปิดใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเซ็นเซอร์ที่ละเอียดอ่อน หากพารามิเตอร์นี้ไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสมจะนำไปสู่การก่อตัวของเดือยซึ่งสามารถทำลายทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งหรือแม้แต่โหลดเอาต์พุตที่เชื่อมต่อ ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้อย่างง่ายดายโดยการเพิ่มวงจร“ ซอฟต์สตาร์ท”เพื่อ จำกัด กระแสเริ่มต้นสำหรับทรานซิสเตอร์สวิตชิ่ง

การปิดระบบแรงดันไฟฟ้าเกิน:

แหล่งจ่ายไฟที่ดีโดยทั่วไปได้รับการออกแบบมาเพื่อปิดการทำงานหากแรงดันไฟฟ้าขาออกของแหล่งจ่ายไฟเกินระดับเกณฑ์ที่กำหนดหากไม่เป็นเช่นนั้นอาจเป็นอันตรายต่ออุปกรณ์ขณะโหลด

การตั้งค่าการทดสอบ SMPS ทั่วไป

เมื่อล้างพารามิเตอร์ที่จำเป็นทั้งหมดแล้วในที่สุดเราก็สามารถดำเนินการทดสอบวงจรSMPS ได้แท่นทดสอบ SMPSที่ดีควรมีอุปกรณ์ทดสอบและความปลอดภัยที่มีอยู่ทั่วไปซึ่งช่วยลดปัญหาด้านความปลอดภัยให้น้อยที่สุด

หม้อแปลงแยก:

หม้อแปลงแยกมีไว้เพื่อแยกส่วนหลักของวงจร SMPS ด้วยไฟฟ้า เมื่อแยกได้เราสามารถต่อหัววัดกราวด์ได้โดยตรงโดยลบด้านไฟฟ้าแรงสูงของแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งจะช่วยลดความเป็นไปได้ที่จะเกิดไฟฟ้าลัดวงจรลงสู่พื้นโดยตรง

หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติ:

ตัวเปลี่ยนรูปอัตโนมัติสามารถใช้เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของวงจร SMPS อย่างช้าๆการทำเช่นนั้นในขณะที่การตรวจสอบกระแสไฟฟ้าสามารถป้องกันความล้มเหลวของภัยพิบัติได้ ในสถานการณ์ที่แตกต่างกันสามารถใช้เพื่อจำลองสถานการณ์แรงดันไฟฟ้าต่ำและไฟฟ้าแรงสูงได้ซึ่งเราสามารถจำลองสถานการณ์ที่แรงดันไฟฟ้าของสายเปลี่ยนแปลงทันทีซึ่งจะช่วยให้เราเข้าใจพฤติกรรมของ SMPS ในเงื่อนไขเหล่านั้น โดยทั่วไปแหล่งจ่ายไฟที่ได้รับการจัดอันดับสากลตั้งแต่ 85V ถึง 240V สามารถทดสอบได้ด้วยความช่วยเหลือของตัวแปลงสัญญาณอัตโนมัติเราสามารถทดสอบลักษณะเอาต์พุตของวงจร SMPS ได้อย่างง่ายดาย

หลอดไฟซีรี่ส์:

หลอดไฟแบบอนุกรมเป็นแนวทางปฏิบัติที่ดีในการทดสอบวงจร SMPS ความล้มเหลวบางอย่างของส่วนประกอบอาจทำให้ MOSFET ระเบิดได้ หากคุณกำลังคิดเกี่ยวกับ MOSFET ที่กำลังจะระเบิดคุณอ่านถูกแล้ว! MOSFET ระเบิดในอุปกรณ์จ่ายไฟกระแสสูง ดังนั้นหลอดไฟแบบมีไส้จึงสามารถป้องกัน MOSFET ไม่ให้เสียหายได้

โหลดอิเล็กทรอนิกส์:

ในการทดสอบประสิทธิภาพของวงจร SMPS ใด ๆ จำเป็นต้องมีโหลดในขณะที่ตัวต้านทานกำลังสูงบางตัวเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการทดสอบความสามารถในการรับน้ำหนักบางอย่าง แต่แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทดสอบส่วนตัวกรองเอาต์พุตโดยไม่มีภาระที่แตกต่างกันนั่นคือเหตุผลที่โหลดอิเล็กทรอนิกส์จึงมีความจำเป็นเนื่องจากเราสามารถวัดสัญญาณรบกวนเอาต์พุตได้อย่างง่ายดายในสภาวะโหลดที่แตกต่างกัน

คุณยังสามารถสร้างโหลดอิเล็กทรอนิกส์ที่ปรับได้ของคุณเองโดยใช้ Arduino ซึ่งสามารถใช้สำหรับการทดสอบ SMPS พลังงานต่ำ ด้วยความช่วยเหลือของโหลดอิเล็กทรอนิกส์เราสามารถวัดประสิทธิภาพของตัวกรองเอาต์พุตได้อย่างง่ายดายและจำเป็นเนื่องจากตัวกรองเอาต์พุตที่ออกแบบมาไม่ดีในสภาวะโหลดบางอย่างสามารถจับคู่ฮาร์มอนิกและสัญญาณรบกวนที่เอาต์พุตได้ซึ่งไม่ดีสำหรับความละเอียดอ่อน อิเล็กทรอนิกส์.

การทดสอบ SMPS ด้วยโพรบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันสูง

ในขณะที่การวัดแรงดันไฟฟ้าสามารถทำได้อย่างง่ายดายด้วยความช่วยเหลือของหม้อแปลงแยก แต่วิธีที่ดีกว่าคือการใช้หัววัดที่แตกต่างกันสำหรับการวัดแรงดันไฟฟ้าสูง โพรบดิฟเฟอเรนเชียลมีอินพุตสองอินพุตและวัดความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างอินพุต ทำได้โดยการลบแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตหนึ่งออกจากอีกอินพุตหนึ่งโดยไม่มีการแทรกแซงจากรางกราวด์

โพรบประเภทนี้มีCommon Mode Rejection Ratio (CMRR) สูงซึ่งช่วยปรับปรุงไดนามิกเรนจ์ของโพรบ ในวงจร SMPS ทั่วไปสวิตช์ด้านหลักที่มีแรงดันไฟฟ้าสลับสูงมากถึง 340V และเวลาในการเปลี่ยนที่ค่อนข้างเร็ว ซึ่งในกรณีนี้จะทำให้เกิดสัญญาณรบกวนในสถานการณ์เหล่านี้หากเราพยายามวัดสัญญาณอินพุตในประตูของ MOSFET เราจะสร้างสัญญาณรบกวนสูงแทนที่จะเป็นสัญญาณสลับอินพุต ปัญหานี้สามารถกำจัดได้อย่างง่ายดายโดยใช้โพรบวัดความแตกต่างไฟฟ้าแรงสูงที่มี CMRR สูงซึ่งจะปฏิเสธสัญญาณรบกวน

สรุป

การออกแบบและทดสอบแหล่งจ่ายไฟที่ด้อยพัฒนาสามารถนำเสนอข้อกังวลด้านความปลอดภัย อย่างไรก็ตามตามที่แสดงในบทความแนวทางปฏิบัติทั่วไปและอุปกรณ์ทดสอบสามารถลดความเสี่ยงได้อย่างมาก

หวังว่าคุณจะสนุกกับบทความและเรียนรู้สิ่งที่เป็นประโยชน์ หากคุณมีคำถามใด ๆ คุณสามารถฝากไว้ในส่วนความคิดเห็นด้านล่างหรือใช้ฟอรัมของเราเพื่อโพสต์คำถามทางเทคนิคอื่น ๆ