Cách kiểm tra bảng cấp nguồn smps

Để xác minh các chức năng của sản phẩm và các thông số thiết kế, mạch cung cấp điện cần có các phương pháp kiểm tra phức tạp và thiết bị kiểm tra điện tử. Cần thu thập kiến ​​thức tốt hơn về các yêu cầu kiểm tra SMPS để đáp ứng các tiêu chuẩn sản phẩm. Trong bài này, chúng ta sẽ học cách kiểm tra mạch SMPS và nói về một số kiểm tra cơ bản nhất cho SMPS và các tiêu chuẩn an toàn cần tuân thủ để kiểm tra mạch SMPS một cách dễ dàng và hiệu quả. Phần kiểm tra sau đây cung cấp cho bạn ý tưởng về các kiến ​​trúc cung cấp điện cơ bản nhất và quy trình thử nghiệm của chúng.

Nếu bạn là Kỹ sư thiết kế SMPS, bạn cũng có thể xem bài viết về Mẹo thiết kế PCB SMPS và Kỹ thuật giảm thiểu SMPS EMI mà chúng ta đã thảo luận trước đó.

Khái niệm cơ bản về Kiểm tra SMPS - Những điểm cần nhớ

Các mạch nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch (SMPS) thường chuyển đổi điện áp DC rất cao với chu kỳ làm việc có thể điều chỉnh tự động, để điều chỉnh công suất đầu ra với hiệu suất cao. Nhưng làm như vậy gây ra những lo ngại về an toàn có thể gây hại cho thiết bị nếu không được chú ý.

Sơ đồ trên cho thấy một nguồn cung cấp điện theo đường dây sử dụng cấu trúc liên kết flyback để chuyển đổi DC điện áp cao thành DC điện áp thấp. Sơ đồ được thực hiện để hiểu rõ ràng về phía điện áp cao và phía điện áp thấp. Ở phía cao áp, chúng ta có cầu chì làm thiết bị bảo vệ, sau đó điện áp nguồn được chỉnh lưu và lọc bởi các điốt chỉnh lưu đầu vào D1, D2, D3, D4 và tụ C2, điều này có nghĩa là mức điện áp giữa các đường đó có thể đạt hơn 350V hoặc hơn tại một thời điểm nhất định. Các kỹ sư và kỹ thuật viên nên hết sức cẩn thận khi làm việc với các mức điện áp có thể gây chết người này.

Một điều cần hết sức thận trọng nữa là tụ lọc C2, vì nó giữ điện trong thời gian dài, ngay cả khi nguồn điện bị ngắt khỏi nguồn điện lưới. Trước khi chúng tôi tiến hành bất kỳ thử nghiệm nào đối với mạch SMPS, tụ điện này cần được xả đúng cách.

Transistor chuyển mạch T2 là bóng bán dẫn chuyển mạch chính, và T1 là bóng bán dẫn chuyển mạch phụ. Vì bóng bán dẫn chuyển mạch chính chịu trách nhiệm điều khiển máy biến áp chính, nên nó rất có thể sẽ rất nóng, và vì nó đi kèm với gói TO-220, có khả năng phần chìm va chạm sẽ có điện áp cao trên đó. Người vận hành thử nghiệm phải hết sức cẩn thận trong phần này. Một trong những thông số quan trọng nhất cần lưu ý là phần máy biến áp. Trong sơ đồ, nó được ký hiệu là T1, biến áp T1 kết hợp với optocoupler OK1 cung cấp cách ly với phía sơ cấp. Trong tình huống thử nghiệm khi phần thứ cấp được nối với đất nối đất và phần sơ cấp được thả nổi. Tình huống kết nối thiết bị thử nghiệm trong phần sơ cấp sẽ gây ra ngắn mạch với đất, có thể làm hỏng thiết bị thử nghiệm vĩnh viễn. Ngoài ra, một bộ chuyển đổi flyback điển hình cần tải tối thiểu để hoạt động tốt nếu không điện áp đầu ra không thể được điều chỉnh đúng cách.

Kiểm tra nguồn điện

Nguồn điện được sử dụng trong nhiều loại sản phẩm. Do đó, hiệu suất kiểm tra cần phải khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng. Ví dụ, thiết lập thử nghiệm trong phòng thí nghiệm thiết kế được thực hiện để xác minh các thông số thiết kế. Các thử nghiệm này yêu cầu thiết bị thử nghiệm hiệu suất cao với môi trường kiểm soát thích hợp. Ngược lại, thử nghiệm cung cấp điện trong môi trường sản xuất chủ yếu tập trung vào chức năng tổng thể dựa trên các thông số kỹ thuật được xác định trong giai đoạn thiết kế sản phẩm.

Thời gian khôi phục tạm thời tải:

Nguồn điện có điện áp không đổi có một vòng phản hồi tích hợp liên tục theo dõi và ổn định điện áp đầu ra bằng cách thay đổi chu kỳ làm việc cho phù hợp. Nếu độ trễ giữa mạch phản hồi và mạch điều khiển đạt đến một giá trị quan trọng tại sự giao nhau độ lợi thống nhất của nó, nguồn điện sẽ không ổn định và bắt đầu dao động. Độ trễ thời gian này được đo dưới dạng hiệu số góc và nó được định nghĩa là mức độ dịch pha. Trong nguồn điện thông thường, giá trị này là 180 độ lệch pha giữa đầu vào và đầu ra.

Kiểm tra quy định tải:

Điều chỉnh tải là một tham số tĩnh, trong đó chúng tôi kiểm tra giới hạn đầu ra của nguồn điện đối với sự thay đổi đột ngột của dòng tải. Trong nguồn điện có điện áp không đổi, thông số thử nghiệm là dòng điện không đổi. Trong khi nguồn điện không đổi, nó là điện áp không đổi. Bằng cách kiểm tra các thông số này, chúng ta có thể xác định khả năng của bộ nguồn chịu được sự thay đổi nhanh chóng của phụ tải.

Kiểm tra giới hạn hiện tại:

Trong nguồn điện giới hạn dòng điện điển hình, thử nghiệm được thực hiện để quan sát khả năng giới hạn dòng điện của nguồn điện có điện áp không đổi. Giới hạn dòng điện thực tế có thể cố định hoặc có thể thay đổi tùy thuộc vào loại và yêu cầu của nguồn điện.

Kiểm tra Ripple và Tiếng ồn:

Một bộ nguồn chất lượng tốt thường hoặc nhiều bộ nguồn chất lượng cao cấp âm thanh được thử nghiệm để đo độ gợn và tiếng ồn đầu ra của chúng. Tên phổ biến nhất của bài kiểm tra này được gọi là PARD (Độ lệch định kỳ và Ngẫu nhiên). Trong thử nghiệm này, chúng tôi đo độ lệch định kỳ và ngẫu nhiên của điện áp đầu ra trên băng thông giới hạn cùng với các thông số khác như điện áp đầu vào, dòng điện đầu vào, tần số chuyển mạch và dòng tải liên tục. Nói một cách đơn giản hơn, chúng ta có thể nói với sự trợ giúp của quá trình này, chúng tôi đo được nhiễu và gợn sóng kết hợp AC bên dưới sau giai đoạn lọc và chỉnh lưu đầu ra.

Kiểm tra hiệu quả:

Các hiệu quả của một nguồn cung cấp năng lượng đơn giản là tỷ lệ giữa tổng công suất đầu ra của nó chia cho tổng công suất đầu vào của nó. Nguồn đầu ra là DC trong đó nguồn đầu vào là AC, vì vậy chúng ta cần phải có được giá trị RMS thực của nguồn đầu vào để đạt được điều này. Có thể sử dụng một watt kế chất lượng tốt với khả năng RMS thực sự, bằng cách thực hiện thử nghiệm này, người thử nghiệm có thể hiểu các thông số thiết kế tổng thể của nguồn điện nếu hiệu suất đo được vượt quá không gian cho một cấu trúc liên kết đã chọn, thì đó là một dấu hiệu rõ ràng của nguồn điện được thiết kế hoặc vấn đề bộ phận bị lỗi.

Kiểm tra độ trễ khởi động:

Độ trễ khởi động của nguồn điện là phép đo thời gian cần thiết để đầu ra của nguồn điện ổn định. Đối với nguồn điện chuyển mạch, thời gian này rất quan trọng để xác định trình tự thích hợp của điện áp đầu ra. Thông số này cũng đóng một vai trò quan trọng khi cấp nguồn cho các thiết bị điện tử và cảm biến nhạy cảm. Nếu thông số này không được xử lý đúng cách, nó sẽ dẫn đến sự hình thành các gai có thể phá hủy các bóng bán dẫn chuyển mạch hoặc thậm chí là tải đầu ra được kết nối. Vấn đề này có thể được giải quyết dễ dàng bằng cách thêm một mạch "khởi động mềm" để giới hạn dòng điện ban đầu cho transistor chuyển mạch.

Ngắt quá áp:

Một bộ nguồn tốt thường được thiết kế để tắt nếu điện áp đầu ra của bộ nguồn vượt quá mức ngưỡng nhất định, nếu không, điều này có thể gây hại cho thiết bị đang tải.

Thiết lập kiểm tra SMPS điển hình

Với tất cả các thông số yêu cầu đã được xóa, cuối cùng chúng ta có thể chuyển sang kiểm tra mạch SMPS, một băng kiểm tra SMPS tốt nên có thiết bị kiểm tra và an toàn thường có sẵn để giảm thiểu các lo ngại về an toàn.

Máy biến áp cách ly:

Biến áp cách ly ở đó để cách ly về điện phần sơ cấp của mạch SMPS. Khi bị cô lập, chúng ta có thể gắn trực tiếp bất kỳ đầu dò nối đất nào, phủ nhận phía điện áp cao của nguồn điện. Điều này giúp loại bỏ khả năng đoản mạch trực tiếp xuống đất.

Máy biến áp tự động:

Bộ biến áp tự động có thể được sử dụng để tăng từ từ điện áp đầu vào của mạch SMPS, làm như vậy trong khi theo dõi dòng điện có thể ngăn ngừa sự cố nghiêm trọng. Trong một tình huống khác, nó có thể được sử dụng để mô phỏng các tình huống điện áp thấp và điện áp cao, làm như vậy chúng ta có thể mô phỏng các tình huống mà điện áp đường dây thay đổi đột ngột, điều này sẽ giúp chúng ta hiểu hoạt động của SMPS trong các điều kiện đó. Nói chung, có thể kiểm tra nguồn điện định mức phổ thông từ 85V đến 240V với sự trợ giúp của bộ biến áp tự động, chúng ta có thể kiểm tra đặc tính đầu ra của mạch SMPS rất dễ dàng.

Bóng đèn sê-ri:

Một bóng đèn mắc nối tiếp là một thực tiễn tốt khi thử nghiệm mạch SMPS, một bộ phận nào đó bị hỏng có thể dẫn đến nổ MOSFET. Nếu bạn đang nghĩ về một MOSFET đang bùng nổ, bạn đọc đúng! MOSFET không phát nổ trong nguồn điện hiện tại. Vì vậy, một bóng đèn sợi đốt mắc nối tiếp có thể ngăn MOSFET bị nổ.

Tải điện tử:

Để kiểm tra hiệu suất của bất kỳ mạch SMPS nào, cần có tải, trong khi một số điện trở công suất cao chắc chắn là cách dễ dàng để kiểm tra khả năng tải nhất định. Nhưng hầu như không thể kiểm tra phần bộ lọc đầu ra mà không có tải khác nhau, đó là lý do tại sao tải điện tử trở nên cần thiết vì chúng ta có thể dễ dàng đo nhiễu đầu ra ở các điều kiện tải khác nhau bằng cách thay đổi tải tuyến tính.

Bạn cũng có thể xây dựng tải điện tử có thể điều chỉnh của riêng mình bằng cách sử dụng Arduino có thể được sử dụng để kiểm tra SMPS công suất thấp. Với sự trợ giúp của tải điện tử, chúng tôi có thể dễ dàng đo hiệu suất của bộ lọc đầu ra và điều đó là cần thiết vì một bộ lọc đầu ra được thiết kế kém, trong một điều kiện tải nhất định, có thể kết hợp hài và nhiễu ở đầu ra, điều này rất không tốt cho độ nhạy thiết bị điện tử.

Kiểm tra SMPS bằng đầu dò vi sai điện áp cao

Mặc dù phép đo điện áp có thể được thực hiện dễ dàng với sự trợ giúp của máy biến áp cách ly nhưng cách tốt hơn là sử dụng đầu dò vi sai để đo điện áp cao. Đầu dò vi sai có hai đầu vào và đo sự khác biệt về điện áp giữa các đầu vào. Nó thực hiện điều này bằng cách trừ điện áp ở đầu vào này với đầu vào kia mà không có bất kỳ sự can thiệp nào từ đường ray nối đất.

Các loại đầu dò này có Tỷ lệ loại bỏ chế độ chung (CMRR) cao giúp cải thiện phạm vi động của đầu dò. Trong mạch SMPS thông thường, phía sơ cấp chuyển mạch với điện áp chuyển mạch rất cao 340V và thời gian chuyển đổi tương đối nhanh. Trong trường hợp tạo ra tiếng ồn, trong những tình huống này nếu chúng ta cố gắng đo tín hiệu đầu vào trong cổng của MOSFET, chúng ta sẽ tạo ra tiếng ồn cao hơn là tín hiệu chuyển mạch đầu vào. Có thể dễ dàng loại bỏ vấn đề này bằng cách sử dụng một đầu dò vi sai điện áp cao với CMRR cao loại bỏ các tín hiệu gây nhiễu.

Phần kết luận

Thiết kế và thử nghiệm một nguồn điện kém phát triển có thể gây ra những lo ngại về an toàn. Tuy nhiên, như được trình bày trong bài báo , thiết bị thử nghiệm và thực hành phổ biến chắc chắn có thể giảm rủi ro rất nhiều.

Hy vọng bạn thích bài viết và học được một cái gì đó hữu ích. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, bạn có thể để lại trong phần bình luận bên dưới hoặc sử dụng diễn đàn của chúng tôi để đăng các câu hỏi kỹ thuật khác.