كيفية اختبار لوحة إمداد الطاقة smps

للتحقق من وظائف المنتج ومعلمات التصميم ، تتطلب دائرة إمداد الطاقة طرق اختبار معقدة ومعدات اختبار إلكترونية. من الضروري جمع معلومات أفضل حول متطلبات اختبار SMPS للوفاء بمعايير المنتج. في هذه المقالة ، سوف نتعلم كيفية اختبار دائرة SMPS والتحدث عن بعض الاختبارات الأساسية لـ SMPS ومعايير السلامة التي يجب اتباعها لاختبار دائرة SMPS بسهولة وكفاءة. يمنحك الفحص التالي فكرة عن أبنية إمداد الطاقة الأساسية وعملية الاختبار الخاصة بها.

إذا كنت مهندس تصميم SMPS ، فيمكنك أيضًا الاطلاع على المقالة حول SMPS PCB Design Tips و SMPS EMI Reduction Techniques التي ناقشناها سابقًا.

أساسيات اختبار SMPS - نقاط يجب تذكرها

تقوم دوائر إمداد الطاقة ذات الوضع المحول (SMPS) عادةً بتبديل التيار المستمر عالي الجهد بدورة عمل قابلة للضبط تلقائيًا ، من أجل تنظيم طاقة الإخراج بكفاءة عالية. لكن القيام بذلك يقدم مخاوف تتعلق بالسلامة يمكن أن تكون ضارة بالجهاز إذا لم يتم الاعتناء بها.

يُظهر المخطط أعلاه مصدر طاقة يعمل بالخط الذي يستخدم طوبولوجيا flyback لتحويل تيار مستمر عالي الجهد إلى تيار مستمر منخفض الجهد. تم عمل التخطيطي لفهم جانب الجهد العالي وجانب الجهد المنخفض بوضوح. في جانب الجهد العالي ، لدينا فتيل كجهاز حماية ، ثم يتم تصحيح جهد التيار الكهربائي وتصفيته بواسطة ثنائيات مقوم الإدخال D1 ، D2 ، D3 ، D4 ، ومكثف C2 ، وهذا يعني أن مستوى الجهد بين هذه الخطوط يمكن تصل إلى أكثر من 350 فولت أو أكثر في وقت معين. يجب أن يتوخى المهندسون والفنيون الحذر الشديد أثناء العمل مع مستويات الجهد التي قد تكون مميتة.

شيء آخر يجب توخي الحذر بشأنه هو مكثف المرشح C2 ، حيث إنه يتحمل الشحن لفترة طويلة ، حتى عند فصل مصدر الطاقة عن التيار الكهربائي. قبل أن نبدأ في أي اختبار لدائرة SMPS ، يجب تفريغ هذا المكثف بشكل صحيح.

ترانزستور التحويل T2 هو ترانزستور التحويل الرئيسي ، و T1 هو ترانزستور التحويل المساعد. نظرًا لأن ترانزستور التحويل الرئيسي هو المسؤول عن قيادة المحول الرئيسي ، فمن المرجح أن يكون ساخنًا جدًا ، وبما أنه يأتي مع حزمة TO-220 ، فهناك احتمال أن يكون للمغسلة الناتجة جهدًا عاليًا. يجب أن يكون عامل الاختبار أكثر حذراً في هذا القسم. يعد قسم المحولات أحد أهم المعلمات التي يجب ملاحظتها. في التخطيطي ، يُشار إليه على أنه T1 ، يوفر المحول T1 جنبًا إلى جنب مع optocoupler OK1 عزلًا عن الجانب الأساسي. في حالة اختبار حيث يكون القسم الثانوي متصلاً بأرض الأرض ويكون القسم الأساسي عائمًا. سيتسبب الموقف الذي يربط جهاز الاختبار في القسم الأساسي في حدوث ماس كهربائي بالأرض ، مما قد يؤدي إلى إتلاف أداة الاختبار بشكل دائم. بخلاف ذلك ، يحتاج محول flyback النموذجي إلى حد أدنى من الحمل ليعمل بشكل صحيح وإلا لا يمكن تنظيم جهد الخرج بشكل صحيح.

اختبارات امدادات الطاقة

تستخدم إمدادات الطاقة في مجموعة متنوعة من المنتجات. نتيجة لذلك ، يجب أن يكون أداء الاختبار مختلفًا حسب التطبيق. على سبيل المثال ، يتم إعداد الاختبار في معمل التصميم للتحقق من معلمات التصميم. تتطلب هذه الاختبارات معدات اختبار عالية الأداء مع بيئة تحكم مناسبة. في المقابل ، يركز اختبار مصدر الطاقة في بيئات الإنتاج بشكل أساسي على الوظيفة الكلية بناءً على المواصفات المحددة أثناء مرحلة تصميم المنتج.

تحميل وقت الاسترداد العابر:

يحتوي مصدر الطاقة ذو الجهد الثابت على حلقة تغذية مرتدة مضمنة تراقب باستمرار وتثبت جهد الخرج عن طريق تغيير دورة العمل وفقًا لذلك. إذا اقترب التأخير بين دائرة التغذية الراجعة والتحكم من قيمة حرجة عند تقاطع وحدة الكسب ، يصبح مصدر الطاقة غير مستقر ويبدأ في التأرجح. يتم قياس هذا التأخير الزمني على أنه فرق زاوي ، ويتم تعريفه على أنه درجة انزياح الطور. في مصدر طاقة نموذجي ، هذه القيمة هي 180 درجة من تحول الطور بين المدخلات والمخرجات.

اختبار تنظيم الحمل:

تنظيم الحمل هو معلمة ثابتة نختبر فيها حد خرج مصدر الطاقة لتغيير مفاجئ في تيار الحمل. في مصدر طاقة ذو جهد ثابت ، تكون معلمة الاختبار هي التيار الثابت. بينما في التيار المستمر المستمر هو الجهد المستمر. من خلال اختبار هذه المعلمات ، يمكننا تحديد قدرة مصدر الطاقة على تحمل التغيرات السريعة في الحمل.

اختبار الحد الحالي:

في مصدر طاقة محدود حالي نموذجي ، يتم إجراء الاختبار لمراقبة قدرات الحد الحالية لمصدر طاقة جهد ثابت. يمكن إصلاح حد التيار الفعلي أو يمكن أن يكون متغيرًا حسب نوع ومتطلبات مصدر الطاقة.

اختبار التموج والضوضاء:

يتم اختبار مصدر طاقة عالي الجودة أو العديد من مصادر الطاقة عالية الجودة ذات الجودة الصوتية لقياس تموج الإخراج والضوضاء. يُعرف الاسم الأكثر شيوعًا لهذا الاختبار باسم PARD (الانحراف الدوري والعشوائي). في هذا الاختبار ، نقيس الانحراف الدوري والعشوائي لجهد الخرج على عرض نطاق محدود جنبًا إلى جنب مع معلمات أخرى مثل جهد الدخل وتيار الإدخال وتردد التبديل وتحميل التيار باستمرار. بعبارات أبسط ، يمكننا القول بمساعدة هذه العملية ، نقوم بقياس الضوضاء والتموج المترابط في الجانب السفلي من التيار المتردد بعد تصحيح الإخراج ومرحلة التصفية.

اختبار الكفاءة:

و كفاءة إمدادات الطاقة هو مجرد النسبة بين إجمالي الطاقة انتاجها مقسوما على إجمالي الطاقة مدخلاتها. طاقة الخرج هي DC حيث تكون طاقة الإدخال AC ، لذلك نحتاج إلى الحصول على قيمة RMS حقيقية لقدرة الإدخال لتحقيق ذلك. يمكن استخدام مقياس واط ذو نوعية جيدة مع إمكانات RMS حقيقية ، من خلال إجراء هذا الاختبار ، يمكن للمختبِر فهم معلمات التصميم الإجمالية لمصدر الطاقة إذا كانت الكفاءة المقاسة خارج المساحة لطوبولوجيا مختارة ، فهذا مؤشر واضح على ضعف مصدر طاقة مصمم أو مشكلة في الأجزاء المعيبة.

اختبار تأخير بدء التشغيل:

تأخير بدء تشغيل مصدر الطاقة هو قياس الوقت المستغرق للحصول على استقرار خرج مصدر الطاقة. بالنسبة لمزود طاقة التبديل ، تعد هذه المرة حاسمة للغاية للتسلسل المناسب لجهد الخرج. تلعب هذه المعلمة أيضًا دورًا مهمًا عندما يتعلق الأمر بتشغيل المعدات الإلكترونية الحساسة وأجهزة الاستشعار. إذا لم يتم التعامل مع هذه المعلمة بشكل صحيح ، فإنها تؤدي إلى تكوين المسامير التي يمكن أن تدمر ترانزستورات التحويل أو حتى حمل الإخراج المتصل. يمكن حل هذه المشكلة بسهولة عن طريق إضافة دائرة "بداية ناعمة" للحد من التيار الأولي لترانزستور التبديل.

اغلاق الجهد الزائد:

تم تصميم مصدر طاقة جيد عادةً لإيقاف التشغيل إذا تجاوز جهد خرج مصدر الطاقة مستوى عتبة معينًا ، إذا لم يكن الأمر كذلك ، فقد يكون ذلك ضارًا بالجهاز عند التحميل.

إعداد اختبار SMPS النموذجي

مع مسح جميع المعلمات المطلوبة ، يمكننا أخيرًا الانتقال إلى اختبار دائرة SMPS ، يجب أن يكون لمنضدة اختبار SMPS الجيدة معدات اختبار وأمان متاحة بشكل شائع تقلل من مخاوف السلامة.

محول العزلة:

يوجد محول العزل لعزل القسم الأساسي لدائرة SMPS كهربائيًا. عند العزلة ، يمكننا توصيل أي مسبار أرضي مباشرة ، مما يلغي جانب الجهد العالي من مصدر الطاقة هذا يلغي إمكانية حدوث ماس كهربائي مباشر على الأرض.

المحول التلقائي:

يمكن استخدام المحول الذاتي لزيادة جهد الدخل لدائرة SMPS ببطء ، والقيام بذلك أثناء مراقبة التيار يمكن أن يمنع حدوث عطل كارثي. في حالة مختلفة ، يمكن استخدامه لمحاكاة حالات الجهد المنخفض والجهد العالي ، وبذلك يمكننا محاكاة المواقف التي يتغير فيها جهد الخط بشكل مفاجئ ، وهذا سيساعدنا على فهم سلوك SMPS في تلك الظروف. بشكل عام ، يمكن اختبار مصدر الطاقة المصنف عالميًا من 85 فولت إلى 240 فولت بمساعدة المحول الذاتي ، يمكننا اختبار خصائص الخرج لدائرة SMPS بسهولة بالغة.

لمبة السلسلة:

تعد المصباح الكهربائي المتسلسل ممارسة جيدة عندما يتعلق الأمر باختبار دائرة SMPS ، حيث يمكن أن يؤدي فشل معين في أحد المكونات إلى انفجار MOSFETs. إذا كنت تفكر في انفجار موسفيت ، فأنت تقرأ ذلك بشكل صحيح! لا تنفجر MOSFET في إمدادات الطاقة الحالية العالية. لذلك ، يمكن لمصباح الإضاءة المتوهج المتسلسل أن يمنع انفجار MOSFET.

الحمولة الإلكترونية:

لاختبار أداء أي دائرة SMPS ، يكون الحمل ضروريًا ، في حين أن بعض المقاومة عالية الطاقة هي بالتأكيد الطريقة السهلة لاختبار سعة تحميل معينة. ولكن يكاد يكون من المستحيل اختبار قسم مرشح الإخراج بدون تحميل متغير ، ولهذا السبب يصبح الحمل الإلكتروني ضروريًا حيث يمكننا بسهولة قياس ضوضاء الإخراج في ظروف تحميل مختلفة عن طريق تغيير الحمل خطيًا.

يمكنك أيضًا بناء حملك الإلكتروني القابل للتعديل باستخدام Arduino والذي يمكن استخدامه لاختبار SMPS منخفض الطاقة. بمساعدة الحمل الإلكتروني ، يمكننا بسهولة قياس أداء مرشح الإخراج ، وهو ضروري لأن مرشح الإخراج سيئ التصميم ، في حالة تحميل معينة ، يمكن أن يقرن التوافقية والضوضاء عند الإخراج ، وهو أمر سيئ للغاية بالنسبة للحساسية إلكترونيات.

اختبار SMPS بمسبار تفاضلي عالي الجهد

بينما يمكن إجراء قياس الجهد بسهولة بمساعدة محول العزل ، إلا أن الطريقة الأفضل هي استخدام مسبار تفاضلي لقياسات الجهد العالي. تحتوي المجسات التفاضلية على مدخلين وتقيس الفرق في الجهد بين المدخلات. يقوم بذلك عن طريق طرح الجهد عند أحد المدخلات من الآخر دون أي تدخل من القضبان الأرضية.

تتمتع هذه الأنواع من المجسات بنسبة رفض عالية للوضع المشترك (CMRR) مما يحسن النطاق الديناميكي للمسبار. في دائرة SMPS العامة ، يتم تبديل المفاتيح الجانبية الأولية بجهد تحويل عالي جدًا يبلغ 340 فولت ووقت انتقال سريع نسبيًا. في حالة حدوث ضوضاء ، في هذه الحالات إذا حاولنا قياس إشارة الإدخال في بوابة MOSFET ، فسنقوم ببوابة ضوضاء عالية بدلاً من إشارة تبديل الإدخال. يمكن التخلص من هذه المشكلة بسهولة باستخدام مسبار تفاضلي عالي الجهد مع CMRR عالي والذي يرفض إشارات التداخل.

استنتاج

يمكن أن يمثل تصميم واختبار مصدر طاقة غير متطور مخاوف تتعلق بالسلامة. ومع ذلك ، كما هو موضح في المقالة ، يمكن أن تقلل الممارسة الشائعة ومعدات الاختبار بالتأكيد من المخاطر بشكل كبير.

آمل أن تكون قد استمتعت بالمقال وتعلمت شيئًا مفيدًا. إذا كانت لديك أي أسئلة ، فيمكنك تركها في قسم التعليقات أدناه أو استخدام منتدياتنا لنشر أسئلة فنية أخرى.