測試SMPS電路的方法

為了驗(yàn)證產(chǎn)品功能和設(shè)計(jì)參數(shù)，電源電路需要復(fù)雜的測試方法和電子測試設(shè)備。為了滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，有必要收集有關(guān)SMPS 測試要求的更多知識(shí)。在本文中，我們將學(xué)習(xí)如何測試 SMPS 電路，并討論一些最基本的 SMPS測試以及輕松有效地測試SMPS電路需要遵循的安全規(guī)范。

SMPS 測試的基礎(chǔ)知識(shí)——要記住的要點(diǎn)

開關(guān)模式電源 （SMPS） 電路通常以可自動(dòng)調(diào)節(jié)的占空比切換非常高的直流電壓，以便高效地調(diào)節(jié)輸出功率。但是這樣做會(huì)帶來安全問題，如果不加以注意，可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成傷害。

上面的示意圖顯示了一個(gè)線路供電電源，它利用反激拓?fù)鋵?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/873/" target="_blank">高壓直流轉(zhuǎn)換為低壓直流。制作原理圖是為了清楚地了解高壓側(cè)和低壓側(cè)。在高壓側(cè)，我們有一個(gè)保險(xiǎn)絲作為保護(hù)裝置，然后輸入整流二極管D1，D2，D3，D4和電容器C2對(duì)市電電壓進(jìn)行整流和濾波，這意味著這些線之間的電壓電平可以在給定的時(shí)間點(diǎn)達(dá)到超過 350V 或更高。工程師和技術(shù)人員在處理這些可能致命的電壓水平時(shí)應(yīng)該非常小心。

另一個(gè)需要非常小心的是濾波電容C2，因?yàn)樗梢蚤L時(shí)間保持電荷，即使在電源與市電斷開的情況下也是如此。在我們對(duì) SMPS 電路進(jìn)行任何測試之前，該電容器需要正確放電。

開關(guān)管T2為主開關(guān)管，T1為輔助開關(guān)管。由于主開關(guān)晶體管負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)主變壓器，因此它很可能會(huì)變得非常熱，并且由于它采用 TO-220 封裝，因此命中接收器上可能會(huì)產(chǎn)生高壓。在本節(jié)中，測試操作員必須格外小心。需要注意的最重要的參數(shù)之一是變壓器部分。 在原理圖中，它表示為 T1，變壓器 T1 與光耦合器 OK1 一起提供與初級(jí)側(cè)的隔離。在次級(jí)部分接地且初級(jí)部分懸空的測試情況下。在初級(jí)部分連接測試儀器的情況會(huì)導(dǎo)致對(duì)地短路，從而永久損壞測試儀器。除此之外，典型的反激式轉(zhuǎn)換器需要最小負(fù)載才能正常工作，否則無法正確調(diào)節(jié)輸出電壓。

電源測試

電源用于各種產(chǎn)品。因此，測試性能需要根據(jù)應(yīng)用程序而有所不同。例如，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室中的測試設(shè)置用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)。這些測試需要具有適當(dāng)控制環(huán)境的高性能測試設(shè)備。相比之下，生產(chǎn)環(huán)境中的電源測試主要側(cè)重于基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段確定的規(guī)格的整體功能。

負(fù)載瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間：

恒壓電源有一個(gè)內(nèi)置的反饋回路，通過相應(yīng)地改變占空比來持續(xù)監(jiān)控和穩(wěn)定輸出電壓。如果反饋和控制電路之間的延遲在其單位增益交叉處接近臨界值，則電源會(huì)變得不穩(wěn)定并開始振蕩。該時(shí)間延遲被測量為角度差，并定義為相移程度。在典型的電源中，該值是輸入和輸出之間 180 度的相移。

負(fù)載調(diào)節(jié)測試：

負(fù)載調(diào)整率是一個(gè)靜態(tài)參數(shù)，我們在其中測試電源在負(fù)載電流突然變化時(shí)的輸出限制。在恒壓電源中，測試參數(shù)是恒流。而在恒流電源中則是恒壓。通過測試這些參數(shù)，我們可以判斷電源承受負(fù)載快速變化的能力。

電流限制測試：

在典型的限流電源中，進(jìn)行測試以觀察恒壓電源的限流能力。實(shí)際電流限制可以是固定的，也可以根據(jù)電源的類型和要求而變化。

紋波和噪聲測試：

一個(gè)典型的高質(zhì)量電源或許多音頻級(jí)高質(zhì)量電源都經(jīng)過測試，以測量它們的輸出紋波和噪聲。該測試最常見的名稱稱為PARD（周期性和隨機(jī)偏差）。在此測試中，我們不斷測量輸出電壓在有限帶寬內(nèi)的周期性和隨機(jī)偏差以及其他參數(shù)，例如輸入電壓、輸入電流、開關(guān)頻率和負(fù)載電流。簡單來說，我們可以說，借助這個(gè)過程，我們測量了輸出整流和濾波階段之后的底部交流耦合噪聲和紋波。

效率測試：

電源的效率只是其總輸出功率與其總輸入功率之比。輸出功率為直流，輸入功率為交流，因此我們需要獲得輸入功率的真有效值才能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)?？梢允褂镁哂姓嬲?RMS 功能的優(yōu)質(zhì)功率計(jì)，通過進(jìn)行此測試，如果測得的效率超出所選拓?fù)涞目臻g，測試人員可以了解電源的整體設(shè)計(jì)參數(shù)，那么它清楚地表明電源的性能不佳設(shè)計(jì)的電源或有缺陷的零件問題。

啟動(dòng)延遲測試：

電源的啟動(dòng)延遲是衡量電源輸出穩(wěn)定所需的時(shí)間。對(duì)于開關(guān)電源，這個(gè)時(shí)間對(duì)于輸出電壓的正確排序非常關(guān)鍵。在為敏感的電子設(shè)備和傳感器供電時(shí)，此參數(shù)也起著重要作用。如果該參數(shù)處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致形成尖峰，從而破壞開關(guān)晶體管甚至連接的輸出負(fù)載。這個(gè)問題可以通過添加“軟啟動(dòng)”電路來限制開關(guān)晶體管的初始電流來輕松解決。

過壓關(guān)斷：

如果電源的輸出電壓超過某個(gè)閾值電平，則通常良好的電源被設(shè)計(jì)為關(guān)閉，否則，這可能對(duì)負(fù)載設(shè)備有害。

典型的 SMPS 測試設(shè)置

清除所有必需的參數(shù)后，我們終于可以繼續(xù)測試 SMPS 電路了，一個(gè)好的SMPS 測試臺(tái)應(yīng)該具有通用的測試和安全設(shè)備，以最大限度地減少安全問題。

隔離變壓器：

隔離變壓器用于對(duì) SMPS 電路的初級(jí)部分進(jìn)行電氣隔離。隔離時(shí)，我們可以直接連接任何接地探頭，將電源的高壓側(cè)取反。這消除了直接對(duì)地短路的可能性。

自動(dòng)變壓器：

自耦變壓器可用于緩慢增加 SMPS 電路的輸入電壓，同時(shí)監(jiān)控電流可以防止災(zāi)難性故障。在不同的情況下，它可以用來模擬低壓和高壓情況，這樣我們就可以模擬線路電壓突然變化的情況，這將有助于我們了解 SMPS 在這些情況下的行為。一般來說，一個(gè)通用的額定電壓范圍從85V到240V的電源都可以在自耦變壓器的幫助下進(jìn)行測試，我們可以很容易地測試SMPS電路的輸出特性。

系列燈泡：

在測試 SMPS 電路時(shí)，串聯(lián)燈泡是一種很好的做法，組件的某些故障可能導(dǎo)致 MOSFET 爆炸。如果您正在考慮爆炸的 MOSFET，您沒看錯(cuò)！MOSFET 在大電流電源中確實(shí)會(huì)爆炸。因此，串聯(lián)一個(gè)白熾燈泡可以防止 MOSFET 被炸毀。

電子負(fù)載：

為了測試任何 SMPS 電路的性能，負(fù)載是必要的，而一些大功率電阻器無疑是測試某些負(fù)載能力的簡單方法。但幾乎不可能在沒有變化負(fù)載的情況下測試輸出濾波器部分，這就是為什么需要電子負(fù)載的原因，因?yàn)槲覀兛梢酝ㄟ^線性改變負(fù)載輕松測量不同負(fù)載條件下的輸出噪聲。

您還可以使用 Arduino 構(gòu)建您自己的可調(diào)節(jié)電子負(fù)載，可用于低功率 SMPS 測試。借助電子負(fù)載，我們可以輕松測量輸出濾波器的性能，這是必要的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)不佳的輸出濾波器在一定負(fù)載條件下會(huì)在輸出端耦合諧波和噪聲，這對(duì)敏感電子產(chǎn)品。

使用高壓差分探頭測試 SMPS

雖然借助隔離變壓器可以輕松完成電壓測量，但更好的方法是使用差分探頭進(jìn)行高壓測量。差分探頭有兩個(gè)輸入并測量輸入之間的電壓差。它通過從另一個(gè)輸入中減去一個(gè)輸入的電壓來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，而無需接地軌的任何干預(yù)。

這些類型的探頭具有較高的共模抑制比 （CMRR），可提高探頭的動(dòng)態(tài)范圍。在通用 SMPS 電路中，初級(jí)側(cè)開關(guān)具有 340V 的非常高的開關(guān)電壓和相對(duì)較快的轉(zhuǎn)換時(shí)間。萬一產(chǎn)生噪聲，在這些情況下，如果我們嘗試測量 MOSFET 柵極中的輸入信號(hào)，我們將選通高噪聲而不是輸入開關(guān)信號(hào)。通過使用具有高 CMRR 的高壓差分探頭可以很容易地消除這個(gè)問題，該探頭可以抑制干擾信號(hào)。

結(jié)論

設(shè)計(jì)和測試不發(fā)達(dá)的電源可能會(huì)帶來安全問題。但是，如文章所示，常見的做法和測試設(shè)備當(dāng)然可以大大降低風(fēng)險(xiǎn)。