Cómo probar una placa de fuente de alimentación smps

Para verificar las funcionalidades del producto y los parámetros de diseño, un circuito de suministro de energía requiere métodos de prueba sofisticados y equipos de prueba electrónicos. Es necesario reunir un mejor conocimiento sobre los requisitos de prueba de SMPS para cumplir con los estándares del producto. En este artículo, aprenderemos cómo probar un circuito SMPS y hablaremos sobre algunas de las pruebas más básicas para SMPS y las normas de seguridad que deben seguirse para probar un circuito SMPS de manera fácil y eficiente. El siguiente examen le da una idea sobre las arquitecturas de suministro de energía más básicas y su proceso de prueba.

Si es un ingeniero de diseño de SMPS, también puede consultar el artículo sobre Consejos de diseño de PCB de SMPS y Técnicas de reducción de EMI de SMPS, los cuales discutimos anteriormente.

Conceptos básicos de las pruebas SMPS: puntos para recordar

Los circuitos de fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS) normalmente conmutan CC de muy alto voltaje con un ciclo de trabajo autoajustable, para regular la potencia de salida con alta eficiencia. Pero hacerlo introduce problemas de seguridad que pueden ser perjudiciales para el dispositivo si no se atienden.

El esquema anterior muestra una fuente de alimentación alimentada por línea que utiliza la topología flyback para convertir CC de alto voltaje en CC de bajo voltaje. El esquema se hizo para comprender claramente el lado de alto voltaje y el lado de bajo voltaje. En el lado de alto voltaje, tenemos un fusible como dispositivo de protección, luego el voltaje de la red es rectificado y filtrado por los diodos rectificadores de entrada D1, D2, D3, D4 y el capacitor C2, esto significa que el nivel de voltaje entre esas líneas puede alcanzar más 350 V o más en un momento dado. Los ingenieros y técnicos deben tener mucho cuidado al trabajar con estos niveles de voltaje potencialmente letales.

Otra cosa con la que tener mucho cuidado es el condensador de filtro C2, ya que mantiene la carga durante mucho tiempo, incluso cuando la fuente de alimentación está desconectada de la red. Antes de continuar con cualquier prueba del circuito SMPS, este capacitor debe descargarse correctamente.

El transistor de conmutación T2 es el transistor de conmutación principal y T1 es el transistor de conmutación auxiliar. Como el transistor de conmutación principal es responsable de impulsar el transformador principal, es muy probable que se caliente mucho, y como viene con un paquete TO-220, existe la posibilidad de que el disipador de impacto tenga un alto voltaje. El operador de la prueba debe tener mucho cuidado en esta sección. Uno de los parámetros más importantes a tener en cuenta es la sección del transformador.. En el esquema, se denota como T1, el transformador T1 junto con el optoacoplador OK1 proporciona aislamiento del lado primario. En una situación de prueba donde la sección secundaria está conectada a tierra y la sección primaria está flotando. La situación que conecta un instrumento de prueba en la sección primaria provocará un cortocircuito a tierra, lo que puede dañar permanentemente el instrumento de prueba. Aparte de eso, un convertidor flyback típico necesita una carga mínima para funcionar correctamente, de lo contrario, el voltaje de salida no se puede regular correctamente.

Pruebas de suministro de energía

Las fuentes de alimentación se utilizan en una variedad de productos. Como resultado, el rendimiento de la prueba debe ser diferente según la aplicación. Por ejemplo, la configuración de prueba en un laboratorio de diseño se realiza para verificar los parámetros de diseño. Estas pruebas requieren un equipo de prueba de alto rendimiento con un entorno de control adecuado. Por el contrario, las pruebas de suministro de energía en entornos de producción se enfocan principalmente en la función general basada en las especificaciones determinadas durante la fase de diseño del producto.

Tiempo de recuperación transitorio de carga:

La fuente de alimentación de voltaje constante tiene un circuito de retroalimentación incorporado que monitorea y estabiliza continuamente el voltaje de salida cambiando el ciclo de trabajo en consecuencia. Si el retardo entre el circuito de retroalimentación y control se acerca a un valor crítico en su cruce de ganancia unitaria, la fuente de alimentación se vuelve inestable y comienza a oscilar. Este retardo de tiempo se mide como una diferencia angular y se define como el grado de desplazamiento de fase. En una fuente de alimentación típica, este valor es de 180 grados de cambio de fase entre la entrada y la salida.

Prueba de regulación de carga:

La regulación de carga es un parámetro estático en el que probamos el límite de salida de la fuente de alimentación para detectar un cambio repentino en la corriente de carga. En una fuente de alimentación de voltaje constante, el parámetro de prueba es la corriente constante. Mientras que en la fuente de alimentación de corriente constante es el voltaje constante. Al probar estos parámetros, podemos determinar la capacidad de la fuente de alimentación para soportar los cambios rápidos en la carga.

Prueba de límite de corriente:

En una fuente de alimentación de corriente limitada típica, la prueba se realiza para observar las capacidades de limitación de corriente de una fuente de alimentación de voltaje constante. El límite de corriente real puede ser fijo o variable según el tipo y los requisitos de la fuente de alimentación.

Prueba de ondulación y ruido:

Una fuente de alimentación normalmente de buena calidad o muchas fuentes de alimentación de alta calidad para audio se prueban para medir su ondulación y ruido de salida. El nombre más común de esta prueba se conoce como PARD (Desviación periódica y aleatoria). En esta prueba, medimos la desviación periódica y aleatoria del voltaje de salida en un ancho de banda limitado junto con otros parámetros como voltaje de entrada, corriente de entrada, frecuencia de conmutación y corriente de carga constantemente. En términos más simples, podemos decir que con la ayuda de este proceso, medimos el ruido acoplado de CA inferior y la ondulación después de la etapa de rectificación y filtrado de salida.

Prueba de eficiencia:

La eficiencia de una fuente de alimentación es simplemente la relación entre su potencia de salida total dividida por su potencia de entrada total. La potencia de salida es CC, donde la potencia de entrada es CA, por lo que necesitamos obtener un valor RMS real de la potencia de entrada para lograrlo. Se puede usar un vatímetro de buena calidad con verdaderas capacidades RMS; al hacer esta prueba, el probador puede comprender los parámetros generales de diseño de una fuente de alimentación si la eficiencia medida no tiene espacio para una topología elegida, entonces es una clara indicación de una mala fuente de alimentación diseñada o problema de piezas defectuosas.

Prueba de retardo de inicio:

El retardo de arranque de una fuente de alimentación es la medida del tiempo necesario para estabilizar la salida de la fuente de alimentación. Para una fuente de alimentación conmutada, este tiempo es muy importante para la secuenciación adecuada del voltaje de salida. Este parámetro también juega un papel importante cuando se trata de alimentar equipos y sensores electrónicos sensibles. Si este parámetro no se maneja correctamente, conduce a la formación de picos que pueden destruir los transistores de conmutación o incluso la carga de salida conectada. Este problema se puede resolver fácilmente agregando un circuito de "arranque suave" para limitar la corriente inicial para el transistor de conmutación.

Apagado por sobretensión:

Una fuente de alimentación normalmente buena está diseñada para apagarse si el voltaje de salida de la fuente de alimentación excede un cierto nivel de umbral; de lo contrario, esto puede ser perjudicial para el dispositivo en carga.

Configuración típica de prueba SMPS

Con todos los parámetros requeridos aclarados, finalmente podemos pasar a probar el circuito SMPS, un buen banco de pruebas SMPS debe tener equipos de prueba y seguridad comúnmente disponibles que minimicen los problemas de seguridad.

El transformador de aislamiento:

El transformador de aislamiento está ahí para aislar eléctricamente la sección primaria del circuito SMPS. Cuando está aislado, podemos conectar directamente cualquier sonda de tierra, negando el lado de alto voltaje de la fuente de alimentación. Esto elimina la posibilidad de un cortocircuito directo a tierra.

El transformador automático:

El autotransformador se puede usar para aumentar lentamente el voltaje de entrada de un circuito SMPS, hacerlo mientras se monitorea la corriente puede evitar una falla catastrófica. En una situación diferente, se puede utilizar para simular situaciones de baja tensión y alta tensión, de esta forma podemos simular situaciones donde la tensión de línea cambia abruptamente, esto nos ayudará a entender el comportamiento del SMPS en esas condiciones. En general, un rango de fuente de alimentación nominal universal de 85 V a 240 V se puede probar con la ayuda de un autotransformador, podemos probar la característica de salida de un circuito SMPS muy fácilmente.

La bombilla de la serie:

Una bombilla en serie es una buena práctica cuando se trata de probar un circuito SMPS, una cierta falla de un componente puede provocar la explosión de MOSFET. Si estás pensando en un MOSFET explosivo, ¡has leído bien! MOSFET explota en fuentes de alimentación de alta corriente. Por lo tanto, una bombilla incandescente en serie puede evitar que un MOSFET explote.

La carga electrónica:

Para probar el rendimiento de cualquier circuito SMPS, se necesita una carga, mientras que una resistencia de alta potencia es sin duda la forma más fácil de probar cierta capacidad de carga. Pero es casi imposible probar la sección del filtro de salida sin una carga variable, por eso es necesaria una carga electrónica, ya que podemos medir fácilmente el ruido de salida en diferentes condiciones de carga al variar la carga linealmente.

También puede construir su propia carga electrónica ajustable usando Arduino que se puede usar para pruebas SMPS de baja potencia. Con la ayuda de una carga electrónica, podemos medir fácilmente el rendimiento del filtro de salida, y es necesario porque un filtro de salida mal diseñado, en una determinada condición de carga, puede acoplar armónicos y ruido en la salida, lo cual es muy malo para los sensibles. electrónica.

Prueba del SMPS con una sonda diferencial de alto voltaje

Si bien la medición de voltaje se puede realizar fácilmente con la ayuda de un transformador de aislamiento, una mejor manera es usar una sonda diferencial para mediciones de alto voltaje. Las sondas diferenciales tienen dos entradas y miden la diferencia de voltaje entre las entradas. Lo hace restando el voltaje en una entrada de la otra sin ninguna intervención de los rieles de tierra.

Estos tipos de sondas tienen una alta relación de rechazo de modo común (CMRR) que mejora el rango dinámico de la sonda. En un circuito SMPS genérico, el lado primario conmuta con un voltaje de conmutación muy alto de 340 V y un tiempo de transición relativamente rápido. Lo cual, en caso de que genere ruido, en estas situaciones si intentamos medir la señal de entrada en la puerta del MOSFET, generaremos ruido alto en lugar de una señal de conmutación de entrada. Este problema se puede eliminar fácilmente utilizando una sonda diferencial de alto voltaje con CMRR alto que rechaza las señales interferentes.

Conclusión

Diseñar y probar una fuente de alimentación poco desarrollada puede presentar problemas de seguridad. Sin embargo, como se muestra en el artículo, la práctica común y los equipos de prueba ciertamente pueden reducir el riesgo en gran medida.

Espero que hayas disfrutado del artículo y hayas aprendido algo útil. Si tiene alguna pregunta, puede dejarla en la sección de comentarios a continuación o utilizar nuestros foros para publicar otras preguntas técnicas.