Comment tester une carte d'alimentation SMPS

Pour vérifier les fonctionnalités du produit et les paramètres de conception, un circuit d'alimentation nécessite des méthodes de test sophistiquées et un équipement de test électronique. Il est nécessaire de mieux connaître les exigences de test SMPS pour répondre aux normes de produit. Dans cet article, nous allons apprendre à tester un circuit SMPS et parler de certains des tests les plus basiques pour SMPS et des normes de sécurité à suivre pour tester un circuit SMPS facilement et efficacement. L'examen suivant vous donne une idée des architectures d'alimentation les plus élémentaires et de leur processus de test.

Si vous êtes un ingénieur de conception SMPS, vous pouvez également consulter l'article sur les conseils de conception de circuits imprimés SMPS et les techniques de réduction des EMI SMPS dont nous avons discuté précédemment.

Principes de base des tests SMPS - Points à retenir

Les circuits d'alimentation à découpage (SMPS) commutent normalement le courant continu très haute tension avec un cycle de service réglable automatiquement, afin de réguler la puissance de sortie avec un rendement élevé. Mais cela introduit des problèmes de sécurité qui peuvent être nocifs pour l'appareil s'il n'est pas pris en charge.

Le schéma ci-dessus montre une alimentation électrique alimentée en ligne qui utilise la topologie flyback pour convertir le courant continu haute tension en courant continu basse tension. Le schéma a été fait pour comprendre clairement le côté haute tension et le côté basse tension. Du côté haute tension, nous avons un fusible comme dispositif de protection, puis la tension du secteur est redressée et filtrée par les diodes de redressement d'entrée D1, D2, D3, D4 et le condensateur C2, cela signifie que le niveau de tension entre ces lignes peut atteindre plus de 350 V ou plus à un moment donné. Les ingénieurs et les techniciens doivent être très prudents lorsqu'ils travaillent avec ces niveaux de tension potentiellement mortels.

Une autre chose à laquelle il faut être très prudent est le condensateur de filtrage C2, car il maintient la charge pendant une longue période, même lorsque l'alimentation est déconnectée du secteur. Avant de procéder à tout test du circuit SMPS, ce condensateur doit être déchargé correctement.

Le transistor de commutation T2 est le transistor de commutation principal et T1 est le transistor de commutation auxiliaire. Comme le transistor de commutation principal est responsable de la commande du transformateur principal, il est plus susceptible de devenir très chaud, et comme il est livré avec un boîtier TO-220, il y a une chance que le puits de frappe ait une haute tension. L'opérateur de test doit faire très attention dans cette section. L'un des paramètres les plus importants à prendre en compte est la section transformateur. Dans le schéma, il est noté T1, le transformateur T1 en liaison avec l'optocoupleur OK1 assure l'isolation du côté primaire. Dans une situation de test où la section secondaire est connectée à la terre et la section primaire est flottante. La situation de connexion d'un instrument de test dans la section primaire provoquera un court-circuit à la terre, ce qui peut endommager définitivement l'instrument de test. En dehors de cela, un convertisseur flyback typique a besoin d'une charge minimale pour fonctionner correctement, sinon la tension de sortie ne peut pas être régulée correctement.

Tests d'alimentation

Les blocs d'alimentation sont utilisés dans une variété de produits. Par conséquent, les performances du test doivent être différentes selon l'application. Par exemple, la configuration de test dans un laboratoire de conception est effectuée pour vérifier les paramètres de conception. Ces tests nécessitent un équipement de test haute performance avec un environnement de contrôle approprié. En revanche, les tests d'alimentation dans les environnements de production se concentrent principalement sur la fonction globale en fonction des spécifications déterminées lors de la phase de conception du produit.

Charger le temps de récupération transitoire:

L'alimentation à tension constante possède une boucle de rétroaction intégrée qui surveille et stabilise en permanence la tension de sortie en modifiant le cycle de service en conséquence. Si le retard entre le circuit de rétroaction et de commande approche une valeur critique à son croisement à gain unitaire, l'alimentation devient instable et commence à osciller. Ce retard est mesuré comme une différence angulaire, et il est défini comme le degré de déphasage. Dans une alimentation électrique typique, cette valeur correspond à 180 degrés de déphasage entre l'entrée et la sortie.

Test de régulation de charge:

La régulation de charge est un paramètre statique dans lequel nous testons la limite de sortie de l'alimentation pour un changement soudain du courant de charge. Dans une alimentation à tension constante, le paramètre de test est le courant constant. Alors que dans une alimentation à courant constant, c'est la tension constante. En testant ces paramètres, nous pouvons déterminer la capacité de l'alimentation à résister aux changements rapides de la charge.

Test de limite de courant:

Dans une alimentation à courant limité typique, le test est effectué pour observer les capacités de limitation de courant d'une alimentation à tension constante. La limite de courant réelle peut être fixe ou variable en fonction du type et des besoins de l'alimentation électrique.

Test d'ondulation et de bruit:

Une alimentation généralement de bonne qualité ou de nombreuses alimentations de haute qualité de qualité audio sont testées pour mesurer leur ondulation et leur bruit de sortie. Le nom le plus courant de ce test est connu sous le nom de PARD (Periodic and Random Deviation). Dans ce test, nous mesurons la déviation périodique et aléatoire de la tension de sortie sur une bande passante limitée ainsi que d'autres paramètres tels que la tension d'entrée, le courant d'entrée, la fréquence de commutation et le courant de charge en permanence. En termes plus simples, nous pouvons dire qu'à l'aide de ce processus, nous mesurons le bruit et l'ondulation couplés AC sous-jacents après l'étape de redressement et de filtrage de sortie.

Test d'efficacité:

L' efficacité d'une alimentation est simplement le rapport entre sa puissance de sortie totale divisée par sa puissance d'entrée totale. La puissance de sortie est CC où la puissance d'entrée est CA, nous devons donc obtenir une valeur RMS vraie de la puissance d'entrée pour y parvenir. Un wattmètre de bonne qualité avec de vraies capacités RMS peut être utilisé, en faisant ce test, le testeur peut comprendre les paramètres de conception globaux d'une alimentation si l'efficacité mesurée est hors de l'espace pour une topologie choisie, alors c'est une indication claire d'un mauvais alimentation conçue ou problème de pièces défectueuses.

Test de délai de démarrage:

Le délai de démarrage d'une alimentation est la mesure du temps nécessaire pour stabiliser la sortie de l'alimentation. Pour une alimentation à découpage, ce temps est très crucial pour le bon séquencement de la tension de sortie. Ce paramètre joue également un rôle important lorsqu'il s'agit d'alimenter des équipements électroniques sensibles et des capteurs. Si ce paramètre n'est pas correctement géré, il conduit à la formation de pointes qui peuvent détruire les transistors de commutation ou même la charge de sortie connectée. Ce problème peut être facilement résolu en ajoutant un circuit de «démarrage progressif» pour limiter le courant initial du transistor de commutation.

Arrêt en cas de surtension:

Une alimentation généralement bonne est conçue pour s'arrêter si la tension de sortie de l'alimentation dépasse un certain niveau de seuil, sinon, cela peut être nocif pour l'appareil en charge.

Configuration de test SMPS typique

Une fois tous les paramètres requis clarifiés, nous pouvons enfin passer au test du circuit SMPS, un bon banc de test SMPS devrait disposer d'un équipement de test et de sécurité couramment disponible qui minimise les problèmes de sécurité.

Le transformateur d'isolement:

Le transformateur d'isolement est là pour isoler électriquement la section primaire du circuit SMPS. Une fois isolés, nous pouvons directement connecter n'importe quelle sonde de terre, annulant le côté haute tension de l'alimentation. Cela élimine la possibilité d'un court-circuit directement à la terre.

L'auto-transformateur:

L'autotransformateur peut être utilisé pour augmenter lentement la tension d'entrée d'un circuit SMPS, le faire tout en surveillant le courant peut éviter une panne catastrophique. Dans une situation différente, il peut être utilisé pour simuler des situations de basse tension et de haute tension, ce qui nous permet de simuler des situations où la tension de ligne change brusquement, cela nous aidera à comprendre le comportement du SMPS dans ces conditions. En général, une alimentation nominale universelle allant de 85V à 240V peut être testée à l'aide d'un autotransformateur, nous pouvons tester très facilement la caractéristique de sortie d'un circuit SMPS.

L'ampoule de la série:

Une ampoule en série est une bonne pratique lorsqu'il s'agit de tester un circuit SMPS, une certaine défaillance d'un composant peut entraîner l'explosion des MOSFET. Si vous pensez à un MOSFET qui explose, vous avez bien lu! Le MOSFET explose dans les alimentations à courant élevé. Ainsi, une ampoule à incandescence en série peut empêcher un MOSFET de se faire exploser.

La charge électronique:

Pour tester les performances de n'importe quel circuit SMPS, une charge est nécessaire, tandis qu'une résistance de haute puissance est très certainement le moyen le plus simple de tester certaines capacités de charge. Mais il est presque impossible de tester la section du filtre de sortie sans une charge variable, c'est pourquoi une charge électronique devient nécessaire car nous pouvons facilement mesurer le bruit de sortie à différentes conditions de charge en faisant varier la charge de manière linéaire.

Vous pouvez également créer votre propre charge électronique réglable en utilisant Arduino qui peut être utilisé pour les tests SMPS à faible puissance. À l'aide d'une charge électronique, on peut facilement mesurer les performances du filtre de sortie, et c'est nécessaire car un filtre de sortie mal conçu, dans une certaine condition de charge, peut coupler harmonique et bruit en sortie, ce qui est très mauvais pour les sensibles électronique.

Test du SMPS avec une sonde différentielle haute tension

Bien que la mesure de tension puisse être effectuée facilement à l'aide d'un transformateur d'isolement, une meilleure façon est d'utiliser une sonde différentielle pour les mesures haute tension. Les sondes différentielles ont deux entrées et mesurent la différence de tension entre les entrées. Pour ce faire, il soustrait la tension à une entrée de l'autre sans aucune intervention des rails de masse.

Ces types de sondes ont un taux de rejet en mode commun (CMRR) élevé, ce qui améliore la plage dynamique de la sonde. Dans un circuit SMPS générique, le côté primaire commute avec une tension de commutation très élevée de 340 V et un temps de transition relativement rapide. Ce qui dans le cas génère du bruit, dans ces situations, si nous essayons de mesurer le signal d'entrée dans la porte du MOSFET, nous allons générer un bruit élevé plutôt qu'un signal de commutation d'entrée. Ce problème peut être facilement éliminé en utilisant une sonde différentielle haute tension avec un CMRR élevé qui rejette les signaux parasites.

Conclusion

La conception et le test d'une alimentation sous-développée peuvent présenter des problèmes de sécurité. Cependant, comme le montre l'article, la pratique courante et l' équipement d' essai peuvent certainement réduire considérablement le risque.

J'espère que vous avez apprécié l'article et appris quelque chose d'utile. Si vous avez des questions, vous pouvez les laisser dans la section commentaires ci-dessous ou utiliser nos forums pour publier d'autres questions techniques.