線路供電電源如何利用反激拓撲將高壓直流轉(zhuǎn)換為低壓直流

為了驗證產(chǎn)品功能和設(shè)計參數(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)品標準，有必要收集有關(guān)SMPS 測試要求的更多知識。在本文中，我們將學習如何測試 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——要記住的要點

開關(guān)模式電源 (SMPS) 電路通常以可自動調(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。但是這樣做會帶來安全問題，如果不加以注意，可能會對設(shè)備造成傷害。

上面的示意圖顯示了一個線路供電電源，它利用反激拓撲將高壓直流轉(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)，我們有一個保險絲作為保護裝置，然后輸入整流二極管D1，D2，D3，D4和電容器C2對市電電壓進行整流和濾波，這意味著這些線之間的電壓電平可以在給定的時間點達到超過 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應(yīng)該非常小心。

另一個需要非常小心的是濾波電容C2，因為它可以長時間保持電荷，即使在電源與市電斷開的情況下也是如此。在我們對 SMPS 電路進行任何測試之前，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)晶體管負責驅(qū)動主變壓器，因此它很可能會變得非常熱，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 一起提供與初級側(cè)的隔離。在次級部分接地且初級部分懸空的測試情況下。在初級部分連接測試儀器的情況會導(dǎo)致對地短路，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)計實驗室中的測試設(shè)置用于驗證設(shè)計參數(shù)。這些測試需要具有適當控制環(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)計階段確定的規(guī)格的整體功能。

負載瞬態(tài)恢復(fù)時間：

恒壓電源有一個內(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，則電源會變得不穩(wěn)定并開始振蕩。該時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。

負載調(diào)節(jié)測試：

負載調(diào)整率是一個靜態(tài)參數(shù)，我們在其中測試電源在負載電流突然變化時的輸出限制。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載快速變化的能力。

電流限制測試：

在典型的限流電源中，進行測試以觀察恒壓電源的限流能力。實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：

一個典型的高質(zhì)量電源或許多音頻級高質(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)頻率和負載電流。簡單來說，我們可以說，借助這個過程，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現(xiàn)這一點?？梢允褂镁哂姓嬲?RMS 功能的優(yōu)質(zhì)功率計，通過進行此測試，如果測得的效率超出所選拓撲的空間，測試人員可以了解電源的整體設(shè)計參數(shù)，那么它清楚地表明電源的性能不佳設(shè)計的電源或有缺陷的零件問題。

啟動延遲測試：

電源的啟動延遲是衡量電源輸出穩(wěn)定所需的時間。對于開關(guān)電源，這個時間對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，此參數(shù)也起著重要作用。如果該參數(shù)處理不當，會導(dǎo)致形成尖峰，從而破壞開關(guān)晶體管甚至連接的輸出負載。這個問題可以通過添加“軟啟動”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閾值電平，則通常良好的電源被設(shè)計為關(guān)閉，否則，這可能對負載設(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，一個好的SMPS 測試臺應(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 SMPS 電路的初級部分進行電氣隔離。隔離時，我們可以直接連接任何接地探頭，將電源的高壓側(cè)取反。這消除了直接對地短路的可能性。

自動變壓器：

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，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!MOSFET 在大電流電源中確實會爆炸。因此，串聯(lián)一個白熾燈泡可以防止 MOSFET 被炸毀。

電子負載：

為了測試任何 SMPS 電路的性能，負載是必要的，而一些大功率電阻器無疑是測試某些負載能力的簡單方法。但幾乎不可能在沒有變化負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載的原因，因為我們可以通過線性改變負載輕松測量不同負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)電子負載，可用于低功率 SMPS 測試。借助電子負載，我們可以輕松測量輸出濾波器的性能，這是必要的，因為設(shè)計不佳的輸出濾波器在一定負載條件下會在輸出端耦合諧波和噪聲，這對敏感電子產(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行高壓測量。差分探頭有兩個輸入并測量輸入之間的電壓差。它通過從另一個輸入中減去一個輸入的電壓來實現(xiàn)這一點，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)，可提高探頭的動態(tài)范圍。在通用 SMPS 電路中，初級側(cè)開關(guān)具有 340V 的非常高的開關(guān)電壓和相對較快的轉(zhuǎn)換時間。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，我們將選通高噪聲而不是輸入開關(guān)信號。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問題，該探頭可以抑制干擾信號。

結(jié)論

設(shè)計和測試不發(fā)達的電源可能會帶來安全問題。但是，如文章所示，常見的做法和測試設(shè)備當然可以大大降低風險。