反激式拓撲結(jié)構(gòu)SMPS測試方法

[導讀]什么是SMPS測試?它有什么問題?電源、工業(yè)器、DC-DC 轉(zhuǎn)換器、DC-AC 逆變器或 UPS 所運用的開關模式電源轉(zhuǎn)換均具備能效、尺寸小和重量輕的特點。但對線路供電型開關模式電源進行測試或故障排除期間仍會面臨若干難以應對的相關挑戰(zhàn)，這便需要設計人員采取的預防措施。
 

什么是SMPS測試?它有什么問題?電源、工業(yè)器、DC-DC 轉(zhuǎn)換器、DC-AC 逆變器或 UPS 所運用的開關模式電源轉(zhuǎn)換均具備能效、尺寸小和重量輕的特點。但對線路供電型開關模式電源進行測試或故障排除期間仍會面臨若干難以應對的相關挑戰(zhàn)，這便需要設計人員采取的預防措施。

無論是處理電壓、溫、線路，還是應對低負載要求和動態(tài)范圍的電壓測量，操作都相當有難度。本文將介紹建立個的測試站所需的條件，包括實現(xiàn)輸入功耗、線路、寬動態(tài)范圍電壓測量和可編程負載所需的器件。

SMPS 測試問題

開關模式電源 (SMPS) 能在短的轉(zhuǎn)換時間內(nèi)打開和關閉電壓，從而降低功率損耗。的線路供電型 SMPS 存在若干相關問題。

這是個采用反激式拓撲結(jié)構(gòu)的線路供電型電源。該電路的初側(cè)以黃色突出顯示，對線路(電源)輸入進行波整流并將其應用于初軌。這意味著若使用 120 伏線路，壓軌和低壓軌之間出現(xiàn)的電壓電平約為 340 伏，若使用 240 伏線路，該值會于 670 伏。使用 15 伏以下電壓的人員和工程師可能需要知悉，這些電壓可能會致命，所以使用這些器件時必須格外小心。

此整流線路電壓將存儲于初儲能電容器 C2 上。也就是說，即使將該電源與線路斷開，儲能電容器上所存儲的電荷還是有風險。進行故障排除前，應將電源與線路斷開連接，并利用電阻器小心謹慎地對主要儲能電容器放電。開關 FET Q2 會在壓軌和低壓軌之間切換。即使以方式運行，此晶體管也會變得很熱，而且它通常會被安裝在散熱器上。散熱器周圍的測試操作員應謹慎行事，以防被燒傷。

請注意，該電源的初和次區(qū)段會采用反激式變壓器 L2 和光耦合器 Q4 進行電。次區(qū)段在負 (-) 輸出端接地，初區(qū)段不接地。若使用接地輸入儀器(如示波器)進行故障排除，這種接地方式便有問題。將示波器探頭的接地連接端與電源初側(cè)的元件連接可能會導致短路，而且還會損壞主要元件和示波器。

SMPS 通常需要的低負載要求才能運行;若負載不得當，電源通常會關閉。

還有點，鑒于使用的電壓之，故障模式通常會導致嚴重的后果。例如，短路的橋式整流器 (D1-D4) 可能會向主要儲能電容器施加線路電壓，進而導致電容器通過排氣孔排出電介質(zhì)，甚至會直接引發(fā)爆炸。所以，設計 SMPS 期間可能會出現(xiàn)噴出物。

的 SMPS 測試設置

SMPS 測試套件應使用若干常用器件來大限度地減少問題。

變壓器主要用于對 SMPS 的初區(qū)段進行電氣。經(jīng)，便可與初電路中任意部分的探頭接地端連接。這樣初電路便不會發(fā)生短路。若變壓器(例如 Bel Signal Transformer，型號 DU-2)同時具備初和次繞組，則可將其連接至 120 伏或 240 伏標稱輸入。它可在 240 伏的電壓下提供 9 安培 (A) 的電流，亦可在 120 伏 (2 kVA) 的電壓下提供 18 安培 (A) 的電流。額定功率 10 kVA 的變壓器為常見。

自耦變壓器可用于緩慢升施加于測試器件的線路電壓。執(zhí)行此操作時需監(jiān)控輸入電流，這樣便能在災難故障出現(xiàn)之前發(fā)現(xiàn)故障元件。Staco Energy Products 型號為 3PN1010B 的產(chǎn)品是款的自耦變壓器，可在 0-140 伏 (1.4 kVa) 的電壓下提供 10 A 的電流。請注意，自耦變壓器不提供線路，所以必須與變壓器配合使用才能實現(xiàn)該功能。

如前所述，對 SMPS 進行測試需使用負載。很常使用的負載為非感應式電阻器，但請注意，阻負載組也可能變得很熱，所以應加以防護以免意外接觸。電子負載是能夠替代固定阻負載組的替代方案，其負載可變。運行負載調(diào)節(jié)和輸出電流折返等測試時，負載的能力重要。如果需進行自動化測試，則可編程功能會是特別重要的考慮因素。

B&K Precision 型號為 8514 的產(chǎn)品是款額定功率為 1200 W 的電子負載，它可通過 USB 進行編程，在 0.1-120 V 的輸入電壓范圍內(nèi)以恒定電流、電壓、電阻或功耗模式運行。電子負載還能模擬間而變化的動態(tài)負載。

8514 采用的外殼為測試器件和測試操作員之間提供道物理屏障。它能在發(fā)生爆炸事故時保護附近的操作員。外殼還可進行配置以冷卻測試器件和阻負載組(如有使用)。此類裝置通?？蛇B接測試器件和斷開連接。

線路

單相交流線路具有熱線和中線。中線在配電系統(tǒng)中接地，但在電源處可能仍于地電位幾伏電壓。這會導致該電源的初區(qū)段沒有接地參考。將接地示波器探頭與初電路的任意點連接都可能導致短路。很多人員和工程師都試圖通過移除示波器的接地連接和使示波器“浮動”來解決此問題。這種做法其危險，因為它會使示波器外殼處于出地電位幾百伏的環(huán)境。接觸示波器的人員都可能觸電身亡。

浮動示波器的替代方案是使用變壓器，相關連接如圖 2 所示。這樣便能將測試電源與交流線路分開。使用變壓器后，可在初電路中的任意點進行接地連接，并將該點作為接地參考。雖然采用這種方法可以進行電壓測量，但使用測量電壓而設計的差分探頭會合適。差分探頭具備兩個輸入端(都不接地)，可測量輸入端之間的電壓差。只要用個輸入端的電壓減去另端的電壓便能算出電壓差。

差分探頭的差分測量會衰減兩個輸入端共有的電壓信號(稱為共模信號)。共模信號的衰減量是差分探頭的品質(zhì)因數(shù)，被稱為共模抑制比 (CMRR)，以分貝 (dB) 表示。

壓差分探頭在匹配差分輸入之前使用衰減來測量壓。如圖 3 所示，電阻器 R1 和 R2 會形成個補償衰減器，而電阻器 R3 和 R4 又會形成另個。將衰減器的輸出施加至采用三個運算放大器的差分放大器的輸入端。只要認真匹配元件和對稱的 PCB 布局，便能獲得較的 CMRR。

CMRR 重要，因為 SMPS 中的電壓測量可能需要動態(tài)范圍。電源的初側(cè)持續(xù)轉(zhuǎn)換 340 伏電壓，并且轉(zhuǎn)換時間相對較快。這些信號可輻射至整個器件。試著測量電源 FET 上的柵驅(qū)動信號。此信號低于 10 伏，受到這些壓共模信號的影響，很難看到。使用具有較 CMRR 的差分探頭可抑制干擾信號。

諸如 Cal Test Electronics 型號為 CT3681 的探頭運用了 X100 或 X1000 用戶可選衰減特。這些探頭的大額定電壓為 700 V (X100) 或 7 kV (X1000)，CMRR 在 50 Hz 和 20 kHz 時分別為 -80 dB 和 -60 dB，帶寬為 70 MHz。這類探頭的優(yōu)勢在于在輸出端使用 BNC 連接器，而非專有探頭接口，這使得它們可與示波器兼容。

盡管線路供電型 SMPS 為流行和實用，但在測試期間還是會存在問題。不過如文中所述，只要結(jié)合可靠的工程實踐并采用常用元件(如變壓器、自耦變壓器、電子負載和差分探頭)，便能顯著降低這些風險。以上就是反激式拓撲結(jié)構(gòu)SMPS測試方法，希望能給大家?guī)椭?/p>