测试SMPS电路的方法

为了验证产品功能和设计参数，电源电路需要复杂的测试方法和电子测试设备。为了满足产品标准，有必要收集有关SMPS 测试要求的更多知识。在本文中，我们将学习如何测试 SMPS 电路，并讨论一些最基本的 SMPS测试以及轻松有效地测试SMPS电路需要遵循的安全规范。

SMPS 测试的基础知识——要记住的要点

开关模式电源 （SMPS） 电路通常以可自动调节的占空比切换非常高的直流电压，以便高效地调节输出功率。但是这样做会带来安全问题，如果不加以注意，可能会对设备造成伤害。

上面的示意图显示了一个线路供电电源，它利用反激拓扑将高压直流转换为低压直流。制作原理图是为了清楚地了解高压侧和低压侧。在高压侧，我们有一个保险丝作为保护装置，然后输入整流二极管D1，D2，D3，D4和电容器C2对市电电压进行整流和滤波，这意味着这些线之间的电压电平可以在给定的时间点达到超过 350V 或更高。工程师和技术人员在处理这些可能致命的电压水平时应该非常小心。

另一个需要非常小心的是滤波电容C2，因为它可以长时间保持电荷，即使在电源与市电断开的情况下也是如此。在我们对 SMPS 电路进行任何测试之前，该电容器需要正确放电。

开关管T2为主开关管，T1为辅助开关管。由于主开关晶体管负责驱动主变压器，因此它很可能会变得非常热，并且由于它采用 TO-220 封装，因此命中接收器上可能会产生高压。在本节中，测试操作员必须格外小心。需要注意的最重要的参数之一是变压器部分。 在原理图中，它表示为 T1，变压器 T1 与光耦合器 OK1 一起提供与初级侧的隔离。在次级部分接地且初级部分悬空的测试情况下。在初级部分连接测试仪器的情况会导致对地短路，从而永久损坏测试仪器。除此之外，典型的反激式转换器需要最小负载才能正常工作，否则无法正确调节输出电压。

电源测试

电源用于各种产品。因此，测试性能需要根据应用程序而有所不同。例如，设计实验室中的测试设置用于验证设计参数。这些测试需要具有适当控制环境的高性能测试设备。相比之下，生产环境中的电源测试主要侧重于基于产品设计阶段确定的规格的整体功能。

负载瞬态恢复时间：

恒压电源有一个内置的反馈回路，通过相应地改变占空比来持续监控和稳定输出电压。如果反馈和控制电路之间的延迟在其单位增益交叉处接近临界值，则电源会变得不稳定并开始振荡。该时间延迟被测量为角度差，并定义为相移程度。在典型的电源中，该值是输入和输出之间 180 度的相移。

负载调节测试：

负载调整率是一个静态参数，我们在其中测试电源在负载电流突然变化时的输出限制。在恒压电源中，测试参数是恒流。而在恒流电源中则是恒压。通过测试这些参数，我们可以判断电源承受负载快速变化的能力。

电流限制测试：

在典型的限流电源中，进行测试以观察恒压电源的限流能力。实际电流限制可以是固定的，也可以根据电源的类型和要求而变化。

纹波和噪声测试：

一个典型的高质量电源或许多音频级高质量电源都经过测试，以测量它们的输出纹波和噪声。该测试最常见的名称称为PARD（周期性和随机偏差）。在此测试中，我们不断测量输出电压在有限带宽内的周期性和随机偏差以及其他参数，例如输入电压、输入电流、开关频率和负载电流。简单来说，我们可以说，借助这个过程，我们测量了输出整流和滤波阶段之后的底部交流耦合噪声和纹波。

效率测试：

电源的效率只是其总输出功率与其总输入功率之比。输出功率为直流，输入功率为交流，因此我们需要获得输入功率的真有效值才能实现这一点。可以使用具有真正 RMS 功能的优质功率计，通过进行此测试，如果测得的效率超出所选拓扑的空间，测试人员可以了解电源的整体设计参数，那么它清楚地表明电源的性能不佳设计的电源或有缺陷的零件问题。

启动延迟测试：

电源的启动延迟是衡量电源输出稳定所需的时间。对于开关电源，这个时间对于输出电压的正确排序非常关键。在为敏感的电子设备和传感器供电时，此参数也起着重要作用。如果该参数处理不当，会导致形成尖峰，从而破坏开关晶体管甚至连接的输出负载。这个问题可以通过添加“软启动”电路来限制开关晶体管的初始电流来轻松解决。

过压关断：

如果电源的输出电压超过某个阈值电平，则通常良好的电源被设计为关闭，否则，这可能对负载设备有害。

典型的 SMPS 测试设置

清除所有必需的参数后，我们终于可以继续测试 SMPS 电路了，一个好的SMPS 测试台应该具有通用的测试和安全设备，以最大限度地减少安全问题。

隔离变压器：

隔离变压器用于对 SMPS 电路的初级部分进行电气隔离。隔离时，我们可以直接连接任何接地探头，将电源的高压侧取反。这消除了直接对地短路的可能性。

自动变压器：

自耦变压器可用于缓慢增加 SMPS 电路的输入电压，同时监控电流可以防止灾难性故障。在不同的情况下，它可以用来模拟低压和高压情况，这样我们就可以模拟线路电压突然变化的情况，这将有助于我们了解 SMPS 在这些情况下的行为。一般来说，一个通用的额定电压范围从85V到240V的电源都可以在自耦变压器的帮助下进行测试，我们可以很容易地测试SMPS电路的输出特性。

系列灯泡：

在测试 SMPS 电路时，串联灯泡是一种很好的做法，组件的某些故障可能导致 MOSFET 爆炸。如果您正在考虑爆炸的 MOSFET，您没看错！MOSFET 在大电流电源中确实会爆炸。因此，串联一个白炽灯泡可以防止 MOSFET 被炸毁。

电子负载：

为了测试任何 SMPS 电路的性能，负载是必要的，而一些大功率电阻器无疑是测试某些负载能力的简单方法。但几乎不可能在没有变化负载的情况下测试输出滤波器部分，这就是为什么需要电子负载的原因，因为我们可以通过线性改变负载轻松测量不同负载条件下的输出噪声。

您还可以使用 Arduino 构建您自己的可调节电子负载，可用于低功率 SMPS 测试。借助电子负载，我们可以轻松测量输出滤波器的性能，这是必要的，因为设计不佳的输出滤波器在一定负载条件下会在输出端耦合谐波和噪声，这对敏感电子产品。

使用高压差分探头测试 SMPS

虽然借助隔离变压器可以轻松完成电压测量，但更好的方法是使用差分探头进行高压测量。差分探头有两个输入并测量输入之间的电压差。它通过从另一个输入中减去一个输入的电压来实现这一点，而无需接地轨的任何干预。

这些类型的探头具有较高的共模抑制比 （CMRR），可提高探头的动态范围。在通用 SMPS 电路中，初级侧开关具有 340V 的非常高的开关电压和相对较快的转换时间。万一产生噪声，在这些情况下，如果我们尝试测量 MOSFET 栅极中的输入信号，我们将选通高噪声而不是输入开关信号。通过使用具有高 CMRR 的高压差分探头可以很容易地消除这个问题，该探头可以抑制干扰信号。

结论

设计和测试不发达的电源可能会带来安全问题。但是，如文章所示，常见的做法和测试设备当然可以大大降低风险。