製品の機能と設計パラメータを検証するために、電源回路には高度な試験方法と電子試験装置が必要です。製品規格を満たすには、SMPSテスト要件に関するより良い知識を収集する必要があります。この記事では、SMPS回路をテストする方法を学び、SMPSの最も基本的なテストのいくつかと、SMPS回路を簡単かつ効率的にテストするために従う必要のある安全基準について説明します。次の調査では、最も基本的な電源アーキテクチャとそのテストプロセスについて説明します。
SMPS設計エンジニアの方は、前述のSMPSPCB設計のヒントとSMPSEMI削減手法に関する記事もご覧ください。
SMPSテストの基本–覚えておくべきポイント
スイッチモード電源（SMPS）回路は通常、出力電力を高効率で調整するために、自動調整可能なデューティサイクルで非常に高電圧のDCを切り替えます。しかし、そうすることは、世話をしないとデバイスに害を及ぼす可能性のある安全上の懸念をもたらします。
上の回路図は、フライバックトポロジを利用して高電圧DCを低電圧DCに変換するライン電源電源を示しています。回路図は、高電圧側と低電圧側を明確に理解するために作成されました。高電圧側では、保護デバイスとしてヒューズがあり、主電源電圧は入力整流ダイオードD1、D2、D3、D4、およびコンデンサC2によって整流およびフィルタリングされます。これは、これらのライン間の電圧レベルが特定の時点で350V以上に到達します。エンジニアや技術者は、これらの潜在的に致命的な電圧レベルで作業するときは、非常に注意する必要があります。
もう1つ注意すべき点は、フィルターコンデンサC2です。これは、電源が主電源から切断されている場合でも、電荷を長時間保持するためです。SMPS回路のテストを進める前に、このコンデンサを適切に放電する必要があります。
スイッチングトランジスタT2はメインスイッチングトランジスタであり、T1は補助スイッチングトランジスタです。メインスイッチングトランジスタは、主変圧器を駆動するための責任がある、非常に熱くする可能性が最も高い、そしてそれはTO-220パッケージに付属しているとヒットシンクがそれに高電圧を持つことになります可能性があります。このセクションでは、テストオペレーターは特に注意する必要があります。注意すべき最も重要なパラメータの1つはトランスセクションです。回路図では、T1として示され、トランスT1とオプトカプラーOK1を組み合わせて、一次側からの絶縁を提供します。二次セクションがアースに接続され、一次セクションがフローティングであるテスト状況。プライマリセクションでテスト機器を接続する状況では、アースへの短絡が発生し、テスト機器が恒久的に損傷する可能性があります。それ以外に、一般的なフライバックコンバータは、適切に動作するために最小負荷を必要とします。そうしないと、出力電圧を適切に調整できません。
電源テスト
電源はさまざまな製品に使用されています。そのため、アプリケーションによってテスト性能を変える必要があります。たとえば、設計ラボでのテストセットアップは、設計パラメータを検証するために行われます。これらのテストには、適切な制御環境を備えた高性能のテスト機器が必要です。対照的に、実稼働環境での電源テストは、主に製品設計段階で決定された仕様に基づく全体的な機能に焦点を合わせています。
負荷過渡回復時間：
定電圧電源にはフィードバックループが組み込まれており、デューティサイクルを適宜変更することで出力電圧を継続的に監視および安定化します。フィードバック回路と制御回路の間の遅延がユニティゲインクロスオーバーで臨界値に近づくと、電源が不安定になり、発振を開始します。この時間遅延は角度差として測定され、位相シフトの程度として定義されます。一般的な電源では、この値は入力と出力の間の180度の位相シフトです。
負荷調整テスト：
負荷レギュレーションは、負荷電流の急激な変化について電源の出力制限をテストする静的パラメータです。定電圧電源では、テストパラメータは定電流です。定電流電源では、定電圧です。これらのパラメータをテストすることにより、負荷の急激な変化に耐える電源の能力を判断できます。
電流制限テスト：
一般的な電流制限電源では、定電圧電源の電流制限機能を観察するためにテストが実行されます。実際の電流制限は、電源のタイプと要件に応じて固定することも、可変にすることもできます。
リップルとノイズのテスト：
通常、高品質の電源または多くのオーディオグレードの高品質電源をテストして、出力リップルとノイズを測定します。このテストの最も一般的な名前は、PARD（Periodic and Random Deviation）として知られています。このテストでは、入力電圧、入力電流、スイッチング周波数、負荷電流などの他のパラメータとともに、限られた帯域幅での出力電圧の周期的およびランダムな偏差を常に測定します。簡単に言うと、このプロセスの助けを借りて、出力の整流とフィルタリングの段階の後、AC結合ノイズとリップルを測定します。
効率テスト：
電源の効率は、単にその総出力電力をその総入力電力で割った比率です。出力電力はDCであり、入力電力はACであるため、これを実現するには、入力電力の真のRMS値を取得する必要があります。真のRMS機能を備えた高品質の電力計を使用できます。このテストを実行することにより、テスターは、測定された効率が選択されたトポロジのスペースを超えている場合に、電源の全体的な設計パラメーターを理解できます。設計された電源または欠陥部品の問題。
起動遅延テスト：
電源の起動遅延は、電源の出力が安定するまでにかかる時間の測定値です。スイッチング電源の場合、この時間は出力電圧の適切な順序付けにとって非常に重要です。このパラメータは、敏感な電子機器やセンサーに電力を供給する場合にも重要な役割を果たします。このパラメータが適切に処理されない場合、スパイクが形成され、スイッチングトランジスタまたは接続された出力負荷が破壊される可能性があります。この問題は、「ソフトスタート」回路を追加してスイッチングトランジスタの初期電流を制限することで簡単に解決できます。
過電圧シャットダウン：
通常、優れた電源装置は、電源装置の出力電圧が特定のしきい値レベルを超えた場合にシャットダウンするように設計されています。超えていない場合、これは負荷のあるデバイスに害を及ぼす可能性があります。
典型的なSMPSテストのセットアップ
必要なパラメータがすべてクリアされたら、最終的にSMPS回路のテストに進むことができます。優れたSMPSテストベンチには、安全上の懸念を最小限に抑える一般的に利用可能なテストおよび安全装置が必要です。
絶縁トランス：
絶縁トランスは、SMPS回路の一次セクションを電気的に絶縁するためにあります。絶縁されている場合、電源の高電圧側を無効にして、任意の接地プローブを直接取り付けることができます。これにより、地面に直接短絡する可能性がなくなります。
オートトランス：
オートトランスを使用して、SMPS回路の入力電圧をゆっくりと上げることができます。これにより、電流を監視しながら、壊滅的な障害を防ぐことができます。別の状況では、低電圧と高電圧の状況をシミュレートするために使用できます。そうすることで、線間電圧が急激に変化する状況をシミュレートできます。これは、これらの条件でのSMPSの動作を理解するのに役立ちます。一般に、85V〜240Vのユニバーサル定格電源はオートトランスを使用してテストでき、SMPS回路の出力特性を非常に簡単にテストできます。
シリーズ電球：
直列の電球は、SMPS回路のテストに関しては良い習慣です。コンポーネントの特定の障害は、MOSFETの爆発につながる可能性があります。爆発するMOSFETについて考えているなら、あなたはその権利を読んでいます！MOSFETは大電流電源で爆発します。したがって、直列の白熱電球は、MOSFETが爆破されるのを防ぐことができます。
電子負荷：
SMPS回路の性能をテストするには、負荷が必要ですが、特定の負荷容量をテストする簡単な方法は、確かに高電力抵抗器です。しかし、負荷を変化させずに出力フィルタ部をテストすることはほぼ不可能です。そのため、負荷を線形に変化させることでさまざまな負荷条件で出力ノイズを簡単に測定できるため、電子負荷が必要になります。
低電力SMPSテストに使用できるArduinoを使用して、独自の調整可能な電子負荷を構築することもできます。電子負荷の助けを借りて、出力フィルターの性能を簡単に測定できます。設計が不十分な出力フィルターは、特定の負荷条件で、出力で高調波とノイズを結合する可能性があるため、感度が非常に悪いため、必要です。エレクトロニクス。
高電圧差動プローブを使用したSMPSのテスト
電圧測定は絶縁トランスを使用して簡単に行うことができますが、より良い方法は高電圧測定に差動プローブを使用することです。差動プローブには2つの入力があり、入力間の電圧の差を測定します。これは、グランドレールからの介入なしに、一方の入力の電圧をもう一方の入力から差し引くことによって行われます。
これらのタイプのプローブは、プローブのダイナミックレンジを改善する高い同相信号除去比（CMRR）を備えています。一般的なSMPS回路では、一次側は340Vの非常に高いスイッチング電圧と比較的速い遷移時間でスイッチングします。ノイズが発生する場合、このような状況でMOSFETのゲートで入力信号を測定しようとすると、入力スイッチング信号ではなく高ノイズをゲートします。この問題は、干渉信号を除去する高CMRRの高電圧差動プローブを使用することで簡単に解消できます。
結論
未開発の電源の設計とテストは、安全上の懸念をもたらす可能性があります。ただし、記事に示されているように、一般的な方法とテスト機器は確かにリスクを大幅に減らすことができます。
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