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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 SMPS 테스트를 위한 범용 장치. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
스위칭 전원 공급 장치를 개발하고 테스트할 때 라디오 아마추어는 올바르게 조립된 것처럼 보이는 전원 공급 장치가 작동을 "거부"하는 상황에 자주 직면합니다. 장치 출력에서 여러 정류기 다이오드 중 하나 이상의 극성을 실수로 변경하거나 변압기 권선의 위상을 방해하는 것만으로도 충분하며 결과는 매우 값비싼 PWM 컨트롤러의 손상을 포함하여 가장 예측하기 어려울 수 있습니다. 스위칭 트랜지스터. 이 기사에서 논의할 범용 테스터는 이러한 불쾌한 현상을 방지하는 데 도움이 될 것입니다. SMPS 테스트 중에는 두 개의 독립적인 전원이 사용된다는 사실에 주의해야 합니다. 그 중 하나인 저전류(Imax=0,2A)는 출력 전압이 10~15V이고 1V 수준에서 DA8 마이크로 회로에 의해 추가 안정화된 후 제어, 표시 및 보호 회로를 제공합니다. 장치. 두 번째 고전류(Imax=5A)는 테스트 중인 요소에 대한 테스트 전압 소스입니다. 이를 위해서는 표준 SMPS 주전원 정류기를 사용하는 것이 편리합니다. 따라서 장치의 변압기 T1과 광커플러 U1은 이러한 소스 사이에 갈바닉 절연을 제공하지만 테스트 중에 감전을 방지하기 위해 트랜지스터 VT2와 저항기 R9에 연결된 회로는 주 전압 아래에 있다는 점을 기억해야 합니다. 저항 R9의 톱니파 펄스의 전압 진폭이 광 커플러 U1의 방출 다이오드 전류가 광 트랜지스터를 여는 데 충분할 특정 임계 값을 초과하면 후자의 컬렉터의 과부하 신호가 통과를 금지합니다. 발전기의 펄스. 광트랜지스터의 컬렉터-이미터 섹션에 병렬로 연결된 작은 용량의 커패시터 C3은 장치의 잡음 내성을 증가시킵니다. 설명된 테스터는 최대 드레인 전류가 40A이고 드레인-소스 전압이 6,2V인 IRFBC600 스위칭 트랜지스터를 사용합니다. 임계 전류 레벨은 5A이고 보호 응답 전압은 0,33Ohm x 5A = 1,65, 9V. 펄스 듀티 사이클이 D - 1인 전류 센서(R1,65)에서 소비되는 전력은 최소 (2)0,33/8,25 - 0,2W여야 합니다. 장치를 사용하여 SMPS의 부하 용량(D=8,25)을 평가하는 경우 전력 수준은 최소 0,2x1,65 = 1,65W여야 합니다. 테스터가 전류 펄스의 톱니 모양을 고려하여 SMPS의 유도성 요소를 테스트하는 데만 사용하려는 경우 저항 전력은 0,5x0,825 = XNUMXW 이상이어야 합니다.
물론 가져온 트랜지스터는 국내 KP707V2 또는 이와 유사한 것으로 교체할 수 있지만, 이들의 경우 위 비율에 따라 전류 센서의 매개변수를 다시 계산하고 장치를 설정할 때 고려해야 합니다. DD2.1 및 DD2.2 요소의 보호 회로 작업을 고려하십시오. 시간 상수가 8ms인 회로 R2C3는 RS 트리거의 상단 입력(DD2의 핀 8,2)에 연결됩니다. 이는 보호 노드의 트리거를 초기 상태로 만드는 데 필요한 입력에서 높은 레벨의 출현에 일시적인 지연을 제공합니다. 이 기능은 그림 2에 설명되어 있습니다. XNUMX 장치를 켜고 SMPS 테스트를 시작하는 사이에 시간 간격 tmin이 있습니다.
실제로 이는 두 개의 명명된 독립 전원을 켜는 순서에 제한을 둡니다. 먼저 저전류 전원을 켜고 그 다음 고전류 전원을 켜고 역순으로 꺼야 합니다. 먼저 고전류 전원을 꺼야 합니다. 전류, 그다음 저전류. 이 규칙을 준수하면 장치를 켤 때 첫 번째 펄스로 인해 스위칭 트랜지스터 VT2가 손상되는 것을 방지할 수 있습니다. 또한 처음으로 SMPS를 켤 때 전체 주전원 전압을 적용하지 말고 실험실 자동 변압기 등을 사용하여 점차적으로 전압을 높이는 것이 좋습니다. 스위칭 트랜지스터에 과부하가 걸리면 RS 트리거가 1 상태로 전환됩니다. 요소 DD13 및 DD1.3의 핀 1.4, 2에서 높은 레벨이 낮은 레벨로 대체되고 추가 펄스 통과가 차단됩니다. 전환된 RS 트리거는 HL1 "검사" LED를 끄고 HL2.3 "과부하" LED를 켭니다. 요소 DD2.4 및 DD1의 생성기는 경고음 신호를 생성합니다. 전원을 끄고 과부하를 제거한 후 커패시터 C2 및 CXNUMX를 방전하는 데 필요한 시간이 지나면 장치를 다시 켤 준비가 됩니다. SMPS 출력 필터에 사용되는 인덕터 포화 전류를 추정하기 위한 장치의 사용에는 고유한 특성이 있습니다. 좀 더 자세히 살펴보겠습니다. 무화과에. 3은 이 경우의 테스터의 연결도를 보여줍니다.
전원 공급 장치(PSU)는 고전류입니다. 최대 전류는 장치 보호 회로에 대해 선택된 임계값 5A를 초과해야 합니다. 다이오드 VD1은 테스트 중인 인덕터에 병렬로 연결됩니다. 여기서는 KD212A 또는 이와 유사한 것을 사용할 수 있습니다. 스위칭 주파수는 특히 인덕턴스가 수백, 수천 마이크로헨리인 초크의 경우 매우 높을 수 있습니다. 따라서 스로틀 매개변수를 측정하는 동안 일정한(또는 조정 가능한) 펄스 지속 시간으로 작동 주파수를 크게 줄여야 할 수도 있습니다. 측정 전압보다 약간 높은 작동 전압을 갖는 제너 다이오드 VD2를 도입하여 성능을 향상시킬 수도 있습니다. 또한 전원 공급 장치 출력의 전압을 조정할 수 있는 것이 바람직합니다. 오실로스코프는 테스터의 저항 R9와 병렬로 연결됩니다. 전류 센서 Ur9에서 관찰된 전압 강하 다이어그램과 스위칭 트랜지스터 게이트의 전압 U3의 가능한 옵션 A 및 B가 그림 4에 나와 있습니다. XNUMX.
알려진 바와 같이, 인덕터에 가해진 전압 U는 인덕터의 전류 D1을 선형적으로 증가시킵니다. 이 의존성은 방정식 AI = (U/L)Δt로 수학적으로 표현됩니다. 즉, 인덕턴스가 1H인 초크에 1V의 전압을 가하면 1초 후에 전류가 증가합니다. 분수의 분자와 분모가 오른쪽에 1-10의 계수를 곱한 값과 같으면 중요한 추론을 얻습니다. 전류 D6의 변화를 암페어 단위로 결정하기 위해 인덕턴스를 마이크로헨리 단위로 대체할 수 있습니다. 측정에 사용할 공식에 마이크로초 단위의 시간을 입력합니다. 전원 공급 장치의 출력 전압이 U = 20V로 설정되어 있고 선택된 특정 인덕터를 사용하여 전압 다이어그램 UR9가 A 형식을 취한다고 가정합니다(그림 4). 스로틀의 속성을 평가해 봅시다. 전류 I = U/R = 0,4/0,33 - 1,2A의 피크 값은 명백하며 평가된 인덕터는 최대 1,2A의 전류를 필터링할 때 상당히 기능적이라고 결론을 내릴 수 있습니다. 테스터를 사용하면 L = (U/AI)At 관계식을 사용해야 하는 인덕터의 인덕턴스를 평가할 수 있습니다. 해당 값을 대체하면 L = (20/1,2)2 - 33 μH가 됩니다. 물론 결정의 정확성은 전류 측정 저항 값의 허용 오차, 오실로스코프를 사용하여 전압 및 시간 간격 측정 오류, 측정 회로의 전류 제한 효과 등 많은 지표의 영향을 받습니다. 인덕터와 저항 R9의 활성 저항 및 기타 요인. 그러나 가장 대략적인 추정에 따르면 이 방법을 사용하여 인덕터의 인덕턴스를 측정할 때의 총 오류는 20%를 초과하지 않습니다. 이 정확도는 SMPS 출력 필터의 일부인 인덕터의 필터링 특성을 평가하는 데 매우 충분합니다. 이제 인덕터를 변경하지 않고 전원 공급 장치 출력의 전압을 40V로 높이는 동시에 그림 4에 표시된 다이어그램의 옵션 B를 얻습니다. 9. 피크 전압 값 URXNUMX가 보호 회로에 설정된 임계값 레벨을 초과하지 않는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 측정이 불가능합니다. 그림에서 볼 수 있듯이 이 조건이 충족됩니다. 이전 계산과 유사한 계산을 통해 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다.
결과 간의 약간의 불일치는 측정 오류가 증가했음을 의미하며 이는 곡선 B의 변곡점을 결정하는 데 어려움이 있음을 의미합니다. 일반적으로 이를 위해 종이 스텐실이 사용되며 선으로 표시된 것처럼 오실로스코프 화면의 곡선 이미지에 적용됩니다. 그림의 B 4. 따라서 측정 중에 전원 공급 장치 출력의 전압을 라인 A와 유사하게 다이어그램이 엄격한 선형 형태를 취하는 값으로 줄이고 얻은 결과를 사용하여 인덕턴스를 추정하는 것이 좋습니다. 인덕터와 그 안의 포화 전류. 낮은 전류에서 인덕터에서 발생하는 포화 확률의 증가는 높은 투자율(200 이상)을 갖는 재료로 만들어진 폐쇄 자기 회로의 사용과 관련이 있습니다. 포화를 방지하려면 알시퍼 또는 몰리브덴-퍼멀로이 합금을 기반으로 한 자기 유전체로 만들어진 링을 사용하거나 비자성 간격을 도입해야 합니다. 페라이트 링, W자형 및 강화 자기 코어를 비교하면 무선 수신기에 사용되는 페라이트 막대 섹션을 사용할 수 있지만 후자의 두 자기 코어가 비자성 간격 생성 측면에서 기술적으로 더 진보했다는 점을 인식해야 합니다. 자기 안테나의 경우 약한 포화 자기 코어로 사용됩니다(자기 투자율이 낮을수록 좋습니다). SMPS를 테스트할 때 장치를 사용하는 마지막 옵션은 조정 가능한 부하 등가이자 펄스 부하로, 이는 UMZCH의 일부로 사용되는 전원 공급 장치에 특히 중요합니다. 펄스 영향에서 파생된 전력을 특징짓는 피크, 최대, 평균, 음악, 열 및 기타 여러 용어는 전문가가 이 종류의 무선 장치를 평가하기 위해 발명한 것이 헛되지 않았습니다. 물론 이 경우 기사 시작 부분에서 권장한 대로 테스터의 생성기를 오디오 주파수 범위에 맞게 조정해야 하며 스위칭 펄스의 듀티 사이클을 조정해야 합니다. 측정할 때 DA1 마이크로 회로와 VT1 트랜지스터의 열 조건에 주의해야 합니다. 펄스 듀티 사이클이 1에 가까우면 더 강력한 요소로 교체해야 할 수도 있습니다. SMPS의 출력 전력 및 출력 전압에 따라 전력 손실이 30~50W이고 저항이 수십 옴에서 수십 옴인 여러 개의 저항기가 필요합니다. 부재 시에는 등가 부하로 작동 전압이 12V인 자동차 램프를 사용하는 것이 허용되며 그 중에서 정격 전류에 맞게 설계된 표본을 분수에서 수십 암페어까지 쉽게 선택할 수 있습니다. 5A의 스위칭 트랜지스터를 통과하는 전류에서 최대 전력 손실이 SMPS의 전체 부하에 충분하지 않은 경우 고전압 전계 효과 트랜지스터 IRFBC40을 IRFZ48N과 같은 저전압 트랜지스터로 교체할 수 있습니다. 최대 45A의 일정한(평균) 전류와 최대 210A의 펄스 전류를 갖습니다. 장치를 펄스 부하의 조정 가능한 등가물로 사용할 때의 연결 다이어그램이 그림 5에 나와 있습니다. XNUMX.
측정 회로에 연결된 전류계는 평균 전류 값을 표시합니다. 전류계 판독값을 펄스 듀티 사이클로 나누면 부하 회로에서 전류의 진폭(피크) 값을 얻습니다. 펄스 듀티 사이클이 1에 가까울 때 SMPS의 부하는 최대입니다. 테스터의 스위칭 트랜지스터 VT2는 100~200cm2 면적의 방열판에 설치해야 합니다. KR1157EN802A 초소형 회로 안정 장치를 외국 아날로그 78L82 또는 더 강력한 규제 국내 제품 KR142EN12A, KR142EN12B로 교체합니다. K561TL1 마이크로 회로는 K561LA7로 교체할 수 있습니다. KT505B 대신 적절한 구조의 고주파 중전력 트랜지스터를 사용할 수 있습니다. 압전세라믹 사운드 이미터 HA1 - 모두 사용 가능. KD522B 다이오드는 KD521, KD522 시리즈, 광커플러(AOT127, AOT128 시리즈)와 같은 저전력 실리콘 다이오드로 교체 가능합니다. LED - 약 5mA의 전류에서 명확하게 눈에 띄는 빛을 발하는 LED입니다. 커패시터 C1은 지정된 용량의 산화물 커패시터이고 나머지는 세라믹입니다. 가져온 R1를 제외한 모든 저항은 MLT, C4-2, C23-9입니다. 변압기 T1 - 펄스 FIT-5. 찾을 수 없으면 변압기가 독립적으로 만들어집니다. 자기 코어는 투자율이 10~6인 두 개의 K3x1500x2000 페라이트 링이 함께 접혀 형성됩니다. 링의 날카로운 모서리는 줄로 둥글게 처리되고 자기 회로는 절연 바니시로 덮여 있으며 건조 후 100 바퀴가 두 개의 PELSHO 0,12 와이어로 감겨 있습니다. 그림 1에 표시된 권선 I 및 II의 위상을 고려하여 변압기를 연결해야 합니다. XNUMX. 변압기는 장갑 자기 코어 B14 또는 B18을 기반으로 제작될 수도 있습니다. 이 경우 PEV-50 70-2 와이어의 0,12~0,17회 회전을 포함하는 권선은 서로 확실하게 절연되어야 합니다. 장치 설정은 발전기 출력(핀 10 DD1)에서 펄스 매개변수를 확인하는 것으로 시작됩니다. 필요한 경우 커패시터 C4의 커패시턴스와 저항 R4 및 R6의 저항을 선택하여 조정됩니다. 그런 다음 다이어그램에서 저항 R10의 상단 단자를 분리하고 조정 전원의 양극 단자에 연결합니다. 음극 단자는 광 커플러 U2의 단자 1에 연결됩니다. 전압을 부드럽게 증가시키면 DD1.3, DD1.4 요소의 출력에서 펄스 손실 순간이 기록됩니다. 저항 R10을 선택하면 1,65 ± 0,05V의 전압에서 펄스가 없는 상태가 된 후 연결이 복원됩니다. 다음 단계에서는 저항 R5를 선택하여 LED HL1, HL2의 전류가 약 5mA로 설정됩니다. 마지막으로 트랜지스터 VT2의 게이트에서 펄스 극성을 확인하십시오. 그림과 일치하지 않는 경우 2, 변압기 T1의 권선 중 하나의 위상을 변경합니다. 마지막 단계는 그림 2에 따라 테스트된 SMPS의 네트워크 정류기에 장치가 연결된 스위칭 트랜지스터 VT5의 성능을 모니터링하는 것입니다. 2. SMPS에는 주전원 전압 스위치, 220A 퓨즈 및 시동 전류 제한 회로가 있어야 합니다. 부하로는 전압 60V, 전력 0,5W의 조명 램프가 사용됩니다. 회로에 측정 한계가 10A인 DC 전류계를 포함시키는 것이 권장되지만 필수는 아닙니다. 주 정류기를 켠 후 15...0,08V의 공급 전압이 테스터에 여러 번 적용되고 제거됩니다. 발전기가 작동 중일 때 램프는 최대 강도로 빛나고 전류계는 약 2A의 전류를 표시합니다. 주의해서 오실로스코프를 사용하여 트랜지스터 VTXNUMX의 드레인에서 펄스를 모니터링하십시오. 트랜지스터에 결함이 있는 경우 램프는 평소보다 절반 정도 밝게 빛나고 장치에 대한 공급 전압이 꺼지면 응답하지 않습니다. 결함이 있는 트랜지스터를 교체해야 하며 추가 테스트를 마친 후 장치를 작동할 수 있습니다. 기능을 확장하기 위해 장치에 서로 다른 값의 저항 R4, R6 및 커패시터 C4 세트를 전환하는 두 개의 스위치를 추가할 수 있으며 이를 통해 펄스의 주파수 및 듀티 사이클에 대한 여러 고정 값이 설정됩니다. 저자: S. Kosenko, Voronezh
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