Appareil universel pour tester SMPS. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Lors du développement et du test d'alimentations à découpage, les radioamateurs rencontrent souvent une situation dans laquelle une alimentation apparemment correctement assemblée "refuse" de fonctionner. Il suffit de changer par erreur la polarité d'au moins une des plusieurs diodes de redressement à la sortie de l'appareil ou de perturber la mise en phase de tout enroulement de transformateur, et les conséquences peuvent être les plus imprévisibles, jusqu'à endommager les contrôleurs PWM et la commutation très coûteux. transistors. Un testeur universel, dont il sera question dans cet article, aidera à prévenir un phénomène aussi désagréable.

Il convient de prêter attention au fait que deux alimentations indépendantes sont utilisées lors du test SMPS. L'un d'eux, à faible courant (Imax = 0,2 A), avec une tension de sortie de 10 ... 15 V, après stabilisation supplémentaire par le microcircuit DA1 à un niveau de 8 V, alimente les circuits de commande, de signalisation et de protection du appareil. Le second, à fort courant (Imax=5A), est une source de tension de test pour les éléments testés. A cet effet, il est commode d'utiliser un redresseur secteur SMPS standard. Par conséquent, bien que le transformateur T1 et l'optocoupleur U1 de l'appareil assurent une isolation galvanique entre ces sources, lors du test, afin d'éviter les chocs électriques, il convient de rappeler que le circuit connecté au transistor VT2 et à la résistance R9 est sous tension secteur.

Si l'amplitude de tension des impulsions en dents de scie aux bornes de la résistance R9 dépasse une certaine valeur seuil à laquelle le courant de la diode émettrice de l'optocoupleur U1 sera suffisant pour ouvrir son phototransistor, le signal de surcharge issu du collecteur de ce dernier interdira le passage des impulsions du générateur. Un petit condensateur C3 connecté en parallèle à la section collecteur-émetteur du phototransistor augmente l'immunité au bruit de l'appareil.

Dans le testeur décrit, un transistor de commutation IRFBC40 est utilisé, dans lequel le courant de drain maximal est de 6,2 A et la tension drain-source est de 600 V. Le niveau de courant de seuil est de 5 A et la tension de réponse de protection sera de 0,33 Ohm x 5 A = 1,65, 9 V. La puissance dissipée par le capteur de courant (R1) avec un rapport cyclique d'impulsions D - 1,65 doit être au minimum de (2) 0,33 / 8,25 - 0,2 W. Lorsque l'appareil est utilisé pour évaluer la capacité de charge du SMPS (D=8,25), la puissance plancher doit être d'au moins 0,2x1,65 = 1,65 W. Si le testeur est censé être utilisé uniquement pour tester les éléments inductifs du SMPS, comme dans notre cas, compte tenu de la forme en dents de scie des impulsions de courant, la puissance de la résistance doit être d'au moins 0,5x0,825 = XNUMX W .

(cliquez pour agrandir)

Bien sûr, le transistor importé peut être remplacé par un KP707V2 domestique ou similaire, mais pour eux, les paramètres du capteur de courant devront être recalculés conformément aux ratios ci-dessus et pris en compte lors de la configuration de l'appareil.

Considérez le travail des circuits de protection sur les éléments DD2.1 et DD2.2.

Le circuit R8C2 est connecté à l'entrée supérieure de la bascule RS (broche 3 DD2) dont la constante de temps est de 8,2 ms. Il prévoit une temporisation pour l'apparition d'un niveau haut à l'entrée, nécessaire à la réinitialisation du déclenchement du nœud de protection.

Cette caractéristique est illustrée sur la Fig. 2 la présence d'un intervalle de temps tmin entre la mise sous tension de l'appareil et le début du test SMPS.

En pratique, cela impose des restrictions sur la séquence de commutation sur les deux sources d'alimentation indépendantes nommées : vous devez d'abord activer le courant faible, puis le courant élevé, et éteindre dans l'ordre inverse, d'abord le courant élevé, puis le courant faible. actuel. Le respect de cette règle évitera d'endommager le transistor de commutation VT2 dès la toute première impulsion au moment de la mise sous tension de l'appareil. De plus, je recommande que lorsque vous allumez le SMPS pour la première fois, n'appliquez pas la pleine tension secteur, mais augmentez-la progressivement, par exemple à l'aide d'un autotransformateur de laboratoire.

En cas de surcharge du transistor de commutation, la bascule RS passe à l'état zéro. Aux bornes 1, 13 des éléments DD1.3 et DD1.4, le niveau haut est remplacé par un niveau bas et le passage ultérieur des impulsions est bloqué. La bascule RS commutée éteint la LED HL2 "Check" et allume la LED HL1 "Overload". Le générateur sur les éléments DD2.3 et DD2.4 génère un signal sonore d'avertissement. Après avoir coupé l'alimentation et éliminé la surcharge, après un certain temps, nécessaire à la décharge des condensateurs C1 et C2, l'appareil est prêt à être rallumé.

L'utilisation d'un dispositif d'estimation du courant de saturation de l'inductance utilisée dans le filtre de sortie du SMPS a ses propres caractéristiques. Considérons-les plus en détail.

Sur la fig. 3 montre le schéma de connexion du testeur dans ce cas.

Le bloc d'alimentation (PSU) est à courant fort : son courant maximal doit dépasser la valeur seuil de 5 A choisie pour les circuits de protection de l'appareil Une diode VD1 est connectée en parallèle avec la self à tester. Ici, il est permis d'utiliser KD212A ou similaire. La fréquence de découpage peut être très importante, notamment pour les selfs avec des inductances de plusieurs centaines ou milliers de microhenrys. Par conséquent, le temps de mesurer les paramètres de l'inductance, il peut être nécessaire de réduire significativement la fréquence de fonctionnement avec une durée d'impulsion constante (ou réglable). Les performances peuvent également être augmentées en introduisant une diode zener VD2 avec une tension de fonctionnement légèrement supérieure à celle de mesure. Il est également souhaitable que la tension à la sortie du bloc d'alimentation soit réglable.

Un oscilloscope est connecté en parallèle avec la résistance R9 du testeur. Les options possibles A et B des diagrammes observés de la chute de tension sur le capteur de courant Ur9, ainsi que la tension U3-et sur la grille du transistor de commutation sont illustrées à la Fig. 4.

Comme vous le savez, la tension U appliquée à l'inductance provoque une augmentation linéaire du courant D1 dans celle-ci. Cette dépendance est exprimée mathématiquement par l'équation AI \u1d (U / L) Δt ou, en d'autres termes, une tension de 1 V appliquée à une self avec une inductance de 1 Gn provoquera une augmentation du courant dans celle-ci de 1 A après 10 s Si le numérateur et le dénominateur de la fraction du côté droit multiplient les égalités par un facteur de 6-1, nous obtenons une conséquence importante: pour déterminer la variation du courant DXNUMX en ampères, l'inductance en microhenrys peut être remplacée par la formule, et le temps en microsecondes, que nous utiliserons dans les mesures.

Supposons que la tension U = 20 V soit réglée à la sortie du bloc d'alimentation, et avec une certaine inductance sélectionnée, le diagramme de tension UR9 prend la forme A (Fig. 4). Estimons les propriétés de la manette des gaz.

Il est évident que la valeur de crête du courant I = U / R = 0,4 / 0,33 - 1,2 A, et nous pouvons conclure que l'inductance estimée sera assez efficace lors du filtrage du courant jusqu'à 1,2 A. De plus, avec l'utilisation d'un testeur , vous pouvez évaluer l'inductance de l'inductance, pour laquelle vous devez utiliser le rapport L = (U / AI) At. En substituant les valeurs correspondantes, nous obtenons L = (20/1,2)2 - 33 μH. Bien entendu, de nombreux indicateurs affectent la précision de la détermination: la tolérance de la valeur de la résistance de mesure du courant, l'erreur de mesure de la tension et de l'intervalle de temps à l'aide d'un oscilloscope, l'effet de limitation du courant dans le circuit de mesure en raison de la résistance de l'inductance et de la résistance R9, et quelques autres facteurs. Mais selon les estimations les plus approximatives, l'erreur totale de mesure de l'inductance de l'inducteur par cette méthode ne dépassera pas 20%. Une telle précision est tout à fait suffisante pour évaluer les propriétés de filtrage de l'inductance dans le cadre du filtre de sortie SMPS.

Maintenant, sans changer l'inductance, nous augmentons la tension à la sortie du bloc d'alimentation à 40 V et en même temps nous obtenons l'option B du schéma illustré à la Fig. 4. Il est important que la valeur de crête de la tension UR9 ne dépasse pas le niveau de seuil défini pour les circuits de protection, sinon les mesures ne seront pas possibles. Comme on peut le voir sur la figure, cette condition est remplie. Des calculs similaires aux précédents nous permettent de tirer les conclusions suivantes :

• la limite de courant (courant de saturation) est de 1,5 A ;
• l'inductance de l'inducteur est de 34,5 µH.

Une légère divergence entre les résultats indique une erreur de mesure accrue, qui est associée à des difficultés pour déterminer le point d'inflexion sur la courbe B. Habituellement, un pochoir en papier est utilisé pour cela, appliqué à l'image de la courbe sur l'écran de l'oscilloscope, comme illustré par la ligne C sur la Fig. 4. Par conséquent, lors des mesures, il est conseillé de réduire la tension à la sortie du bloc d'alimentation à une valeur à laquelle le diagramme prend une forme strictement linéaire, similaire à la ligne A, et d'utiliser les résultats obtenus pour évaluer l'inductance de l'inducteur et le courant de saturation dans celui-ci.

Une augmentation de la probabilité de saturation de l'inductance à faible courant est associée à l'utilisation de circuits magnétiques fermés constitués d'un matériau à haute perméabilité magnétique (plus de 200). Pour éviter la saturation, il convient d'utiliser des anneaux constitués d'un magnétodiélectrique à base d'alsifer ou d'alliages molybdène-permalloy, ou d'introduire un entrefer amagnétique. Si l'on compare les circuits magnétiques à anneau de ferrite, en forme de Ø et blindés, il faut reconnaître que les deux derniers sont plus avancés technologiquement en termes de création d'un espace non magnétique, bien qu'il soit possible d'utiliser des segments de tige de ferrite utilisés dans les récepteurs radio pour les antennes magnétiques comme des circuits magnétiques faiblement saturés (plus la perméabilité magnétique est faible, mieux c'est).

Et la dernière option pour utiliser l'appareil lors des tests du SMPS est en tant qu'équivalent de charge réglable, et la charge est pulsée, ce qui est particulièrement important pour les alimentations utilisées dans le cadre de l'UMZCH. Pic, maximum, moyen, musical, thermique et un certain nombre d'autres termes caractérisant la puissance dérivée des actions impulsionnelles n'ont pas été inventés en vain par les spécialistes pour évaluer cette classe d'appareils radio. Bien sûr, dans ce cas, le générateur du testeur doit être reconstruit pour la gamme de fréquences audio et des dispositions doivent être prises pour régler le rapport cyclique des impulsions de commutation, comme recommandé au début de l'article. Lors de la mesure, vous devez faire attention aux conditions thermiques de la puce DA1 et du transistor VT1. Il est possible que lorsque le rapport cyclique des impulsions est proche de 1, il soit nécessaire de les remplacer par des éléments plus puissants.

En fonction de la puissance de sortie et de la tension de sortie du SMPS, vous aurez besoin de plusieurs résistances d'une résistance d'unités ou de dizaines d'ohms avec une dissipation de puissance de 30 ... 50 W. En leur absence, il est permis d'utiliser des lampes automobiles avec une tension de fonctionnement de 12 V comme équivalent de charge, et parmi elles, il est facile de sélectionner des spécimens conçus pour un courant nominal allant de fractions à des dizaines d'ampères. Si la dissipation de puissance maximale à un courant traversant le transistor de commutation de 5 A n'est pas suffisante pour la pleine charge du SMPS, le transistor à effet de champ haute tension IRFBC40 peut être remplacé par un transistor basse tension, par exemple IRFZ48N, qui a un courant continu maximum (moyen) de 45 A et un courant d'impulsion jusqu'à 210 A.

Le schéma de connexion lors de l'utilisation de l'appareil comme équivalent réglable d'une charge d'impulsion est illustré à la fig. 5.

L'ampèremètre inclus dans le circuit de mesure indiquera la valeur moyenne du courant. Si les lectures de l'ampèremètre sont divisées par le rapport cyclique des impulsions, nous obtenons la valeur d'amplitude (crête) du courant dans le circuit de charge. Lorsque le rapport cyclique des impulsions est proche de 1, la charge pour le SMPS est maximale.

Le transistor de commutation VT2 dans le testeur doit être installé sur un dissipateur thermique d'une surface de 100...200 cm2. Nous remplacerons le stabilisateur de microcircuit KR1157EN802A par un analogue étranger 78L82 ou domestique réglable plus puissant KR142EN12A, KR142EN12B. Il est permis de remplacer la puce K561TL1 par la K561LA7. Au lieu de KT505B, vous pouvez utiliser n'importe quel transistor de puissance moyenne haute fréquence de la structure correspondante. Émetteur de son piézocéramique HA1 - tout disponible. Les diodes KD522B sont remplaçables par toutes les diodes en silicium basse consommation, par exemple les séries KD521, KD522, optocoupleur - l'une des séries AOT127, AOT128. LED - toutes avec une lueur clairement visible à un courant d'environ 5 mA. Condensateur C1 - tout oxyde de la capacité spécifiée, le reste - toute céramique. Toutes les résistances - MLT, S1-4, S2-23, à l'exception du R9 importé.

Transformateur T1 - impulsion FIT-5. Si cela n'a pas pu être trouvé, le transformateur est fabriqué indépendamment. Son noyau magnétique est constitué de deux anneaux de ferrite K10x6x3 empilés avec une perméabilité magnétique de 1500 ... 2000. Les arêtes vives des anneaux sont arrondies à la lime aiguille, le circuit magnétique est recouvert d'un vernis isolant et après séchage, 100 spires sont enroulées en deux fils PELSHO 0,12. Le transformateur doit être connecté en tenant compte de la mise en phase des enroulements I et II, illustrée à la fig. 1.

Le transformateur peut également être réalisé à base de circuits magnétiques blindés B14 ou B18. Dans ce cas, les enroulements contenant 50 ... 70 tours de fil PEV-2 0,12-0,17 doivent être isolés de manière fiable les uns des autres.

La configuration de l'appareil commence par la vérification des paramètres des impulsions à la sortie du générateur (broche 10 DD1). Si nécessaire, ils sont corrigés en sélectionnant la capacité du condensateur C4 et la résistance des résistances R4 et R6. Ensuite, la sortie de la résistance R10, qui est supérieure selon le schéma, est déconnectée et connectée à la sortie positive de la source d'alimentation régulée, dont la sortie négative est connectée à la sortie 2 de l'optocoupleur U1. En augmentant progressivement la tension, enregistrez l'instant de disparition des impulsions aux sorties des éléments DD1.3, DD1.4. En sélectionnant la résistance R10, l'absence d'impulsions est obtenue à une tension de 1,65 ± 0,05 V, après quoi la connexion est rétablie.

A l'étape suivante, en sélectionnant la résistance R5, le courant des LED HL1, HL2 est fixé à environ 5 mA. Enfin, vérifiez la polarité des impulsions à la grille du transistor VT2. S'ils ne correspondent pas à la Fig. 2, changer le phasage d'un des enroulements du transformateur T1.

La dernière étape est le contrôle de l'opérabilité du transistor de commutation VT2, pour lequel l'appareil est connecté au redresseur de réseau du SMPS testé conformément à la Fig. 5. Le SMPS doit avoir un interrupteur de tension secteur, un fusible de 2 A et un circuit de limitation du courant d'appel. En tant que charge, une lampe d'éclairage pour une tension de 220 V avec une puissance de 60 W est utilisée. Il est souhaitable, mais pas nécessaire, d'inclure dans le circuit un ampèremètre CC avec une limite de mesure de 0,5 A. Après avoir allumé le redresseur secteur, le testeur est alimenté et retiré plusieurs fois avec une tension d'alimentation de 10 ... montrera un courant d'environ 15 A. En faisant attention, à l'aide d'un oscilloscope, contrôler les impulsions au drain du transistor VT0,08. Si le transistor est défectueux, la lampe brillera à moitié moins que d'habitude et ne répondra pas à la coupure de la tension d'alimentation de l'appareil. Le transistor défectueux doit être remplacé et après une vérification supplémentaire, l'appareil est prêt à fonctionner.

Pour étendre les capacités, l'appareil peut être complété par deux commutateurs qui commutent des ensembles de résistances R4, R6 et un condensateur C4 de différentes valeurs, à l'aide desquels plusieurs valeurs fixes de fréquence et de rapport cyclique d'impulsion sont définies.

Auteur : S. Kosenko, Voronej

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