datasheet

采用反激式拓扑结构SMPS测试安全问题

2018-05-28来源: 互联网 关键字:转换器  开关电源  smps

电源、工业控制器、DC-DC 转换器、DC-AC 逆变器或 UPS 所运用的开关模式电源转换均具备能效高、尺寸小和重量轻的特点。但对线路供电型开关模式电源进行测试或故障排除期间仍会面临若干难以应对的安全相关挑战,这便需要设计人员采取一定的预防措施。


无论是处理高电压、高温、线路隔离,还是应对最低负载要求和极高动态范围的电压测量,操作都相当有难度。本文将介绍建立一个安全的测试站所需的条件,包括实现输入功耗控制、线路隔离、宽动态范围电压测量和可编程负载控制所需的各类器件。


SMPS 测试安全问题


开关模式电源 (SMPS) 能在最短的转换时间内打开和关闭高电压,从而降低功率损耗。典型的线路供电型 SMPS 存在若干安全相关问题。



这是一个采用反激式拓扑结构的线路供电型电源。该电路的初级侧以黄色突出显示,对线路(电源)输入进行全波整流并将其应用于初级轨。这意味着若使用 120 伏线路,高压轨和低压轨之间出现的电压电平约为 340 伏,若使用 240 伏线路,该值会高于 670 伏。使用 15 伏以下电压的技术人员和工程师可能需要知悉,这些电压可能会致命,所以使用这些器件时必须格外小心。


此整流线路电压将存储于初级储能电容器 C2 上。也就是说,即使将该电源与线路断开,储能电容器上所存储的电荷还是有风险。进行故障排除前,应将电源与线路断开连接,并利用电阻器小心谨慎地对主要储能电容器放电。


开关 FET Q2 会在高压轨和低压轨之间切换。即使以高效方式运行,此晶体管也会变得很热,而且它通常会被安装在散热器上。散热器周围的测试操作员应谨慎行事,以防被烧伤。


请注意,该电源的初级和次级区段会采用反激式变压器 L2 和光隔离耦合器 Q4 进行电隔离。次级区段在负极 (-) 输出端接地,初级区段不接地。若使用接地输入仪器(如示波器)进行故障排除,这种接地方式便有问题。将示波器探头的接地连接端与电源初级侧的元件连接可能会导致短路,而且还会损坏主要元件和示波器。


SMPS 通常需要满足一定的最低负载要求才能运行;若负载不得当,电源通常会关闭。


还有一点,鉴于使用的电压之高,故障模式通常会导致严重的后果。例如,短路的桥式整流器 (D1-D4) 可能会向主要储能电容器施加线路电压,进而导致电容器通过排气孔排出电介质,甚至会直接引发爆炸。所以,设计 SMPS 期间可能会出现喷出物。


安全的 SMPS 测试设置


SMPS 测试套件应使用若干常用器件来最大限度地减少安全问题。



隔离变压器主要用于对 SMPS 的初级区段进行电气隔离。一经隔离,便可与初级电路中任意部分的探头接地端连接。这样初级电路便不会发生短路。若隔离变压器(例如 Bel Signal Transformer,型号 DU-2)同时具备初级和次级绕组,则可将其连接至 120 伏或 240 伏标称输入。它可在 240 伏的电压下提供 9 安培 (A) 的电流,亦可在 120 伏 (2 kVA) 的电压下提供 18 安培 (A) 的电流。额定功率高达 10 kVA 的隔离变压器极为常见。


自耦变压器可用于缓慢升高施加于测试器件的线路电压。执行此操作时需监控输入电流,这样便能在灾难性故障出现之前发现故障元件。Staco Energy Products 型号为 3PN1010B 的产品是一款典型的自耦变压器,可在 0-140 伏 (1.4 kVa) 的电压下提供高达 10 A 的电流。请注意,自耦变压器不提供线路隔离,所以必须与隔离变压器配合使用才能实现该功能。


如前所述,对 SMPS 进行测试需使用负载。最常使用的负载为非感应式电阻器,但请注意,阻性负载组也可能变得很热,所以应加以防护以免意外接触。电子负载是能够替代固定阻性负载组的替代方案,其负载可变。运行负载调节和输出电流折返等测试时,负载的控制能力非常重要。如果需进行自动化测试,则可编程功能会是特别重要的考虑因素。


B&K Precision 型号为 8514 的产品是一款额定功率为 1200 W 的典型电子负载,它可通过 USB 进行编程,在 0.1-120 V 的输入电压范围内以恒定电流、电压、电阻或功耗模式运行。电子负载还能模拟随时间而变化的动态负载。


8514 采用的安全外壳为测试器件和测试操作员之间提供一道物理屏障。它能在发生爆炸事故时保护附近的操作员。外壳还可进行专门配置以冷却测试器件和阻性负载组(如有使用)。此类装置通常可快速连接测试器件和断开连接。


线路隔离


单相交流线路具有热线和中性线。中性线在配电系统中接地,但在电源处可能仍高于地电位几伏电压。这会导致该电源的初级区段没有接地参考。将接地示波器探头与初级电路的任意点连接都可能导致短路。


很多技术人员和工程师都试图通过移除示波器的接地连接和使示波器“浮动”来解决此问题。这种做法极其危险,因为它会使示波器外壳处于高出地电位几百伏的环境。接触示波器的任何人员都可能触电身亡。


浮动示波器的替代方案是使用隔离变压器,相关连接如图 2 所示。这样便能将测试电源与交流线路分开。使用隔离变压器后,可在初级电路中的任意点进行接地连接,并将该点作为接地参考。


虽然采用这种方法可以进行电压测量,但使用专为测量高电压而设计的差分探头会更合适。差分探头具备两个输入端(都不接地),可测量输入端之间的电压差。只要用一个输入端的电压减去另一端的电压便能算出电压差。


差分探头的差分测量会衰减两个输入端共有的任何电压信号(称为共模信号)。共模信号的衰减量是差分探头的品质因数,被称为共模抑制比 (CMRR),以分贝 (dB) 表示。


高压差分探头在匹配差分输入之前使用高衰减来测量高压。如图 3 所示,电阻器 R1 和 R2 会形成一个补偿衰减器,而电阻器 R3 和 R4 又会形成另一个。将衰减器的输出施加至采用三个运算放大器的差分放大器的输入端。只要认真匹配元件和确保对称的 PCB 布局,便能获得较准确的 CMRR。


CMRR 非常重要,因为 SMPS 中的电压测量可能需要高动态范围。电源的初级侧持续转换 340 伏电压,并且转换时间相对较快。这些信号可辐射至整个器件。试着测量电源 FET 上的栅极驱动信号。此信号低于 10 伏,受到这些高压共模信号的影响,很难看到。使用具有较高 CMRR 的差分探头可抑制干扰信号。


诸如 Cal Test Electronics 型号为 CT3681 的探头运用了 X100 或 X1000 用户可选衰减特性。这些探头的最大额定电压为 700 V (X100) 或 7 kV (X1000),CMRR 在 50 Hz 和 20 kHz 时分别为 -80 dB 和 -60 dB,带宽为 70 MHz。这类探头的优势在于在输出端使用标准 BNC 连接器,而非专有探头接口,这使得它们可与所有示波器兼容。



尽管线路供电型 SMPS 极为流行和实用,但在测试期间还是会存在安全问题。不过如文中所述,只要结合可靠的工程实践并采用常用元件(如隔离变压器、自耦变压器、电子负载和差分探头),便能显著降低这些风险。

关键字:转换器  开关电源  smps

编辑:王磊 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/article_2018052827097.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:一个高集成度的掉电检测电路应用
下一篇:如何确定头戴式耳机需要的功率需求

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

苹果新专利:将高压电源转换成低压 为汽车低功耗部件供电

据外媒报道,当地时间10月18日,美国专利商标局(U.S. Patent and Trademark Office)公布了苹果公司最新专利申请-“转化器架构”(Converter Architecture),该专利讨论如何将高压电源的功率转换为较低电压,与汽车系统密切相关,可确保乘客享受舒适的驾驶体验,保证汽车空调、GPS和信息娱乐系统等有足够的电力运行。电动汽车和混合动力车通常由高压电池或另一个“高能量存储器”提供动力,但是虽然可供汽车行驶,汽车也需要使用相同的能源为空调系统、仪表板、信息娱乐系统和电池控制器等部件和子系统提供动力。虽然转换器通常用于将高压电源转换成较低电压,但是苹果认为转换器效率低,并且受到负载瞬变的影响
发表于 2018-10-19
苹果新专利:将高压电源转换成低压 为汽车低功耗部件供电

整合了Linear之后,ADI的电源产品线强大到了什么程度?

CISPR25 EMI要求。LT8301是一款微功率、隔离型反激式转换器。通过直接从原边反激波形对隔离式输出电压进行采样,该器件无需借助第三个绕组或光隔离器来实现稳压。输出电压利用单个外部电阻器来设置。内部补偿和软起动进一步减少了外部组件数目。边界模式操作提供了一种具有卓越负载调节性能的小型磁性解决方案。低纹波突发模式操作可在轻负载条件下保持高效率,同时最大限度地抑制输出电压纹波。LT8301 将一个1.2A、65V DMOS 电源开关与所有的高电压电路和控制逻辑电路集成在一个5引脚ThinSOT封装之中。 工业现场电源应用都需要隔离高低压,这种经典的拓扑结构已经用了几十年了,是时候改变了,毕竟电源如此复
发表于 2018-09-04
整合了Linear之后,ADI的电源产品线强大到了什么程度?

美乐威强大的硬件和软件转换器

117.5毫米、宽66.7毫米、厚23.4毫米(4.63x2.63x0.92英寸)。产品支持2种供电方式,即POE网线供电或使用配套的电源转换器供电。Pro Convert HDMI 4K Plus可以将网络中任何设备发出的HDMI信号转换为NDI®流,在安装在摄像机顶上时,更提供了附加特性,包括Tally指示灯和基于NDI®的PTZ摄像机云台控制。针对只需要2K或者高清分辨率的用户,美乐威还计划研发支持1080p60分辨率的Pro Convert设备。 对于使用美乐威采集设备的用户或者倾向于使用基于软件转换方案的用户而言,Magewell Bridge(NDI®版)可以将来自美乐威采集卡的音视频转换为一个实时流,传输到网络中任何支持
发表于 2018-08-31

医疗保健应用中的ADI电容数字转换器技术

近年来,电子技术的进步为医疗保健行业的诸多创新和改进创造了条件。医疗保健设备面临的挑战包括提出新的诊断和治疗方法,实现远程监控,开发家庭护理设备,提高质量和可靠性,以及增强灵活性和易用性。40余年以来,ADI公司丰富而全面的线性、混合信号、MEMS和数字信号处理技术给仪器仪表、成像和病人监护等领域的医疗设备设计带来了重大的变革。本文将集中探讨电容数字转换器(CDC)技术,该技术使得在医疗保健应用中使用高性能电容检测成为可能。电容式触摸传感器控制器——一种全新的用户输入法电容式触摸传感器以类似图1所示的按钮、滑动条、滚轮或其他方式提供一种用户界面。图1. 触摸传感器布局示例各个蓝色几何区域表示印刷电路板(PCB)上的一个传感器电极
发表于 2018-08-29
医疗保健应用中的ADI电容数字转换器技术

ROHM确立了适用于高音质音响设备D/A转换器IC的产品化技

全球知名半导体制造商ROHM(总部位于日本京都)确立了D/A转换器IC(以下简称“DAC芯片”※)的产品化技术,该技术非常适用于播放高分辨率音源*1的Hi-Fi音响*2等高音质音响设备。该产品(DAC芯片)实现了全球最高级别的低噪声和低失真特性(S/N比和THD+N特性),而这是音响产品最重要的特性。另外还通过反复试听评估来打造高音质。该产品预计于2019年夏推出第一批样品。 近年来,随着高分辨率音源的普及,音响设备对更高音质的需求日益高涨。在这种背景下,音响用DAC芯片被称为音响设备中决定音质的最重要元器件之一,要求其在完全保持音源信息的前提下对高分辨率数字音源数据进行模拟转换。ROHM基于50年的音频IC产品开发经验
发表于 2018-08-14
ROHM确立了适用于高音质音响设备D/A转换器IC的产品化技

ROHM确立了适用于高音质音响设备的D/A转换器IC的产品化技术

全球知名半导体制造商ROHM(总部位于日本京都)确立了D/A转换器IC(以下简称“DAC芯片”※)的产品化技术,该技术非常适用于播放高分辨率音源*1的Hi-Fi音响*2等高音质音响设备。该产品(DAC芯片)实现了全球最高级别的低噪声和低失真特性(S/N比和THD+N特性),而这是音响产品最重要的特性。另外还通过反复试听评估来打造高音质。该产品预计于2019年夏推出第一批样品。 近年来,随着高分辨率音源的普及,音响设备对更高音质的需求日益高涨。在这种背景下,音响用DAC芯片被称为音响设备中决定音质的最重要元器件之一,要求其在完全保持音源信息的前提下对高分辨率数字音源数据进行模拟转换。ROHM基于50年的音频IC产品开发经验
发表于 2018-08-14
ROHM确立了适用于高音质音响设备的D/A转换器IC的产品化技术

小广播

TI 模拟器件推荐
  • 1
  • 2
  • 3
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved