資料介紹
準備
在初次設計電源之前,應確保電源所采用的印刷電路板符合Power Integrations器件數據手冊中指定的布局指南。如果在實驗用面包板或原始樣板上搭建設計的電路,會引入很多寄生元件,這樣會影響電源的正常工作。而且,許多實驗用面包板都無法承載開關電源所產生的電流水平,并可能因而受損。此外,在這些電路板上非常難以控制爬電距離和電氣間隙。
所需設備
在本課程中,您將用到以下設備:
1.一個隔離式交流電源供應器或一個自耦變壓器
2.一個瓦特表
3.至少四個數字萬用表,其中兩個具有高精度電流量程
4.一個帶有高壓探針的示波器
5.一個電流探針
6.還有您的實際負載
術語
本文將頻繁使用的兩個術語是“穩壓”和“自動重啟動”。當電源處于穩壓狀態時,控制器持續接收反饋,所有輸出電壓均保持穩定不變,并處于指定的容差限值內。自動重啟動是Power Integrations器件中內置的一種保護模式。
處于穩壓狀態的輸出
自動重啟動
在工作期間,如果所消耗的功率大于電源所能提供的功率限值,或者在啟動后,電源的輸出電壓在指定的時間內不能達到穩壓,Power Integrations器件將進入自動重啟動保護模式。這種設計通過限制電源在故障情況下提供的平均功率,可防止元件受損。
在測試期間,如果發現電源性能與本課程中所描述的情況不符,或者表現出任何異常特征,請停止測試程序,并參照其他PI大學故障診斷課程中的內容排查問題,或者聯系當地PI代表解決問題。
設計信息
現在就可以開始測試了。下面,我們將以使用TinySwitch -PK器件的RD-1151參考設計電路板為例進行講解。該電源用于DVD播放器,可提供7.5 W的連續輸出功率,峰值功率為13 W.連續輸出功率分為四路輸出,它們包括:
3.3 V,500 mA
5 V,500 mA
正12 V,250 mA
負12 V,30 mA
目測
設計之前,應先目測檢查電路板,確保所有極性組件都已正確插裝。雖然這種情況并不常見,但一個元件插裝錯誤卻能導致破壞性故障。
即使在完成了元件插裝檢查后,我們仍強烈建議您在第一次設計電源時佩戴護目裝置。確保所有極性組件都已正確插裝。
禁用欠壓鎖存
第一步是檢查電源能否在低輸入電壓下正確工作,因此您需要禁用Power Integrations器件的欠壓鎖存功能(如果已啟用的話)。在大部分設計中,這意味著將UV電阻從電路板上卸除。在本設計范例中,UV電阻連接在DC總線和TOPSwitch -HX器件的M引腳之間。您需卸除這些電阻,使M引腳與源極短路。如果是其他產品,請參閱相應的器件數據手冊,確定應使用的正確元件和禁用UV功能的方法。
極低電壓工作
接下來,將兩個短導線焊接到輸入電容的負極和正極端子上,用作測試點。為了正確驗證低電壓工作情況,您需要在施加低AC輸入電壓的過程中,監測輸入電容的輸出電壓和DC總線電壓。將一個萬用表連接到電路板的輸出端子,并將另一個萬用表連接到輸入電容,利用兩個測試點進行監測。這兩個萬用表都應設置為讀取DC電壓。
如果您的設計有多路輸出,可將負載電阻連接到主穩壓輸出以外的任何輸出。負載電阻的大小應能夠吸收為每個輸出指定的最小負載。這樣可防止這些輸出電壓因峰值充電而超出規格范圍。
如果沒有為輸出指定最小負載,那么選擇電阻吸收5 mA的輸出電流。將AC輸入導線連接到電路板。確保AC輸入正確連接到電源的輸入端子,而不是連接到DC輸出。AC輸入連接錯誤可嚴重損壞電源。
在本測試中,您還需要測量AC輸入功率。如果您有瓦特表,請參照其操作手冊中有關如何安裝到AC輸入通道的說明,配置為測量AC電壓、電流及輸入功率。如果沒有瓦特表可用,可將第三個萬用表與AC輸入串聯,設置為測量AC電流。再將第四個萬用表連接到電源輸入端子,測量AC電壓。
現在,確保自耦變壓器或交流電源供應器設置為零,然后將其開啟。將輸入電壓慢慢提高到約10 VAC.您應該可以在瓦特表或輸入萬用表上看到AC輸入電壓在逐步增大。如果沒看到的話,應確認您的交流電源供應器是否配置正確。您還應該看到DC總線電壓在您施加AC電壓的過程中不斷增大。
如果您使用的是瓦特表,穩態AC輸入功率應小于15 mW.如果您使用的是兩個萬用表,穩態AC電流讀數應小于10 mA.如果您看到輸入功率或AC電流高于此值,那么說明您的電路板存在故障。關閉交流電源供應器,斷開AC輸入連接。
在上述情況下,持續提高AC電壓會對電路板造成破壞性故障。有關確定和修復電路板故障的信息,請參見PI大學課程“修復無輸出電壓的反激式電源”。
啟動和穩壓
如果輸入功率小于15 mW,則可繼續將電壓增大到50 VAC.觀測DC輸出電壓,如果輸出處于穩壓狀態、自動重啟動狀態,或者輸出電壓表上的電壓讀數大于0.1 V,則說明的電路板未受損且功能正常。
繼續將AC輸入電壓增大至指定的最小輸入電壓。如果電源無法啟動或達到穩壓,請停止測試,并參照PI大學課程“修復輸出無法達到穩壓的反激式電源”排查問題。
現在,關閉AC輸入,將輸入導線從電路板斷開,將輸入電容放電至安全的電壓水平。此外,將萬用表從DC大容量電容斷開。
MOSFET漏極開關波形
接下來,您需要監測漏極開關波形。斷開電路板上的漏極走線,插入一個電流環。確保此斷開點介于Power Integrations器件漏極引腳與箝位電路中的任何元件之間。這樣可以確保探針只檢測到MOSFET電流。
將一個1000 V或更大倍數的x100探針連接到MOSFET兩端來測量開關電壓。將示波器配置為以適當的比例同時顯示電壓和電流波形,并設置一個寬時基,以便在一幀圖像上顯示許多開關周期。例如,對于這個132 kHz設計,可將時基設置為每格50μs.
在初次設計電源之前,應確保電源所采用的印刷電路板符合Power Integrations器件數據手冊中指定的布局指南。如果在實驗用面包板或原始樣板上搭建設計的電路,會引入很多寄生元件,這樣會影響電源的正常工作。而且,許多實驗用面包板都無法承載開關電源所產生的電流水平,并可能因而受損。此外,在這些電路板上非常難以控制爬電距離和電氣間隙。
所需設備
在本課程中,您將用到以下設備:
1.一個隔離式交流電源供應器或一個自耦變壓器
2.一個瓦特表
3.至少四個數字萬用表,其中兩個具有高精度電流量程
4.一個帶有高壓探針的示波器
5.一個電流探針
6.還有您的實際負載
術語
本文將頻繁使用的兩個術語是“穩壓”和“自動重啟動”。當電源處于穩壓狀態時,控制器持續接收反饋,所有輸出電壓均保持穩定不變,并處于指定的容差限值內。自動重啟動是Power Integrations器件中內置的一種保護模式。
處于穩壓狀態的輸出
自動重啟動
在工作期間,如果所消耗的功率大于電源所能提供的功率限值,或者在啟動后,電源的輸出電壓在指定的時間內不能達到穩壓,Power Integrations器件將進入自動重啟動保護模式。這種設計通過限制電源在故障情況下提供的平均功率,可防止元件受損。
在測試期間,如果發現電源性能與本課程中所描述的情況不符,或者表現出任何異常特征,請停止測試程序,并參照其他PI大學故障診斷課程中的內容排查問題,或者聯系當地PI代表解決問題。
設計信息
現在就可以開始測試了。下面,我們將以使用TinySwitch -PK器件的RD-1151參考設計電路板為例進行講解。該電源用于DVD播放器,可提供7.5 W的連續輸出功率,峰值功率為13 W.連續輸出功率分為四路輸出,它們包括:
3.3 V,500 mA
5 V,500 mA
正12 V,250 mA
負12 V,30 mA
目測
設計之前,應先目測檢查電路板,確保所有極性組件都已正確插裝。雖然這種情況并不常見,但一個元件插裝錯誤卻能導致破壞性故障。
即使在完成了元件插裝檢查后,我們仍強烈建議您在第一次設計電源時佩戴護目裝置。確保所有極性組件都已正確插裝。
禁用欠壓鎖存
第一步是檢查電源能否在低輸入電壓下正確工作,因此您需要禁用Power Integrations器件的欠壓鎖存功能(如果已啟用的話)。在大部分設計中,這意味著將UV電阻從電路板上卸除。在本設計范例中,UV電阻連接在DC總線和TOPSwitch -HX器件的M引腳之間。您需卸除這些電阻,使M引腳與源極短路。如果是其他產品,請參閱相應的器件數據手冊,確定應使用的正確元件和禁用UV功能的方法。
極低電壓工作
接下來,將兩個短導線焊接到輸入電容的負極和正極端子上,用作測試點。為了正確驗證低電壓工作情況,您需要在施加低AC輸入電壓的過程中,監測輸入電容的輸出電壓和DC總線電壓。將一個萬用表連接到電路板的輸出端子,并將另一個萬用表連接到輸入電容,利用兩個測試點進行監測。這兩個萬用表都應設置為讀取DC電壓。
如果您的設計有多路輸出,可將負載電阻連接到主穩壓輸出以外的任何輸出。負載電阻的大小應能夠吸收為每個輸出指定的最小負載。這樣可防止這些輸出電壓因峰值充電而超出規格范圍。
如果沒有為輸出指定最小負載,那么選擇電阻吸收5 mA的輸出電流。將AC輸入導線連接到電路板。確保AC輸入正確連接到電源的輸入端子,而不是連接到DC輸出。AC輸入連接錯誤可嚴重損壞電源。
在本測試中,您還需要測量AC輸入功率。如果您有瓦特表,請參照其操作手冊中有關如何安裝到AC輸入通道的說明,配置為測量AC電壓、電流及輸入功率。如果沒有瓦特表可用,可將第三個萬用表與AC輸入串聯,設置為測量AC電流。再將第四個萬用表連接到電源輸入端子,測量AC電壓。
現在,確保自耦變壓器或交流電源供應器設置為零,然后將其開啟。將輸入電壓慢慢提高到約10 VAC.您應該可以在瓦特表或輸入萬用表上看到AC輸入電壓在逐步增大。如果沒看到的話,應確認您的交流電源供應器是否配置正確。您還應該看到DC總線電壓在您施加AC電壓的過程中不斷增大。
如果您使用的是瓦特表,穩態AC輸入功率應小于15 mW.如果您使用的是兩個萬用表,穩態AC電流讀數應小于10 mA.如果您看到輸入功率或AC電流高于此值,那么說明您的電路板存在故障。關閉交流電源供應器,斷開AC輸入連接。
在上述情況下,持續提高AC電壓會對電路板造成破壞性故障。有關確定和修復電路板故障的信息,請參見PI大學課程“修復無輸出電壓的反激式電源”。
啟動和穩壓
如果輸入功率小于15 mW,則可繼續將電壓增大到50 VAC.觀測DC輸出電壓,如果輸出處于穩壓狀態、自動重啟動狀態,或者輸出電壓表上的電壓讀數大于0.1 V,則說明的電路板未受損且功能正常。
繼續將AC輸入電壓增大至指定的最小輸入電壓。如果電源無法啟動或達到穩壓,請停止測試,并參照PI大學課程“修復輸出無法達到穩壓的反激式電源”排查問題。
現在,關閉AC輸入,將輸入導線從電路板斷開,將輸入電容放電至安全的電壓水平。此外,將萬用表從DC大容量電容斷開。
MOSFET漏極開關波形
接下來,您需要監測漏極開關波形。斷開電路板上的漏極走線,插入一個電流環。確保此斷開點介于Power Integrations器件漏極引腳與箝位電路中的任何元件之間。這樣可以確保探針只檢測到MOSFET電流。
將一個1000 V或更大倍數的x100探針連接到MOSFET兩端來測量開關電壓。將示波器配置為以適當的比例同時顯示電壓和電流波形,并設置一個寬時基,以便在一幀圖像上顯示許多開關周期。例如,對于這個132 kHz設計,可將時基設置為每格50μs.
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