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开关模式电源转换，在电源，工业控制器，DC-DC转换器，DC-AC逆变器，或UPSs，提供高效率，小尺寸，和轻重量。然而，测试或故障排除线路电源开关电源提出了几个困难的，安全相关的挑战，要求设计师采取一定的预防措施。 由于必须处理高电压、高温、线路隔离、最小负荷要求和具有极端动态范围的电压测量等问题，出现了困难。本文将描述建立一个安全的测试站所需要的东西，包括提供输入电源控制、线路隔离、宽动态范围电压测量和可编程负荷控制的设备。
smp测试安全问题 开关模式电源(SMPSs)开关高电压开关，以减少功率损耗。典型的行动力smp提供了几个安全相关的问题(图1)。 典型的flyback拓扑smp图。
图1:在典型的flyback拓扑smp中，高电压和低电压轨道之间的差值可以超过670伏。(图片来源:凯利讯半导体电子) 这是一种利用flyback拓扑的线路供电电源。电路的主侧，显示在黄 {MOD}的突出显示，全波整流的线路(电源)输入并将它应用到主要的轨道。这意味着在高电压和低电压的铁轨之间的电压等级大约为340伏特，相当于120伏特的线路，而超过670伏特的电压则是240伏。技术人员和工程师使用的电压低于15伏特可能需要提醒，这些电压具有潜在的致命危险，在使用这些设备时必须小心。 该精馏线路电压存储在主存储电容C2上。这意味着即使电源断开了，存储电容上的电荷仍然是危险的。在故障排除之前，电源应该断开线路，主存储电容应该通过电阻器小心地放电。 开关FET, Q2，开关在高和低轨道电压之间。即使在高效运行的时候，这个晶体管也会变得很热，通常安装在散热器上。测试操作人员应在散热片周围保持谨慎，以防止烫伤。 请注意，电源的主要和次要部分是由回飞变压器、L2和光学隔离耦合器(Q4)电隔离的。当第二部分在负极(-)输出端连接到地面时，主要是不接地的。当使用诸如示波器这样的接地输入设备进行故障排除时，这种情况就会出现问题。将范围探测器的接地连接连接到电源的主侧的组件可能会导致短路，对主要部件和示波器造成损坏。 smp通常需要一些最小的加载才能运行;如果没有正确加载，它通常会关闭。 最后，根据使用的高电压，故障模式常常是壮观的。例如，一个短路的桥式整流器(D1-D4)可能会将线路电压应用到主存储电容上，从而导致电容器通过溢流口释放电介质，甚至直接爆炸。因此，在提出smp时，有可能抛出ejecta。
一个安全的SMPS测试设置 SMPS测试集应该使用几个常用的设备来最小化安全问题(图2)。 SMPS测试安装图采用隔离变压器。
图2:SMPS测试安装使用了隔离变压器、自耦变压器、安全外壳和负载。(图片来源:凯利讯半导体电子) 隔离变压器的目的是电隔离smp的主要部分。一旦被隔离，就有可能将探针的地面连接到主电路的任何地方。这将消除短路的可能性。一个隔离变压器，如贝尔信号变压器模型二-2具有双重主绕组和二次绕组，可以连接120伏或240伏的标称输入。它可以提供9安培(A)在240伏，或18 A在120伏(2 kVA)。额定功率高达10 kVA的隔离变压器是常见的。 该自耦变压器用于将对设备的线路电压进行缓慢的测试。这是在监视输入电流时完成的，允许在灾难性故障前检测到有缺陷的组件。Staco能源产品型号3PN1010B是一种典型的自耦变压器，可在0至140伏(1.4 kVa)电压下提供10个a。注意，自耦变压器不提供线路隔离，必须与隔离变压器一起使用。 如上所述，负载是测试smp的必要条件。无感电阻器常被使用，但请注意，电阻负荷的银行也会变得非常热，应避免意外接触。电子负载是一种替代方案，它取代了固定电阻负载的可变负载银行。在运行负载调节和输出电流折页等测试时，控制负载的能力非常重要。如果测试是自动化的，可编程性是一个特别重要的考虑因素。 B&K精密模型8514是一种具有典型电子负载的1200 W，可通过USB进行编程，在恒流、电压、电阻或电源模式下运行，输入电压从0.1到120伏。电子负载也可以模拟随时间变化的动态负载。 8514的安全外壳提供了测试设备和测试操作人员之间的物理屏障。如果发生爆炸事故，它可以保护附近的运营商。它还可能包括一个条款，用来冷却正在测试的设备和使用的电阻负荷银行。像这样的装置通常提供快速连接和断开设备的测试。
线隔离 单相交流线路有一个热的和一个中性的铅。在配电系统中，中性导线与地面相连，但在电源上可能仍有几伏的电压。其结果是，在供应的主要部分没有地面参考。将一个接地示波器探头连接到主电路中的任何点都可能导致短路。 许多技术人员和工程师试图通过移除示波器上的接地线和“浮动”范围来解决这个问题。这是一种非常危险的做法，因为它可以使示波器的情况在几百伏的地面上留下。涉及范围的任何人都可以触电。 浮动范围的另一种选择是使用隔离变压器，如图2所示。这将从交流线路测试的电源分开。隔离变压器后，在主电路的任何地方都可以进行接地连接，这一点就是地面参考。 虽然可以使用这种技术进行电压测量，但更好的做法是使用设计用于高电压测量的差动探针。差分探针有两个输入(两个输入都不接地)，并测量输入之间的电压差。它通过从另一个输入(图3)中减去电压来实现这一点。 差分探针的概念示意图图。
图3:差分探针的概念示意图显示探针输出是+和-输入之间的差值。(图片来源:凯利讯半导体电子) 差分探测器的差分测量衰减了所有输入(称为共模信号)的电压信号。共模信号的衰减量是差分探针的优点，称为共模抑制比，简称CMRR，在分贝(dB)中表示。 高压差动探头在匹配的差动输入前使用高衰减来测量高电压。在图3中，电阻R1和R2形成一个补偿衰减器，而电阻R3和R4构成另一个。衰减器的输出应用于三个运算放大器差分放大器的输入。非常小心地匹配组件和对称的PCB布局，导致CMRR非常实际的水平。 CMRR很重要，因为smp中的电压测量需要高动态范围。电源的主要电源是开关电压为340伏特，过渡时间相对较快。这些信号在整个装置中辐射。考虑试着测量功率场上的栅极驱动信号。这个信号，小于10伏特，在这些高压共模信号的存在下是很难看到的。使用高CMRR的差动探头，可拒绝干扰信号。 探针如卡尔测试电子模型CT3681合并X100或X1000游览器衰减(图4)。他们有一个最大额定电压为700 V(X100)或7 kV(X1000),与-80分贝的CMRR 50赫兹,和-60分贝20 kHz,70 MHz带宽。该探针具有在输出中使用标准的BNC连接器的优点，而不是专有的探测接口，使其与所有示波器兼容。 卡尔测试电子模型CT3681 70mhz，高压差动探针。 
图4:Cal测试电子模型CT3681 70mhz，高压差动探针。这个探针提供两个范围，支持700伏特和7000伏特的最大输入电压。它的CMRR (-80 dB)在50hz， -60 dB在20khz。(图片来源:凯利讯半导体电子)
结论 虽然流行的和有用的，行动力的SMPSs在测试它们时确实存在安全问题。然而，正如所显示的那样，一些可靠的工程实践结合了常用的组件，如隔离变压器、自动变压器、电子负载和差动探针等，大大降低了这些风险。
smp测试安全问题 开关模式电源(SMPSs)开关高电压开关，以减少功率损耗。典型的行动力smp提供了几个安全相关的问题(图1)。 典型的flyback拓扑smp图。
图1:在典型的flyback拓扑smp中，高电压和低电压轨道之间的差值可以超过670伏。(图片来源:凯利讯半导体电子) 这是一种利用flyback拓扑的线路供电电源。电路的主侧，显示在黄 {MOD}的突出显示，全波整流的线路(电源)输入并将它应用到主要的轨道。这意味着在高电压和低电压的铁轨之间的电压等级大约为340伏特，相当于120伏特的线路，而超过670伏特的电压则是240伏。技术人员和工程师使用的电压低于15伏特可能需要提醒，这些电压具有潜在的致命危险，在使用这些设备时必须小心。 该精馏线路电压存储在主存储电容C2上。这意味着即使电源断开了，存储电容上的电荷仍然是危险的。在故障排除之前，电源应该断开线路，主存储电容应该通过电阻器小心地放电。 开关FET, Q2，开关在高和低轨道电压之间。即使在高效运行的时候，这个晶体管也会变得很热，通常安装在散热器上。测试操作人员应在散热片周围保持谨慎，以防止烫伤。 请注意，电源的主要和次要部分是由回飞变压器、L2和光学隔离耦合器(Q4)电隔离的。当第二部分在负极(-)输出端连接到地面时，主要是不接地的。当使用诸如示波器这样的接地输入设备进行故障排除时，这种情况就会出现问题。将范围探测器的接地连接连接到电源的主侧的组件可能会导致短路，对主要部件和示波器造成损坏。 smp通常需要一些最小的加载才能运行;如果没有正确加载，它通常会关闭。 最后，根据使用的高电压，故障模式常常是壮观的。例如，一个短路的桥式整流器(D1-D4)可能会将线路电压应用到主存储电容上，从而导致电容器通过溢流口释放电介质，甚至直接爆炸。因此，在提出smp时，有可能抛出ejecta。一个安全的SMPS测试设置 SMPS测试集应该使用几个常用的设备来最小化安全问题(图2)。 SMPS测试安装图采用隔离变压器。
图2:SMPS测试安装使用了隔离变压器、自耦变压器、安全外壳和负载。(图片来源:凯利讯半导体电子) 隔离变压器的目的是电隔离smp的主要部分。一旦被隔离，就有可能将探针的地面连接到主电路的任何地方。这将消除短路的可能性。一个隔离变压器，如贝尔信号变压器模型二-2具有双重主绕组和二次绕组，可以连接120伏或240伏的标称输入。它可以提供9安培(A)在240伏，或18 A在120伏(2 kVA)。额定功率高达10 kVA的隔离变压器是常见的。 该自耦变压器用于将对设备的线路电压进行缓慢的测试。这是在监视输入电流时完成的，允许在灾难性故障前检测到有缺陷的组件。Staco能源产品型号3PN1010B是一种典型的自耦变压器，可在0至140伏(1.4 kVa)电压下提供10个a。注意，自耦变压器不提供线路隔离，必须与隔离变压器一起使用。 如上所述，负载是测试smp的必要条件。无感电阻器常被使用，但请注意，电阻负荷的银行也会变得非常热，应避免意外接触。电子负载是一种替代方案，它取代了固定电阻负载的可变负载银行。在运行负载调节和输出电流折页等测试时，控制负载的能力非常重要。如果测试是自动化的，可编程性是一个特别重要的考虑因素。 B&K精密模型8514是一种具有典型电子负载的1200 W，可通过USB进行编程，在恒流、电压、电阻或电源模式下运行，输入电压从0.1到120伏。电子负载也可以模拟随时间变化的动态负载。 8514的安全外壳提供了测试设备和测试操作人员之间的物理屏障。如果发生爆炸事故，它可以保护附近的运营商。它还可能包括一个条款，用来冷却正在测试的设备和使用的电阻负荷银行。像这样的装置通常提供快速连接和断开设备的测试。线隔离 单相交流线路有一个热的和一个中性的铅。在配电系统中，中性导线与地面相连，但在电源上可能仍有几伏的电压。其结果是，在供应的主要部分没有地面参考。将一个接地示波器探头连接到主电路中的任何点都可能导致短路。 许多技术人员和工程师试图通过移除示波器上的接地线和“浮动”范围来解决这个问题。这是一种非常危险的做法，因为它可以使示波器的情况在几百伏的地面上留下。涉及范围的任何人都可以触电。 浮动范围的另一种选择是使用隔离变压器，如图2所示。这将从交流线路测试的电源分开。隔离变压器后，在主电路的任何地方都可以进行接地连接，这一点就是地面参考。 虽然可以使用这种技术进行电压测量，但更好的做法是使用设计用于高电压测量的差动探针。差分探针有两个输入(两个输入都不接地)，并测量输入之间的电压差。它通过从另一个输入(图3)中减去电压来实现这一点。 差分探针的概念示意图图。
图3:差分探针的概念示意图显示探针输出是+和-输入之间的差值。(图片来源:凯利讯半导体电子) 差分探测器的差分测量衰减了所有输入(称为共模信号)的电压信号。共模信号的衰减量是差分探针的优点，称为共模抑制比，简称CMRR，在分贝(dB)中表示。 高压差动探头在匹配的差动输入前使用高衰减来测量高电压。在图3中，电阻R1和R2形成一个补偿衰减器，而电阻R3和R4构成另一个。衰减器的输出应用于三个运算放大器差分放大器的输入。非常小心地匹配组件和对称的PCB布局，导致CMRR非常实际的水平。 CMRR很重要，因为smp中的电压测量需要高动态范围。电源的主要电源是开关电压为340伏特，过渡时间相对较快。这些信号在整个装置中辐射。考虑试着测量功率场上的栅极驱动信号。这个信号，小于10伏特，在这些高压共模信号的存在下是很难看到的。使用高CMRR的差动探头，可拒绝干扰信号。 探针如卡尔测试电子模型CT3681合并X100或X1000游览器衰减(图4)。他们有一个最大额定电压为700 V(X100)或7 kV(X1000),与-80分贝的CMRR 50赫兹,和-60分贝20 kHz,70 MHz带宽。该探针具有在输出中使用标准的BNC连接器的优点，而不是专有的探测接口，使其与所有示波器兼容。 卡尔测试电子模型CT3681 70mhz，高压差动探针。 图4:Cal测试电子模型CT3681 70mhz，高压差动探针。这个探针提供两个范围，支持700伏特和7000伏特的最大输入电压。它的CMRR (-80 dB)在50hz， -60 dB在20khz。(图片来源:凯利讯半导体电子)结论 虽然流行的和有用的，行动力的SMPSs在测试它们时确实存在安全问题。然而，正如所显示的那样，一些可靠的工程实践结合了常用的组件，如隔离变压器、自动变压器、电子负载和差动探针等，大大降低了这些风险。