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Schaltnetzteiltransformatoren (SMPS)

Ausgearbeitetes Beispiel geeigneter Tests

Übersicht über SMPS-Transformatoren

Das Aufkommen von Schaltnetzteilen und das Streben nach kleinerer, billigerer Stromumwandlung hat dazu geführt, dass von den Transformatoren, die das Herzstück jedes SMPS bilden, immer mehr gefordert wird, dass sie günstig und schnell herzustellen und zu testen sind und gleichzeitig sicher und zuverlässig bleiben.

Die zum Schalten der Versorgung in den Transformator verwendeten Leistungshalbleiter und die ICs zur Steuerung der Schaltfrequenz sind in den letzten 20 Jahren sowohl im Preis gesunken als auch in ihrer Zuverlässigkeit und Leistung gestiegen. Dadurch bleibt dem Transformator immer noch die Bereitstellung zweier grundlegender und historisch widersprüchlicher Funktionen.

Als Trennbarriere von der Versorgung zum Verbraucher muss zunächst nachgewiesen werden, dass sie die Versorgung bei großen Potenzialunterschieden isoliert.
Zweitens muss es auch eine enge Kopplung der Wicklungen (dh eine geringe Streuinduktivität) aufweisen, um die Verluste auf ein Minimum zu beschränken und somit den Wirkungsgrad aufrechtzuerhalten.

Würth SMPS-Transformator

Würth Electronics stellt eine Vielzahl guter Beispiele von SMPS-Transformatoren für eine Reihe unterschiedlicher SMPS-Typen her.

Hier sehen wir uns den 750811290 an, einen Transformator, der für Flyback-SMPS-Konfigurationen entwickelt wurde.

Herstellerschema

SMPS Empfohlene Tests

SMPS – AT-Editor-Schaltplan

Das Teil wird anhand des AT-Editor-Schaltplans links dargestellt.
Die mittig angezapfte Primärwicklung wird automatisch erkannt und gezeichnet, wenn dem Schaltplan eine Wicklung mit einer bereits definierten Pin-Nummer hinzugefügt wird (in diesem Fall Pin 3).

Da wir die Kernleistung unter 3,15 Ampere DC-Vorspannung erreichen möchten, verbindet das Gerät auch einen DC1000 mit den Pins 4 und 2. Das bedeutet, dass alle von uns eingesetzten HI-POT-Tests die Pins 2, 3, 4 als LO-Anschlüsse verwenden müssen (siehe HPAC). später testen)

Schema

SMPS – AT-Befestigung

Da der Transformator über Standard-Leiterplattenmontagestifte verfügt, ist er für die Befestigung mit Kelvin-Stiften geeignet. Diese greifen horizontal an jedem Stift, sodass keine Klemme erforderlich ist, um den Transformator an Ort und Stelle zu halten.

Kelvin-Stifte ermöglichen eine schnelle Montage des Prüflings und bieten uns die für die Messungen erforderliche optimale Genauigkeit, da der Einfluss des Kontaktwiderstands der Stifte und der Verkabelung der Vorrichtung automatisch aus den Ergebnissen kompensiert werden kann.

Das Bild zeigt das Teil, das an einer benutzerdefinierten 12-poligen Kevin-Halterung angebracht ist.
Das Gerät verfügt außerdem über 2 x 4-mm-Buchsen zum Anschluss der Gleichspannungsquelle Voltech DC1000. Diese werden im Gerät mit den Pins 2 und 4 des Sockels verdrahtet und dann im Programm für Test 10 zur Messung von LSBX verwendet.

SMPS – AT-Befestigung, mit zusätzlichen 4-mm-Buchsen für DC100-Anschluss für den DC-Bias-LSBX-Test in Schritt 10

SMPS – AT-Testprogramm

Das Programm prüft zunächst den individuellen Spulenwiderstand jeder Wicklung, um sicherzustellen, dass dieser unter einem festgelegten Höchstwert liegt.
Anschließend werden vier Windungsverhältnisse überprüft, um die korrekte Anzahl der Windungen, die Phasenlage und den allgemeinen Betrieb des Transformators bei 10 kHz zu bestätigen
Die Induktivität der Primärwicklung wird dann bei 10 kHz überprüft, gefolgt von demselben Test, jedoch mit angelegten 3,15 A (unter Verwendung eines Voltech DC1000), um zu bestätigen, dass der Kern nicht in die Sättigung geht.
Der korrekte Kernabstand und die richtige Wicklungsplatzierung werden durch einen Streuinduktivitätstest bestätigt.
Abschließend wird die Isolierung mithilfe eines HPAC-Tests bei 4,5 kV Wechselstrom und 50 Hz für 1 Sekunde bestätigt.

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Prüfen

Beschreibung

Pins und Bedingungen

Grund

1 R Gleichstromwiderstand Pin 2-4, Test auf 600 mOhm +/- 10 % Zur Überprüfung liegt der Wicklungswiderstand unter einem Maximum. Dient auch zur Überprüfung des korrekten Drahtquerschnitts und des guten Abschlusses.
2 R Gleichstromwiderstand Pin 6-5, Test auf 110 mOhm +/- 10 % Zur Überprüfung liegt der Wicklungswiderstand unter einem Maximum. Dient auch zur Überprüfung des korrekten Drahtquerschnitts und des guten Abschlusses.
3 R Gleichstromwiderstand Pin 8-10, Test auf 570 mOhm +/- 10 % Zur Überprüfung liegt der Wicklungswiderstand unter einem Maximum. Dient auch zur Überprüfung des korrekten Drahtquerschnitts und des guten Abschlusses.
4 R Gleichstromwiderstand Pin 9-11, Test auf 460 mOhm +/- 10 % Zur Überprüfung liegt der Wicklungswiderstand unter einem Maximum. Dient auch zur Überprüfung des korrekten Drahtquerschnitts und des guten Abschlusses.
5 TR Windungsverhältnis Bestromen Sie die Pins 4-3, 0,1 V 10 kHz. Überprüfen Sie das Windungsverhältnis 4-3:3-2 auf 1:1 -/+ 6 %. Zur Überprüfung des korrekten Wicklungsverhältnisses auf jeder Seite der primären Mittelanzapfung
6 TR Windungsverhältnis Bestromen Sie die Pins 4-2,0,1 V mit 10 kHz. Überprüfen Sie das Windungsverhältnis 4-2:9-11 auf 1:1 -/+ 2 %. Zur Überprüfung des korrekten Verhältnisses der Wicklungen aller Primärwicklungen zu einer der Sekundärwicklungen
7 TR Windungsverhältnis Bestromen Sie die Pins 4-2,0,1 V mit 10 kHz. Überprüfen Sie das Windungsverhältnis 4-2:8-10 auf 1:1 -/+ 2 %. Zur Überprüfung des korrekten Verhältnisses der Wicklungen aller Primärwicklungen zur anderen Sekundärwicklung
8 TR Windungsverhältnis Bestromen Sie die Pins 4-2,0,1 V mit 10 kHz. Überprüfen Sie das Windungsverhältnis 4-2:6-5 auf 6:1 -/+ 2 %. Zur Überprüfung des korrekten Wicklungsverhältnisses von der gesamten Primär- zur Rückkopplungswicklung
9 LS Induktivität Bestromen Sie Pins 4-2 mit 0,1 V und 10 kHz und messen Sie die Induktivität auf 461 uH +/- 10 %. Kernmaterial und Montagegenauigkeit prüfen
10 LSBX Induktivität mit DC-Bias Bestromen Sie die Pins 4-2 mit 0,1 V, 10 kHz und legen Sie 3,15 A Gleichstrom an. Überprüfen Sie, ob die Induktivität >368 uH beträgt Überprüfen Sie, ob der Kern bei Gleichstrom nicht gesättigt ist. Somit können Sie in jedem Teil nachweisen, dass der L-Abfall unter Bias nicht größer als die veröffentlichten 20 % ist.
11 LL Streuinduktivität Bestromen Sie die Pins 4-2 mit 0,1 V und 10 kHz. Überprüfen Sie, ob die Streuinduktivität zu allen anderen Spulen weniger als 12 uH beträgt Überprüft die ordnungsgemäße Kopplung der Spulen, um Leckagen zu minimieren
12 HPAC AC Hi-Pot 4,5 kV AC, 1 Sekunde, Pins 8,9,10,11 Hi, Pins 2,3,4,5,6 Lo. Strom <5 mA prüfen Zur Überprüfung der Isolation gemäß Datenblatt. Beachten Sie, dass die Primärseite LO bleibt, da hier der DC1000 angeschlossen ist. Im DC1000-Benutzerhandbuch finden Sie bewährte Vorgehensweisen mit HI POT bei gleichzeitiger Verwendung eines DC1000.
AT5600 Laufzeit 4,01 Sek
(AT3600 Laufzeit 8,51 Sek.)


Anmerkungen:

LSBX-Testinduktivität unter DC BIAS.
In diesem Beispiel spezifiziert das Datenblatt die Notwendigkeit, die Induktivität unter Vorspannung zu prüfen, da es sich um einen Flyback-Transformator handelt. Bei anderen Typen wie Push-Pull- oder Vorwärtswandlern wäre für LSBX kein Test erforderlich, sodass das Programm einfacher wäre.

Die Faktoren, die das L-Ansprechen unter Gleichstrom bestimmen, sind die Anzahl der Windungen, das Kernmaterial und der gewählte Kernluftspalt. Da diese Faktoren bereits durch die LS- und TR-Tests überprüft werden, entscheiden sich einige Kunden möglicherweise dafür, LSBX nur in der Entwurfsphase zu überprüfen (siehe unsere DC1000-Seite über Designtests mit einem DC1000 mit einem beliebigen LCR-Messgerät ) oder gelegentlich Stichprobentests mit dem AT5600-Audit durchzuführen Testfunktion. (siehe unsere Audit-Test-Seite ).
Aufgrund der Komponentenverwendung (z. B. Militär/Medizin) möchten einige Benutzer jedoch möglicherweise den LSBX-Test für 100 % der Teile beibehalten.

AT-Testergebnisse für SMPS