Giải Pháp Kiểm Tra Nguồn DC của Prodigit

Nguồn DC là thiết bị chuyển đổi điện AC sang DC đầu ra định mức V/A/W. Thiết bị cần đáp ứng thông số và chức năng yêu cầu, đầy đủ tính năng bảo vệ, an toàn và khả năng tương thích điện từ. Bài viết này tập trung vào vấn đề kiểm tra thông số , chức năng và các tính năng bảo vệ.

Các phương pháp thử nghiệm nguồn (kiểm tra thiết kế, sản xuất và kiểm định chất lượng) đòi hỏi cần có thiết bị điện tử phức tạp. Bên cạnh đó các cấu hình nguồn và các kết hợp đầu ra khác nhau cũng yêu cầu thiết bị kiểm tra đa năng để có thể kiểm tra đa dạng được nhiều thông số.

Thân máy Prodigit Series 3300, mô đun tải điện tử series 3310/3320, và thiết bị kiểm tra nguồn 3600A của Prodigit cho phép người dùng có thể lập trình, vận hành dễ dàng, đem lại kết quả thử nghiệm chất lượng cao với chi phí tối ưu nhất. Đây là những thiết bị được sử dụng rộng rãi trong kiểm tra chức năng nguồn, tin dùng bởi nhiều nhà sản xuất nổi tiếng trên thế giới.

Dưới đây là các chức năng chính được kiểm tra khi đánh giá nguồn chuyển mạch

Kiểm tra chức năng

- Tùy chỉnh các mức giá trị

- Ổn định điện áp

- Ổn định tải

- Điều chỉnh kết hợp

- Độ gợn và độ nhiễu (PARD)

- Công suất và hiệu suất đầu vào 

- Tải động hoặc tải tức thời

- Tăng/giảm công suất (Tín hiệu đánh giá chất lượng công suất nguồn)

- Thời gian thiết lập/ Thời gian giữ

Kiểm tra chức năng bảo vệ

- Bảo vệ quá áp (OVP)

- Bảo vệ quá dòng (OCP)

- Bảo vệ ngắn mạch

1.1 Giữ điều chỉnh/ cài đặt điện áp đầu ra

- Khi sản xuất nguồn chuyển mạch, việc đầu tiên là phải điều chỉnh điện áp đầu ra trong phạm vi nhất định để đảm bảo nguồn đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật. Thông thường, điện áp đầu ra được cài đặt theo định mức còn dòng ra DC được cài đặt theo dòng tải định mức hoặc tải lớn nhất trong quá trình điều chỉnh giá trị. Vôn kế kỹ thuật số đo điện áp đầu ra của nguồn, và điều chỉnh bộ triết áp tới khi giá trị điện áp đạt giá trị trong khoảng yêu cầu.

Để đo chính xác trong ổn định điện áp cần có những thiết bị sau:

a. Nguồn vào có thể cấp nguồn kiểm tra từ giá trị thấp nhất đến cao nhất của thiết bị nguồn cần kiểm tra.   

b. Đồng hồ đo điện áp có tính năng true RMS dùng để hiển thị điện áp đầu vào.

c. Vôn kế DC với độ chính xác cao gấp 10 lần mức điều chỉnh của thiết bị được kiểm tra.

d. Một tải biến thiên cho đầu ra

Cụ thể, các thiết bị sẽ được cài đặt như hình bên dưới:

Trong quá trình thử nghiệm, khởi động nguồn cần thử nghiệm và cho nguồn chạy ổn định với điện áp và tải thường, sau đó ghi lại giá trị đầu ra điện áp tương ứng với đầu vào điện áp thấp, thường và cao. Giá trị điện áp đầu ra từ thường, thấp tới cao là chất lượng điều chỉnh điện áp ngõ ra đối với điều kiện của tải tương ứng. Ổn định điện áp là tỷ lệ lệch áp đầu ra với điện áp tải cố định và được tính toán theo công thức dưới đây.

 

Ổn định điện áp cũng có thể hiểu là độ lệch đầu ra DC tuyệt đối trong khoảng giới hạn điện áp dưới và trên khi điện áp nguồn đầu vào thay đổi.

1.3 Load Regulation (Ổn định tải)

Load Regulation (Ổn định tải) là khả năng cấp điện áp đầu ra ổn định dù tải thay đổi. Các thiết bị cần thiết và cài đặt đều giống với cài đặt của ổn định điện áp. Thay đổi duy nhất là có thêm am-pe kế chính xác được mắc nối tiếp với đầu ra như hình bên dưới:

Trong qua trình thử nghiệm, khởi động nguồn và để nguồn chạy ổn định, sau đó đo điện áp đầu ra và coi nó là điện áp không tải (Uthường). Sau đó đo tiếp các giá trị điện áp đầu ra với áp đầu ra lớn nhất (Umax) và áp nhỏ nhất (Umin). Ổn định tải sẽ dựa trên độ lệch điện áp ra từ không tải tới tải đầy và tải thấp nhất.

Load Regulation (Ổn định tải) cũng có thể hiểu là tỷ lệ lệch điện áp đầu ra với điện áp vào cố định và được tính toán theo công thức sau: 

Load Regulation (Ổn định tải) còn được xác định là giá trị đầu ra DC ổn định trong khoảng giới hạn điện áp dưới và trên.

1.4 Combined Regulation (điều chỉnh kết hợp)

Điều chỉnh kết hợp là khả năng nguồn có thể cấp điện áp ra ổn định khi điện áp đầu vào và tải đều thay đổi. Đây là sự kết hợp giữa điều chỉnh ổn định điện áp và ổn định tải, và nó giúp kiểm tra chính xác đầu ra DC của nguồn bằng cách thay đổi cả điện áp lẫn dòng đầu ra.

Điều chỉnh kết hợp có thể hiểu là độ lệch đầu ra DC tuyệt đối trong khoảng giới hạn điện áp dưới và trên khi điện áp dòng đầu vào và dòng tải đầu ra cùng thay đổi.

1.5 Độ gợn sóng và độ nhiễu (PARD)

PARD là độ lệch chuẩn và ngẫu nhiên của điện áp đầu ra DC so với giá trị trung bình trên một băng thông xác định khi các tham số đều không đổi. PARD là cấu thành của các tín hiệu nhiễu điện AC không mong muốn còn lại ở điện áp DC đầu ra sau khi qua bộ ổn định và bộ lọc

PARD là các tín hiệu không mong muốn được đặt chồng lên đầu ra DC của nguồn.

Chỉ số PARD được đo theo giá trị đỉnh-đỉnh, trên băng thông từ 20Hz tới 20MHz. Bất cứu độ lệch nào dưới 20Hz đều được gọi là độ biến dạng (xem trong bản thông số kỹ thuật).

Để đo PARD, tải điện tử phải có PARD thấp hơn nguồn đang kiểm tra. Sau đó, cấp điện AC cho nguồn và đo giá trị PARD thông qua việc đo giá trị điện áp AC nhỏ nhất và cao nhất cấp cho nguồn đang kiểm tra. Kết nối dây giữa thiết bị đang kiểm tra và thiết bị đo là rất quan trọng khi đo chỉ số này vì chỉ số PARD có các mức tín hiệu rất nhỏ và dải rộng. Kiểm tra chủ yếu tập trung vào điện áp mạch vòng, lớp kháng điện từ trường và mức phối hợp trở kháng. Máy hiện sóng có thể sử dụng để đo giá trị đỉnh-đỉnh, phát hiện nhiễu và sóng tĩnh. Cách kết nối đặc trưng là dùng cáp đồng trục với trở kháng 50 ohm ở mỗi đầu cực. Các tụ điện sẽ được nối tiếp với đường tín hiệu để chặn dòng DC. Máy nên sử dụng công cụ đo với đầu vào động (khuếch đại vi sai) để triệt tiêu điện áp mạch vòng phát sinh giữa nguồn và thiết bị kiểm tra.

Series 3310/3320 và tải điện tử 3600A DC của Prodigit với chỉ số PARD thấp rất phù hợp để đo chỉ số PARD của nguồn. Máy đo PARD 4030 và 3600A có cấu hình mạch đầu vào độ chênh lệch trở kháng 50 ohm. Máy có thể đo tới 4 đầu ra PARD đồng thời

1.6 Hiệu suất và công suất đầu vào

Hiệu suất của nguồn là tỷ lệ giữa tổng công suất đầu ra với tổng công suất đầu vào của nguồn đó. Đối với nguồn chuyển đổi AC sang DC, công suất đầu vào không chỉ là Vrms x Arms, mà phải là công suất thực hoặc công suất trung bình.

Hiệu suất được tính theo công thức:

Hiệu suất của nguồn xác minh thông số vận hành. Nếu hiệu suất nằm ngoài dải xác định thì hoặc thiết kế nguồn có lỗi hoặc cả nguồn có vấn đề.

Hiệu suất nên được đo khi nguồn trong chế độ làm việc ổn định.

Đối với một số loại nguồn, hiệu suất còn nói lên khả năng chịu tải. Khi đó, để có dữ liệu cho kết quả thử nghiệm tốt thì cần các tải đa dạng.

3600A có thể đo hiệu suất của tính năng nguồn AC. Mạch đo công suất của 3600A cũng cần thời gian để lấy dữ liệu từ tải DC. Cho phép thời gian cài đặt lâu hơn để giá trị đọc ổn định hơn khi thay đổi đầu vào. Còn đối với đo lường chỉ số PARD, thường sẽ cần thời gian lâu hơn tải V/A DC, vì thế cần thời gian cài đặt lâu hơn để các giá trị được ổn định khi công suất đầu vào thay đổi. Sử dụng cùng quy trình khi đo lường PARD: cài đặt Tmeas.n tới giá trị cao hơn (VD: 2 giây) để có được giá trị PARD ổn định thay vì giảm giá trị Tmeas.n sẽ khiến giá trị PARD mất ổn định. Cuối cùng, cài đặt thêm giá trị  PARD mong muốn (VD: khoảng 20% hoặc cao hơn) để mỗi lần đo đều cho ra chỉ số ổn định. Tuân thủ những bước này sẽ đem lại chỉ số chính xác và ổn định trong thời gian ngắn nhất.

1.7 Tải động hoặc tải tức thời

Nguồn đầu ra DC ổn định được thiết kế với vòng phản hồi đóng vai trò duy trì điện áp ra ở mức ổn định. Vòng phản hồi có băng thông nhất định làm hạn chế khả năng phản hồi của nguồn trước sự thay đổi của dòng tải. Nếu góc lệch pha đầu vào và đầu ra ở mức 180 độ sẽ làm tính đồng bộ của pha bị chéo, nguồn sẽ mất ổn định và xuất hiện dao động.

Thông thường, dòng tải thường sẽ là dòng tải động thay cho dòng ổn định (Ví dụ: ổ đĩa cứng/mềm, CPU, RAM, v.v., cần dòng lớn để kích khởi.). Chính vì thế, khi kiểm tra nguồn thì kiểm tra phản hồi dòng tải động rất quan trọng. Tải động có thể mô phỏng trường hợp tải thực tệ nhất khi kiểm tra nguồn, chẳng hạn chu trình tải Cao/Thấp, tốc độ quét Tăng/Giảm, và mức tải Cao/Thấp. Nếu nguồn vượt qua bài kiểm tra tải động tương ứng với các tham số đầu ra của nguồn mà không phát sinh lỗi quá áp hay sụt áp đầu ra thì nguồn đó được coi là là tốt.

Các bước cài đặt tải động:

1. Dùng máy hiện sóng để kiểm tra dạng sóng dòng tải thực của thiết bị (máy tính, máy in, v.v.) và ghi lại giá trị dòng tải thực của mỗi loại.

2. Cài đặt mô phỏng dạng sóng dòng tải động trong trường hợp xấu nhất để kiểm tra nguồn. Đối với thay đổi bước dòng tải, nguồn sẽ có dao động điện áp đầu ra điều này có thể gây thiệt hại cho tải nhạy cảm, chẳng hạn như mạch logic trong máy tính. Kiểm tra phản hồi bước dòng tải giúp kiểm tra những yếu điểm, chẳng hạn như bộ lọc đầu ra, tụ đầu ra bị lỗi hoặc kết nối tụ bị lỏng lẻo

1.8 Tăng/Giảm công suất (tín hiệu tăng công suất)

Tín hiệu đánh giá chất lượng công suất nguồn(PGS) là tín hiệu được gửi tới bộ xử lý bên trong để báo hiệu nguồn đã cho công suất ổn định. Tín hiệu giảm công suất báo hiệu đầu ra của nguồn bị sụt hoặc giảm dưới mức đầu ra xác định. Thông số này được biểu diễn dưới dạng thay đổi mức logic; logic 1, còn gọi là mức cao, thể hiện sự tăng công suất; logic 0 hay mức thấp, thể hiện sự giảm công suất.

Xem hình bên dưới:

Các máy kiểm tra 3600A của Prodigit có thể đo thời gian bật tắt công suất với điện áp ngưỡng có thể lập trình được cho tải đầu ra (tải chính) và Tín hiệu đánh giá chất lượng công suất nguồn. Máy còn có thể kiểm tra các điều kiện bất ổn khi có tín hiệu tăng công suất. Máy 3600A của Prodigit có khả năng đo thời gian tăng và giảm công suất. Máy có mức logic và mức điện áp ra có thể lập trình được.

1.9 Thời gian thiết lập/ thời gian giữ

Thời gian thiết lập là khoảng thời gian từ khi bật nguồn tới khi điện áp đầu ra đạt ngưỡng giới hạn. Ví dụ như với đầu ra 5V, thời gian thiết lập được xác định từ lúc bật nguồn tới khi điện áp đầu ra đạt 4.75V. Thời gian giữ thì lại là khoảng thời gian từ khi tắt nguồn đến khi đầu ra của nguồn sụt xuống giới hạn. Chẳng hạn với nguồn đầu ra 5V, thời gian giữ là khoảng thời gian khi tắt nguồn đến khi điện áp đầu ra sụt xuống 4.75V. Máy 3600A của Prodigit có thể đo cả thời gian thiết lập lẫn thời gian giữ của nguồn, và mức điện áp đầu ra của máy cũng có thể điều chỉnh được. Mối quan hệ thời gian giữa thời gian thiết lập và thời gian giữ được biểu thị như hình bên dưới.

2.1 Quá áp 

Nếu điện áp đầu ra vượt ngưỡng điện áp cho phép, thì nguồn sẽ ngắt đầu ra. Thử nghiệm bảo vệ quá áp cho thấy mức độ phản hồi của nguồn trong những điều kiện như vậy.

Tính năng bảo vệ quá áp đặc biệt quan trọng với các tải nhạy cảm như CPU, bộ nhớ, mạch logic, v.v. Nếu điện áp vượt quá mức cho phép đối với linh kiện sẽ gây ra thiệt hại vĩnh viễn.

Máy 3600A của Prodigit có thể kiểm nghiệm và đo chức năng OVP của nguồn ở cả hai chỉ số là vượt áp chức năng và vượt áp thực tế. Hai chức năng này cần nguồn DC (optional) ngoài để kích hoạt chế độ OVP trong mạch kín.

2.2 Bảo vệ quá dòng

Khi dòng đầu ra vượt quá ngưỡng cho phép thì nguồn sẽ tự động ngắt hoặc giới hạn dòng đầu ra để bảo vệ chính nó và bảo vệ mạch điện ngoài. Nguồn cũng có thể tự ngắt để bảo vệ chính nó trong trường hợp nguồn được nối với thiết bị lỗi tiêu thụ dòng hơn bình thường. Tính năng bảo vệ quá dòng cho thấy mức độ phản hồi của nguồn trong những điều kiện như vậy.

Máy 3600A của Prodigit có thể kiểm nghiệm và ghi lại các giá trị đo ở mỗi đầu ra của thiết bị đang được kiểm tra. Dòng tải sẽ tăng từ giá trị có trước cho tới khi điện áp ra sụt xuống giới hạn điện áp ngưỡng đã được cài đặt trước đó.

2.3 Bảo vệ ngắn mạch 

Nếu đầu ra của nguồn bị ngắn mạch, thì nguồn sẽ dừng cấp nguồn hoặc hạn chế dòng đầu ra mà không gây ra thiệt hại nào. Kiểm nghiệm bảo vệ ngắn mạch cho thấy mức độ phản hồi của nguồn trong các điều kiện ngắn mạch.

Tất cả tải điện tử series 3310/3320 của Prodigit đều được tích hợp chức năng bảo vệ ngắn mạch. Và máy kiểm tra nguồn series 3600 cũng vậy. Điều này cho phép ghi lại chỉ số ngắn áp và ngắn dòng khi tiến hành kiểm tra ngắn mạch.