Automated control system for power supply verification

Abstract

Switched-mode power supplies (SMPS) are widely used, ranging from consumer electronics like phone chargers to critical applications such as medical devices. Their efficiency compared to linear regulators makes them a preferred choice for power supply design. Among SMPS types, the flyback converter is popular for low-power applications due to its advantages, including galvanic isolation, ease of adding multiple outputs and simplicity. It’s a cost-efficient choice for designers, but it comes with its drawbacks such as poor cross regulation performance.

Power supply verification is one of the key aspects of designing new products. By automating the testing, time can be saved thus making the whole process more efficient. This thesis presents an automated cross regulation testing setup developed in ABB laboratory. The system automatically generates test matrix based on user input, executes the tests while capturing data for analysis. The setup successfully automates cross regulation testing and provides accurate results, although minor power losses in wiring between the test board and electronic loads limit the measurement accuracy. However, these losses are minimal and can be further reduced with optimized wiring.

A larger test of 864 loading conditions demonstrated the setup’s capability to complete testing both accurately and efficiently, taking only 1 hour and 12 minutes. The test provided valuable insights into the operation of the tested power supply. Additionally, the integration of a Picoscope enables automated plotting of voltage waveforms, enhancing the analysis of power supply operation. The automated setup significantly improves efficiency and reliability in ABB’s power supply verification process.

Hakkuriteholähteet, SMPS (switched-mode power supply), ovat laajassa käytössä aina kulutuselektroniikasta, kuten puhelinlatureista, kriittisiin sovelluksiin, kuten lääkinnällisiin laitteisiin. Niiden lineaariregulaattoreita korkeampi hyötysuhde tekee niistä suositun vaihtoehdon teholähteiden suunnitteluun. Hakkuriteholähteistä flyback-konvertteri on suosittu pienitehoisissa sovelluksissa sen hyötyjen, mukaan lukien galvaanisen erotuksen, helpon monen lähdön mahdollisuuden sekä yksinkertaisuuden, vuoksi. Se on kustannustehokas ratkaisu suunnittelijoille, mutta sen haittoihin kuuluu huono ristiregulointi.

Teholähteiden verifikaatio on yksi tuotekehityksen tärkeimmistä vaiheista. Testausta automatisoimalla aikaa säästyy, mikä lisää prosessin tehokkuutta. Tässä opinnäytetyössä esitetään ABB laboratoriossa kehitetty automatisoitu ristiregulointitestauksen laitteisto. Järjestelmä luo automaattisesti testimatriisin käyttäjän syötteen perusteella, suorittaa testit ja tallentaa datan myöhemmin analysoitavaksi. Laitteisto automatisoi ristiregulointitestauksen onnistuneesti ja tuottaa tarkkoja tuloksia, vaikka mittaustarkkuutta rajoittaa pienet johtohäviöt testilevyn ja elektronisten kuormien välissä. Häviöt ovat kuitenkin vähäisiä ja niitä voidaan vähentää optimoimalla johdotuksen.

Laajempi 864 kuormitustilanteen testi osoitti laitteiston kyvyn suorittaa testit sekä tarkasti että tehokkaasti, vain 1 tunnissa ja 12 minuutissa. Testi tuotti arvokasta informaatiota testatun teholähteen toiminnasta. Lisäksi osana laitteistoa onnistuneesti integroitu Picoscope-mallin oskilloskooppi mahdollistaa jännitekuvaajien automaattisen piirtämisen, mikä parantaa teholähteen toiminnan analysointia. Automaattinen laitteisto parantaa merkittävästi ABB:n teholähteiden verifikaatioprosessin tehokkuutta ja luotettavuutta.