디지털 오실로스코프를 사용하여 스위칭 전원 공급 장치 측정
전원 공급 장치는 기존 아날로그 전원 공급 장치부터 고효율 스위칭 전원 공급 장치까지 다양한 유형과 크기로 제공됩니다. 그들은 모두 복잡하고 역동적인 업무 환경에 직면해 있습니다. 장비 부하와 수요는 순식간에 크게 바뀔 수 있습니다. "일상적인" 스위칭 전원 공급 장치라도 평균 작동 수준을 훨씬 초과하는 순간적인 피크를 견딜 수 있어야 합니다. 전원 공급 장치 또는 전원 공급 장치를 사용할 시스템을 설계하는 엔지니어는 최악의 조건뿐만 아니라 정적 조건에서도 전원 공급 장치가 어떻게 작동하는지 이해해야 합니다.
과거에는 전원 공급 장치의 동작을 특성화하려면 디지털 멀티미터로 정지 전류와 전압을 측정하고 계산기나 PC로 힘든 계산을 수행해야 했습니다. 오늘날 대부분의 엔지니어는 선호하는 전력 측정 플랫폼으로 오실로스코프를 선택합니다. 최신 오실로스코프에는 통합 전력 측정 및 분석 소프트웨어가 장착되어 설정이 단순화되고 동적 측정이 더 쉬워집니다. 사용자는 주요 매개변수를 사용자 정의하고, 계산을 자동화하고, 원시 데이터뿐만 아니라 몇 초 만에 결과를 확인할 수 있습니다.
전원 공급 장치 설계 문제 및 측정 요구 사항
이상적으로 모든 전원 공급 장치는 설계된 수학적 모델처럼 작동해야 합니다. 그러나 실제 세계에서는 구성 요소에 결함이 있고, 부하가 변경될 수 있으며, 전원 공급 장치가 왜곡될 수 있으며, 환경 변화로 인해 성능이 변경될 수 있습니다. 게다가 성능 및 비용 요구 사항의 변화로 인해 전원 공급 장치 설계가 더욱 복잡해졌습니다. 다음 질문을 고려해보세요.
전원 공급 장치는 정격 전력 이상으로 몇 와트의 전력을 유지할 수 있습니까? 얼마나 오래 지속될 수 있나요? 전원 공급 장치는 얼마나 많은 열을 방출합니까? 과열되면 어떻게 되나요? 얼마나 많은 냉각 공기 흐름이 필요합니까? 부하 전류가 크게 증가하면 어떻게 되나요? 장치가 정격 출력 전압을 유지할 수 있습니까? 출력에서 완전한 단락이 발생하면 전원 공급 장치는 어떻게 반응합니까? 전원 공급 장치의 입력 전압이 변경되면 어떻게 되나요?
설계자는 공간을 덜 차지하고, 열을 줄이고, 제조 비용을 절감하고, 더욱 엄격한 EMI/EMC 표준을 충족하는 전원 공급 장치를 개발해야 합니다. 엔지니어는 엄격한 측정 시스템을 통해서만 이러한 목표를 달성할 수 있습니다.
오실로스코프 및 전력 측정
오실로스코프를 사용하여 고대역폭 측정에 익숙한 사용자의 경우 상대적으로 낮은 주파수로 인해 전원 공급 장치 측정이 간단할 수 있습니다. 실제로 전력 측정에는 고속 회로 설계자가 결코 직면할 필요가 없는 많은 과제가 있습니다.
전체 스위치기어는 고전압 및 "부동" 상태일 수 있습니다. 즉, 접지에 연결되어 있지 않습니다. 신호의 펄스 폭, 주기, 주파수 및 듀티 사이클이 모두 변경됩니다. 파형의 이상 징후를 찾으려면 파형을 충실하게 캡처하고 분석해야 합니다. 이는 오실로스코프에 까다로운 작업입니다. 다중 프로브 - 싱글 엔드 프로브, 차동 프로브 및 전류 프로브가 모두 필요합니다. 장비에는 장기간 저주파 획득 결과를 위한 기록 공간을 제공하기 위해 큰 메모리가 있어야 합니다. 그리고 단일 획득에서 진폭이 매우 다양한 다양한 신호를 캡처해야 할 수도 있습니다.
스위칭 전원 공급 장치의 기본
대부분의 최신 시스템에서 지배적인 DC 전원 아키텍처는 스위칭 전원 공급 장치(스위칭 전원 공급 장치)로, 이는 변화하는 부하를 효과적으로 처리하는 능력으로 잘 알려져 있습니다. 일반적인 스위칭 전원 공급 장치의 전원 신호 경로에는 수동 부품, 능동 부품 및 자기 부품이 포함됩니다. 스위칭 전원 공급 장치는 손실이 있는 부품(예: 저항기 및 선형 트랜지스터)을 가능한 한 적게 사용하며 스위칭 트랜지스터, 커패시터 및 자기 부품과 같은 무손실 부품(이상적으로는)을 주로 사용합니다.
스위칭 전원 공급 장치에는 펄스 폭 변조 조정기, 펄스 주파수 변조 조정기, 피드백 루프 1 및 기타 구성 요소를 포함하는 제어 부분도 있습니다. 제어 섹션에는 자체 전원 공급 장치가 있을 수 있습니다. 그림 1은 능동 소자, 수동 소자 및 자기 부품을 포함하는 전력 변환 부분을 보여주는 스위칭 전원 공급 장치의 단순화된 개략도입니다.
스위칭 전원 공급 장치 기술은 MOSFET(금속 산화물 전계 효과 트랜지스터) 및 IGBT(절연 게이트 양극 트랜지스터)와 같은 전력 반도체 스위칭 장치를 사용합니다. 이 장치는 스위칭 시간이 짧고 불안정한 전압 스파이크를 견딜 수 있습니다. 마찬가지로 중요한 점은 켜졌든 꺼졌든 에너지 소비가 매우 적고 효율성이 높으며 발열이 적다는 것입니다. 스위칭 장치는 스위칭 전원 공급 장치의 전반적인 성능을 크게 결정합니다. 스위칭 장치의 주요 측정에는 스위칭 손실, 평균 전력 손실, 안전 작동 영역 등이 포함됩니다.
