디지털 오실로스코프를 사용하여 스위칭 전원 공급 장치의 전력 손실을 측정하는 방법
SMPS(스위치 모드 전원 공급 장치)의 새로운 아키텍처는 높은 데이터 속도와 GHz 클래스를 갖춘 프로세서에 고전류와 저전압을 제공해야 하며, 이는 효율성, 전력 밀도, 신뢰성 및 비용 측면에서 전력 장치 설계자에게 눈에 보이지 않는 새로운 압력을 추가합니다. 설계에서 이러한 요구 사항을 고려하기 위해 설계자는 동기 정류 기술, 유효 전력 필터 보정 및 스위칭 주파수 증가와 같은 새로운 아키텍처를 채택했습니다. 이러한 기술은 또한 스위칭 장치의 높은 전력 손실, 열 방출 및 과도한 EMI/EMC와 같은 더 높은 문제를 야기합니다.
"off"(on) 상태에서 "on"(off) 상태로 전환하는 동안 전원 공급 장치는 높은 전력 소비를 갖게 됩니다. (그러나 "켜짐" 또는 "꺼짐" 상태의 스위칭 장치의 전력 손실은 장치를 통과하는 전류 또는 장치의 전압이 매우 작기 때문에 적습니다.) 인덕터와 변압기는 출력 전압을 분리하고 부하 전류를 평활화할 수 있습니다. 인덕터와 변압기도 스위칭 주파수에 민감하여 포화로 인해 전력 손실이 발생하고 간헐적으로 오류가 발생합니다.
스위칭 전원 공급 장치에서 소비되는 전력은 전원 공급 장치의 열 효과에 대한 전반적인 효율을 결정하므로 스위칭 장치와 인덕터/트랜스포머의 전력 손실을 측정하는 것은 매우 중요합니다. 이 측정을 통해 전력 효율과 열 방출을 확인할 수 있습니다.
전력 손실 측정 및 분석
1. 전력 손실 측정에 필요한 테스트 장치
스위치 변환의 단순화된 회로. MOSFET 전계 효과 전력 트랜지스터는 40kHz 클록의 여기 하에서 전류를 제어합니다. MOSFET은 AC 피더 접지 또는 회로 출력 접지에 연결되지 않습니다. 즉, 접지로부터 절연되어 있습니다. 따라서 오실로스코프를 사용하여 단순히 접지 기준 전압을 측정하는 것은 불가능합니다. 프로브의 접지선이 MOSFET의 임의의 단자에 연결되면 해당 지점이 오실로스코프를 통해 접지와 단락되기 때문입니다.
이 경우 차동 측정은 M0SFET의 전압 파형을 측정하는 좋은 방법입니다. 차동 측정에 의해 VDS, 즉 MOSFET의 드레인 단자와 소스 단자의 전압을 측정할 수 있습니다. VDS는 전압 이상으로 떠 있을 수 있으며, 전압 범위는 전원 공급 장치의 전압 범위에 따라 수십 볼트에서 수백 볼트가 될 수 있습니다. 여러 가지 방법으로 VDS를 측정할 수 있습니다.
서스펜션 오실로스코프의 섀시 접지선. 사용자, 테스트 중인 장치 및 오실로스코프에 매우 해롭기 때문에 사용하지 않는 것이 좋습니다.
두 개의 기존 단일 종단 패시브 프로브를 사용하여 접지선을 함께 연결한 다음 오실로스코프의 채널 계산 기능을 사용하여 측정합니다. 이 측정 방법을 준차동 측정이라고 합니다. 그러나 패시브 프로브는 오실로스코프의 증폭기와 함께 사용할 수 있지만 공통 모드 전압을 적절하게 차단할 수 있는 "공통 모드 제거비"(CMRR) 기능이 부족합니다. 이 설정으로는 전압을 정확하게 측정할 수 없지만 기존 프로브를 사용할 수 있습니다.
매장에서 판매되는 프로브 아이솔레이터를 사용하여 오실로스코프 섀시를 지면에서 분리하십시오. 프로브의 접지선은 더 이상 주 접지 전위가 아니며 프로브를 테스트 지점에 직접 연결할 수 있습니다. 프로브 아이솔레이터는 효과적인 솔루션이지만 비용이 많이 들고 비용이 차동 프로브의 2~5배에 이릅니다.
광대역 오실로스코프에서 실제 차동 프로브를 사용합니다. 차동 프로브로 VDS를 측정할 수 있는 것도 좋은 방법입니다.
MOSFET을 통해 전류를 측정하는 경우 먼저 전류 프로브를 고정한 다음 측정 시스템을 미세 조정하십시오. 많은 차동 프로브에는 DC 오프셋 트리밍 커패시터가 내장되어 있습니다. 테스트 장비를 끄고 오실로스코프와 프로브가 완전히 예열된 후 오실로스코프에서 측정한 전압 및 전류 파형의 평균값을 설정할 수 있습니다. 감도 설정은 실제 측정에 사용되는 값을 사용해야 합니다. 신호가 없는 경우 트리밍 커패시터를 조정하여 각 파형의 평균 0을 0V로 조정합니다. 이 단계는 측정 시스템의 정적 전압 및 전류로 인해 발생하는 측정 오류를 크게 줄일 수 있습니다.
