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제어 루프 측정은 파워 서플라이가 수요 변화에 어떻게 대응하는지 특성화하는 데 도움이 됩니다. 과도한 링잉이나 진동없이 빠르게 대응하려면 파워 서플라이가 필요합니다. 다양한 주파수 범위에서 회로의 실제 게인 및 위상을 측정하면 시뮬레이션에만 의존하는 것보다 설계의 안정성에 대한 더 큰 확신을 얻을 수 있습니다. 오실로스코프, 신호 소스 및 자동화 소프트웨어를 사용하여 측정을 신속하게 수행하고 익숙한 보드 플롯으로 표시 할 수 있어 쉽게 마진을 평가하고 회로 성능을 모델과 비교할 수 있습니다.

오실로스코프 기반 응답 측정 설정

파워 서플라이 설계의 경우, 폐쇄 루프 응답 측정은 DC 근처부터 몇 MHz 사이에서 이루어져야 합니다. 벡터 네트워크 분석기는 응답 분석에 자주 사용되지만 대부분의 VNA는 메가헤르츠 정도의 시작 주파수로 RF를 측정하도록 설계되었습니다. 반대로 오실로스코프는 DC까지 측정하고 유용한 신호 가시성을 제공할 수 있습니다. 분석 중에 이상이 발생하면 신속하게 문제 해결을 시작할 수 있습니다.

여러 텍트로닉스 오실로스코프는 절연 변압기를 통해 루프의 피드백에 신호를 주입하는 데 사용할 수 있는 내장 신호 소스를 제공합니다. 저값 주입 저항에 적용되는 두 개의 프로브는 분석 소프트웨어에 필요한 모든 정보를 제공합니다. 자극과 응답 진폭을 측정하여 게인을 계산하고 자극과 응답 사이의 위상 지연을 측정합니다.

자동 제어 루프 응답을 위한 일반적인 시스템은 다음과 같이 구성됩니다.

  • 적절한 대역폭을 가진 오실로스코프
  • 파워 서플라이 주파수 응답 자동화 소프트웨어
  • 두 개의 저감쇠 저캐패시턴스 프로
  • 사인파 발생기
  • 사인파 발생기를 DUT에서 분리하기 위해 평탄한 응답을 가지는 변압기

제어 루프 측정을 위한 프로브 특성화

제어 루프의 오버드라이브를 피하려면 주입 신호의 진폭을 낮게 유지해야 합니다. 최상의 감도를 얻으려면 프로브 감쇠를 최소화해야 합니다. 동시에 프로브 부하 효과를 최소화해야 합니다. TPP0502와 같이 내구성이 높은 저감쇠, 저캐패시턴스 패시브 프로브는 2X 감쇠 및 2MΩ, 13pF 부하로 이러한 측정에 적합합니다.

보드 플롯을 통한 안정성 마진 측정

빠른 수요 변화는 파워 서플라이 제어 루프에 고주파를 발생시킵니다. 서플라이는 빠르게 반응해야 하지만 너무 많은 게인을 추가하면 링잉 또는 진동이 발생합니다.

위상 변이가 -180°에 가까워질 때 루프가 양의 이득(≥1)을 갖는 경우 불안정성이 발생합니다. 이러한 조건에서 루프는 긍정적인 피드백을 경험하고 불안정해집니다. 보드 플롯은 동일한 주파수 스케일에서 게인 및 위상을 보여 주며 이 바람직하지 않은 상황에 얼마나 가까운지를 보여줍니다. 보드 플롯에서 측정한 두 가지 측정은 제어 루프의 안전 마진(위상 마진 및 게인 마진)을 측정합니다.

위상 마진은 위상 각도 측면에서 시스템이 불안정성(-180° 및 단일 이득)과 얼마나 떨어져 있는지를 나타냅니다. 게인이 0dB(유니티 게인)에 가까워질 때 루프가 허용할 수 있는 위상 변화의 양을 나타냅니다.

게인 마진은 dB 단위로 시스템이 -180°와 유니티 게인에게서 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 의미합니다. 이는 위상 변화가 -180°일 때 0dB에 도달하기 전에 추가할 수 있는 게인의 양입니다.

제어 루프에서 충분한 위상 및 게인 마진을 유지하면 파워 서플라이가 불안정성과 너무 가까운 상태에서 작동하지 않습니다.

제어 루프 분석 시스템

시스템 구성을 단순화하기 위해 텍트로닉스는 파워 서플라이 설계의 안정성 측정에 필요한 주요 장비와 소프트웨어를 결합한 제어 루프 분석 키트를 제공합니다. 이 키트는 5 및 6 시리즈 MSO 오실로스코프를 중심으로 제작되었으며 저감쇠 패시브 프로브 및 제어 루프 측정 자동화 소프트웨어를 포함합니다.