전원 공급 장치에서 리플과 과도현상을 측정하는 방법

CUI Inc의 이 유용한 기사로 전원 공급 장치에서 리플 및 과도 현상을 측정하는 방법에 대해 자세히 알아보세요.

전원 공급 장치를 평가할 때 가장 일반적인 두 가지 사양은 리플과 과도입니다. 이들이 단순한 측정값처럼 보일 수 있지만, 올바른 데이터를 얻기 위해 염두에 두어야 할 두 가지 중요한 측면이 있습니다. 첫 번째는 오실로스코프 프로브를 사용할 때의 측정 기법이며, 두 번째는 해당 데이터가 규정된 특정 조건과 관련이 있습니다.

오실로스코프 프로브를 사용한 올바른 측정 기법

리플이나 과도 현상을 측정하기 전에 오실로스코프로 프로빙하는 것에 대한 배경 지식이 필요합니다. 관심 있는 신호의 크기가 밀리볼트로 측정되는 경향이 있기 때문에, 증폭된 내부 신호나 외부에서 수신된 신호가 신호를 쉽게 가리거나 왜곡하여 잘못된 결과를 초래할 수 있습니다. 적절한 프로브 측정 기술을 통해 이를 완화하는 것이 매우 중요합니다.
 
테스터가 좋은 측정을 보장하기 위해 할 수 있는 가장 중요한 일은 프로브로 인해 생성되는 접지 루프를 최소화하는 것입니다. 프로브의 반환 경로로 인해 생성된 루프는 내부 잡음을 증폭시키고 외부 잡음을 수신할 수 있는 인덕턴스를 초래합니다. 프로브는 일반적으로 아래 이미지에 표시된 것과 유사한 악어 스타일의 접지 클립을 함께 제공하는데, 연결은 간단하지만 이러한 접지 클립은 이러한 측정에 권장되지 않는 큰 접지 루프를 유도합니다. 대신 작은 접지 루프를 달성하기 위해 두 가지 일반적이고 선호되는 방법이 있습니다: "팁 앤 배럴" 방식과 "종이클립" 방식입니다.

팁과 배럴 방식은 접지 커버와 프로브 클립을 제거하여 프로브의 팁과 배럴을 노출시킵니다. 그런 다음 프로브의 팁을 출력 전압에 적용하고 배럴을 팁과 매우 가까운 지점에서 접지에 접촉하도록 각도를 조정합니다. 이 방법의 단점은 접근 가능한 프로브 지점, 즉 팁과 배럴을 모두 적용할 수 있는 지점이 이상적이지 않거나 출력 커패시터에서 멀리 떨어져 있을 수 있다는 점입니다. 이상적으로 프로브는 출력 커패시터에 최대한 가깝게 배치되어야 합니다.

이것들이 좋은 신호를 얻기 위한 유일한 방법은 아니지만, 어떤 방법을 선택하더라도 접지 루프를 가능한 작게 유지하기 위한 노력이 필요합니다.

리플 및 노이즈

리플은 전원 공급 장치의 내부 스위칭으로 인한 출력 전압의 고유한 교류 성분입니다. 노이즈는 전원 공급 장치 내 기생 특성의 발현으로, 출력 전압상에 고주파 전압 스파이크로 나타납니다. 데이터시트는 리플 및 노이즈로 인해 출력 전압의 최대 피크-피크 편차를 명시합니다. 앞서 설명한 바와 같이, 측정이 전원 공급 장치의 리플 및 노이즈를 정확히 나타내도록 하려면 적절한 프로브 방법을 사용하는 것이 중요합니다.
 
리플 및 노이즈를 테스트할 때 기억해야 할 몇 가지 조건이 있습니다. 첫째로, 로딩은 리플에 상당한 영향을 미치므로 데이터시트에 명시된 대로 특정 로딩 조건, 일반적으로 풀 로드 상태에서 측정이 이루어지는 것이 중요합니다. 입력 전압 역시 리플에 영향을 주며, 테스트는 관심 있는 모든 입력 전압에서 수행되어야 합니다. 전기 조건 외에도, 많은 제조업체는 측정을 위해 전원 공급 장치의 출력에 적용되는 외부 커패시터(일반적으로 10 µF의 전해 커패시터와 0.1 µF의 세라믹 커패시터)가 필요하다고 명시합니다. 프로브는 이 커패시터들 가까이에 배치해야 합니다. 마지막으로, 이 측정을 위해 오실로스코프 채널에 20 MHz 대역폭 제한을 명시하는 것이 일반적입니다.
 
일반적으로, 이 테스트를 수행하기 위해 한 개의 스코프 프로브만 필요하며, 프로브는 위에서 설명한 프로브 측정 방법을 사용하여 출력 커패시터 또는 명시된 외부 커패시터에 걸쳐 배치됩니다.

과도 응답

과도 응답은 부하 변화로 인해 출력 전압이 변동할 수 있는 양을 말합니다. 부하가 변경되면 전원 공급 장치는 새로운 조건에 즉시 반응하지 못하고 저장된 에너지가 너무 많거나 부족해집니다. 초과 에너지나 에너지 부족은 출력 커패시터의 책임이며, 부하를 유지하기 위해 전하를 방출하여 전압이 감소하거나 초과 에너지를 저장하여 전압이 증가하게 됩니다. 여러 스위칭 주기를 거치면 전원 공급 장치는 부하가 필요로 하는 에너지만 저장하도록 조정되며, 출력 전압은 명목 값으로 돌아옵니다. 과도 응답을 측정할 때는 출력 전압이 명목 값에서 얼마나 벗어나는지, 회복하는 데 걸리는 시간, 또는 규정된 제한 밖으로 전압이 떨어지는 시간을 모두 관심 있게 봐야 합니다.
 
리플 및 노이즈와 달리, 부하 및 입력 전압으로 제한되는 조건에서 과도 응답은 측정에 영향을 미칠 수 있는 몇 가지 추가 조건이 있습니다. 중요하게 주의해야 할 조건은 적용된 부하 단계의 슬루 레이트, 시작 전류, 종료 전류입니다. 슬루 레이트는 과도 응답에 큰 영향을 미칩니다. 더 빠르게 부하가 변할수록 전원 공급 장치가 변하는 조건을 따라잡기 전에 출력이 더 크게 편차가 발생하기 때문입니다. 시작 및 종료 전류 레벨도 영향을 미칠 수 있습니다. 전원 공급 장치는 가벼운 부하에서 종종 다르게 작동하며, 이러한 영역 간에 교차하는 과도 현상은 단일 영역에서 발생하는 경우와는 다른 반응을 이끌어낼 수 있습니다. 시작 및 종료 전류와 슬루 레이트는 또한 전류가 변하는 시간을 결정하며 규정된 조건과 일치해야 합니다.
 
과도 응답 측정을 위해 사용자는 두 개의 오실로스코프 채널이 필요합니다. 첫 번째 프로브는 출력 핀이나 조정 지점 가까이에 있는 전원 공급 장치의 출력을 가로지르도록 하여야 합니다. 조정 지점에서 멀리 떨어진 곳에서 출력 전압을 측정하면 출력 배선의 전압 강하로 인해 두 로딩 상태 간에 DC 오프셋이 발생합니다. 두 번째 프로브는 전류 또는 과도 부하 변동과 동기화된 신호의 프로브여야 합니다. 이 프로브는 결과적으로 출력 전압 편차를 명확하게 볼 수 있도록 트리거로 사용됩니다.

결론

리플과 과도 현상은 전원 공급 평가의 일반적인 부분입니다. 오실로스코프로 이러한 특성을 측정할 때, 관련 신호의 왜곡을 피하기 위해 프로브 루프 면적을 최소화하는 것이 중요합니다. 적절한 프로브 측정 기술 외에도, 데이터시트가 이러한 측정을 명시한 조건을 알고 준수해야 비교가 유효합니다.
 
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