전원 공급기 제어 루프 응답(Bode 플롯) 측정 | 키사이트 Keysight

전원 공급기를 측정하고 특성 분석할 때 사용되는 기본 측정 툴은 오실로스코프입니다. 키사이트테크놀로지스 InfiniiVision X-시리즈를 포함해서 오늘날의 많은 스코프가 대부분의 중요한 측정들을 자동화할 수 있는 특별한 전력 측정 옵션을 제공합니다. 키사이트 측정 포트폴리오의 독특한 점은 제어 루프 응답(Bode)과 PSRR(Power Supply Rejection Ratio)을 포함한 주파수 응답 측정입니다. 이 특별한 자극-응답형 측정은 일반적으로 낮은 주파수 네트워크 분석기를 사용해서 수행되지만, 키사이트 InfiniiVision X-시리즈 오실로스코프는 내장 펑션/임의 파형 발생기와 함께 제공되기 때문에 자극-응답형 측정을 수행할 수 있습니다.

제어 루프 응답(Bode)

전원 공급기는 음의 피드백 제어 루프를 포함한 앰프입니다. 즉, 전원 공급기를 DC 앰프로 생각할 수 있지만, 실제로는 부하 변화 같은 출력 조건의 변화에 반응하기 위해 AC를 증폭합니다.

제어 루프 응답 테스트를 수행하려면 제어 루프의 피드백 경로에 일정 주파수 대역의 에러 신호를 주입해야 합니다. R1과 R2의 저항 분배기 네트워크가 이 다이어그램의 피드백 경로입니다. 에러 신호를 주입하려면 작은 저항기를 피드백 루프에 삽입해야 합니다. 이 회로도에 표시된 5Ω주입 저항기는 R1과 R2의 직렬 임피던스에 비하면 대수롭지 않기 때문에 테스트를 위해 이 낮은 값의 주입 저항기(Rinj)를 영구적으로 설계하는 것을 고려할 수도 있습니다. AC 교란 신호를 분리하고 어떤 DC 바이어스도 유도하지 않기 위해 Picotest의 J2101A 같은 주입 변압기도 필요합니다.

측정 시스템(이 경우, 내장 WaveGen 펑션/AWG 발생기를 포함한 InfiniiVision X-시리즈 오실로스코프)은 피드백 네트워크의 상단(Vin)뿐만 아니라 전원 공급기의 Regulated DC 출력(Vout)에서도 AC 전압 레벨을 측정합니다. 이때 스코프는 스웹트 대역 내 각 주파수에서 이득을 20Log(Vout/Vin)로 계산합니다. 또한 Vin과 Vout 간의 위상차도 동시에 측정됩니다.

입력 및 출력 프로빙

제어 루프 응답 측정을 위해 뛰어난 프로빙 기법이 필요한 경우가 많습니다. Vin과 Vout의 피크 투 피크 진폭은 일부 테스트 주파수에서 매우 낮을 수 있으며 스코프의 노이즈 플로어에 묻히거나 DUT 자체의 스위칭 노이즈에 묻히는 경우가 많을 것입니다. 측정의 신호-노이즈 비율(SNR)을 증가시키면 주파수 응답 측정의 동적 범위가 개선됩니다. 대부분의 스코프가 10:1 패시브 프로브를 기본으로 제공하지만 1:1 패시브 프로브를 사용하면 스위칭 노이즈의 효과를 감소시킬 수 있기 때문에 SNR을 개선할 수 있습니다. 키사이트테크놀로지스는 N2870A 35 MHz 대역폭 1:1 패시브 프로브를 권장합니다.

프로브의 접지 연결 길이를 감소시키는 것도 도움이 되는데 프로브의 기본 접지 리드는 스위칭 노이즈 근처에 있을 때 안테나 역할을 할 수도 있습니다. Vin과 Vout 테스트 포인트 근처에 접지 포스트가 있을 경우 긴 접지 리드뿐만 아니라 프로브 그래버 어셈블리도 제거하고 접지되어 있는 프로브 배럴을 접지 포스트에 기대 놓을 수 있습니다. 근처에 접지 포스트는 없지만 PCB에 가까운 접지 포인트가 있을 경우 패시브 프로브와 함께 제공되는 스프링 접지 클립 액세서리를 사용해서 짧은 접지 연결을 할 수 있습니다. 또 다른 옵션은 PCB에 프로브 소켓을 설계하는 것으로, 이렇게 하면 절대적으로 최고인 낮은 노이즈 접지 연결을 할 수 있으며 핸즈 프리 프로빙도 가능합니다.

제어 루프 응답 측정 수행

이 측정에서 사용된 절연 변압기는 Picotest N2101A 주입 변압기이며 이 SMPS 설계에는 제어 루프의 피드백 경로에 5Ω션트/주입 저항기가 설계되어 있습니다.

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