ECU(전자 제어 유닛)과 같은 전자식 시스템을 차량용으로 승인받기 위해서는 몇 가지 엄격한 인증 테스트를 통과해야 합니다. 예를 들어 ISO 16750‑2에 역극성 테스트가 지정되어 있습니다. 전자 모듈은 사양에 따라 특정 시간 동안 어떠한 손상도 없이 음의 공급 전압을 견딜 수 있어야 합니다. R&S®NGU401 SMU(Source Measurement Unit)는 이러한 작업에 최적일 뿐만 아니라 자동화된 테스트 기능을 제공합니다.
목표
차량용 배터리는 정비 또는 수리 등의 작업을 하는 동안 연결과 연결 끊기를 반복해야 합니다. 이때 역극성 배터리와 연결될 경우, 연결된 부품과 회로가 손상될 위험이 있습니다. 따라서 모든 전자 회로는 검증 시험 시 역전압 테스트를 통과해야 합니다. ECU 또는 조명 제어 유닛과 같은 전자 모듈을 음 전압에 60초 이상 연결해야 하며, 테스트 이후 모듈에 역전압으로 인한 어떠한 손상도 발생하지 않아야 합니다. 이 시험은 I 및 III 쿼드런트에서 작동하여 전자 모듈에 전력을 공급하고 음의 전압 및 전류를 적용할 수 있는 전원공급장치가 필요합니다. 또한, 전자 모듈을 검증하는 데 적절한 합격/불합격 기준이 필요합니다.
음의 전압을 제거한 후에도 전자 회로가 손상되지 않았음을 판단하기 위해 공급 전압 및 전류를 정확히 측정하는 것이 적절한 방법입니다. 테스트 전후 및 테스트 도중에 전압과 전류를 매우 정밀하게 측정하면 전자 회로의 오작동 또는 손상을 매우 간단히 탐지할 수 있습니다. 전자 모듈에 대한 복잡한 기능 테스트는 필요하지 않습니다. 특히 생산 환경에서 사용할 경우 애플리케이션에서 자동화된 테스트가 가능해야 합니다.
로데슈바르즈 솔루션
R&S®NGU401 SMU(Source Measure Unit)는 I 및 III 쿼드런트에서 작동할 수 있기 때문에 표준에 따른 역전압 테스트를 수행하는 데 최적의 장비입니다. 이 기기는 정상 작동 중 전자 모듈에 전원을 공급하고 음의 전압 및 전류를 60초 이상 적용할 수 있으며, 양의 전압이 돌아올 때 정상 작동으로 복귀할 수 있습니다. 테스트 시퀀스는 예를 들어 내부 임의 발생기를 사용하여 정의하거나 외부에서 프로그래밍한 다음 원격 제어로 적용할 수 있습니다.
측정된 전압과 전류는 외부 테스트 스크립트에서 간단한 합격/불합격 기준으로 적용할 수 있습니다. R&S®NGU401은 또한 전압 및 전류 획득 시 최대 500 ksample/s의 빠른 로깅 기능을 제공합니다. 높은 샘플링 레이트로 더욱 자세한 분석이 가능합니다. 외부 툴을 사용해 시간 경과에 따른 전압과 전류의 도표를 그릴 수 있습니다. 이 기기는 모든 기능을 원격 제어할 수 있어 자동화 테스트를 지원합니다.
N-채널 MOSFET 및 다이오드 컨트롤러를 기반으로 하는 보호 회로 탑재 역전압 테스트 셋업
애플리케이션
기본적으로 역 배터리 전압 테스트는 반도체 기기에 대한 역전압 특성 테스트와 매우 유사합니다.
배터리 역전압 보호 회로의 일반적 구현
배터리 역전압 테스트를 수행하기 위한 보호 회로는 다양한 방식으로 구현할 수 있습니다. 간단한 다이오드를 이용하는 방식, P-채널 MOSFET를 이용한 단독 솔루션 또는 N-채널 MOSFET을 결합한 다이오드 컨트롤러를 이용하는 방식이 매우 일반적입니다.
N-채널 MOSFET과 함께 다이오드 컨트롤러를 이용할 경우 가장 낮은 역 전류가 발생합니다. 단, 이 솔루션은 역 모드에서 몇 nA 미만의 전류를 측정할 수 있어야 합니다.
사례 연구
Python 스크립트를 기반으로 전압 및 전류 측정을 포함한 역전압 테스트의 전체 과정을 자동 수행하였습니다. 자동 테스트 기능을 사용하면 애플리케이션으로 개발 프로세스를 지원할 수 있을 뿐만 아니라 애플리케이션을 생산에 이용하는 것도 적합해집니다. 다이오드 컨트롤러에 기반한 역전압 보호 회로 평가 보드를 로드된 벅 컨버터와 결합해, 보호 회로가 탑재된 ECU를 시뮬레이션했습니다.
역전압 및 전류 측정
Python 스크립트가 실행되면 적용된 전압 파형과 측정된 전류가 표시된 창이 열립니다. 음의 전압이 적용된 시간 동안 전류가 약 3.6 μA것으로 나타났습니다. 이 값은 데이터 시트 사양에 따라 MOSFET에 대해 허용되는 역전류에 해당합니다. 뿐만 아니라 음의 전압을 제거한 후 작동 전류가 음의 전압을 저굥하기 전에 측정한 값과 가깝습니다. 이 DUT는 시험을 통과하였습니다.
요약
R&S®NGU401 SMU(Source Measure Unit)는 자동차 애플리케이션용 역 배터리 전압 보호와 같은 요구사항을 검증하기에 이상적입니다. R&S®NGU401은 4-쿼드런트 작동, 매우 정확한 전압 및 전류 측정, 빠른 로깅 기능을 지원하므로 제품 테스트를 최대한 간단히 수행할 수 있습니다. R&S®NGU401은 또한 원격 제어 기능을 제공해 자동화된 테스트가 가능합니다.
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