펄스 폭 변조 신호 분석

목표

PWM(Pulse width modulation)은 고정 주파수에서 스위치 모드 전원공급장치를 효율적으로 구동하기 위해 사용되는 일반적인 기술입니다. 산업 제어 시스템, 전력전자 장치, 디지털 통신 등 다양한 전원공급장치에 이 기술이 적용됩니다. PWM은 클래스 D 오디오 증폭기 등의 D/A 컨버터, DC 모터의 VFD(Variable Frequency Drive)와 3상 모터 드라이브 등의 DC/DC 전원공급장치 및 인버터 설계를 위해 널리 사용되는 기술입니다. 특히 브리지 또는 다상 모터 드라이브의 차동 신호는 양극형 펄스와 이중 펄스 특징을 보여주며 개발 및 테스트를 수행하는 엔지니어에 도전 의식을 북돋고 있습니다.

로데슈바르즈 솔루션

고해상도 PWM 신호 이미지를 얻는 빠르고 쉬운 방법은 오실로스코프의 Persistence 표시 기능을 활용하는 것입니다. Persistence를 사용하면 신호에서 처리 중인 펄스 폭 유형에 대한 개요를 확인할 수 있습니다. 또한, 컬러 그레이딩을 통해 파형 활동이 가장 활발한 위치도 파악할 수 있습니다.
하지만, Persistence와 컬러 그레이딩이 분석 측면의 통찰력을 제공하지는 않습니다. Width와 주기가 함께 변조됩니까? 변조 주기가 얼마나 자주 반복됩니까? 각 값에 몇 개의 Width가 발생합니까? 이러한 정보는 전원공급장치, 프로세서의 공급 전압, 또는 배터리 충전기에 사용되는 벅 컨버터 등의 다양한 전자 모듈을 개발하는 데 필수적입니다.
그리고 이와 관련한 정보를 얻으려면 더욱 통찰력있는 분석 기법이 필요합니다.
R&S®RTM3000 및 R&S®RTA4000 오실로스코프가 제공하는 추적 기능은 PWM 신호를 복조하고 추적 파형의 기본 변조 신호를 추출합니다. 추적 파형은 수집 중에 기록된 시간 순서의 측정값으로 구성됩니다. 이 분석 도구는 시간 대비 정해진 값에 대한 결과를 그래프로 표시하여, 상대적으로 오랜 시간 동안 측정할 때에도 PWM 파라미터가 어떻게 변했는지 알기 쉽게 보여줍니다. 덕분에 PWM 레귤레이터/컨트롤러의 정확한 추적 및 선형성 평가가 가능합니다.
또한, 산술 능력이 결합된 R&S®RTM3000 및 R&S®RTA4000 추적 기능 기준을 통해 복조 신호의 상위(단극형) 및 하위(양극형) 임계값을 정의할 수 있습니다.

산술 기능에는 다음의 추적 분석이 표준으로 포함됩니다.

• 추적: 기간(단극형 및 양극형)
• 추적: 주파수(단극형 및 양극형)
• 추적: 펄스 폭(단극형 및 양극형)
• 추적: 듀티 사이클(단극형 및 양극형)

측정 셋업

우수한 프로빙이 정확한 PWM 측정 여부를 결정합니다. 대부분의 오실로스코프는 10:1 패시브 프로브를 기본으로 제공합니다. 하지만 기본으로 제공되는 10:1 패시브 프로브로는 접지가 불가능한 두 신호 간의 차이 측정 등 유용한 접지 기준점을 검색하지 못할 수도 있습니다. 따라서 이러한 경우에는 R&S®RT-ZD10과 같은 차동 프로브 사용이 권장됩니다. 애플리케이션 및 환경에 따라 전압 설정이 변경되며 최대 kV 범위까지 전압을 사용할 수 있습니다. R&S®RT-ZHD Probe는 최대 6kV의 전압을 제공하도록 설계되었으며, 이러한 환경에 가장 적합한 프로브입니다.

기기 설정

오실로스코프를 테스트 회로에 연결한 다음, 오실로스코프 애플리케이션 대화상자를 이용하여 다양한 복조 유형을 포함하는 추적 탭에 접속합니다.

• PWM 기술에 따라 다른 유형의 복조 공식이 사용됩니다
  • PWM(단극형 및 양극형), PDM(단극형 및 양극형), 인버터, DC 모터, 3상 모터, PWM - RGB LED(스크린 캡처 왼쪽 하단 참고)를 선택합니다.
• 선택한 복조 유형에 따라 오실로스코프가 트리거 조건의 극성을 설정하고 산술 메뉴에서 추가로 사용자 설정을 조정할 수 있습니다.
• 사용자 설정에는 주기에 따른 추적, 주파수, 펄스 폭 또는 듀티 사이클 등 변조 분석이 포함됩니다.
• 단극형 추적을 위한 UL(Upper Threshold) 및 양극형 추적을 위한 LL(Lower Threshold)을 설정합니다.
• 개별 임계값은 레벨 및 히스테리시스 설정값으로 구성되며, 필요에 따라 조정이 가능합니다.
  • 상승단 및 하강단을 선택하고 주파수 및 주기의 "On Edge" 및 "Off Edge" 설정과 "On Duble Pulse" 및 "Off Double Pulse" 설정을 선택할 수 있습니다.

측정 결과

Math 메뉴의 Track 기능을 사용하면 PWM 신호를 복조하고 Math Trace로 추가적인 파형을 표시할 수 있습니다. 최대 5개의 Track 커브를 동시에 표시할 수 있으며,
추출한 파형을 바탕으로 추가 분석을 시행할 수 있습니다. R&S®RTM3000 및 R&S®RTA4000의 Track 기능을 사용하면 Track 파형에 각 커서를 설정할 수 있고 이용 가능한 모든 Math 옵션을 적용할 수 있습니다. 또한, Track 파형에서 RMS 또는 주파수(회전 주파수에 대한 정보) 등 사용 가능한 모든 측정값을 적용하고 각 측정값에 대한 통계적 평가를 확인할 수 있습니다.
측정 및 분석 단계를 수행한 후에는 변조 주기 반복 회수 또는 각 값에 대해 발생한 폭 횟수 등에 대한 자세한 정보를 얻을 수 있습니다. 이 정보를 사용하여 제어 알고리즘에서 오류를 찾고, 제어 행동을 살펴보거나 시작 및 종료 동작을 관찰하십시오. 이를 통해 PWM 신호에서 어떤 일이 발생하고 있는지 광범위하게 이해할 수 있습니다.
스크린샷, 파형, 통계 또는 전체 설정을 USB 장치 또는 LAN을 통해 PC에 빠르게 저장하고 보고용 자료를 쉽게 만들 수 있습니다.

요약

R&S®RTM3000 및 R&S®RTA4000 Oscilloscope의 Track 기능은 다양한 애플리케이션에서 시간에 따라 변화하는 PWM 신호를 표시하는 데 유용합니다.

각 신호 주기의 PWM 신호에 대한 자세한 정보와 함께 예상치 못한 이상 신호를 보여줍니다. R&S®RTM3000 및 R&S®RTA4000은 추가 측정 기능, 10비트 ADC, 딥 메모리 및 세그먼트 메모리와 결합하여 비용 효율적이고 시간을 절약하는 솔루션을 제공합니다. 두 모델 모두 D/A 컨버터, DC/DC 전원공급 장치 및 인버터, DC 모터와 3상 모터 드라이브의 VFD 등을 설계하는 엔지니어에게 유연성을 제공합니다.