Full-bridge 토폴로지의 전력 컨버터는 소형이면서도 효율성과 비용 대비 효율성을 갖추어야 하는 통신 및 서버에 자주 사용되고 있지만, 그에 따른 복잡성은 높아지고 있습니다. 최초 프로토타입을 구축한 후에는 동기 정류기를 포함한 기본 스위치에 대한 스위칭 패턴을 모두 검증해야 합니다. 이와 같이 복잡한 검증에서는 스위칭 패턴을 올바르게 측정해야만 재난적 스위칭 패턴을 방지할 수 있습니다. 컨버터 스위칭 프로세스에서 예기치 않은 이벤트를 식별할 때에는 전문지식과 적절한 측정 툴이 필수입니다.
전력 컨버터 설계 프로세스를 시작할 때에는 시뮬레이션을 통해 동기 정류의 복잡한 Full-bridge 컨버터에서 스위칭 패턴에 대한 정보를 일차적으로 파악합니다. 다음 단계에서는 선택한 토폴로지로 1차 프로토타입을 구축합니다. 설계 관련 결정사항을 확인하고 컨버터가 실제 환경에서 동작하는 방식을 더 정확히 이해하기 위해서는 반드시 1차 프로토타입을 검증해야 합니다. 스위칭 패턴 검증은 설계 프로세스를 시작하기 전에 실시해야 합니다. 디지털 컨트롤러에 기반한 컨버터 설계는 소프트웨어를 사용해 스위칭 패턴을 구현하므로 검증이 필수적입니다. Full-bridge 컨버터는 스위칭 상태가 매우 복잡하므로, 널리 사용되는 4채널 오실로스코프로 동시에 모든 상태를 측정하는 것은 어렵습니다.
패턴을 순차적으로 측정하면, 이러한 측정값에는 실제 컨버터를 운용할 때의 측정값이 나타나지 않습니다. 순차적인 문서화도 매우 많은 시간이 소요되는 작업입니다. 동시에 8채널을 측정할 수 있는 기기는 훨씬 많은 오류를 파악할 뿐만 아니라 설계 프로세스의 속도를 단축해줍니다.
로데슈바르즈 솔루션
MXO 5 시리즈 오실로스코프는 8채널로 스위칭 패턴을 검증하는 데 필요한 관련 신호를 모두 표시하므로 이러한 측정에 최적입니다. 이 오실로스코프는 8채널과 자동화 기능으로 관련 채널 간 지연을 측정하고 통계값을 제공하며 스위치 간 최소 부동 시간을 보장합니다. 상승 시간, 하강 시간, 오버슈트, 기생 구성요소로부터의 불필요한 발진 등 모든 게이트-소스 전압 현상을 모두 평가해야 합니다.
애플리케이션
Full-bridge 토폴로지 및 동기 정류의 100 W 분리 DC/DC 컨버터가 컨버터 스위칭 패턴을 측정합니다. 전력이 48 V 입력 전압이 12 V 출력 전압 및 최대 8 A 출력 전류로 단계적으로 변환됩니다. 컨버터는 그림 1과 같이 소프트스타트 시퀀스가 완료된 후 정상 상태가 됩니다.
기기 셋업
정상 상태 시동 시퀀스 전에는 여러 작업을 완료해야 합니다.
스위칭 패턴 측정
셋업 후 DC 전원공급기를 켜서 측정을 시작합니다. 트리거가 유효한 조건(하강 엣지 트리거)을 탐지하는 즉시 파형이 나타납니다(그림 2 참조). 왼쪽 창에 변성기(기본 측) 전압과 전류(CH1, CH2)가 나와 있습니다. 오른쪽 상단 창에는 보조 측의 동기 정류기 상태(CH3, CH4)가 표시되어 있습니다. 모든 기본 스위칭 상태(CH5 - CH8)는 오른쪽 하단 창에 있습니다. 일반적으로 그림 1에 나와 있는 스위칭 패턴 이론이 그림 2의 측정 파형과 일치하므로 이 스위칭 패턴은 테스트를 통과한 것입니다.
패턴 검증 외에도, 기타 파라미터를 자세히 확인해야 합니다. 기본 레그를 켜기 전에는 반드시 동기 스위치를 꺼야 합니다. 최소 부동 시간을 측정하여 시스템의 재난적 단락을 방지할 수 있습니다. 두 가지 게이트 함수를 정의함으로써 지연 측정을 정의하여 관련 스위치 간 최소 부동 시간을 검증할 수 있습니다. 데드 타임 결과는 자동으로 측정되고 통계가 포함되며, SR1 동기 스위치에 대해 TSR1 = 264 ns를 산출하고 SR2 동기 스위치에 대해 TSR2 = 328 ns를 산출합니다.
상승 시간, 하강 시간, 기타 파라미터에 대한 추가적인 자동 측정 기능을 사용할 수 있지만, 그림 2에서는 활성화되지 않았습니다. 자동 측정을 통해 이러한 파라미터를 검증하고 컨버터 작동 조건에 대한 일반 스위칭 패턴도 검증할 수 있습니다. 측정 시에는 컨버터의 입력 전압 및 출력 전류가 달라질 수 있습니다.
8채널을 지원하는 MXO 5 시리즈 오실로스코프는 Full-bridge 컨버터의 복잡한 스위칭 패턴을 검증하는 데 최적의 제품입니다. 오실로스코프에서 파형을 자세히 분석할 수 있으며, 이 기능은 통계를 생성하는 자동 프로세스에 포함되어 있습니다. 복잡한 컨버터 설계를 담당하는 설계자는 이러한 기능으로 설계를 쉽게 하는 동시에 설계 프로세스를 더욱 빠르게 진행할 수 있습니다.
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