MOSFET의 RDS(on)는 스위칭 모드 전력 공급 애플리케이션에서 전도 손실을 확인하기 위한 주요 매개변수이므로 특별한 주의가 필요합니다. 스위칭 MOSFET이 꺼진 경우 드레인-소스 전압이 높지만 켜진 상태에서는 전압이 불과 몇백 밀리볼트로 떨어지게 됩니다. 이와 같이 낮은 전압을 측정하기 위해서는 고분해능 오실로스코프가 필요합니다. 정확한 RDS(on) 계측을 위해서는 프로브 보상과 올바른 프로빙도 반드시 필요합니다.
인버스 모드에서 작동하는 MOSFET의 RDS(on)를 계산하려면 드레인 전류와 드레인-소스 전압을 측정해야 합니다. 하지만 Off 상태에서 높은 드레인-소스 전압과 피크 성분으로 인해 일반적인 8비트 분해능의 일반적인 오실로스코프로는 On 상태에서 상대적으로 작은 드레인-소스 전압을 측정하기 어렵습니다. 또한 부적절한 프로브 보상과 잘못된 프로빙 기법에서도 신호가 크게 왜곡되기 때문에 오실로스코프가 필요한 다이내믹 레인지를 제공하는 경우에도 계측 결과가 틀릴 수 있습니다.
R&S®RTO/R&S®RTE 디지털 오실로스코프, R&S®RTO-K17/R&S®RTE-K17 소프트웨어 옵션 및 올바른 프로빙 기법을 사용하면 높은 다이내믹 레인지 조건에서 RDS(on)에 대한 드레인-소스 전압을 측정할 수 있습니다. 디지털 로우패스 필터링으로 최대 16비트의 수직 분해능을 적용할 수있어 노이즈가 감소되고 신호 대 잡음비는 향상됩니다. 사용자는 1GHz ~ 10kHz(10비트 ~ 16비트)로 대역폭(선택 가능한 대역)을 제한할 수 있습니다. 이로 인하여 전력 공급 애플리케이션에서 드레인-소스 전압과 같이 노이즈에 묻혀버릴 수 있었던 작은 신호를 자세히 볼 수 있습니다.
정확한 계측을 위한 올바른 프로빙 기법 및 프로빙 보상
고주파수 구성 부품으로 신호를 측정할 경우 프로빙 연결(신호 및 접지 연결)로 형성된 "루프"를 가능한 짧게 유지하는 것이 프로빙의 핵심입니다. R&S®RT-ZP10 수동 프로브의 스프링 장착 팁과 스프링 유형의 접지 접점을 함께 사용할 경우 계측 신호에서 노이즈와 간섭의 결합이 최소화된 안전한 접점을 제공합니다. 따라서 MOSFET 핀과 본체에 직접 프로빙할 수 있습니다. 고분해능 계측에는 정확한 프로브 보상도 매우 중요합니다. 부적절하게 보상된 프로브에서는 계측 오류가 발생하여 판독이 부정확해지고 여기에 제안된 차동 계측에도 영향을 미칠 수 있습니다. 접지한 MOSFET 핀이 없는 계측의 경우 액티브 디퍼렌셜 프로브를 사용해야 합니다. R&S®RT-ZD10 1GHz 액티브 디퍼렌셜 프로브는 프로브의 전압 범위를 70V DC/46V AC(피크)로 확대하는 10:1 감쇠기가 기본 제공되므로 특히 유용합니다.
R&S®RTO-K17/R&S®RTE-K17 고분해능 옵션은 사용자가 R&S®RTO/R&S®RTE 디지털 오실로스코프의 분해능을 매우 유연하게 높일 수 있습니다. 소프트웨어 옵션인 디지털 필터링을 사용하여 오실로스코프 분해능을 높입니다. 최대 16비트의 분해능이 가능하여 매우 높은 다이내믹 레인지 조건에서도 자세한 분석이 가능합니다. 고분해능 모드를 몇 단계로 빠르게 설정할 수 있습니다.
선택한 대역폭은 필요한 분해능을 얻을 수 있을 만큼 낮아야 하지만 필터링으로 인한 신호 왜곡을 최소화할 수 있을 만큼 높아야 합니다. 적절한 계측 대역폭은 사례별로 결정해야 합니다.
이와 같이 다른 전압 레벨에서 측정하기 위해서는 올바른 결과를 얻기 위한 추가 단계가 필요합니다. RDS(on)를 계산하기 위해 MOSFET의 드레인-소스 전압을 단순히 드레인 전류로 나눌 경우 더 이상 오실로스코프의 오프셋 정확도로는 충분하지 않습니다. 또한 MOSFET의 드레인 핀을 통해 전류를 측정하는 데 전류 프로브를 사용할 경우에는 드레인 전류의 AC 구성 요소만 측정할 수 있습니다. 따라서 오실로스코프에서 측정한 전류는 DC 오프셋이 있습니다.
이 문제는 MOSFET이 On 상태일 때 드레인 전류가 특정 시간 간격 동안 일정하거나 거의 일정한 기울기로 나타난다는 사실을 활용하여 해결할 수 있습니다. 따라서 고분해능 모드에서 RDS(on)를 계산할 때에는 다른 방법을 사용하는 것이 좋습니다.
스크린샷은 측정 결과를 보여줍니다.
R&S®RTO-K17/R&S®RTE-K17 고분해능 옵션에서는 일반적인 8비트 오실로스코프의 노이즈에 묻힐 수 있는 자세한 신호를 측정할 수 있습니다. 측정된 신호가 높은 다이내믹 레인지를 나타내는 스위치 모드 전력 공급 애플리케이션에서는 RDS(on)와 같은 매개 변수를 측정할 수 있습니다. 프로빙 기법과 프로브 보상에 따라 측정 결과에 큰 오류가 포함될 수 있으므로 올바른 프로빙 기법과 정확한 프로브 보상을 사용하도록 주의해야 합니다. 정확하게 측정할 수 있도록 다양한 조건에서 측정을 수행하여 이와 같이 높은 다이내믹 측정의 결과를 검증하는 것이 좋습니다.
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