LLC 공진형 컨버터의 전원 켜기 동작 측정

목표

부하 변화 및 전원 켜기와 같은 다양한 조건에서 전력 컨버터를 확인하는 것은 실제 적용 사례에서 신뢰할 수 있는 작동을 보장하는 중요한 작업입니다. 돌입 전류와 전원 켜기 시간은 중요한 파라미터입니다. 돌입 전류가 특정 레벨을 초과할 경우 전기 설비 네트워크의 퓨즈가 나갈 수 있습니다. 전원 켜기 시간은 일반적으로 DC/DC 컨버터의 중요한 사양입니다.

T&M 솔루션

파워 컨버터의 일반적인 전원 켜기 시간은 다소 길 수 있습니다(종종 100 ms 이상). 대용량 메모리가 있는 오실로스코프는 그러한 긴 시간 간격을 캡처해야 하지만 스위칭 동작을 자세히 볼 수 있을 만큼 시간 분해능이 충분합니다. R&S®RTM3000, R&S®RTA4000, R&S®RTE1000 및 R&S®RTO2000 Oscilloscope는 최대 200메가샘플 또는 1기가샘플의 수집 메모리를 제공합니다. 유연한 확대/축소 기능과 자동 측정 기능이 결합되어 이러한 응용 분야에 적합합니다. LLC 공진형 컨버터의 스위칭 주파수는 약 100 kHz 범위에 불과하지만 스위치의 빠른 상승/하강으로 인해 높은 측정 대역폭이 필요합니다. R&S®RT-ZHD Probe와 같은 고전압 차동 프로브는 최대 200 MHz의 대역폭을 제공하므로 이러한 응용 분야에 적합합니다. 또한 오실로스코프와 관계없이 특히 높은 DC 오프셋 보상 범위를 제공하므로 DC 링크 리플 전압 측정에도 유용합니다.

측정 셋업

시판 중인 산업 응용 분야용 230 V ~ 24 V DC 전원 공급장치가 DUT(테스트 장치)로 사용됩니다. LLC 컨버터는 PFC(역률 보정) 스테이지와 실제 LLC 컨버터로 구성됩니다(아래 그림 참조).

R&S®RTO2000 오실로스코프를 사용하여 측정을 수행합니다. 결과가 아래 그림에 표시되어 있습니다. 2개의 R&S®RT-ZHD16 High Voltage Differential Probe를 사용해 Q1의 V_GS 및 V_DS(노란색 및 녹색)를 측정했습니다. 돌입 전류는 R&S®RT-ZC20B Current Probe를 사용해 측정했으며, 출력 전압은 R&S®RT-ZP10 Passive Probe를 사용해 측정했습니다(주황색 및 파란색). 전기 부하가 전달되는 출력을 조정합니다. 주파수 측정과 V_GS 시간을 비교한 결과가 보라색으로 표시되어 있습니다.

결과

레코드 길이가 길면 가동 동작과 연속 수행 모드로의 전환을 동시에 평가할 수 있습니다. 가동 단계 (2)에서 게이트 드라이버가 더 높은 주파수에서 시작되어(추적 기능을 사용해 보라색으로 표시됨) LLC 컨버터의 게인을 조정합니다. 그러나 게이트 드라이버의 컨트롤러가 간격을 삽입해 0에 가까운 스위칭 주파수로 표시됩니다. 돌입 전류(주황색)는 PFC 회로에 의해 제어되지만, 출력 전압은 이 단계 (4)에서 24 V(파란색)까지 증가합니다. 가동 단계 후에 안정 상태에 도달합니다. 시작 주파수 및 제어 루프 설계가 안전 상태에 도달하는 필요한 시간에 영향을 미칩니다.

연속 모드 (3)에서는 약 110 ms 후에 안정 상태에 도달하며 토템 폴의 주파수(하프 브리지) 스위칭 회로에 100 Hz 변조가 표시됩니다. 이는 DUT의 기본 정류기의 변동을 나타냅니다. 커패시터의 전하를 소비하는 동안 사인 반파가 감소하며 LLC 공진형 컨버터에 공급되는 전압이 줄어듭니다. 따라서 DUT 출력 시 일정한 DC 전압을 제공하기 위해 스위칭 주파수를 조정해 회로의 게인을 변경해야 합니다.

요약

파워 컨버터의 가동 동작을 분석하려면 비교적 긴 가동 단계와 고전압에서 안전하게 측정할 수 있는 프로빙 솔루션을 캡처하기 위해 대용량 메모리가 있는 오실로스코프가 필요합니다. 스위칭 시간이 종종 매우 짧으므로 측정 대역폭이 중요합니다. 하이사이드 스위치의 V_GS의 프로빙 지점은 공통 모드의 영향을 받습니다. 고전압 차동 프로브는 높은 CMRR(공통 모드 거부율)을 통해 이 영향을 억제해야 합니다. 자동 측정 기능과 추적 기능을 결합해서 사용하면 더 손쉽게 단일 이벤트(전원 켜기 등)를 분석하고 100 Hz의 내부 변화와 같은 "장기적인" 변화를 확인할 수 있습니다.