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오실로스코프가 있는 전원 공급기에서 정확한 전압 측정을 위한 프로빙 기법


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자료제공/누비콤


이 애플리케이션 노트는 프로브 선택 및 애플리케이션과 관련된 오실로스코프를 사용하여 전력 변환기에서 정확한 전압 측정을 수행하기 위한 고려 사항 및 기술을 설명한다. 여기에는 DC 전원 공급 장치의 AC 리플 측정과 MOSFET의 스위칭 손실 측정을 위한 차동 프로브 선택의 두 가지 예가 포함되어 있다.

패시브 프로브

오실로스코프와 함께 표준 액세서리로 제공되는 프로브는 전력 측정에 적합하지 않을 수 있다. 거의 모든 오실로스코프에는 10X 감쇠 패시브 프로브가 함께 제공된다. 이러한 유형의 프로브는 광범위한 응용 분야에서 측정을 수행하는 데 유용한 범용 도구이다. 가장 광범위한 응용 분야를 포괄하기 위해 이 유형의 프로브는 일반적으로 DC~500MHz의 정격이며 일반적으로 최대 수백 볼트까지 측정 할 수 있다.
전력 변환 설계를 수행하는 사용자는 때때로 이러한 범용 프로브를 전력 측정에 사용하려고 시도하지만 이러한 유형의 애플리케이션을 위해 특별히 설계된 다른 프로브가 훨씬 더 나은 선택이 될 수 있는 몇 가지 이유가 있다.

정확한 측정이 중요한 이유

전반적인 목표는 일반적으로 전력 변환 효율을 높이거나 다른 방법으로 설계 손실을 줄이는 방법을 찾는 것이다. 대부분의 전력 변환 손실은 열로 변환되어 전체 전력 소비뿐만 아니라 배터리 수명, 방열판 크기 및 경우에 따라 냉각 팬의 필요성과 같은 다른 설계 목표에도 영향을 미쳐 비용을 추가하고 잠재적으로 신뢰성을 떨어 뜨린다. 손실이 감소된 보다 효율적인 설계에는 많은 이점이 있다.

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[그림 1] 전력 변환 비효율로 인한 손실

손실 원은 전력 변환기의 거의 모든 하위 섹션에서 발견 될 수 있으며, 주요 관심 분야는 종종 스위칭 반도체, 자기 및 정류기이다. 낮은 자릿수 백분율 값과 백분율의 성능 향상은 의미가 있을 수 있다. 그러나 이러한 작은 성능 향상을 정확하게 평가하고 측정하려면 가장 정확한 측정이 중요하다.
프로브 선택은 1단계이다. 전력 측정시 정확도는 프로브 팁에서 시작된다. 작업에 적합한 프로브를 선택하는 것이 중요하다. 측정 정확도와 사용자 안전에 영향을 줄 수 있는 몇 가지 요소가 있다.
접지 참조 또는 플로팅 측정을 하고 있는가? 모든 전압 측정은 본질적으로 차동 측정이다. 측정 할 테스트 포인트가 장비 접지를 참조하면 상황이 약간 단순화된다. 오실로스코프 섀시는 접지에 연결되어 있기 때문에 이러한 테스트 지점에서의 전압 측정은 그림 2와 같이 단일 종단 프로브를 사용하여 안전하게 접지 할 수도 있다.

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[그림 2] 접지 참조 테스트 지점에서의 단일 종단 전압 측정

그러나 대부분의 경우 전력 변환기의 측정은 양쪽의 전위가 높고 접지 참조가 불가능한 테스트 지점에서 수행해야 한다. 이러한 경우 차동 프로브는 측정 정확도를 위한 명확한 선택 일뿐만 아니라 안전을 위해 최선의 선택 일 수도 있다.

전압 프로브 사양 및 선택 기준

(1) 대역폭/상승 시간
대역폭이 충분하지만 필요 이상으로 프로브를 선택하라. 일반적으로 가장 빠른 신호 속도의 5배이다. 참고로 많은 전원 공급장치 신호는 복잡하며 기본 주파수보다 수십 배 높은 주파수 값을 가진 스펙트럼 구성 요소를 포함한다. 대역폭에 대한 좋은 경험 법칙은 시스템에서 가장 빠른 에지를 선택하고 방정식을 사용하는 것이다.

(2) 감쇠/전압 범위
신호를 스코프의 다이나믹 레인지로 가져 오는데 필요한 최소한의 감쇠로 프로브를 선택하라. 각 범위의 다이나믹 레인지는 전면 패널 또는 사용 설명서에서 찾을 수 있다. 신호를 과도하게 감쇠 시키면 신호가 오실로스코프의 노이즈 플로어로 내려 가서 관심 있는 신호를 볼 수 없게 된다.

(3) 프로브 로딩
프로브 로딩은 특히 높은 주파수와 빠른 상승 시간에서 측정 및 회로 성능에 영향을 줄 수 있다. DUT에 대한 영향을 최소화하려면 낮은 정전 용량과 높은 저항이 바람직하다.

(4) 연결 액세서리
고품질 측정을 수행하고 DUT의 무결성을 보장하려면 DUT에 연결할 적절한 리드, 팁 및 클립이 있어야 한다.

(5) 오실로스코프와의 호환성
가능하면 오실로스코프와 함께 사용하도록 설계된 프로브를 선택한다. 오실로스코프와 프로브 간의 지능적인 통신을 통해 스케일링, 단위, 오프셋 및 종료를 자동으로 선택할 수 있으며 다른 이점도 있다.

전압 측정 결과 개선을 위한 팁

(1) 접지 리드선을 가능한 짧게 유지
싱글 엔드 프로빙의 경우 프로브 팁을 다른 테스트 지점으로 이동할 때 편의를 위해 긴 접지 리드를 사용하는 것이 좋다. 그러나 접지 리드에는 인덕턴스가 분산되어 있어 프로브의 입력 커패시턴스와 상호 작용하여 일부 주파수에서 링잉이 발생한다. 이 효과는 피할 수 없지만 최소화 할 수 있다. 접지 리드의 길이가 길어지면 인덕턴스도 증가하고 측정 된 신호는 더 낮은 주파수에서 울림을 유발한다.
그림 3은 단순화 된 등가 회로에서 접지 리드 인덕턴스의 배치를 보여주고 그림 4는 상승 에지에 미치는 영향을 보여준다. 접지 리드는 안테나 역할을 하여 자기 및 용량 성 노이즈 커플 링을 유발할 수 있다.

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[그림 3] 일반적인 패시브 프로브 입력 임피던스에 대한 단순화 된 모델

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[그림 4a 및 4b] 오른쪽 그림은 긴 접지 리드로 인한 인덕턴스의 영향을 보여준다.

스위칭 부품 근처에서 리플과 같은 저레벨 전압을 측정 할 때 특히 문제가 될 수 있다. 또는 전력 변환기의 변압기. 링잉 및 노이즈 픽업을 줄이려면 중요한 측정에 가능한 가장 짧은 접지 리드를 사용하라. 차동 프로브의 경우와 마찬가지로 리드 길이도 중요하다. 커플 링 및 노이즈 픽업을 최소화하기 위해 리드를 가능한 짧게 유지하는 것과 동일한 주의가 적용된다. 긴 입력 리드를 사용해야 하는 경우 커플 링 된 노이즈를 줄이기 위해 두 리드를 꼬아 두는 것이 좋다.

(2) DC를 제거하여 해상도 향상
DC 신호(리플 또는 PARD) 위에 있는 저전압 AC 신호 측정은 가장 일반적인 전력 변환기 측정 중 하나이다. AC 신호를 정확하게 측정하려면 DC 부분을 제거해야 한다.

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[그림 5] 오실로스코프 입력 증폭기의 AC 커플 링

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[그림 6] 오실로스코프 입력 증폭기에서 DC 오프셋 추가

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[그림 7] 프로브에 DC 오프셋 추가

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[그림 8] TDP1000 디퍼런셜 프로브의 자동 DC 오프셋 보상

(3) AC 커플 링 사용
패시브 프로브를 사용하는 경우 오실로스코프의 AC 커플 링 기능을 사용하여 입력에서 DC 구성 요소를 차단하고 AC 신호 만 표시 할 수 있다. AC 커플 링(또는 ‘DC 블록’)은 커패시터를 오실로스코프의 입력 경로에 삽입하여 작동한다. 그러나 이 방법에는 모든 DC 신호 구성 요소(저주파 드리프트)를 차단하는 등 몇 가지 단점이 있다.

(4) DC 오프셋 사용
일부 오실로스코프는 DC 부분을 제거하는 데 사용할 수 있는 내부 증폭기에 내장 DC 오프셋을 제공한다. 파형의(그림 6). 일부 활성 프로브는 그림 7과 같이 프로브 입력 증폭기에서 DC 오프셋을 제공한다. TPR4000 파워 레일 프로브는 ±60V의 DC 오프셋을 지원한다. TDP1000과 같은 몇 가지 차동 프로브에는 그림 8과 같이 능동 오프셋 보상 기능이 있다. 오프셋 방법을 사용하면 일부 DC 레벨의 변화를 볼 수 있으므로 AC 커플 링을 사용하는 것보다 DC 오프셋을 사용하는 것이 좋다.
측정 된 신호의. 또한 신호 경로의 시작 부분에서 DC 전압 구성 요소를 제거하면 오실로스코프 입력의 전체 동적 범위가 유지된다. 차동 프로브의 경우 프로브의 CMRR(Common-Mode Rejection Ratio) 사양을 주목하는 것이 중요 할 수 있다. 이 사양은 DC 구성 요소를 포함하여 두 입력에 공통적 인 신호를 거부하거나 무시하는 기능을 나타낸다.

(5) 전압 정격, 범위 및 감쇠 계수에 대한 추가 정보
프로브를 측정 작업에 올바르게 맞추려면 측정 할 신호의 대략적인 크기를 알아야 한다. 신호가 프로브의 정격 전압을 초과하지 않는 경우 범용 패시브 프로브가 측정에 적합 할 수 있다. 텍트로닉스 오실로스코프와 함께 표준 액세서리로 제공되는 많은 패시브 프로브는 500VRMS로 평가되며 종종 10 : 1 감쇠 계수를 갖는다.
이 프로브는 스코프의 전압 범위를 증가시키고 상대적으로 높은 대역폭을 제공하기 때문에 많은 일반 전자 측정에 적합하다. 테스트 지점의 전압이 접지에 비해 <500 VRMS이고 전압이 수백 밀리 볼트 이상인 경우 이러한 기본 측정에 이러한 프로브를 사용할 수 있다.
그러나 수십 밀리 볼트에서 저레벨 신호를 측정하는 경우 1 : 1(1X) 프로브가 신호를 많이 감쇠시키지 않기 때문에 더 나은 선택 일 수 있다.
따라서 스코프의 노이즈 플로어로 신호를 아래로 푸시하지 않다. 감도 측면에서 이러한 이점은 프로브의 제한된 대역폭(일반적으로 약 15MHz)으로 상쇄된다. 이 대역폭이 측정에 충분하지 않은 경우 수동 2X 프로브가 더 나은 대안이다.

리플 측정 어플리케이션

설계 엔지니어가 전원 공급 장치 노이즈로 어려움을 겪고 있었다. 그는 3.3V 전원을 프로브 해야 했지만 사용하고 있는 범용 10X 프로브는 작은 리플 전압을 볼 수 있을 만큼 충분한 감도를 제공하지 못했으며 파형에 존재하는 주기적인 노이즈를 트리거 할 수 없었다.
리플 전압에서 노이즈를 분리하는 것은 중요한 문제 일 수 있으며 이러한 종류의 측정에는 감쇠가 적은 프로브가 필요하다. 그림 9의 파형을 고려하라. 노란색 트레이스는 분할당 10mV의 가장 낮은 수직 설정으로 조정 된 10X 프로브 이며 파란색 파형은 2X 프로브. 2X 프로브는 분할당 2mV의 최저 수직 설정으로 조정할 수 있다. 전원 공급 장치의 출력은 3mV의 리플이 있는 신호를 생성하며 10X 감쇠의 프로브가 이 저전압 측정에 효과적이 지 않은 이유는 분명하다.

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[그림 9] 2X 프로브 (파란색)와 10X 프로브 (노란색)로 측정 된 3.3V 전원

설계 엔지니어는 이러한 유형의 저전압 측정을 위한 저 감쇠 프로브의 이점을 이해했으며 이 작업에 적합한 TPP0502 패시브 프로브를 선택했다. 엔지니어는 2X 프로브의 유용성에 대해 다음과 같이 말했다.
“신호를 AC 커플 링하고 프런트 엔드를 통과하는 25kHz 리플을 찾는 것은 매우 간단한 문제였다. 액티브 프로브로 동일한 측정을 수행하면 필요한 오프셋을 파악하고 다이얼링 해야 한다. 또한 300V CAT II 정격으로 인해 인접한 고전압 라인 중 하나를 실수로 만질 염려가 없었다. 전원 공급 장치, 대역폭이 충분하기 때문에 전원 공급 장치에서 필터링 성능을 향상시키는 다른 스파이크도 볼 수 있었다.”
그림 10은 스코프의 수직 감도가 2mV/div로 설정되고 입력 채널이 AC 커플 링으로 설정되고 스코프의 획득 모드가 단일 샷으로 설정된 3.3V 전원 공급 장치 노드를 조사하는 TPP0502의 플롯이다. 백색 기준 트레이스는 잡음이 수직 채널로 누출되는 전원 공급 장치이며, 황색 트레이스는 더 나은 동작을 나타내는 동일한 신호이다.

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[그림 10] 2X 감쇠 패시브 프로브로 3.3V 전원 공급 장치 프로빙

언제 차동 프로브가 필요할까?

위에서 설명한 리플 측정은 단일 종단(접지 기준) 프로브를 전원 공급 장치 설계 및 디버그에서 효과적이고 안전하게 사용할 수 있는 응용 분야를 보여준다. 그러나 전력 변환 장치에 대한 많은 측정은 접지에 대한 참조가 없는 부동 환경에서 이루어져야 한다. 다음과 같은 일반적인 전력 변환 측정을 고려하라.
그림 11에서,
1. MOSFET에서 소스 전압(VDS)으로 드레인
2. 프리 휠링 다이오드의 다이오드 전압
3. 인덕터 및 변압기 전압
4. 접지되지 않은 저항의 전압 강하

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[그림 11] 푸시 / 풀 전력 변환기의 일부 차동 측정 포인트

그림 11에서 볼 수 있듯이 이러한 구성 요소는 접지에 연결되어 있지 않으며 차동 측정 기술이 필요하다. 오실로스코프를 사용하여 차동 측정에 접근하는 몇 가지 방법이 있다. 2개의 단일 종단 프로브를 사용하고 차이 전압을 계산하라(권장하지 않음!) 특수 설계된 플로팅 입력이 있는 오실로스코프를 사용하라. 측정에 가장 적합한 차동 프로브를 선택하라(권장).

두 개의 단일 종단 프로브 사용

일반적인 기술은 그림 12와 같이 접지에 연결된 각 프로브의 접지 리드와 테스트 대상 구성 요소의 양쪽에 팁이 있는 두 개의 단일 종단 프로브를 사용하는 것이다. 그런 다음 오실로스코프는 채널 1과 채널 2의 차이를 표시하도록 설정된다.

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[그림 12] 두 개의 단일 종단 프로브로 준 미분 측정

이것을 ‘A-B’라고도 하며 스코프 에서 수학을 사용하여 채널 간 차이 전압을 표시한다. 이 기법은 엔지니어가 차동 측정을 수행해야 하지만 적절한 테스트 장비가 없는 경우에 종종 사용된다. 측정 설정은 그림 12와 유사하다.
이 방법에는 몇 가지 문제점이 있으며, 이 방법은 모두 권장되지 않는다. 이 방법은 프로브와 오실로스코프 채널이 잘 일치하는 경우(게인, 오프셋, 지연 및 주파수 응답)에만 우수한 측정 결과를 제공한다. 이 방법은 또한 매우 좋은 공통 모드 제거 기능을 제공하지 않는다(두 입력에 공통적인 신호의 AC 또는 DC 부분을 제거). 또한 두 신호의 스케일이 적절하지 않으면 오실로스코프 입력을 과도하게 구동하고 잘못된 측정을 수행 할 위험이 있다.

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[그림 13] Tektronix TPS2000 시리즈 오실로스코프

플로팅 입력과 함께 오실로스코프 사용

Tektronix TPS2000 또는 THS3000 시리즈와 같은 ‘플로팅’ 오실로스코프를 사용하는 것도 또 다른 대안이다. 이 오실로스코프의 각 입력 채널은 섀시 접지와 전기적으로 절연되어 있으며 오실로스코프는 배터리로 전원을 공급받는다. 오실로스코프 섀시 에서 접지까지의 기생 용량도 매우 낮다. 플로팅 오실로스코프의 이러한 절연 특성을 통해 사용자는 절연 패시브 프로브로 차동 측정을 수행 할 수 있다. 이 도구는 편리하고 사용하기 쉬우며 좋은 결과를 제공한다. 그러나 차동 전압 프로브는 더 낮은 정전 용량을 제공하고 균형이 잘 잡혀 있으며 더 높은 대역폭으로 제공된다.

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[그림 14] 접지 기준 (벤치) 오실로스코프와 함께 차동 프로브 사용

측정에 맞는 차동 프로브 사용

최상의 측정 정확도를 위해서는 측정 작업과 일치하는 사양의 차동 프로브가 일반적으로 최선의 선택이다. 차동 프로브는 활성 장치이다. 여기에는 프로브 포인트에 목적에 맞게 설계된 차동 증폭기가 포함되어 있어 테스트 포인트와 접지 사이의 전위에 관계없이 두 테스트 포인트의 전압 만 측정하여 프로빙 작업을 크게 단순화하고 가능한 오류 원인을 제거한다. 또한 차동 전압 만 측정하기 때문에 존재할 수 있는 공통 모드 AC 스윙 또는 DC 오프셋 전압을 무시하고 무효화 할 수 있다. 테스트 대상 장치의 다른 부분에서의 측정은 요구 사항이 매우 다를 수 있으므로 프로브를 신중하게 선택하는 것이 중요하다. 아래 지침은 올바른 선택에 도움이 된다.

차동 프로브 적용 및 선택

(1)예 #1 - MOSFET 스위칭 장치
일반적인 전원 측정을 사용하여 프로브 선택을 통해 최고의 정확도와 사용 편의성을 구현하는 방법을 보자. 이 예에서 전원 공급 장치 설계 엔지니어는 테스트중인 전원 공급 장치의 MOSFET 스위칭 구성 요소에서 턴온 손실, 턴 오프 손실 및 전도 손실을 측정해야 한다. 그림 15는 회로의 하프 브리지 토폴로지를 단순화한 다이어그램이다. 테스트 대상 장치는 ‘범용’ 전원 공급 장치로, 전 세계 국가의 AC 라인(또는 ‘주’) 전압으로 전원을 공급 받도록 설계되었다. 이 사실만으로 엔지니어의 테스트 요구 사항과 테스트 장비에 몇 가지 영향을 미친다.

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[그림 15] 테스트 포인트가있는 단순화 된 MOSFET 다이어그램

- 측정 반복성
이 유형의 장치에 대한 입력 전압 정격은 일반적으로 80VAC~250VAC 이상이다. 전 세계의 다양한 입력 전압 조건에서 성능을 특성화하려면 엔지니어는 하나의 측정뿐만 아니라 여러 입력 전압 수준에서 일련의 측정을 수행해야 한다. 이는 테스트할 각 성능 매개 변수에 적용된다. 스위칭 특성(및 손실)은 이러한 각 입력 전압 레벨에서 다를 것으로 예상 될 수 있으며 선형방식으로 변하지 않을 수 있다. 이로 인해 총 측정 횟수가 증가 할뿐만 아니라 측정에서 측정까지 반복성이 필요하다.

- 전압 범위/감쇠
250VAC의 높은 입력 공급 전압 레벨을 사용하면 일부 조건에서 스위칭 MOSFET의 드레인과 소스 사이의 전압 레벨이 500V를 초과 할 것으로 예상할 수 있다. 프로빙 솔루션은 일부 테스트에서 훨씬 낮은 레벨과 함께 이러한 전압 레벨을 측정 할 수 있을 정도로 다재다능 해야 한다.

- 대역폭
이 예에서 테스트중인 전원 공급 장치의 스위칭 속도는 25MHz이다. 테스트 및 측정 장비에 일반적인 경험 규칙을 사용하여 프로브(및 오실로스코프)는 이 속도의 5 배 이상 또는 125MHz의 대역폭이 필요하다. 그러나 이것은 실제 신호 속도에 대한 단순한 견해이다. 시스템에서 가장 빠른 에지는 스위칭 속도가 아니라 대역폭 요구를 결정한다. 조사해야 할 수도 있는 스파이크, 과도 및 기타 노이즈도 더 높은 대역폭이 필요하다.
조사해야 할 수도 있는 스파이크, 과도 전류 및 기타 노이즈에 대해서도 마찬가지이다. 10초의 상승 시간으로 신호를 측정하는 경우 프로브의 상승 시간 사양이 나노초 단위여야 한다. 예를 들어 TMDP0200 고전압 차동 프로브의 상승 시간은 1.8ns 미만이다. 이 예제 어플리케이션에서 정확한 측정을 위해서는 측정 시스템의 대역폭이 200~500MHz 이상이어야 한다.

- 저항 및 용량성 로딩
전압 프로브에 대한 중요한 사양에는 테스트중인 회로를 로드하여 측정 정확도를 떨어 뜨릴 수 있는 DUT와의 상호 작용의 핵심인 입력 임피던스도 포함된다. 두 가지 주요 프로브 사양은 입력 R(저항 임피던스)과 입력 C(용량성 임피던스)이다. 높은 입력 임피던스 R 값(옴 단위)은 DC 및 저주파에서의 회로 부하를 최소화한다. 낮은 입력 C 값(pF)은 고주파에서 회로 부하를 최소화하여 상승 시간과 같은 타이밍 측정에 영향을 줄 수 있다. Tektronix 차동 프로브에는 대부분의 전력 전자 응용 분야에 적합한 입력 임피던스 사양이 있지만 이러한 프로브 사양이 측정 지점의 소스 임피던스와 호환되는지 확인하라.

- 공통 모드 제거비
CMRR(Common-Mode Rejection Ratio)은 차동 측정에서 차동 테스트의 두 테스트 지점에 공통적 인 신호를 거부하는 차동 프로브 기능을 지정한다. 완벽한 세상에서 프로브의 CMRR은 무한하다. 그러나 대부분의 차동 프로브는이 기능에 한계가 있다. 부분적으로 두 입력 리드를 서로 완벽하게 일치시키는 것은 불가능하기 때문이다. MRR -일반적으로 dB로 지정됨- 프로브에서 ‘거부된’ 신호 대 누설 및 측정에 나타나는 양의 비율을 설명한다. 프로브 이해의 핵심 요소 CMRR 사양은 대부분의 차동 프로브의 경우 주파수가 증가함에 따라 CMRR이 감소한다는 것이다. 프로브의 CMRR이 관심 있는 주파수에서 공통모드 신호를 거부하기에 충분한지 확인하라.
이러한 요구 사항을 염두에 두고 이 예제의 엔지니어는 필요한 모든 측정을 수행하기 위한 최상의 성능 균형을 제공하기 위해 두개의 차동 프로브를 선택했다.

- TDP1000 차동 프로브
•±100V 정격 전압(DC + pk AC)
•1GHz 대역폭
•5x/50x 감쇠 설정
•1 MOhm 입력 R <1pF 입력 C
•CMRR -50dB @ 1MHz

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[그림 16] TDP1000 디퍼런셜 프로브

- TMDP0200 고전압 차동 프로브
•±750V 정격 전압(@ 250x)
•200MHz 대역폭
•25x/250x 감쇠 설정
•5 MOhm 입력 R <2pF 입력 C
•CMRR -60dB @ 100kHz; -26dB @ 100MHz

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[그림 17] TMDP0200 차동 프로브

(2) 예 #2 - GaN 스위칭 장치
일부 응용 분야의 경우 측정 요구 사항이 최고의 기존 전압 프로브의 기능을 능가 할 수 있다. 특히, 질화 갈륨(GaN) 및 탄화 규소(SiC)를 기반으로 하는 새로운 화합물 반도체의 개발은 전력 공급 설계자에게 이점을 제공하지만 측정에 새로운 도전을 야기하는 영역으로 성능 특성을 밀어 넣었다. 질화 갈륨을 예로 들어 보자. GaN 기반의 새로운 스위칭 장치는 기존의 실리콘 장치에 비해 칩 크기가 작고 온 저항이 낮으며 초고주파(> 1MHz)에서 작동할 수 있다.
그러나 이러한 바람직한 성능 향상은 성공적인 프로빙 및 측정에 대한 새로운 요구를 만든다. 고전압과 더 높은 스위칭 주파수의 조합은 고주파에서 특히 우수한 반도체 모드에서 게이트 소스 전압과 같은 측정을 수행 할 때 CMRR이 매우 우수한 프로빙 솔루션이 필요하다(그림 15 참조).
그러나 최고의 기존 차동 프로브 조차도 주파수가 증가함에 따라 CMRR 성능을 잃는다. 이러한 고유한 한계를 극복하려면 완전히 새로운 프로브 설계 접근 방식이 필요하다. 텍트로닉스는 새로운 요구를 해결하는 IsoVu라는 혁신적인 새로운 디자인을 개발했다. 다른 모든 상용 프로브와 달리 IsoVu에는 전기가 없다. 아날로그 신호 경로, 광섬유를 통한 전력 공급, 피드백 및 제어를 위해 레이저를 사용한다.
IsoVu는 광학 기술을 사용하여 구축되므로 테스트 대상 장치를 오실로스코프에서 전기적으로 분리한다. 이를 통해 놀라운 공통모드 정격 전압, 전체 대역폭에서 탁월한 CMRR 및 기존 고전압 디퍼런셜 프로브보다 훨씬 높은 대역폭이 가능하다.
그림 18을 보자. 새로운 프로브는 또한 낮은 입력 C와 함께 최대 1GHz 대역폭 및 최대 2000Vpk의 공통 모드 정격 전압을 제공한다. 이러한 특성으로 인해 IsoVu는 최신 전력 반도체 기술을 측정하는데 없어서는 안될 고유한 도구이다.

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[그림 18] IsoVu CMRR 대 주파수

IsoVu 차동 프로브
•최대 60kV 공통 모드 정격 전압
•최대 ±2500V 차동 전압 정격
•최대 1GHz 대역폭
•10MΩ 입력 R
•3pF 입력 커패시턴스
•CMRR -110dB @ 100MHz, -91dB @ 500MHz

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[그림 19] IsoVu 프로빙 시스템

프로빙을 초월한 측정 시스템

어플리케이션에 가장 적합한 프로브를 선택하고 올바르게 사용하는 것이 중요한 첫 번째 단계이지만, 전체 시스템을 통해 측정 정확도와 반복성을 보장하려면 프로브를 나머지 측정 시스템에 통합하는 것도 마찬가지로 중요하다. TDP1000 및 TMDP0200과 같은 프로브는 TekVPIⓇ 인터페이스를 사용하여 오실로스코프에 연결하며 MSO/DPO2000, MDO3000, MDO/MSO/DPO4000 및 MSO/DPO5000 시리즈의 Tektronix 오실로스코프와 함께 완벽한 시스템으로 작동하도록 설계되었다.
이 인터페이스는 활성 프로브에 전원을 공급할 뿐만 아니라 감쇠 설정, AutoZero, DC 오프셋, 자동 범위 등과 같은 프로브 기능을 자동화하기 위해 지능적으로 통신한다.

(1)자동 전력 측정 애플리케이션
‘전체 시스템’ 접근 방식의 세 번째 부분은 오실로스코프에서 실행되는 애플리케이션 별 자동화 소프트웨어이다. DPOPWR 및 3/4/5/6- PWR과 같은 소프트웨어 응용 프로그램은 스위칭 손실, 역률, 자기 분석, 제어 루프 응답 등과 같은 측정을 자동화하여 번거로운 계산 속도를 크게 향상시킨다.

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[그림 20] 4-PWR 소프트웨어가 장착 된 4 시리즈 MSO의 AC 라인 측정

결론

최상의 프로브 선택은 응용 분야에 따라 크게 다르다. 특정 응용분야의 측정 요구 사항을 신중하게 고려하고 프로브가 작업에 적합한 지 확인하라. 차동 프로브는 많은 전력 전자 측정, 특히 접지 기준이 아닌 측정을 위한 확실한 선택이다. 접지 측정의 경우 단일 종단 프로브를 사용하는 것이 좋지만 10X 프로브와 과감하게 작은 신호를 사용하지 않도록 주의하라. 리플과 같은 저전압 신호의 경우 1X 또는 2X 프로브가 더 좋다.

leekh@seminet.co.kr
(끝)
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