概要
アナログ エレクトロニクスは、現代の回路設計において重要な役割を果たしています。デジタルエレクトロニクスの普及に伴い、新卒者のアナログスキルとデジタルスキルの差はさらに拡大しています。電気技術者にとって最も重要なアナログ概念の 1 つは、回路内の電力と電力管理です。デジタル エンジニアリングがどのようになろうとも、電力の概念と、それが今日設計および使用しているテクノロジにどのような影響を与えるかをしっかりと理解することは、どの学生にとっても常に重要なスキルです。
電源管理を教えることがなぜ重要なのか
携帯性、エネルギー効率、サイズ、コストは、現代の電子製品の設計にとって重要な要素です。電源管理は、AC/DC コンバータ、DC/DC コンバータ、バッテリ管理などの概念を通じて高度に統合された設計をサポートし、さまざまな電圧と電流のニーズに対応できる機能の増加に対応する方法を教えてくれます。こうした傾向が高まるにつれ、業界でのこの知識に対する需要も高まります。
電力管理をより深く理解することで恩恵を受けるのは電気エンジニアだけではありません。自動車業界の電気自動車 (EV) などの急速に拡大する産業分野では、電力システムの中核概念を深く理解することが最も重要です。 EV は航続距離、効率、バッテリー電源からの電力のバランスがすべてです。電力エンジニアがこれらの設計の中核を担っていますが、チームのメンバー全員がシステム レベルで実用的な電力に関する知識を持っていることが重要です。
設計を作成することと、それが期待どおりに動作することを確認することは、回路設計と実験室でのテストが一体となるところです。優れた電源ソリューションでは、サイズ、コスト、効率、精度、応答、および規制が考慮されます。学生と教授は、研究室の内外でアクセス可能な DC/DC コンバータ教育用ボードとテスト機器を手頃な価格で利用できるようになりました。 TI-PMLK Wurth Elektroniks の電力教育ボードは、最も一般的なタイプの電力コンバータであるステップダウン (バック) コンバータに関する実用的な知識を提供します。
Liquid Instruments の TI-PMLK Wurth Edition と Moku:Go は、DC/DC 電源教育に対する完全なソリューションを提供します。 Moku:Go は 14 以上の機器を備えた統合テスト プラットフォームで、今年はソフトウェア アップグレードとしてさらに多くの機器が登場します。また、WiFi ホットスポットや USB-C などの幅広い接続オプションや、DC/DC 設計のすべてのパラメータを確認するためのプログラマブル電源も含まれており、学生が電源管理理論を現実世界のアプリケーションに結び付けるのに役立ちます。
Moku:Go はどのようにしてパワー教育をよりアクセスしやすく、手頃な価格にするのでしょうか?
パワー エレクトロニクスなどの高度な大学の研究室でよくある問題は、パワー ソリューションの指導とテストに必要な機器の手頃な価格のオプションが不足していることです。単一の降圧コンバータをテストするために必要な機器には、次のものが含まれます。
- 電源 [×1]
- 電子負荷 [×1]
- デジタルマルチメータ [×4]
- オシロスコープ [×1] 電圧および電流プローブ付き
- スペクトラムアナライザー [×1]
リストされているすべてのテスト機器は通常、使用方法を学ぶための異なるノブとダイヤルのセットを備えた別個のボックスであるため、このセットアップにはかなりのスペースも必要です。パワー エレクトロニクスのコースを受講する学生は通常、エンジニアリング プログラムの 3 年目または 4 年目であり、この機器のほとんどに精通している可能性がありますが、必要なさまざまな測定すべてのために個別のボックスをセットアップしたり、ボックスを常に切り替えたりするのは面倒な場合があります。パワーエレクトロニクス研究室にて。
Moku:Go は、手頃な価格で使いやすいパワー エレクトロニクス教育に関するこれらの問題に対する優れたソリューションです。これは、前述のテストベンチ設定の大部分を置き換えることができ、オシロスコープ、スペクトラム アナライザ、電源などを使用できます。これは、ソフトウェアの再構成を通じて任意の 1 つまたは複数の計測器になることができる FPGA の能力によって可能になります。
この統合テストベンチを使用して、TI-PMLK Wurth Elektronik Edition の一部である LM3475 レギュレータを使用して降圧コンバータの効率を測定することにより、ラボのセットアップと測定プロセスの両方を簡素化する方法を簡単に見てみましょう。
Moku:Go を使用した LM3475 レギュレーターの効率の測定
パワーコンバータの効率を測定するには、コンバータの入力電力と出力電力を知る必要があります。これには、入力電力を供給する電源、電力を引き出す電子負荷、時間領域で電圧信号を表示するオシロスコープ、入力と出力の両方で 2 つの測定電圧と 2 つの測定電流を備えた 4 つのマルチメータが必要です。通常、これは 7 つの個別のボックスをセットアップすることを意味します。
図 1: LM3475 レギュレータでの測定のための実験セットアップ
図 2: Moku:Go を使用した LM3476 レギュレーターの測定のための実験セットアップ
ただし、代わりに Moku:Go を使用してこの測定を行う場合、セットアップする必要がある機器は 2 つだけです。この場合、Moku:Go は電源、XNUMX つのデジタル マルチメーター、およびオシロスコープとして機能します。電源は二重化されており、上の図 XNUMX の背面に示されています。
アクティブな各機器は単一のソフトウェア環境に統合され、3 つの画面で表示できるため、効率測定を行うためのソフトウェアのセットアップには数分かかります。数回クリックするだけで、この新しいテストベンチは前述の XNUMX つの機器すべてになるように再構成され、それぞれのデータが以下の図 XNUMX のように表示されます。
図 3: Moku Windows ソフトウェア測定セットアップ
上の図では、必要なすべてのデータが 1 つの画面に表示されており、ワットへの単位変換がすでに行われていることがわかります。左側の電源画面には入力電圧と電流が表示され、オシロスコープの平均追跡カーソルには出力電圧と電流が表示されます。
この演習の最後のステップは、入力電力と出力電力の量を以下の効率方程式 (1) に代入することです。
(1)
上の図 3 の情報を使用すると、500 mA の負荷を消費する場合のこのコンバータの効率は約 86% になります。
まとめ
パワーエレクトロニクス教育ツールと組み合わせることで、 TI-PMLK Wurth Elektronik エディション 液体計器の Moku:Go、お手頃で便利なラボが実現できます。電子負荷を除いた大学向けのこのテストベンチ全体は、はるかに手頃な価格であり、学生が使用できるように数分でセットアップできます。電力管理スキルがすぐになくなることはなく、パワー エレクトロニクス研究室向けのこのポータブル ソリューションにより、学生はほぼどこでもこれらのスキルを学ぶことができます。
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