이 실습 튜토리얼에서는 일반적인 전력 전자 연구실을 안내하여 Moku:Go의 오실로스코프, 파형 발생기 및 전원 공급 장치를 동시에 사용하여 벅(강압) 변환기에 전력을 공급하고 분석할 수 있는 방법을 보여줍니다.
Moku:Go
Moku:Go는 14개 이상의 실험실 기기를 하나의 고성능 장치에 결합하고 아날로그 입력 2개, 아날로그 출력 2개, 디지털 I/O 핀 16개 및 통합 전원 공급 장치 옵션을 제공합니다.
개요
DC/DC 전력 변환기는 오늘날 구현되는 가장 일반적인 전자 시스템 중 하나이므로 변환기의 품질을 신속하게 디버깅하고 평가하는 능력은 모든 종류의 엔지니어에게 중요합니다. Moku:Go는 다양한 장비를 단일 환경에 통합하여 신속한 회로 개발, 테스트 및 검증이 가능하기 때문에 전력 전자공학을 위한 훌륭한 테스트 및 측정 장치입니다.
이 첫 번째 변환기 실습에서는 Moku:Go의 통합 오실로스코프, 파형 발생기 및 프로그래밍 가능 전원 공급 장치(PPSU)를 사용하여 브레드보드에 구축된 일반적인 벅 변환기를 쉽게 특성화하는 방법을 보여줍니다. Moku:Go는 오실로스코프에 두 개의 입력 채널을 허용하면서 이 변환기의 입력 전력, PWM 듀티 사이클 및 PWM 주파수를 제어합니다. 이를 통해 동일한 노트북 인터페이스 내에서 설계 변경 사항을 신속하게 구현하고 검증할 수 있으므로 개발 시간이 단축됩니다.
실험 설정
실험실 장비 설정 비교
전통(왼쪽)과 Moku:Go(오른쪽)
구성 요소들
- 모쿠:고 [1x]
- R1 저항기 1kΩ [x1]
- R2 저항기 10kΩ [x1]
- R3 저항기 100Ω [x1]
- R4 저항기 100mΩ [x1]
- Cin 커패시터 100nF [x1]
- C아웃 1 커패시터 100μF [x1]
- C아웃2 커패시터 470μF [x1]
- L1 인덕터 100μH x[1]
- Q1 MOSFET IRFZ44N [x1]
- Q2 트랜지스터 S8050 [x1]
- D1 다이오드 1N4007 [x1]
- 브레드보드 [x1]
그림 1: 벅 컨버터
이 설정에서는 16V PPSU와 WG(파형 발생기)를 모두 사용하여 MOSFET의 게이트를 구동합니다. WG는 디지털 PWM을 사용하여 구형파를 생성하도록 구성되어 있어 MOFSET을 구동하고 벅 컨버터를 특성화하는 작업이 모두 단일 인터페이스에서 수행되므로 간단해집니다. 트랜지스터 Q2는 게이트 드라이버로 사용되며 5V 구형파를 12V 구형파로 변환하여 FET가 포화 영역에서 작동하도록 합니다. 드라이버 회로는 PWM 신호의 듀티 사이클을 반전시키므로 WG 인터페이스의 듀티 사이클이 증가하면 MOSFET 게이트의 듀티 사이클이 감소한다는 점을 명심하십시오.
실험실 절차
1. 회로 설정
실험 설정 섹션의 구성 요소를 사용하여 그림 1의 회로를 구성합니다.
PPSU2를 12V 및 150mA로 구성합니다. 그런 다음 V를 사용하여 구형파 출력을 갖도록 통합 파형 발생기를 설정합니다.PP = 5V, V오프셋 = 2.5V, f= 500Hz, D = 50%. 소프트웨어 설정은 아래 그림 2와 유사해야 합니다.
그림 2: Moku:Go 소프트웨어 설정
2: 게이트 드라이버 신호 테스트(VGS)
입력1의 스코프 프로브를 MOSFET의 게이트에 연결합니다. Q1 그리고 입력2에서 MOSFET의 소스(핀 3)까지의 다른 스코프 프로브입니다. 명심하세요 Moku:Go의 모든 입력과 출력은 공통 기반을 공유합니다.따라서 사용해야 하는 유일한 접지선은 PPSU(검은색 바나나 플러그 선)용 접지선입니다. 여기에서 수학 채널을 활성화하고 빼기 연산자를 선택하여 입력2(ChA)에서 입력1(ChB)를 뺍니다. 이것은 당신에게 V를 줄 것입니다GS 파형.
데스크탑 앱에서 듀티 사이클을 다양하게 변경해 보십시오. 파형이 예상한 대로 보입니까? 데스크탑 앱의 듀티 사이클을 변경하면 측정된 V의 듀티 사이클이 어떻게 변경됩니까?GS 파형?
그림 3: VG Math 채널을 사용한 파형
V의 일반적인 관심 지점GS 전압 오버슈트가 FET의 게이트를 손상시키지 않도록 하기 위한 PWM 신호의 상승 및 하강 에지입니다. 오른쪽 상단에 있는 돋보기 버튼을 사용하여 한 펄스의 상승 에지를 확대하거나 'R'을 눌러 고무 밴드 확대/축소를 활성화합니다. 또한 마우스 휠 스크롤을 사용하여 시분할을 변경하고 Ctrl+스크롤을 사용하여 전압 분할을 변경할 수도 있습니다.
관심 있는 파형에 초점을 맞춘 후에는 왼쪽 하단 커서 버튼에서 드래그 가능한 커서를 사용하여 전압 오버슈트를 측정할 수 있습니다. 에서 위로 드래그하세요. 
전압 커서의 경우 버튼을 누르고 시간 커서의 경우 오른쪽으로 드래그합니다. 화면에는 동시에 최대 8개의 커서가 있을 수 있으며 각 커서에는 최대/최소 추적 또는 참조로 설정과 같은 추가 기능이 포함되어 있습니다. 스마트 커서 메뉴에 액세스하려면 오실로스코프 화면의 숫자 알약을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하세요. 회색 시간축 커서는 가장 왼쪽의 커서를 기준으로 FET의 턴온 시간을 측정하고 있는 것을 확인할 수 있습니다. 이는 FET의 턴온 시간이 약 25.5μs임을 나타냅니다.
화면 오른쪽의 설정 서랍에 있는 '측정' 탭에서 자동 측정을 사용할 수도 있습니다. 측정을 클릭하여 유형, 채널을 변경하거나 차이 채널 측정을 설정합니다.
FET가 켜질 때 게이트 단자의 전압 오버슈트는 얼마이며 최대 V를 초과합니까?GS 데이터시트에 등급이 있나요?
[해결책]
그림 4: VGS 오버슈트 및 진동 측정
오버슈트 전압 피크가 약 10.48V임을 알 수 있습니다. IRFZ4NN 데이터 시트를 보면 FET의 게이트(±20V)를 손상시킬 만큼 크지 않다는 것을 알 수 있습니다.
그림 5: IRFZ4NN VGS 최대 등급
3: 변환기 효율성
모든 유형의 전력 변환기에 대한 가장 일반적인 장점 지수는 효율성입니다. P아웃/Pin어디로 P아웃 = V아웃*I아웃 와 Pin = Vin*Iin. D = 50%에서 변환기의 효율은 얼마입니까?
[해결책]
Moku:Go는 변환기의 입력에 전원을 공급하고 출력을 모니터링하는 데 사용되므로 PPSU '실제' 측정 및 오실로스코프의 수학 채널을 사용하여 전력 효율을 측정하는 것이 간단합니다. 부하 저항기의 전압 측정 R3 션트 저항기 양단의 전압 R4, 수학 채널을 활성화하고 해당 기능 모드로 설정할 수 있습니다. 이 방법으로 채널 A를 출력 전압으로 사용하여 직접 전력 방정식을 입력하고 채널 B의 전압을 션트 저항기로 나눌 수 있습니다(이 경우 R4 = 100mΩ). 수학 채널에 대해서도 이 모드에서 원하는 단위를 선택할 수 있습니다. 측정 탭에 '평균' 측정을 추가하면 다음을 얻을 수 있습니다. P아웃. 얻기 위해 Pin, PPSU 창을 열고 여러 개의 V를 열기만 하면 됩니다.실제 내가실제. 이는 우리에게 다음과 같은 변환기 효율성을 제공합니다.
그림 6: P를 얻기 위한 PPSU 2 전력 모니터in
그림 7: P를 얻기 위한 오실로스코프 설정아웃
4:V아웃 리플 전압
D = 0.3으로 설정하고 AC 커플링을 활성화합니다. V의 출력 리플 측정아웃 가로질러 R3. 깨끗한 측정을 얻는 데 문제가 있는 경우 '획득' 설정 탭에서 정밀 모드를 활성화하십시오. 반복 측정에도 도움이 되도록 평균화를 활성화합니다.
V의 RMS 값은 얼마입니까?밖으로 리플 전압?
그림 8: V아웃 C를 사용한 리플아웃 1 = 100μF
피크 간 리플 전압이 약 93mV인 것을 볼 수 있는데, 이는 그다지 크지 않습니다. 이제 C를 바꾸세요.아웃 커패시터를 C로아웃 2 = 470μF. 리플이 줄어들었나요?
[해결책]
그림 9: V아웃 C를 사용한 리플아웃 2 = 470μF
5: V아웃 배음
Math 채널을 활성화하고 FFT를 사용하여 주파수 구성 요소의 크기를 결정합니다.
그림 10: V아웃 FFT
6:VDS 리플 전류
C로in 연결이 끊겼습니다. V를 통해 스코프 프로브를 연결하세요.DS. 스코프 프로브의 접지 핀을 사용하지 말고 대신 수학 채널을 사용하여 V를 얻으십시오.DS 파형. 스위치가 닫힐 때 진동의 주파수는 얼마입니까? 오버슈트가 허용됩니까?
그림 11: VDS C 없이in
이제 C를 연결하세요in 리플 전류 파형이 어떻게 변경되는지 확인하세요.
그림 12: VDS C로in
우리는 C를 볼 수 있다in MOSFET 턴온 시간 동안 링잉 증가를 위해 피크 오버슈트 전압 감소를 절충합니다.
7: VL 불연속 전도(DCC)
D = 10%로 설정하고 스코프 프로브를 가로질러 연결합니다. L1, 이게 당신의 V입니다L. 기생 진동의 주파수는 얼마입니까?
그림 13: VL 진동
그림 14: VL 진동
마지막으로 주파수가 컨버터의 DCC 모드에 어떤 영향을 미치는지 살펴보겠습니다. D = 80%를 설정하고 주파수 설정 상자를 선택하고 화살표 키를 사용하여 주파수를 높여 통합 WG의 주파수를 천천히 높입니다. 커서 앞에 있는 유효 숫자는 화살표 키로 변경되는 숫자입니다.
그림 15 : VL DCC @ 500Hz
이러한 진동이 V에 존재하지 않으면 컨버터는 더 이상 DCC에서 작동하지 않는다는 것을 알고 있습니다.L 파형. 약 4.3kHz에서 컨버터는 연속 전도 모드로 돌아갑니다. 이러한 유형의 능동적 학습 스타일은 학생들에게 원하는 장치 작동을 위해 구성 요소 선택이 중요한 이유를 가르치는 데 유용할 수 있습니다.
그림 16: VL CC @ 4.3kHz
요약
이 실습에서는 학부생을 위한 일반적인 벅 컨버터 분석을 진행하면서 Moku:Go의 통합 계측 환경을 사용하여 컨버터를 신속하게 실행한 다음 기본 성능 분석을 수행하는 방법에 중점을 둡니다. 통합 오실로스코프 환경에서 특정 파형을 보면서 컨버터의 듀티 사이클과 스위칭 주파수를 변경하는 기능을 통해 학생들은 이러한 매개변수가 컨버터 성능에 어떤 영향을 미치는지 쉽게 확인할 수 있습니다. 또한 동일한 인터페이스에서 전원 공급 장치에 액세스할 수 있고 스코프와 컨트롤이 이미 컴퓨터에 있으므로 컨버터 성능의 스크린샷을 빠르게 저장할 수 있으므로 다양한 구성 요소에 대한 컨버터 성능을 빠르게 비교하는 데 유용할 수 있습니다.
Moku:Go의 장점
교육자 및 실험실 조교용
연구실 공간과 시간의 효율적인 활용
일관된 장비 구성의 용이성
기기 설정이 아닌 전자 장치에 중점을 둡니다.
연구실 조교 시간 극대화
개별 연구실, 개별 학습
스크린샷을 통한 단순화된 평가 및 등급 지정
학생을 위한
각자의 속도에 맞춰 진행되는 개별 실험실을 통해 이해도와 기억력이 향상됩니다.
휴대 가능하며 집, 캠퍼스 내 연구실 또는 원격 공동 작업 등 연구실 작업을 위한 속도, 장소 및 시간 선택 가능
친숙한 Windows 또는 macOS 노트북 환경이면서도 전문가급 장비를 갖추고 있습니다.
Moku:Go 데모 모드
Liquid Instruments 웹사이트에서 macOS 및 Windows용 Moku:Go 앱을 다운로드할 수 있습니다. 데모 모드는 하드웨어 없이도 작동하며 Moku:Go 사용에 대한 훌륭한 개요를 제공합니다.
질문이 있으시거나 인쇄가능 버전을 필요로 하십니까?
support@liquidinstruments.com로 문의 부탁드립니다.
