이 실습 튜토리얼에서는 TPS63802EVM과 함께 Moku:Go의 오실로스코프, 스펙트럼 분석기 및 프로그래밍 가능 전원 공급 장치를 사용하여 원하는 작동 조건에서 중요한 사양을 확인하는 방법을 보여줍니다. Moku:Go는 예상되는 공급 조건에 맞게 신속하게 구성하는 동시에 출력 특성을 분석하여 테스트 중인 모듈이 시스템에서 작동하는지 확인할 수 있으므로 신제품 개발 중에 유용합니다.
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
스위치 모드 컨버터는 다양한 방식으로 구현되는 매우 일반적인 전자 시스템이므로, 애플리케이션에 가장 적합한 컨버터 유형을 결정해야 하는 설계자에게는 컨버터의 품질을 평가하기 위한 일련의 표준 측정을 갖는 것이 중요합니다. Moku:Go는 다양한 계측기를 단일 환경에 통합하여 신속한 회로 개발, 테스트 및 검증이 가능하므로 전력 전자 설계자에게 이상적인 테스트 및 측정 장치입니다.
유사한 유형의 컨버터 중에서 결정할 때 데이터시트가 도움이 되지만, 원하는 작동 조건이 데이터시트 차트에 항상 표시되는 것은 아닙니다. 여기서 EVM(평가 모듈)이 유용하며 회로 특성화를 위해 Moku:Go와 함께 쉽게 사용할 수 있습니다. EVM이 제대로 작동하는지 확인하려면 먼저 효율성 및 부하 조절과 같은 주요 측정값을 데이터시트 그래프와 비교하는 것이 중요합니다. 이것이 이 애플리케이션의 목표입니다. Moku:Go, DC-DC 컨버터 EVM 및 전자 DC 부하를 신속하게 설정하여 공통 컨버터 특성을 확인하는 방법을 보여주는 것입니다.
실험 설정
구성 요소들
- Moku:Go(M2 모델)
- TPS63802EVM
- Korad 전자 부하
이 실습 튜토리얼의 목표는 Moku:Go를 오실로스코프, 전원 공급 장치 및 스펙트럼 분석기로 사용하여 TPS63802 벅-부스트 컨버터의 주요 사양을 확인하는 것입니다. 다음은 Moku:Go 및 전자 DC 부하로 EVM 보드를 설정하는 방법에 대한 단계입니다.
전자 부하 및 Moku:Go를 사용한 EVM 설정
먼저 Moku:Go의 PPSU3(5V/1A) 공급 장치를 EVM의 V에 연결합니다.in J1의 GND 핀과 EVM의 V를 연결합니다.아웃 J2의 GND 핀을 DC 부하에 연결합니다. DC 부하를 정저항(CR) 모드로 설정했습니다. 여기서 R은하중 = 현재는 10Ω입니다.
그림 1: 전체 Moku:Go 테스트 설정
이 EVM에는 몇 가지 작동 모드가 있으므로 시작하려면 JP1은 PWM/PFM(펄스 폭 변조/펄스 주파수 변조) 모드로 설정되고 JP3은 V를 감지하도록 설정됩니다.아웃. EVM은 PCB에서 선택된 R3.3 및 R1 값으로 인해 일정한 2V 출력을 갖도록 설정됩니다.
다음으로, 지금은 Moku:Go의 전원 공급 장치를 4V 및 1A 제한으로 설정합니다.
그림 2: Moku:Go PPSU 설정
마지막으로 보드를 활성화하려면 JP2의 단락 점퍼를 ON 위치로 조정합니다.
EVM이 작동하는지 확인하려면 Moku:Go의 전원 공급 장치 모니터와 DC 부하 모니터를 살펴보고 주어진 테스트 조건을 사용하여 예상되는 3.3V에 얼마나 가까운지 확인하십시오.
그림 3: PPSU 및 로드 설정
시험 절차
변환기 효율성
효율성 측정은 특히 입력 및 출력 전력을 동시에 모니터링할 수 있는 4채널 범위에 액세스하지 않으면 다소 지루할 수 있습니다. Moku:Go의 오실로스코프에는 빠른 효율성 측정을 위해 2개의 BNC 입력과 함께 사용할 수 있는 전원 공급 장치용 전압 및 전류 모니터가 내장되어 있으므로 이 문제에 대한 XNUMX채널 솔루션을 제공합니다. Moku:Go의 아날로그 프런트 엔드에서 전원 공급 장치 센서 데이터와 전압 입력 데이터를 모두 읽을 수 있는 MATLAB 또는 Python API를 통해 이 측정을 자동화하는 옵션도 있습니다. 여기서는 수동 효율 측정을 다룹니다.
학부 연구실의 일반적인 효율성 측정은 아래 표와 같은 표를 통해 수동으로 수행됩니다.in 와 P아웃 데이터는 다양한 출력 전류에 대해 기록됩니다. 두 채널을 입력 변수 'A' 및 'B'로 사용하여 직접 방정식 입력을 허용하는 기능 편집기 기능으로 인해 Moku:Go 오실로스코프의 수학 채널을 사용하면 이러한 측정을 더 쉽게 수행할 수 있습니다. 방정식 편집기를 사용하여 션트 저항을 사용하여 소프트웨어에 직접 출력 전력 방정식을 입력합니다(이 경우 R).분로 = 0.5옴.
그림 4: 효율성 측정을 위한 오실로스코프 설정
표 1: 다양한 부하 및 V에 따른 효율성in
Excel에서 표 1을 플롯하고 TI 데이터시트의 TPS63802 효율성 그래프와 비교하면 이러한 결과는 4~5% 내에서 정확합니다. 손실은 Moku:Go 및 DC 부하를 사용한 이 테스트에서 사용된 긴 케이블 라인으로 인해 발생할 수 있습니다. 이 벅-부스트 레귤레이터는 다양한 출력 전류에 대한 작동 모드에 따라 다양한 효율을 갖는다는 점이 흥미롭습니다. 벅-부스트 모드(Vin = 3.3V)는 출력 전류 범위 전체에서 평균 효율이 가장 좋은 반면 벅 모드(Vin = 5.0V) 및 부스트 모드(Vin = 3.0V)는 각각 더 높은 전류와 더 낮은 전류에서 더 나은 효율을 갖습니다.
그림 5: 수동 입력을 사용한 효율성 그래프 비교
부하 조절 및 부하 과도 응답
스위칭 조정기의 품질을 측정하는 또 다른 중요한 척도는 출력 전류의 변화에도 불구하고 일정한 출력 전압을 유지하는 능력(부하 조정이라고 함)입니다.
어디 Vnl 무부하 조건에서의 전압이고 Vfl 최대 부하 조건에서의 전압입니다. 이 연구실에서는 사양을 데이터시트와 직접 비교하고 있으므로 V인 부하 조절에 대해 동일한 테스트 매개변수를 사용하는 것이 중요합니다.in = 5V, V아웃 = 3.3V, 그리고 나는아웃 100mA(무부하) ~ 1A(전체 부하). 먼저 아래 그림 6의 부하 과도 그래프를 보면 무부하 조건과 최대 부하 조건 사이의 출력 리플이 크게 달라집니다. 출력 리플의 평균을 취하면 정확한 V를 얻을 수 있습니다.fl 및 Vnl그러나 이러한 각 측정을 개별적으로 수행하는 것이 가장 좋습니다. 또한 이를 통해 TI 데이터시트의 예상 출력 리플 주파수를 Moku:Go에서 측정되는 실제 리플 주파수와 비교할 수 있습니다. 왜냐하면 이 리플 주파수는 PWM 또는 PFM 모드의 스위칭 주파수와 관련되어 있기 때문입니다.
그림 6: Moku:Go로 측정한 TPS63802 부하 과도 응답
그림 7: TI 데이터시트의 TPS63802 부하 과도 응답
부하 과도 응답 그래프는 경부하 작동 중에 상당한 리플을 보인 다음 최대 부하에서 훨씬 향상된 출력 리플을 보여주는 점에서 매우 유사합니다. 이는 효율성을 향상시키기 위해 경부하 동안 PFM 모드가 활성화되는 TPS63802의 PWM/PFM 기능 때문입니다. 부하 조절 측정의 정확성을 보장하려면 PWM 및 PFM 모드 중 출력 전압 파형을 면밀히 관찰해야 합니다.
아래 그림 8은 경부하(I아웃 = 100mA) PFM 모드가 활성화된 경우.
그림 8: PFM 모드의 출력 리플 전압
브이pp 이 리플의 크기는 110mV로 상당히 크지만, 이 출력의 평균은 예상되는 3.3V에 매우 가깝습니다. 여기서 V는nl = 3.313V. 또한 주목해야 할 중요한 점은 135kHz 리플 주파수입니다. 이는 저부하에서 PFM 작동 중 스위칭 주파수에 대한 TPS63802 데이터시트와 일치합니다.
그림 9: 일반적인 인덕터 버스트 주파수와 출력 전류(PFM) 비교
다음은 최대 부하 시 출력 리플을 살펴보는 것입니다(I아웃 = 1A) 아래 그림 10에서 PWM 모드가 활성화되었습니다.
그림 10: PWM 모드의 출력 리플 전압
여기서 평균은 V와 함께 예상되는 3.3V와 거의 정확히 일치합니다.fl = 3.296V, PWM 작동 중에 리플은 17mV로 크게 감소합니다. 리플 주파수는 약 1.8MHz이며 TPS63802 데이터시트의 예상 스위칭 주파수와도 일치합니다.
표 2: 일반적인 PWM 스위칭 주파수(벅 모드)
그림 8과 10의 평균값을 사용하면 다음과 같은 부하 조절이 발생합니다.
이는 PWM/PFM 모드가 활성화된 벅 모드(낮음) 동안 예상되는 부하 조절과 다시 일치합니다.
그림 11: 부하 조절(PFM/PWM)
이 부하 과도 그래프에서 주목해야 할 마지막 흥미로운 점은 아래 그림 12에 표시된 과도 기간 동안의 출력 전압 파형을 살펴볼 때입니다.
그림 12: PFM에서 PWM 모드로의 과도 응답
Moku:Go의 30MHz 대역폭과 125MSa/s 샘플링 속도로 인해 TPS63802 모듈이 출력 전류의 변화에 반응하고 PWM 모드를 활성화하는 데 걸리는 시간을 쉽게 확인할 수 있습니다. 부하 과도 현상이 시작되는 화면 커서를 사용하면 기준으로 설정된 다음 PWM 모드가 활성화될 때 피크에 다른 커서가 배치됩니다. 그림 13은 전류가 39mA 기준점 이상으로 증가한 후 모듈이 PFM에서 PWM 모드로 변경하는 데 약 100μs가 소요된다는 것을 보여줍니다.
PWM 및 PFM 스위칭 모드의 THD 비교
이제 스펙트럼 분석기 장비로 전환하여 주파수 영역에서 TPS63802의 출력 품질을 살펴보십시오. Moku:Go의 스펙트럼 분석기는 더 높은 주파수에서도 최대 분해능 대역폭(RBW)과 샘플링 속도를 보장하는 하이브리드 슈퍼헤테로다인 FFT를 특징으로 합니다.
전압 파형 품질의 표준 측정은 다음과 같이 정의된 총 고조파 왜곡(THD)입니다.
여기서 V2n,rms n번째 고조파의 RMS 전압이고 V펀드,RMS 기본 주파수의 RMS 전압입니다. Moku:Go를 사용하면 사용자가 조정할 수 있는 RBW 및 피크 추적 스마트 커서 덕분에 이 측정값을 매우 쉽게 얻을 수 있습니다.
이 측정을 위한 테스트 설정은 V입니다.in = 4.2V, V아웃 = 3.3V, 그리고 나는아웃 = 100mA(스코프 프로브 14개가 출력 전압 센서 노드에 연결됨) 이 낮은 전류에서 컨버터는 PFM이 활성화된 벅 모드에서 작동합니다. 아래 그림 2.5는 1MHz 범위에서 조정된 XNUMXkHz RBW로 활성화된 피크 추적 커서를 보여줍니다. y축이 일반적인 dBm 단위에서 V로 변경되었습니다.RMS 더 빠른 계산을 위해.
그림 13: 최대 5차 고조파까지의 THD 측정, THD = 5.2%
기본 전압 V펀드,RMS = 4.750V, 이는 컨버터가 벅 모드에서 작동할 때 5.2%의 THD를 제공합니다. 또한 125kHz마다 고조파가 나타나며 이는 PFM 모드 중 부하 과도 테스트 중에 본 리플과 일치합니다.
이제 나는 바꿔라아웃 500mA로 설정하면 PWM 모드가 활성화되고 THD가 어떻게 변하는지 확인하세요.
그림 14: 최대 4차 고조파까지의 THD 측정, THD = 5.1%
컨버터 출력의 THD는 전혀 변경되지 않았지만 출력 스펙트럼의 내용은 변경되었습니다. 이제 우리는 훨씬 더 높은 2를 봅니다.nd 250kHz마다 후속 피크가 있는 고조파 피크는 변환기가 이제 PWM 모드에서 작동하고 있음을 나타냅니다. 이는 출력 리플과 크기가 2와 밀접하게 관련되어 있음을 보여주기 위해 부하 과도 현상과 함께 진행하는 훌륭한 연습입니다.nd 고조파의 크기와 고조파 주파수의 순서를 지정합니다.
요약
이 애플리케이션에서는 TPS63802EVM을 사용하는 Moku:Go와 TPS63802 데이터시트의 측정값을 성공적으로 비교하여 Moku:Go가 오실로스코프와 프로그래밍 가능 전원 공급 장치 역할을 모두 수행하여 다양한 작동 조건에서 벅-부스트 컨버터를 신속하게 특성화할 수 있음을 보여줍니다. 통합된 프로그래밍 가능 전원 공급 장치와 오실로스코프를 함께 사용하여 EVM의 작동 조건을 신속하게 변경하고 자세한 출력 그래프와 데이터를 얻어 효율성과 부하 조절 측정을 확인할 수 있었습니다. 이를 통해 설계자는 애플리케이션에 대한 잠재적인 IC를 신속하게 테스트 및 검증하거나 Moku:Go의 소프트웨어 정의 계측을 사용하여 자신의 설계를 특성화할 수 있습니다.
자세히 알아보기 정식 버전 읽기
질문이 있으시거나 인쇄가능 버전을 필요로 하십니까?
support@liquidinstruments.com로 문의 부탁드립니다.
