개요
아날로그 전자 장치는 현대 회로 설계에서 중요한 역할을 합니다. 디지털 전자공학이 대중화되면서 신입생의 아날로그 기술과 디지털 기술 간의 격차가 점점 더 벌어지고 있습니다. 전기 엔지니어에게 가장 중요한 아날로그 개념 중 하나는 회로의 전력 및 전력 관리입니다. 디지털 엔지니어링이 어떻게 변하든, 전력 개념과 그것이 오늘날 우리가 설계하고 사용하는 기술에 어떤 영향을 미치는지에 대한 확실한 이해는 항상 모든 학생에게 중요한 기술입니다.
전력 관리 교육이 중요한 이유
휴대성, 에너지 효율성, 크기 및 비용은 현대 전자 제품 설계에 있어 중요한 요소입니다. 전원 관리는 AC/DC 변환기, DC/DC 변환기 및 배터리 관리와 같은 개념을 통해 고도로 통합된 설계를 지원하여 다양한 전압 및 전류 요구 사항에 따른 기능 증가를 수용할 수 있는 방법을 가르쳐줍니다. 이러한 추세가 계속 증가함에 따라 이 지식에 대한 업계 수요도 높아질 것입니다.
전력 관리를 더 잘 이해함으로써 이익을 얻는 것은 전기 엔지니어뿐만이 아닙니다. 자동차 산업의 전기 자동차(EV)와 같이 빠르게 성장하는 산업 분야에서는 전력 시스템의 핵심 개념에 대한 심층적인 이해가 무엇보다 중요합니다. EV는 배터리 소스의 범위, 효율성 및 전력의 균형에 관한 것입니다. 전력 엔지니어는 이러한 설계의 핵심이지만 팀 구성원이 시스템 수준에서 실무 전력 지식을 갖는 것이 중요합니다.
디자인을 만드는 것이 예상대로 작동하는지 확인하는 것이 회로 디자인과 실험실 테스트가 함께 이루어지는 곳입니다. 좋은 전력 솔루션은 크기, 비용, 효율성, 정확성, 응답 및 규제를 고려합니다. 이제 학생과 교수는 연구실 안팎에서 접근할 수 있는 저렴한 DC/DC 컨버터 교육 보드와 테스트 장비에 접근할 수 있습니다. TI-PMLK Wurth Elektroniks 전력 교육 기판은 가장 일반적인 유형의 전력 변환기인 강압(벅) 변환기에 대한 실무 지식을 제공합니다.
Liquid Instruments의 TI-PMLK Wurth Edition과 Moku:Go는 DC/DC 전력 교육을 위한 완벽한 솔루션을 제공합니다. Moku:Go는 14개 이상의 계측기를 갖춘 통합 테스트 플랫폼이며 올해 소프트웨어 업그레이드로 더 많은 계측기가 추가될 예정입니다. 또한 Wi-Fi 핫스팟 및 USB-C와 같은 다양한 연결 옵션과 프로그래밍 가능한 전원 공급 장치가 포함되어 있어 학생들이 전원 관리 이론을 실제 응용 프로그램에 더 잘 연결할 수 있도록 DC/DC 설계의 모든 매개변수를 확인할 수 있습니다.
Moku:Go는 어떻게 파워 교육을 더 쉽게 접근할 수 있고 저렴하게 만들 수 있나요?
전력 전자공학과 같은 첨단 대학 연구실에서 흔히 발생하는 문제는 전력 솔루션을 가르치고 테스트하는 데 필요한 장비에 대한 저렴한 옵션이 부족하다는 것입니다. 단일 강압 컨버터를 테스트하는 데 필요한 장비는 다음과 같습니다.
- 전원 공급 장치 [x1]
- 전자 부하 [x1]
- 디지털 측정기 [x4]
- 오실로스코프 [x1] 전압 및 전류 프로브 포함
- 스펙트럼 분석기 [x1]
나열된 모든 테스트 장비는 일반적으로 사용 방법을 배울 수 있는 다양한 손잡이와 다이얼 세트가 있는 별도의 상자이기 때문에 이 설정에는 상당한 공간이 필요합니다. 전력 전자 과정을 수강하는 학생은 일반적으로 엔지니어링 프로그램의 3~4학년이며 대부분의 장비에 익숙할 것입니다. 그러나 필요한 모든 측정을 위해 각 개별 상자를 설정하고 지속적으로 상자 간에 전환하는 것은 지루할 수 있습니다. 전력 전자 연구실에서.
Moku:Go는 저렴하고 사용하기 쉬운 전력 전자 교육을 통해 이러한 문제에 대한 훌륭한 솔루션입니다. 이는 앞서 언급한 테스트 벤치 설정의 대부분을 대체할 수 있으며 오실로스코프, 스펙트럼 분석기, 전원 공급 장치 등이 될 수 있습니다. 이는 소프트웨어 재구성을 통해 하나 이상의 계측기가 될 수 있는 FPGA의 강력한 기능을 통해 가능합니다.
TI-PMLK Wurth Elektronik Edition의 일부인 LM3475 조정기를 사용하여 강압 컨버터의 효율성을 측정함으로써 이 통합 테스트 벤치를 사용하여 실험실 설정과 측정 프로세스를 단순화하는 방법을 간략하게 살펴보겠습니다.
Moku:Go를 사용하여 LM3475 조정기의 효율성 측정
전력 변환기의 효율을 측정하려면 변환기의 입력 전력과 출력 전력을 알아야 합니다. 이를 위해서는 입력 전원을 제공하는 전원 공급 장치, 전력을 끌어오는 전자 부하, 시간 영역에서 전압 신호를 보기 위한 오실로스코프, 입력 및 출력 모두에서 측정 전압 2개와 전류 측정 2개가 있는 멀티미터 4개가 필요합니다. 일반적으로 이는 7개의 별도 상자를 설정하는 것을 의미합니다.
그림 1: LM3475 레귤레이터 측정을 위한 실험 설정
그림 2: Moku:Go를 사용한 LM3476 조정기 측정을 위한 실험 설정
그러나 대신 Moku:Go를 사용하여 이 측정을 수행하는 경우 장비 두 개만 설정하면 됩니다. Moku:Go는 전원 공급 장치, 2개의 디지털 멀티미터 및 오실로스코프 역할을 하며 이 경우 전원 공급 장치는 복제되어 위 그림 XNUMX의 뒷면에 표시됩니다.
각 활성 장비가 단일 소프트웨어 환경에 통합되어 하나의 화면에서 볼 수 있으므로 효율성 측정을 위한 소프트웨어를 설정하는 데 몇 분 정도 걸립니다. 몇 번의 클릭만으로 이 새로운 테스트 벤치는 이전에 언급된 3가지 장비 모두로 재구성되고 각 장비의 데이터는 아래 그림 XNUMX과 유사하게 표시됩니다.
그림 3: Moku Windows 소프트웨어 측정 설정
위 그림에서 와트로의 단위 변환이 이미 완료되어 필요한 모든 데이터가 한 화면에 표시되는 것을 볼 수 있습니다. 왼쪽의 전원 화면에는 입력 전압과 전류가 표시되고, 오실로스코프의 평균 추적 커서에는 출력 전압과 전류가 표시됩니다.
이 연습의 마지막 단계는 입력 전력과 출력 전력량을 아래 효율 방정식(1)에 연결하는 것입니다.
(1)
위 그림 3의 정보를 사용하면 500mA 부하를 소비하는 이 컨버터의 효율은 약 86%입니다.
요약
전력전자 교구를 결합함으로써 TI-PMLK Wurth Elektronik 에디션 및 액체 기기 Moku:Go, 저렴하고 편리한 연구실을 구현할 수 있습니다. 전자 부하를 제외하면 대학을 위한 이 전체 테스트 벤치는 훨씬 더 저렴하며 학생이 사용할 수 있도록 몇 분 안에 설정할 수 있습니다. 전력 관리 기술은 조만간 사라지지 않을 것이며 전력 전자 연구실을 위한 이 휴대용 솔루션을 통해 학생들은 어디서나 이러한 기술을 배울 수 있습니다.
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