전원공급장치 제어 루프 응답 측정(Bode plot)

목표

전압 조정기 및 스위치 모드 전원공급장치의 안정성을 보장하려면 제어 루프 동작을 측정하고 특성을 분석해야 합니다. 보상이 우수한 전압 조절기는 안정적 출력 전압을 보장하며 부하 변화 및 공급 전압 변동의 영향을 줄여줍니다. 이 제어 회로의 품질에 따라 전체 DC/DC 변환기의 안정성 및 동적 응답이 달라집니다.

로데슈바르즈 솔루션

R&S®RTx-K36 Frequency Response Analysis (Bode plot) 옵션으로 오실로스코프에서 저주파수 응답을 쉽고 빠르게 분석하십시오. 수동 필터, 증폭기 회로 등 다양한 전자기기의 주파수 응답의 특성을 분석할 수 있습니다. 스위치 모드 파워 서플라이의 제어 루프 응답 및 전력공급 제거비도 측정 가능합니다. R&S®RTx-K36 Frequency Response Analysis (Bode plot) 옵션은 오실로스코프에 내장된 파형 발생기를 사용하여 10 Hz - 25 MHz 주파수 범위의 자극 신호를 생성합니다. 오실로스코프는 각 테스트 주파수에서 DUT 신호 입력 대 출력의 비를 측정하여 게인을 로그 도표로, 위상은 선형 도표로 그립니다.

R&S®RTx-K36 Frequency Response Analysis (Bode plot) 옵션을 사용하면 스위치 모드 전원공급장치 또는 리니어 조정기의 게인과 위상 마진을 빠르게 확인할 수 있습니다. 이러한 측정값으로 제어 루프 안정성을 확인할 수 있습니다.

R&S®RTx-K36 Frequency Response Analysis (Bode plot) 옵션은 공급 전압의 변화 또는 부하 전류의 변화와 같은 작동 조건의 변화에 대한 시스템 응답을 표시합니다.

측정 셋업

전원공급 제어 루프는 참조 전압(V_ref)과 피드백 전압(V_feedback)을 비교하고 네거티브 피드백을 만들어 안정적 출력 전압을 보장합니다.

컨트롤 루프 응답 테스트에서는 주파수 대역의 오류 신호를 제어 루프의 피드백 경로로 주입해야 합니다. 오류 신호를 주입하려면 피드백 루프에 작은 저항기를 삽입해야 합니다. 다음 페이지에 나와 있는 5 Ω 주입 저항기는 R1 및 R2의 직렬 임피던스에 비하면 매우 작습니다. 일부 사용자는 테스트 목적으로 이와 같이 낮은 값의 주입 저항기(R_injection)를 영구 설계하기도 합니다. Picotest의 J2100A와 같은 주입 변환기는 AC 왜곡 신호를 격리하고 DC 바이어스를 제거합니다.

주입 지점 및 프로빙

전압 피드백 루프의 루프 게인을 측정하려면 적절한 지점에서 루프를 끊어야 합니다. 이 지점에서 왜곡 신호를 주입합니다. 왜곡 신호는 루프 회로에 분산됩니다. 루프 게인에 따라, 주입된 왜곡 신호는 중폭되거나 감쇠되고 위상 편이됩니다. R&S®RTx-K36 옵션의 경우 오실로스코프 발생기에서 왜곡 신호를 발생합니다. 오실로스코프는 루프의 전송 기능을 측정합니다.

측정된 루프 게인이 실제 루프 게인과 동일한지 확인하려면 적절한 지점을 선택합니다.

• 루프가 단일 경로로 제한되어 동시 신호 흐름이 없는 지점을 찾습니다.
• 루프 방향의 임피던스가 이 지점의 역방향 임피던스보다 훨씬 큰지 확인합니다. 역방향 임피던스는 컨버터의 출력 임피던스와 동일합니다(몇 mΩ 범위의 매우 낮은 값). 루프 방향의 임피던스는 보상기와 전압 분배기로 형성되며 몇 kΩ 범위입니다.

정확한 제어 루프 응답의 특성 분석은 양호한 프로빙에 따라 달라집니다. V_in 및 V_out의 피크-피크 진폭은 일부 테스트 주파수에서 매우 낮을 수 있습니다. 이러한 값은 오실로스코프의 노이즈 플로어 및/또는 DUT 자체의 스위칭 노이즈에 묻힐 수 있습니다. 측정의 SNR을 높이면 주파수 응답 측정의 다이내믹 레인지가 크게 향상됩니다. 대부분의 오실로스코프는 일반적으로 노이즈가 더 많은 10:1 패시브 프로브가 기본 제공됩니다. 저노이즈 1:1 패시브 프로브를 사용할 경우 측정 노이즈가 감소하고 SNR이 개선됩니다. 이러한 경우 38MHz 대역폭의 로데슈바르즈 R&S®RT-ZP1X 1:1 패시브 프로브를 사용해 보십시오.

프로브의 접지 연결 길이를 줄이면 유도용량 접지 루프가 최소화됩니다. 프로브의 표준 접지 리드는 안테나처럼 작동해 불필요한 스위칭 노이즈를 증폭하는 경우가 있습니다. Vin 및 Vout 테스트 포인트 근처의 접지점을 찾으십시오. R&S®RT-ZP1X 프로브의 접지 스프링(기본 제공)을 사용하여 접지 연결 길이를 줄이십시오. 그러면 측정 시 저-노이즈의 양호한 접지가 됩니다.

장치 셋업

오실로스코프를 테스트 회로에 연결한 다음 애플리케이션을 시작합니다.

• 10Hz - 25 MHz 범위에서 시작 및 정지 주파수를 설정하고 발생기 출력 레벨을 정합니다.
• 획득 분해능을 개선 및 수정하기 위한 데케이드당 포인트 수를 설정합니다. 이 오실로스코프는 데케이드당 최대 500 포인트를 지원합니다.
• 테스트 회로의 노이즈 동작을 억제하기 위한 발생기 출력의 진폭(최대 16스텝)을 입력합니다.
• Run을 눌러 측정을 시작합니다. 측정 결과가 주파수 대비 게인/위상의 도표로 그려집니다. 필요한 포인트에 마커를 설정합니다.

측정 결과

Bode plot에 표시된 곡선은 회로의 전송 함수를 나타내며, 시스템의 안정성을 확인하는 데 유용합니다. 첫 번째 그래프는 주파수 대역에서 진폭의 동작을 나타내며(dB 단위), 두 번째 도표는 주파수에서 위상의 특성을 나타냅니다(도 단위 측정). 도표의 트레이스에 원하는 위치로 직접 마커를 끌어 놓습니다. 범례에 마커의 좌표가 표시됩니다. 크로스오버 주파수를 확인하려면 한 마커를 0 dB로 설정하고 두 번째 마커를 –180° 위상 편이로 설정하십시오. 이제 위상과 게인 마진을 쉽게 확인할 수 있습니다.

표에서 결과를 확인합니다. 측정 결과표에 각 측정 포인트(주파수, 게인, 위상 편이)에 대한 자세한 정보가 표시됩니다. 마커를 사용하는 경우 결과 표의 관련 행이 강조 표시됩니다. 보고용인 경우 스크린샷, 표 결과 또는 둘 다를 USB 장치에 빠르게 저장합니다.

요약

오실로스코프는 오늘날 엔지니어가 파워 서플라이 설계를 테스트 및 특성 분석하는 데 사용하는 기본 측정 도구입니다. R&S®RTx-K36 Frequency Response Analysis (Bode plot) 옵션은 저주파수 네트워크 분석기 또는 독립형 전용 주파수 분석기를 대체할 수 있는 경제적인 보급형 제품입니다.