스위칭 전원 공급 장치의 피크 투 피크 출력 전압 측정

본 기사는 Magna-Power Electronics에서 작성하였으며, IEEE Power Electronics Magazine 2014년 6월호 Vol. 1 No. 2에 최초 게재되었습니다.

스위칭 전원 공급 장치는 전력 반도체를 사용하여 도통 상태와 비도통 상태 사이를 전환합니다. 수동 필터와 함께 스위칭 상태의 온/오프 주기를 정의함으로써 다양한 크기의 파형을 생성할 수 있습니다. 효율적인 전력 변환을 위해서는 25~500 ns 수준의 스위칭 주기가 필요하며, 이로 인해 전원 공급 장치 출력 단자에 원치 않는 전압 과도 현상이 발생합니다. 또한 실리콘 다이오드의 역회복 기간 중 추가적인 과도 현상이 발생할 수 있습니다. 스위칭 전압 과도 현상의 크기를 줄이는 것은 어려우며, 전원 공급 장치의 출력 연결부에 물리적으로 위치한 저임피던스 커패시터의 정밀한 배치에 의존합니다. 이러한 과도 현상의 측정은 반복 가능한 결과를 얻기 위해 특수한 설정이 필요합니다.

차동 측정의 어려움 외에도 공통 모드 전기 노이즈가 측정 과정을 더욱 복잡하게 만들 수 있습니다. 절연 출력을 갖는 전원 공급 장치의 경우, 내부 부유 커패시턴스로 인해 출력 단자의 전압이 주로 스위칭 주파수에서 접지 기준으로 변동합니다. 출력 단자와 접지 사이에 커패시터를 적용하면 이러한 전압을 완화하는 데 도움이 되지만, 스위칭 과도 현상과 마찬가지로 관리하기 어렵습니다.

높은 공통 모드 전압 하에서의 스위칭 과도 현상 측정에는 높은 공통 모드 제거비로 고속 과도 신호를 측정할 수 있는 충분한 대역폭을 갖춘 오실로스코프와 프로브가 필요합니다. 두 번째로, 더 중요한 것은 오실로스코프에 신호를 전달하는 기법입니다. 기존 접지 리드가 달린 오실로스코프 프로브는 사용할 수 없습니다. 접지 클립에서 전원 공급 장치 출력 단자까지의 연결이 형성하는 영역은 부유 자기장에 취약한 루프를 만듭니다. 출력 버스바와 부하 연결 리드의 di/dt에 의해 생성되는 자기장은 판독값을 크게 왜곡할 수 있으며, 수 자릿수의 오차가 발생할 수 있습니다.

그림 1은 전기적 측정 방법과 EMI 발생원을 보여줍니다. 그림 2는 Magna-Power Electronics에서 사용하는 물리적 테스트 픽스처를 보여줍니다. 이 테스트 픽스처는 프로브 팁의 접지 연결, 출력 버스바까지의 짧은 BNC 연결, 그리고 프로브 케이블에 통합된 동축 공통 모드 필터를 활용합니다. 피크 투 피크 출력 전압을 올바르게 측정하기 위한 노력에도 불구하고, 유용한 작업은 먼저 BNC 연결을 단락하고 전원 공급 장치에서 한쪽 리드를 분리하여 공통 모드 측정을 수행하는 것입니다. 이렇게 하면 공통 모드 필터를 조정하고 오실로스코프로 향하는 리드를 물리적으로 이동시켜 발생하는 오류 신호를 최소화할 수 있습니다.

Magna-Power Electronics는 역사적으로 출력 피크 투 피크 전압의 한계값을 공표하지 않는 입장을 취해 왔으며, 대신 출력 rms 전압 리플을 명시하고 있습니다. 피크 투 피크 출력 전압 측정은 고객이 재현하기 어려운 설정을 필요로 합니다.