지난번에는 더블 펄스 테스트의 기본에 대해서 말씀드렸습니다. 오늘은 더블 펄스 테스트에 필요한 장비에 대해서 간단히 말씀드리겠습니다. 여기서 말씀드리는 장비들이 반드시 모두 필요한 것은 아니지만, 대부분이 더블 펄스 테스트 엔지니어들이 사용하는 장비들입니다. 대략적으로 그림 1에서 보여지고 있는 장비들이 필요합니다. 측정에 필요한 사항이나 테스트에서의 역할은 말씀드리겠지만, 각 장비의 특징이나 사양에 대해서는 다루지 않겠습니다.
더블 펄스 테스트에 필요한 장비
일반적으로는 오실로스코프, 전압 및 전류 프로브, AWG 및 파워서플라이가 필요합니다.
가장 기본적으로는 그림 1의 1, 오실로스코프가 필요합니다. 오실로스코프는 프로브를 연결할 수 있는 장비입니다. 포착한 파형의 모양이 어떤지 화면에서 확인하고, 몇가지 측정 도구를 이용하여 파형의 특성을 파악하는 것이 오실로스코프의 용도입니다. 최근 전력 전자 애플리케이션에서는 12비트 분해능과 8채널 오실로스코프가 가장 자주 선택되고 있는 추세입니다.
그림 1의 2, 신호를 픽업할 수 있는 프로브가 필요합니다. 오실로스코프에서 무엇인가를 확인하려면 관심있는 회로의 신호를 픽업해야합니다. 이 때, 신호와 오실로스코프를 연결하는 장비가 바로 프로브입니다. 전압 프로브와 전류 프로브가 별도로 있으며, 전압 프로브의 경우 차동 프로브 또는 수동 프로브, 광 절연 프로브가 측정 위치에 따라 고려됩니다.
세번째로 필요한 장비는 그림 1의 3, AWG(Arbitrary Waveform Generator)입니다. AFG 또는 AWF 모두 가능합니다. 더블 펄스 테스트에 필요한 더블 펄스 또는 그 이상의 멀티 펄스 파형을 생성할 수 있는 장비입니다. 실제 테스트 대상체의 회로 또는 테스트하려는 회로에 따라 AFG 출력 하나를 위쪽에 연결하고 다른 출력은 아래 쪽에 연결한 다음 AFG를 더블 펄스 또는 멀티 펄스 테스트에 사용하도록 구성할 수 있습니다. 펄스의 폭을 개별적으로 조절할 수 있는 기능을 가지고 있다면 더욱 테스트에 적합합니다. DC 파워 서플라이에서 충분한 전류 사양을 가지고 이지 않다면 펄스 폭을 충분한 시간동안 열어 커패시터에 필요한 전류를 얻을 수 있습니다.
그림 1의 4~5, 그 외에 고전압 전원을 공급하는 파워 소스가 필요합니다. 이것은 회로상의 Vbus 역할을 수행합니다. 측정 대상체가 사용될 최종 인버터의 배터리를 시뮬레이션하는 것이라 여기면 될 것 같습니다. 고전압 소스가 하는 역할은 이 것이 전부입니다. 만약, 60V, 500V, 1000V 이상의 DC 전압을 테스트해야 한다면 간단히 그보다 높은 전압을 생성할 수 있는 파워서플라이만 준비되면 됩니다.
그리고 보조 전원 소스가 그림 1의 4에 표시되어 있습니다. 이 파워 서플라이는 더블 펄스 테스트 회로에 실장되 다른 부품들에 전원을 공급하는 전원으로 사용됩니다. 이 다섯가지가 더블 펄스 테스트에 필요한 가장 기본적인 장비들입니다.
그림 2는 위에서 말씀드린 장비들로 구성한 더블 펄스 테스트 환경입니다. 엔지니어에 따라 더블 펄스 테스트 대상체의 기판은 다를 수 있습니다. 그림 2에서는 빨간색 원으로 표시한 부품이 측정 대상 회로 기판입니다. 그림 2에서는 여러 종류의 프로브가 오실로스코프에 연결되어 있습니다. 이들 프로브에 대해서는 약간의 설명이 필요해 보입니다.
측정에 필요한 프로브는 스스로 몇가지 질문을 던져봐야 합니다.
1. 측정에서 다루는 DC 버스 전압은 얼마인지? -> 60V, 400V, 600V 또는 1000V 이상인지 확인합니다.
2. 하이 사이드 디바이스를 측정할 것인지 아니면 로우 사이드 디바이스를 측정할 것인지?
하이 사이드 디바이스 측정에서는 모든 측정 대상 신호가 플로팅 상태입니다. 어떤 신호도 그라운드에 기준을 두고 있지 않습니다.
로우 사이드의 경우, 그라운드 기준 또는 보드 그라운드 기준 신호라고 합니다. 해당 접지가 오실로스코프 접지와 동일한지의 여부는 보드 설계자만 알고 있을 것입니다. 만약 회로의 접지가 오실로스코프의 접지와 같다면 비용을 절약하면서 수동 프로브를 사용할 수도 있습니다. 만약 그라운드 상태가 확인되지 않앗다면 보다 안전한 방법을 선택하는 것이 좋습니다.
측정 위치에 따라 예를 들어 하이 사이드 측정에서는 어떤 상황에서도 수동 프로브를 사용할 수는 없습니다. 차동 프로브를 사용할 때도 프로브의 공통 모드 제거 비의 사양을 고려해야 할 수도 있습니다.
3. 포착하려는 신호는 어떤 신호인가?
드레인과 소스를 측정하려는지 아니면 컬렉터와 이미터 사이의 전압을 측정하는려지 확인하세요. 하이 사이드, 로우 사이드 디바이스를 동시에 측정하려는지의 조건을 먼저 생각하세요.
전류 측정
더블 펄스 테스팅에서 항상 중요하고 고려해야할 대상중 하나입니다.
1. 션트 저항 이용
그림 3에서는 로우 사이드 디바이스 바로 밑에 션트 저항이 연결되어 있습니다. 저항은 전류가 흐르는 경로에 추가하는 매우 낮은 값의 저항입니다. 회로에 흐르는 전류를 방해하지 않으려면 값이 낮아야 합니다. 전류를 측정할 수 있을 만큼 충분히 작아서 옴의 법칙을 사용하여 션트 저항의 양단 전압을 측정해 회로에 흐르는 전류를 계산할 수 있습니다. 하지만 션트 저항 값이 작아질수록 전력 등급이 낮아지고 션트 저항에서 소비되지 않고 션트를 통과할 수 있는 전류의 양도 낮아집니다. 션트 저항의 균형을 맞추는 것이 중요합니다. 어떤 경우에는 잘 측정되기도 하고 전류 측정에 좋은 방법일 수도 있습니다. 실제로 큰 전압과 매우 큰 전류를 측정하는 경우에는 원하는 결과를 얻지 못할 수도 있습니다. 중간 크기의 로우 사이드 측정에서는 측정에 좋은 대안이 될 수 있습니다. 많지는 않지만 하이 사이드 디바이스를 측정할 때 흐르는 전류를 확인하기 위해서 윗쪽 라인의 중앙에 션트 저항을 배치하는 경우도 있습니다.
2. 전류 프로브
전류를 측정하는 다른 방법으로는 특히 아주 큰 전류를 테스트하려고 할 때는 션트 저항 위치에 루프를 만들고 오실로스코프 제조사에서 공급하는 기본 전류 프로브를 이용하여 루프에서 전류를 측정할 수 있습니다. 전류 값이 클 수록 인덕터 부하로 인해 슬루 레이트가 느려지기 때문에 전압 프로브에서 필요한 수 MHz 심지어 수 GHz까지의 높은 대역폭을 요구하지는 않습니다. 일부 엔지니어들은 특히 전류를 측정하기 위해 PCB에서 미리 전류 프로브 연결이 가능하도록 루프를 회로에 미리 구성하는 경우도 있습니다. 이 방법은 PCB에 루프를 구성하는 약간의 인덕턴스가 추가되고 정확한 값을 알아야합니다. 생성한 루프로 인해 오실로스코프에서 측정된 결과에 만족할 수 없다면 측정용으로 구성한 PCB 회로 자체를 사용할 수 없게될지도 모를 일입니다.
3. Rogowski 코일
만약 스위칭 손실에 초점을 맞추고 있다면 Rogoswki 코일도 좋은 옵션으로 선택할 수 있습니다. 물론 측정 대상 신호의 물리적인 형태도 고려해야합니다. SMD 타입의 스위칭 디바이스에는 Rogoski 코일의 루프를 연결하는 일이 힘들 수도 있습니다. 스위칭 손실에만 관심이 있다면 Rogoski 코일도 나쁘지 않은 선택인 것은 확실 합니다.
4. 전류 센싱 회로 또는 센서 사용
또 다른 방법은 PCB에 전류 센서를 내장하는 방법입니다. 션트 저항대신 전류 센서 IC를 장착하여 정확한 전류 값을 측정하는 방법입니다.
이 상에서 더블펄스 테이스를 수행하기위해 필요한 장비에 대해서 말씀드렸습니다. 측정에서 가장 고려해야 할 사향은 아무래도 적합한 프로브를 어떻게 선택하느냐입니다. 프로브 선택 가이드 링크에서 적합한 프로브를 고려해보시는 것을 추천드립니다.
이 외에도 전압과 전류 프로브 사이에서 발생하는 스큐를 어떻게 보상하고 보상 전 후의 차이는 어떤지에 대한 부분도 고려해야할 사항입니다.
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출처 - 텔레다인르크로이
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