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2020.07.08 AC/DC

평가 보드를 사용한 성능 평가 : 측정 방법과 결과

절연형 플라이백 컨버터의 성능 평가와 체크 포인트

본 편에서는 앞서 확인한 회로와 실장 기판을 사용하여, 설계 목표를 만족하는지의 여부를 평가하기 위한 측정 방법과 측정 결과에 대해 설명하겠습니다. 실장 기판은 실제로 BM2P014라는 전원 IC의 평가용으로 현재 판매중인 제품입니다.

하기 표는 지난 편에서 게재한 것과 동일하며, 이번 설계의 목표치입니다.

파라미터 Min Typ. Max 단위 조건
입력전압 90 264 VAC
무부하 시 입력전력 50 mW 입력 : 100VAC / 230VAC
출력전압 11.4 12 12.6 V
출력전류 1.5 A
출력 리플 전압 100 mV 대역폭 20MHz
효율 80 % 출력 : 12V / 1.5A

기재되어 있는 파라미터를 측정합니다. 하기는 측정 방법 및 조건, 측정기, 그리고 측정 시의 포인트입니다.

파라미터 조건 계측
입력전압 승강압 변압기로 90VAC, 100VAC, 230VAC, 264VAC 인가 전압계 (AC), 전력계
입력전류 각 입력전압, 출력 부하 전류 시에 측정 클램프 전류계, 전력계
입력전력 입력전력을 측정 전압계 (AC), 전력계
클램프 전류계 (AC)
출력전압 각 입력전압, 출력 부하 전류 시에 측정 전압계 (DC)
출력전류 가변 부하 장치 등으로 0A~1.5A 전류계 (DC)
출력 리플 전압 오실로스코프로 파형 관찰 오실로스코프
효율 상기 측정 결과를 바탕으로 계산 출력전력÷입력전압 (%)

20A_graf01
파라미터는 보시는 바와 같이 기본적으로는 전압과 전류입니다. 멀티미터와 전력계가 있으면, 간단히 측정할 수 있습니다. 교류 측정 시에도 전력계가 편리하며, 클램프 전류계로도 대응 가능합니다.

출력 리플 전압은, 오실로스코프로 출력 파형을 관찰합니다. 출력 리플의 경우 피크 전압을 알아야 하므로, 오실로스코프를 통한 관찰은 필수입니다.

조건 설정을 위해 필요한 것은, 입력으로서 100VAC에서 90VAC~264VAC를 발생시키기 위한 승강압이 가능한 변압기, 그리고 출력의 부하 전류를 설정하기 위한 가변 부하 장치입니다.

주의 사항은 고전압을 취급한다는 점입니다. 입력전압은 최대 264VAC를 취급하며, 1차측의 정류 전압의 경우 372VDC가 됩니다. 이러한 고전압은 문제 발생 시 인명에 영향을 미치게 되므로, 단락이나 접촉에 대해서는 최대한으로 주의하여 반드시 안전 대책을 실시한 후, 측정하여 주십시오.

하기는 실측치입니다.

20A_graf02
최저 입력전압, 공칭 입력전압, 최대 입력전압으로, 부하 전류를 0에서 10mA, 100mA, 500mA, 1A, 1.5A까지 6가지 조건에서 측정하였습니다. 효율은 계산을 통해 구합니다. 청색 원으로 표시한 수치는 설계 목표에 해당하는 수치입니다.
출력 리플 전압은 하기의 파형을 참조하여 주십시오. 오실로스코프의 프로브에 연결된 그라운드 선으로 연결하면, 파형에 실제로는 존재하지 않는 외란 (disturbance)이나 스파이크가 나타나는 경우가 있습니다. 프로브를 직접 삽입하는 전용 커넥터를 사용하는 것이 일반적이지만, 하기 사진과 같이 가능한 그라운드 선을 짧게 하여 측정하는 것만으로도 상당한 효과가 있습니다. 20A_graf03

측정 결과를 정리하면 하기와 같습니다.

파라미터 Min Typ. Max 단위 결과
입력전압 90 264 VAC 이 범위에서 정상 동작
무부하 시 입력전력 50 mW 입력 100VAC 시 : 32mW
입력 230VAC 시 : 36mW
출력전압 11.4 12 12.6 V 최저 : 12.08V
최대 : 12.09V
출력전류 1.5 A 1.5A에서 정상 동작
출력 리플 전압 100 mV 74.0mVp-p
효율 @1.5A 80 % 최소 : 83.8%
최대 : 84.4%

결과는 각 파라미터의 최대치, 최소치를 만족하고, 설계 목표를 달성했습니다. 물론 사용 회로, 부품, 기판은 평가용이므로 이 설계 목표를 달성하도록 조정 및 수정이 완료되어 있지만, 실제의 설계에서는 만족하지 않는 항목이 있을 것입니다. 이러한 작업의 목적은 디버그이므로, 문제를 발견하고 그 원인을 규명하여 처리하는 것이 중요합니다.

또한, 측정 시에는 설정 조건과 함께 마진도 고려해야 합니다. 예를 들어 입력은 90VAC~264VAC의 범위뿐만 아니라 부품의 마진을 고려한 후, 다소 조건을 까다롭게 하여 그 경향을 확인해 두어야 합니다. 이번 사례에서, 90VAC~264VAC는 ±10%의 마진이므로, ±15% 정도까지는 확인하는 것이 좋습니다. ±10%일 때는 양호했지만, ±11%일 때는 갑자기 동작하지 않는 경우도 있을 것입니다. 이러한 경우는 통상적으로 마진이 없다고 판단하고, 수정 작업을 진행하게 됩니다.

만약, 이 설계 목표치를 전원의 보증치로 한다면, 어느 정도의 마진을 취할지 별도 기준을 정해둘 필요가 있습니다.

키 포인트

・전원의 파라미터 측정은 기본적인 장치가 있으면 비교적 간단히 측정할 수 있다.

・고전압을 취급하므로, 취급 방법이나 안전을 위한 지식을 습득하고 반드시 엄수하여 작업한다.

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