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 효율, 크기 및 비용은 모든 현대 전자 제품 설계에 있어 매우 중요한 요소입니다. 전력 관리는 AC/DC 컨버터, DC/DC 컨버터, 배터리 관리와 같은 개념을 통해 고도로 통합된 설계를 지원하고, 다양한 전압 및 전류 요구 사항을 가진 기능들을 수용할 수 있도록 하는 방법을 알려줍니다. 이러한 추세가 지속됨에 따라 전력 관리 지식에 대한 산업계의 수요도 증가할 것입니다. 전력 관리에 대한 이해는 전기 엔지니어뿐만 아니라 자동차 산업의 전기 자동차(EV)와 같이 빠르게 성장하는 산업 분야에서도 매우 중요합니다. EV는 주행 거리, 효율성, 배터리 전력의 균형이 핵심입니다. 전력 엔지니어가 이러한 설계의 핵심이지만, 팀 구성원 모두가 시스템 수준에서 전력에 대한 실무 지식을 갖추는 것이 중요합니다. 설계를 하는 것과 예상대로 작동하는지 확인하는 것은 회로 설계와 실험실 테스트가 결합되는 부분입니다. 우수한 전력 솔루션은 크기, 비용, 효율성, 정확성, 응답성 및 전압 조절을 고려해야 합니다. 이제 학생과 교수들은 실험실 안팎에서 사용 가능한 저렴한 DC/DC 컨버터 교육용 보드와 테스트 장비를 이용할 수 있습니다. TI-PMLK Wurth Elektroniks 전력 교육용 보드는 가장 일반적인 유형의 전력 변환기인 스텝다운(벅) 컨버터에 대한 실무 지식을 제공합니다. TI-PMLK Wurth 에디션과 Liquid Instruments의 Moku:Go는 DC/DC 전력 교육을 위한 완벽한 솔루션을 제공합니다. Moku:Go는 15개 이상의 계측기를 내장하고 있으며, 올해 소프트웨어 업그레이드를 통해 더 많은 계측기가 추가될 예정인 통합 테스트 플랫폼입니다. 또한 Wi-Fi 핫스팟 및 USB-C와 같은 다양한 연결 옵션과 프로그래밍 가능한 전원 공급 장치를 통해 DC/DC 설계의 모든 매개변수를 분석하여 학생들이 전력 관리 이론을 실제 응용 분야에 적용할 수 있도록 지원합니다.
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]
이러한 실험 환경을 구축하려면 상당한 공간이 필요합니다. 나열된 모든 테스트 장비가 각각 다른 조작 버튼과 다이얼이 있는 개별 박스에 담겨 있어야 하기 때문입니다. 전력 전자 수업을 듣는 학생들은 보통 공학 프로그램 3, 4학년 정도이며 이러한 장비 대부분에 익숙할 가능성이 높지만, 각 박스를 개별적으로 설치하고 전력 전자 실험실에서 필요한 다양한 측정을 위해 계속해서 박스를 전환하는 것은 매우 번거로울 수 있습니다. Moku:Go는 이러한 문제를 해결하는 훌륭한 솔루션으로, 저렴하면서도 사용하기 쉽습니다. 앞서 언급한 실험 환경의 대부분을 대체할 수 있으며, 오실로스코프, 스펙트럼 분석기, 전원 공급 장치 등 다양한 기능을 수행할 수 있습니다. 이는 FPGA 칩의 강력한 성능 덕분에 소프트웨어 재구성을 통해 하나 이상의 장비로 변형될 수 있기 때문입니다. TI-PMLK Wurth Elektronik Edition에 포함된 LM3475 레귤레이터를 사용하여 강압 변환기의 효율을 측정함으로써 이 통합 테스트 벤치가 실험실 설정과 측정 과정을 어떻게 간소화할 수 있는지 간단히 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 하지만 Moku:Go를 사용하여 이 측정을 수행하면 장비는 단 두 개만 설치하면 됩니다. 이 경우 Moku:Go는 전원 공급 장치, 4개의 디지털 멀티미터, 그리고 오실로스코프 역할을 하며, 전원 공급 장치는 두 개가 연결되어 그림 2의 뒷면에 표시되어 있습니다. 각 계측기가 단일 소프트웨어 환경에 통합되어 한 화면에서 볼 수 있으므로 효율 측정을 위한 소프트웨어 설정은 몇 분 안에 완료됩니다. 몇 번의 클릭만으로 이 새로운 테스트 벤치는 앞서 언급한 6개의 계측기를 모두 포함하도록 재구성되며, 각 계측기의 데이터는 아래 그림 3과 같이 표시됩니다.
그림 3: Moku Windows 소프트웨어 측정 설정 위 그림에서 볼 수 있듯이 필요한 모든 데이터가 하나의 화면에 표시되며 단위 변환은 이미 완료되어 있습니다. 왼쪽의 전원 공급 화면에는 입력 전압과 전류가 표시되고, 오실로스코프의 평균 추적 커서에는 출력 전압과 전류가 표시됩니다. 이 연습의 마지막 단계는 입력 전력과 출력 전력 값을 아래 효율 방정식(1)에 대입하는 것입니다.
(1) 위 그림 3의 정보를 사용하면 500mA 부하를 소비하는 이 컨버터의 효율은 약 86%입니다.
제품 개요
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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