キーサイト計測技術セミナーシリーズ＜電源編＞

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環境やエネルギーの問題が課題とされている昨今、電子機器においても低消費電力が非常に重要な差別化ポイントになっています。また、信号の高速化に伴い、高速な負荷変動による電源ノイズなども電源品質に大きな影響を与えており、機器の仕様を満たせなくなるばかりか、誤動作やシステムトラブルを引き起こす可能性があります。そのような電源の測定、評価、解析に関する情報を7回のシリーズに分けてお届けします。最初に電力に関する基礎的な内容から、様々な条件下における電力関連の測定パラメータの説明、そしてそれらの評価に用いられる電源や電子負荷のような機器のしくみとその効果的な使用方法について解説していきます。

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直流/交流電力の基礎

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第1回目は、電源関連セミナーの7回のシリーズを受講する上であらかじめ知っておいた方がよい電力の基礎について以下のとおり説明します。

・直流と交流の電力に関連する用語とその定義（実効値、皮相電力など）

・交流電力における電圧と電流波形の位相差の意味

・トランスや三相交流回路による交流電力伝送

・AC-DC、DC-DCといった電力変換タイプの種類と特長

・上記の項目をテストするキーサイトのソリューションのご紹介

DC電源と電子負荷の基礎

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電子機器の電源回路の評価において、要求仕様を既定の条件で評価する際には、DC電源や電子負荷など、適切な機器を選択することが重要です。そのためにはこれらの機器のしくみと性質について正しく理解しておく必要があります。このセミナーでは、最初にリニア電源とスイッチング電源の動作原理と特長、そして出力特性、ノイズ、電源の動作モードについて解説します。そして電子負荷についても各動作モードの説明と、それらの活用方法をご紹介します。最後に電圧・電流源を組み合わせた複数象限に対応可能な電源とソース・メジャー・ユニット（SMU）についても解説します。

電源供給と測定の勘所

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電源を実際に負荷に接続し評価する際には、ケーブルの接続方法や負荷を保護する設定など、注意すべきポイントがいくつかあります。これらをおろそかにすると適切な電源供給ができなくなり、電圧、電流を正しく測定できなくなります。ここでは電源の性能と機能に関して説明し、どのように使用していけばよいかを解説します。さらに、電圧や電流などの出力範囲を拡張するために電源と電子負荷を複数組み合わせて評価する方法や機器をラックに収める際の注意点についても解説します。最後にソフトウェアによる複雑な条件での評価する例についても紹介します。

パワー半導体と特性評価

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コンバータの設計においてパワー半導体の特性を知ることは重要です。しかし、データシートだけでは十分な情報を得ることができないため、実際の動作条件で測定し評価する必要があります。今回はコンバータ等で使用されているパワー半導体について、損失や容量といった評価項目について解説します。そしてコンバータの仕様を満たすためにはどのようなパワー半導体を選択すべきか、また実際にデバイスのIV特性や容量を評価する際に必要な測定器とテスト条件についてご紹介します。

パワーインテグリティーの評価

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PDN（Power Distribution Network／電源供給ネットワーク）は、回路の動作時に安定した電圧で効率よく電力を供給することが常に求められます。しかし、昨今の機器では電源供給ライン（パワーレール）の数が増えるばかりでなく、負荷の過渡応答の高速化や電子部品の低電圧化による変動の許容範囲も狭くなるなど、電源回路への要求仕様は厳しくなる一方です。しかも伝送信号におけるジッタなどの信号品質にも直接関わってきます。このように電源の品質（パワーインテグリティー）は、きわめて重要なポイントです。今回はパワーインテグリティーで扱う用語や課題について説明し、実際の評価方法を紹介します。

バッテリーと電力管理

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スマートフォンなど、バッテリー駆動のワイヤレス機器は身の回りにいくつもあります。そのバッテリーには、バッテリー自体の寿命はもちろん、短時間充電かつ長時間使用が求められます。また温度変動があっても問題なく電源供給できなければなりません。今回は、まずバッテリーの基礎的な項目を振り返り、扱う等価回路モデルと内部抵抗、充放電、寿命といった評価項目や測定方法について解説し、これらの試験を行うために必要な機器やソフトウェアについても紹介します。

電源と電子負荷の自動測定

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電源の性能を評価するためには、複数の機器を使用し、様々な条件でテストしなければなりません。これらを全て手動で行うのは現実的ではなく、測定値の再現性を得ることも困難です。このため、電源の性能を効率よく評価するためには測定の自動化を検討する必要があります。今回はPCから測定器を制御するための通信やプログラムの基礎知識について詳しく説明します。また、BenchVueソフトウェアを使用した評価例についても紹介します。

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