• Agilent L4532A/L4534A


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    • Abstract: フライバック電圧は一般に高くなり. ます。 ここでは、フィードバック電. 圧は 165 V です。 図 1a. エンジン制御ユニット. 図 1b. ... り、システムのオーバシュート(存. 在する場合)が落ち着いた. 後の. ピー. クをサンプリングすることができ、 フライバック・パルスをより正確に ...

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Agilent L4532A/L4534A
デジタイザを使用した
メカトロニック・パワー・
ドライバのテスト
Application Note
目次
はじめに 最新のモーション・コントロール用メカトロニクス 2
概要 測定上の問題 2
デジタイザの設定 開発ツールとして LXI インタフェースを使用 4
波形の捕捉および表示 適切な測定ウィンドウの決定 6
セグメント・メモリの使用 複数チャネルの捕捉 11
まとめ L4534A の使用 14
はじめに 造 環 境 で は、 こ れ ら の ア プ リ ケ ー ライバは、ローサイド・ソレノイド・
ションの多くが大量生産になるの ドライバ で構成されています。この
最新の輸送用、航空宇宙/防衛用、 で、テスト速度が高速であることが 例では、4 つのドライバとそれぞれ
産業用制御製品はすべて、モーショ 最も重要です。 に対応する噴射装置があります。内
ン・コントロールにエレクトロニク 燃機関で期待されるように、噴射装
スやソフトウェアを使用していま これらの測定上の問題を解決するた 置はシーケンシャルに炎を噴射しま
す。これらのシステムは、非常に過 め に、Agilent は、L4532A お よ び す(図 1b)。
酷な電気的環境で、電子制御ユニッ L4534A 20 M サンプル /s、16 ビッ
ト(ECU)を使用し、主に誘導性電源 ト高電圧デジタイザを発表しまし これらのドライバはローサイド (す
負荷(ソレノイド、モータ、ランプ、 た。これらのデジタイザは、高速で なわち、燃料噴射装置の下側をグラ
リレー) をドライブすることにより 高確度の高電圧測定用に最適化され ンドに引っ張ることによってオンに
周囲のメカニカル部品を制御しま ています。このアプリケーション・ なる) なので、ソレノイド・ドライ
す。ECU は通常、負荷の制御に、パ ノートでは、メカニカル部品のテス バは V batt で「オフ状態」になり、
ワー MOSFET または IGBT 出力ド トに役立つ、これらのデジタイザの グランド付近でオン状態になりま
ライバを使用します。 主な特性について紹介しています。 す。噴射装置のドライバがオフにな
ると、大きな誘導性フライバック電
これらのハイパワー・ドライバを十 圧が発生します。ドライバの磁界が
分にテストするには、問題に対応で 消失すると、大きなフライバック電
圧にエネルギーが吸収されます。電
きる測定システムとともに、特殊な
概要:測定上の問題 磁界が消失する速度 (すなわち、噴
測定法を使用する必要があります。
たとえば、これらのドライバでは、 射装置のスイッチング速度) は、フ
例として、4 つの燃料噴射装置ソレ ライバック電圧に比例します。この
広いダイナミック・レンジと短い立 ノイド・ドライバを備えたエンジン
ち上がり時間の信号が必要となりま ため、高速ソレノイド・ドライバの
制御ユニット (図 1a)の出力ドライ フライバック電圧は一般に高くなり
す。 バをテストする方法を紹介します。 ます。ここでは、フィードバック電
エンジンの性能/エミッション目標 圧は 165 V です。
これらのパワー・ドライバは、製品 を達成するには、燃料噴射装置が各
の安定性や性能と関係があるため、 シリンダに注入する燃料の量が正確
製品を製造に移す前に、徹底したデ でなければなりません。一般的なド
ザイン検証が必要です。さらに、製
噴射装置 1
噴射装置 2
エンジン
制御ユニット
噴射装置 3
噴射装置 4
図 1a. エンジン制御ユニット 図 1b. 燃料噴射装置のドライブ信号
2
噴射装置のドライバ構造を図 2a に • 32 M サンプル/チャネル(オプ 評価し、合否を判定するには、実際
示します。主な特性として、V dson、 ションで 128 M サンプル/チャ の測定結果が必要です。ここからは、
Vpk、ton、tpw、リンギング周波数が ネルに拡張可能) の大容量メモリ 以下の信号特性の測定手法に重点を
あります (図 2b を参照) つの問
。1 により、長時間の詳細な波形イベ 置いて説明します。
題は、4 つの燃料噴射装置のこれら ントを捕捉できます。
の特性を、できるだけ迅速かつ正確 • Vdson
• 柔軟なマルチチャネル・トリガに
に 測 定 す る こ と で す。Agilent (適切な nMOSFET Vdson を検証)
より、さまざまなイベントで捕捉
L4534A 20 M サンプル /s デジタイ
を開始できます。 • V pk:フライバック電圧のピーク
ザを使用して、これらの値を測定し
(フライバック・クランプ・レベ
ます。L4534A は以下の特長を備え • オンボード測定機能を内蔵してい
ルを検証)
ているので、作業は簡単です。 るので、主な波形特性を簡単に測
定できます。 • ton:ソレノイド・ドライバのター
• ± 256 V の入力レンジを備えてい ンオン時間
• L4534A には LXI インタフェース
るので、高電圧パルスを直接測定 (プリドライブ・ステージを検証)
が内蔵され、テスト開発/デバッ
できます。
グ時間を短縮できます。 • tpw:フライバックのパルス持続
• 16 ビットのダイナミック・レン 時間
ジと小さな入力チャネル・オフ (ソレノイドのターンオフ時間を
図 2b に示されている波形から、定
セ ッ ト に よ り、1 回 の 捕 捉 で、 検証)
性的な情報が得られます。ただし、
V dson と V pk の両方のパルスを測
デザイン検証および製造で、特性を • フライバック・パルスの終わりの
定できます。
リンギングの周波数(正しいスナ
• セグメント・メモリと高速再アー バの動作を検証)
ミング時間により、パルス・イベ
ント以外の時間を除外して、多く
のパルスを記録できます。
ソレノイド
(車両内)
(2) フライバック・クランプ (1) ドライバ
(3) スナバ
リンギング
ドライブ入力 ローサイド・
ドライバ
フォールト出力 (ECU 内)
(4) 過電流検出
ドライバ・ステージ
図 2a. 燃料噴射装置のドライバ構造 図 2b. ドライバの主な特性
3
ほとんどのエンジニアは、1 台のオ
シロスコープをさまざまな波形測定
に使用していて、 台のオシロスコー
1
プでこうした測定を実行したいとい
う傾向があります。しかし、正確な
パラメータの測定には、高分解能の
デジタイザが最適です。図 3 に示さ
れている波形を考えてみましょう。
図 3a は代表的な 8 ビット・オシロ
スコープの波形を、図 3b は L4534A
16 ビット・デジタイザの波形をそれ
ぞれ示しています。どちらの場合も、
測定器は同様の入力レンジに設定さ
れていて、シングル・トリガで捕捉
図 3a. 8 ビット・オシロスコープの波形捕捉。1 回の捕捉、±200 V レンジ(プローブ使用)
した波形が表示されています。図 3a
に示されている波形の分解能に注目
してください。L4534A は、分解能
も確度も高いので、このようなパラ
メトリック測定に最適です。
デジタイザの設定:
開発ツールとして LXI
インタフェースを使用
デジタイザをプログラムする簡単な
方法は、LXI Web インタフェース
を使用することです。使用している
ソフトウェア環境に関係なく、LXI
Web インタフェースを使用すれば、
さまざまな設定や測定コマンドのサ 図 3b. 16 ビット L4534A の波形捕捉。1 回の捕捉、±250 V レンジ
ンプルが用意されており、プログラ
ミング作業が容易になります。
Web インタフェースを起動するに
は、PC とデジタイザを LAN ケーブ
ル で 接 続 し、L4534A の フ ロ ン ト・
パネルの LAN IP アドレスを確認し、
Web ブラウザに IP アドレスを入力
し て L4534A の Web ペ ー ジ を 表 示
します(詳細については、デジタイ
ザの『ユーザーズ・ガイド』の「測
定前の準備」を参照してください) 。
4
図 4. 1 つのソレノイド・ドライバ・チャネルを捕捉するための設定とコマンド
接続が完了すれば、LXI Web イン 次に、波形全体を捕捉できるだけの ここで、L4534A LXI インタフェー
タフェースを使用して、各種の設定 ポイントをサンプリングする必要が スを使用することの利点を紹介しま
が行えます。測定の設定には、LXI あります。50 V エッジがトリガ基準 す。Command Monitor ボタン (ウィ
Web インタフェースの Configure として使用するので、トリガ・ポイ ンドウの右上) を押して、Command
Digitizer タブを使用します。以下の ントの 前に、捕捉対象のデータ・ポ Monitor ウ ィ ン ド ウ を 開 き ま す。
説明については、図 4 を参照してく イントが多数あります。これを実行 Current Configuration ウィンドウ
ださい。 するには、 「プリトリガ」カウント に、現在の設定を示すデジタイザの
を使用します。全部で 100,000 個の 測定器コマンドが表示されます。こ
最初に、すべての測定のベースとな サンプルを 20 M サンプル /s の速度 れらのコマンドは、テスト・ソフト
るトリガ条件を選択する必要があり で捕捉します(捕捉期間= 5 M サン ウェアに直接コピーして貼り付ける
ます。ここでは、フライバック・パ プル) 。100,000 個のサンプルのうち、 ことができるプログラミング・サン
ルスの 50 V の立ち上がりエッジを 92,000 個はプリトリガ・データで、 プルと考えることができます。
トリガ・ポイントとして使用するの 8000 個はポストトリガ データです。

が最適です。50 V の立ち上がりエッ
ジを基準時間として使用して、そこ
から測定ウィンドウを正確に設定す
ることができます。
5
プリ ポスト
トリガ・ トリガ・
データ データ
図 5. ソレノイド・ドライバの出力(シングル・チャネル)、誘導性の燃料噴射装置負荷のドライブ
波形の捕捉と表示: 立ち上がりエッジでデジタイザが起 ケーブルが使用されています。図に
動します。その結果の捕捉波形を図 示されているマーカ間の波形データ
適切な測定ウィンドウ 5 に示します。 を選択することにより、テスト・シ
の決定 ステムの雑音を平均して除去した
図 6 は高電圧フライバック部分の拡 り、システムのオーバシュート (存
デ ジ タ イ ザ の 構 成 を 設 定 し た 後、 大表示です。マーカ A と B は、注 在する場合)が落ち着いた 後のピー
Acquire Data タブを選択して、波 目すべき高電圧フライバック部分を クをサンプリングすることができ、
形データの捕捉を開始します。Run 示しています。大規模なテスト・シ フライバック・パルスをより正確に
Once ボタンを押すと、次の 50 V の ステムには通常、配線によるインダ 測定できます。
クタンスや雑音の原因となる長い
6
ここで、LXI Web インタフェースを ドウの Set To Markers ボタンを押 ウィンドウを設定し、VAV 結果を
使用して、波形の測定値を入手しま して、平均電圧測定用のウィンドウ 問合せるソフトウェア・コマンドを
す。マーカを Manual に設定し、フ を正確に設定します。ここでは、 以下に示します。
ライバック部分を選択します(図 6 L4534A は 164.68 V を表示していま
を参照) 。VAV 測定をチャネル 1 に す。
追加するには、View Measurements
ボタンを押して、Installed Web ブラウザを使用した測定方法を
Measurements ウィンドウを開き、 説明したので、同じ結果が得られる
New... を押します。Vave 測定を選 コマンド シーケンスを確認します。

択し、Area を Window に設定しま
す。OK ボタンを押して、ウィンド 同様に、他の目的のパラメータにつ
ウを開きます。最後に、測定ウィン いても、適切なウィンドウを設定し、
内蔵測定の値を問合せることができ
ます(図 7 を参照)。
図 6. 電圧測定用のウィンドウと平均電圧(VAV)
7
(a) ton 時間用のウィンドウ (b) Vdson 電圧測定用のウィンドウ
MEAS:WIND:DEF -9000, 30000 MEAS:WIND:DEF -480, 4000
(c) tpw 時間測定用のウィンドウ (d) リンギング周波数測定用のウィンドウ
MEAS:WIND:DEF -100, 550 MEAS:WIND:DEF 200, 200
図 7. 測定に最適なウィンドウの決定
LXI インタフェースを使用して適切な
ウィンドウを決定すれば、必要な測定 MEASure:VAVerage[:VERBose]?(@)[,][,]
ができるようにデジタイザを簡単に設 MEASure:FALL:TIME[:VERBose]?(@)[,[,]]
定できます。右側に示されている例は MEASure:PWIDth[:VERBose]?(@)[,[,]]
各種測定機能用のコマンドです。詳細 MEASure:RISE:FREQuency[:VERBose]?(@)[,[,]]
については、 『プログラマーズ ガイド』

を参照してください。
8
平均電圧 (VAV)などの電圧値を測 ton および tpw 測定には、%による方
定する場合は、必要なウィンドウを 法が有効です。この方法のプログラ
指定するだけで十分です。ただし、 ミング・コマンドを以下に示します。
t on
(図 7a)、パルス幅、t pw
(図 7c)、
リンギング周波数(図 7d)などのタ
イミング・イベントを測定する場合
は、適切なエッジしきい値レベルも %レベルの宣言>> MEAS:THR:METH (@1), Percent
決定する必要があります。 使用するレベルの指定>> MEAS:THR:PERC (@1), 90.0, 50.0, 10.0
エッジしきい値の決定には、
さまざまな方法が使用できます。 図 7d に示されているリンギング波
形は減衰しているので、絶対値によ
%による方法 る方法でレベルを指定するのが最適
L4534A は、波形のトップとベース です。ここでは、しきい値を 20 V
を計算できるので、計算されたトッ 以内に設定するのが適切です。レベ
プとベースの%をしきい値として指 ルの設定には、以下のコマンドを使
定することができます。L4534A は、 用します。
最も一般的なモードでのトップと
ベースを計算します。パルスや正弦
波などの単純な波形には、この方法 絶対レベルの宣言>> MEAS:THR:METH (@1), Absolute
が有効です。検出されたエッジは、 使用するレベルの指定>> MEAS:THR:ABS (@1), 21.0, 20.0, 19.0
トップとベースの%として計算され
ます。
絶対値による方法 表 1 に、正確なフライバック・パル
より複雑な波形に対しては、特定の ス測定を実現するためのコマンドと
しきい値とともに、トップとベース 対応する結果を示します。
の絶対値を指定することができま
す。例えば、減衰正弦波やその他の 50 V の立ち上がりエッジが基準なの
特異な波形が存在している場合は、 で、さまざまな測定ウィンドウの配
トップとベースを計算することが難 置はいつでも一定かつ正確です。
しい場合があります。こうした場合
には、エッジ検出の絶対値だけを指 また、L4534A は、16 ビットの分解
定するのが最適です。 能があり、オフセットも小さいとい
う特長があります。高分解能、高確
度 な の で、 ド ラ イ バ の 高 い フ ラ イ
バック電圧 (図 4:~ 165 V) も低い
Vdson 電圧(図 7b:~ 1 V) 1 回の

波形捕捉で行えます。結果は「実数」
値なので、合否判定だけでなく、統
計解析にも使用できます。
9
表 1. シングルチャネル測定用のプログラミング・コマンドと結果
コマンド リターン値 単位
! チャネル・レンジの設定
CONF:CHAN (@1), 250, DC, LP_20_MHZ
! タイムベースとトリガの設定
CONF:ACQ 20000000,100000,98000,1,0.0,0.0
CONF:ARM:SOUR IMM
CONF:TRIG:SOUR CHAN
CONF:TRIG:SOUR:CHAN:EDGE (@1),50,POS,2.0
MEAS:THR:RESET(@1)
SYST:ERR? +0(エラーなし)
! 捕捉の開始
INIT
*OPC? 1
! Vpk ピークの OBM の問合せ
MEAS:WIND:DEF 50, 101
MEAS:VAV?(@1), WIND, 1 164.795 V
! Vdson の OBM の問合せ
MEAS:WIND:DEF -480, 400
MEAS:VAV?(@1), WIND, 1 1.112 V
! Tpw の OBM の問合せ
MEAS:WIND:DEF -100, 550
MEAS:PWID? (@1),1,1 9.48E-06 s
! Ton の OBM の問合せ
MEAS:WIND:DEF -90000, 30000
MEAS:FALL:TIME? (@1),1,1 9.93E-08 s
! エッジしきい値を絶対値に設定
MEAS:THR:METH (@1), Absolute
MEAS:THR:ABS (@1), 25.0,24.0,23.0
! リンギング周波数の OBM の問合せ
MEAS:WIND:DEF 200, 200
MEAS:RISE:FREQ? (@1),1,1 3.85E+05 Hz
10
セグメント・メモリの
使用:複数チャネルの
捕捉
この ECU は、4 つの噴射装置すべ
てがシーケンシャルに点火します
(図 8 を参照)。このセクションの目
的は、4 つのソレノイド・ドライバ
のパルスをすべて、ECU が出力す
ると同時に捕捉し、オンボード測定
を使用して測定することです(前の
シングル・チャネルの場合と同様の
図 8. ECU からの連続燃料噴射装置ドライバ出力。スケールは 256 V/div
方法で) 。
L4534A はセグメント・メモリをサ
ポートしているので、複数の波形捕 噴射装置ドライブ出力が捕捉され、 シングル・セグメントの方法を単純
捉に対応するようにデジタイザを設 対応するレコードに入れられます に拡張しただけで、MEAS コマンド
定することができます。各波形捕捉 (図 9 を参照)。 の終わりにレコード番号が追加され
を個別のメモリ空間に記録できま ています。
す。この例では、波形メモリを 4 つ 4 回のレコード捕捉のセットアップ
のセグメント (レコード)に分割す (
は、捕捉設定 CONF:ACQ)コマンド
る方法を示します。 を使えば簡単にプログラムできま
す。4 番目のパラメータはレコード
各 50 V トリガ・イベントの 1 レコー 数です。
ドのデータを捕捉して、セグメント ・
メモリに入れるように、L4534A を
設定します(図 9 を参照) 。
L4534A は、トリガ・イベントが い
ずれかの チャネルで検出されると、
捕捉を開始するように設定されてい
ます。デジタイザがアーミングされ、
ECU がシーケンシャル出力を開始
すれば、チャネル 1 から最初のトリ
ガを受け取り、波形が つのチャネ (4 4 つのレコードを捕捉した後、オン
ルすべてから) 捕捉されてレコード ボード測定を使用して、シングル・
1 に入れられます。チャネル 2 から チャネルの場合と同様の方法で結果
次 の ト リ ガ を 受 け 取 り、 波 形 が レ を抽出できます。4 セグメント捕捉
コード 2 に入れられます (以下同様) 。 の測定器コマンド・シーケンスを表
噴射装置の各ドライバ・チャネルの 2 に示します。これらのコマンドは、
図 9. 複数のレコードの捕捉による
セグメント・メモリへの波形の配置
11
表 2. マルチチャネル、マルチレコード測定用のプログラミング・コマンドと結果
コマンド リターン値 単位
! チャネル・レンジの設定
CONF:CHAN (@1), 250, DC, LP_20_MHZ
CONF:CHAN (@2), 250, DC, LP_20_MHZ
CONF:CHAN (@3), 250, DC, LP_20_MHZ
CONF:CHAN (@4), 250, DC, LP_20_MHZ
! タイムベースおよびトリガの設定
CONF:ACQ 20000000,100000,98000,4,0.0,0.0
CONF:ARM:SOUR IMM
CONF:TRIG:SOUR CHAN
CONF:TRIG:SOUR:CHAN:EDGE (@1),50,POS,2.0
CONF:TRIG:SOUR:CHAN:EDGE (@2),50,POS,2.0
CONF:TRIG:SOUR:CHAN:EDGE (@3),50,POS,2.0
CONF:TRIG:SOUR:CHAN:EDGE (@4),50,POS,2.0
MEAS:THR:RESET (@1:4)
SYST:ERR? +0(エラーなし)
! 捕捉の開始
INIT
*OPC? 1
! Vpk ピークの OBM の問合せ
Meas:WIND:DEF 50, 101
MEAS:VAV?(@1), WIND, 1 164.750 V
MEAS:VAV?(@2), WIND, 2 165.152 V
MEAS:VAV?(@3), WIND, 3 166.829 V
MEAS:VAV?(@4), WIND, 4 165.114 V
! Vdson の OBM の問合せ
MEAS:WIND:DEF -480, 400
MEAS:VAV?(@1), WIND, 1 1.110 V
MEAS:VAV?(@2), WIND, 2 1.088 V
MEAS:VAV?(@3), WIND, 3 1.060 V
MEAS:VAV?(@4), WIND, 4 1.529 V
(次ページに続く)
12
表 2. マルチチャネル、マルチレコード測定用のプログラミング・コマンドと結果
コマンド リターン値 単位
! tpw の OBM の問合せ
MEAS:WIND:DEF -100, 550
MEAS:PWID? (@1),1,1 9.49E-06 s
MEAS:PWID? (@2),1,2 9.63E-06 s
MEAS:PWID? (@3),1,3 9.81E-06 s
MEAS:PWID? (@4),1,4 9.91E-06 s
! Ton の OBM の問合せ
MEAS:WIND:DEF -90000, 30000
MEAS:FALL:TIME? (@1),1,1 9.74E-08 s
MEAS:FALL:TIME? (@2),1,2 1.06E-07 s
MEAS:FALL:TIME? (@3),1,3 2.52E-07 s
MEAS:FALL:TIME? (@4),1,4 1.11E-07 s
! エッジしきい値を絶対値に設定
MEAS:THR:METH (@1:4), Absolute
MEAS:THR:ABS (@1:4), 25.0, 24.0,23.0
! リンギング周波数の OBM の問合せ
MEAS:WIND:DEF 200, 200
MEAS:RISE:FREQ? (@1),1,1 3.85E+05 Hz
MEAS:RISE:FREQ? (@2),1,2 3.78E+05 Hz
MEAS:RISE:FREQ? (@3),1,3 3.67E+05 Hz
MEAS:RISE:FREQ? (@4),1,4 3.70E+05 Hz
13
まとめ • セグメント・メモリと高速再アー
ミング時間により、パルス・イベ
L4534A と内蔵の測定機能を使用す ント以外の時間を除外して、多く
れば、主要パラメータをすばやく簡 のパルスを記録できます。
単 に 測 定 す る こ と が で き ま す。16 • 32 M サンプル/チャネル(オプ
ビットの分解能と 250 V の入力レン ションで最大 128 M サンプル/
ジを備え、広いダイナミック・レン チャネルに拡張可能) の大容量メ
ジと高確度の 「測定エンジン」 として、 モリにより、長時間の詳細な波形
さまざまなデジタイジング /DVM/ イベントを捕捉できます。
タイミング測定に対応しています。
• 柔軟なマルチチャネル・トリガに
実際のパラメータが得られるので、
より、さまざまなイベントで捕捉
統計解析や合否判定に最適です。
を開始できます。
特 に、L4532A と L4534A に は、 以 • オンボード測定機能を内蔵してい
下の特長があります。 るので、ドライバの主な特性を簡
単に測定できます。
• ± 256 V の入力レンジを備えてい
• L4534A には LXI インタフェース
るので、高電圧フライバック・パ
が内蔵されているので、テスト開
ルスを直接測定できます。
発/デバッグ時間を短縮できま
• 16 ビットの広いダイナミック・ す。
レンジと小さなチャネル入力オフ
セ ッ ト に よ り、1 回 の 捕 捉 で、
V dson と V pk の両方のパルスを測
詳 細 に つ い て は、 以 下 の Agilent
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タイトル カタログ番号
高分解能 LXI デジタイザ Data Sheet 5989-9636JAJP
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© Agilent Technologies, Inc.2009
Published in Japan, September 16, 2009
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