Encurte o desenvolvimento da eletrônica de potência usando um osciloscópio para depuração de EMI

Os osciloscópios são as ferramentas básicas dos engenheiros de eletrônica de potência. Com capacidades de análise de FFT poderosas e fáceis de usar, seus campos de aplicação se estendem à depuração de EMI, e isso economiza muito tempo e dinheiro. Uma tarefa típica é a verificação da eficácia de um filtro EMI, no início da fase de desenvolvimento.

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Sua tarefa

O teste de emissão conduzida é uma medição obrigatória no fim de cada processo de design de uma fonte de alimentação de modo de comutação (fonte de alimentação chaveada). O desenvolvedor deve verificar se o produto é compatível com o padrão aplicável antes de ele ser lançado no mercado. O teste de conformidade completo requer uma câmara de testes e um receptor EMI adequado. Se o produto ficar fora dos limites do padrão, pode ser necessário modificar a fonte de alimentação, e isso pode afetar seriamente as outras partes da fonte de alimentação chaveada, como, por exemplo, o filtro de entrada EMI, o design PCB e decisões de conceito como a seleção de uma frequência de comutação adequada. Isso pode ter um impacto significante no tempo em que o produto ficará disponível no mercado. É necessário reformular parcialmente o produto frequentemente. Esse risco pode ser drasticamente reduzido pela realização de testes de emissão conduzida em um estágio inicial do ciclo de desenvolvimento. Para o teste de pré-conformidade, você não precisa necessariamente de uma câmara, mas precisa de um instrumento que seja capaz de medir o espectro das linhas de entrada e de saída da fonte de alimentação de forma comparável. Esse instrumento pode ser um analisador de espectro ou um osciloscópio.

Solução de teste e medição

Os osciloscópios da Rohde & Schwarz oferecem uma funcionalidade de análise de FFT poderosa e fácil de usar, para medir a magnitude do componente de frequência. Os usuários podem ver os sinais relacionados com o domínio de tempo ao mesmo tempo, e podem, assim, correlacionar emissões de espectro indesejadas com eventos de domínio de tempo. Isso faz com que esses osciloscópios se tornem instrumentos autônomos poderosos para a realização de testes de emissão conduzida antecipados em design de eletrônica de potência. Isso é particularmente útil quando nenhum dispositivo exclusivo, como um receptor EMI, está disponível no laboratório de pesquisa e desenvolvimento para dar suporte à medição de pré-conformidade durante a fase de design.
Quanto mais cedo a conformidade EMI for tida em consideração, é mais provável que ela não se torne um problema no final do processo de desenvolvimento. A descoberta antecipada de um problema de EMI é menos dispendiosa e mais fácil de resolver. Como os osciloscópios são os principais instrumentos utilizados durante o desenvolvimento de hardware e o testes de sistemas, eles são uma ferramenta valiosa para testes relacionados com EMI em pesquisa e desenvolvimento.

Configuração para testes
Para medir emissões conduzidas de uma fonte de alimentação, uma rede de estabilização da impedância de linha (LISN) é necessária para desacoplar o dispositivo em teste da fonte de alimentação externa. A saída coaxial da rede de estabilização da impedância de linha deve estar conectada aos osciloscópio com um cabo coaxial com impedância de entrada de 50 Ohm ativada no osciloscópio para garantir uma correspondência adequada. No osciloscópio, os seguintes passos devem ser executados para medir o espectro:

  • Ativar a FFT e configurar as frequências mínima e máxima e a resolução de largura de banda.
  • Ajuste a sensibilidade vertical no período de domínio de tempo, de forma que o canal de entrada não seja sobrecarregado quando o dispositivo em teste for ligado.
  • Desligue a alimentação do DUT para fazer uma medição de referência. Isso garante que você conheça o piso de ruído da instalação e que esse ruído não venha do DUT.
  • Ligue a alimentação novamente e faça uma medição. Verifique se há limites de emissão conduzida para o DUT. Leve em consideração quaisquer atenuações adicionais devido à rede de estabilização da impedância de linha.
Espectro EMI sem filtro de entrada
Espectro EMI sem filtro de entrada
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Estudo de caso – eficácia do filtro EMI
As duas capturas de tela seguintes ilustram a medição de uma emissão conduzida com o osciloscópio R&S®RTM3000, com e sem um filtro EMI.

O canal 1 mostra o sinal de domínio de tempo medido conectado à rede de estabilização da impedância de linha. Devido à rede de estabilização da impedância de linha, esse sinal é atenuado por um fator de 10 dB, que deve ser tido em consideração na comparação de valores medidos com limites de emissão. A janela inferior mostra o espectro em dBuV no equipamento de usuário de entrada da fonte de alimentação. Sem um filtro EMI, o espectro de ruído gerado na entrada do conversor de CC/CC é claramente visível. Em contraste, a medição com um filtro EMI mostra que as emissões conduzidas na linha de entrada são atenuadas com eficácia.
Em algumas frequências, a atenuação de até 30 dB é visível.

Espectro EMI com filtro de entrada
Espectro EMI com filtro de entrada
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Para verificar as emissões na região de frequências mais baixas, o usuário deve repetir a medição com foco nas frequências mais baixas.

Resumo

A funcionalidade FFT dos osciloscópios da Rohde & Schwarz é um recurso poderoso que permite que os designers depurem emissões conduzidas de fontes de energia. Como o osciloscópio é um instrumento de medição padrão para design de eletrônica de potência, ele pode poupar muito tempo e dinheiro ao também ser utilizado para avaliar EMI antecipadamente na fase de desenvolvimento. Isso faz com que seja mais provável que ele alcance a conformidade com EMI, sem que seja necessária uma reformulação essencial do produto depois de uma reprovação no teste de conformidade.

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