A conformidade com EMI está se tornando uma importante preocupação para eletrônica de potência avançada devido ao aumento nas velocidades de comutação. As medições de frequência-tempo correlacionados ajudam a otimizar o acionamento da porta e a minimizar as emissões eletromagnéticas logo no início do desenvolvimento.
O uso de materiais de amplo intervalo de banda, como carboneto de silício (SiC) e nitreto de gálio (GaN) permite altas frequências de comutação e bordas ascendentes íngremes, bem como altas tensões. Essas características aumentam a eficiência das fontes de alimentação chaveadas e tornam a conformidade em EMI mais desafiadoras. Levar em conta diretrizes de design para EMI reduzida é tão importante quanto testar e otimizar para conformidade com EMI na fase de desenvolvimento.
Osciloscópios são ferramentas potentes que dão suporte às tarefas cotidianas de engenheiros elétricos. A sensibilidade e o desempenho dos osciloscópios atuais permitem tarefas de otimização de EMI durante a fase de design do novo produto. Entrada de largura de banda de resolução e frequência direta e uma rápida taxa de atualização são recursos úteis dos osciloscópios da Rohde & Schwarz. Em combinação com o conjunto de sondas compactas R&S®HZ-15 para medições de campo próximo E e H e o conjunto de sondas compactas R&S®HZ-17 de campo próximo H (ambos com largura de banda de 3 GHz), a origem e o caminho de transmissão de emissões indesejadas em uma PCB podem ser facilmente localizados.
FFT com porta ajuda a determinar quais segmentos do sinal no domínio de tempo se correlacionam a quais eventos no espectro.
FFT com porta para análise de tempo-frequência correlacionada
Para análises avançadas, por exemplo, a correlação entre os sinais de domínio de frequência e tempo, o recurso FFT com porta dos osciloscópios R&S®RTE1000 e R&S®RTO6 é essencial. Essa função restringe a análise de espectro a uma região definida pelo usuário do sinal de domínio de tempo capturado.
Emissões espectrais excessivas podem, assim, estar correlacionadas a períodos dedicados em um sinal contínuo. Durante os testes de EMI, isso não só ajuda a identificar a fonte de emissões eletromagnéticas indesejadas em sinais de domínio de tempo, mas também permite testar diretamente diferentes cenários operacionais.
A EMI de uma ponte MOSFET (vermelha) é significativamente reduzida otimizando a tensão de acionamento de porta (verde). Um sinal de acionamento de porta retangular foi usado em (1), enquanto um sinal de acionamento de porta de dois níveis modificado foi aplicado em (2). © IFE Graz University of Technology, Áustria
Otimização de tensões de comutação de portal com relação à emissão de EMI
Uma fonte de emissões de EMI em circuitos de eletrônica de potência é a ponte MOSFET de comutação rápida. A modificação da tensão de acionamento de porta dos transistores de comutação é uma forma simples de reduzir a EMI. Isso requer medição paralela da tensão de acionamento de porta, do sinal de saída e da radiação emitida, bem como do respectivo espectro.
Na figura abaixo, vários sinais de acionamento de uma ponte MOSFET e seu efeito sobre a radiação emitida são analisados. Em (1), um sinal de acionamento de porta retangular foi aplicado, enquanto em (2), um sinal de acionamento de porta retangular de dois níveis foi usado (verde). O monitoramento paralelo da emissão de EMI com uma ponta de prova de campo próximo mostra claramente que este é um método eficaz: a amplitude dos componentes de alta frequência no sinal de EMI (vermelho) é reduzida com eficiência.
A EMI de uma ponte MOSFET (vermelha) é significativamente reduzida otimizando a tensão de acionamento de porta (verde). Um sinal de acionamento de porta retangular foi usado em (1), enquanto um sinal de acionamento de porta de dois níveis modificado foi aplicado em (2). © IFE Graz University of Technology, Áustria
Mais etapas de otimização
Para determinar a tensão de porta ideal, é preciso analisar parâmetros adicionais. A perda de comutação é um fator importante e pode aumentar com a mudança dos sinais de acionamento de porta. Para medições de perda de comutação são necessárias pontas de prova de corrente e pontas de prova diferenciais de alta tensão, e as máximas tensão e corrente, bem como a largura de banda, são fatores cruciais. É preciso cancelar a distorção de sinais de corrente e tensão para evitar erros de medição da perda de comutação:
A função FFT rápida e flexível dos osciloscópios da Rohde & Schwarz é compatível com o teste de EMI detalhado para eletrônica de potência logo no início da fase de desenvolvimento de dispositivos eletrônicos de ponta. A interface de usuário simplificada permite que as configurações FFT sejam configuradas e alteradas com apenas alguns gestos na ampla tela sensível ao toque do osciloscópio R&S®RTO6. Em combinação com pontas de campo próximo e pontas de prova diferenciais de alta tensão ou corrente, os circuitos eletrônicos de potência podem ser totalmente otimizados sem ferramentas de teste adicionais. Isto acelera o desenvolvimento da eletrônica de potência durante a fase de design do dispositivo e ajuda os dispositivos a passarem nos testes de qualificação de compatibilidade eletromagnética.
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