Соответствие по ЭМП — главная проблема для передовой силовой электроники из-за возрастания скоростей переключения. Измерения с корреляцией времени и частоты помогают оптимизировать управление стробом и минимизировать электромагнитное излучение уже во время разработки.
Использование материалов с широкой запрещенной зоной, таких как карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN), обеспечивает высокие частоты переключения и резко нарастающие фронты, а также высокие напряжения. Эти характеристики повышают эффективность переключения источников питания и делают более перспективным выполнение требований на соответствие по ЭМП. Соблюдение принципов проектирования для уменьшения ЭМП столь же важно, как и испытания и оптимизация для соответствия по ЭМП на фазе разработки.
Осциллографы — высокоэффективные инструменты, применяемые инженерами-электриками для решения ежедневных задач. Чувствительность и производительность современных осциллографов обеспечивают возможность выполнения задач по оптимизации ЭМП на фазе разработки нового продукта. Полезные функции осциллографов от компании Rohde & Schwarz — прямой ввод полосы разрешения и частоты, а также поддержание высокой частоты дискретизации . При использовании с компактным комплектом пробников для измерения электрического и магнитного поля в ближней зоне R&S®HZ-15, а также c компактным комплектом пробников для измерения магнитного поля в ближней зоне R&S®HZ-17 (оба с полосой пропускания 3 ГГц), осциллограф легко определяет источник и тракт передачи нежелательных излучений на печатной плате.
Оконная функция БПФ помогает определять, какие сегменты сигнала временной области с какими событиями в спектре коррелируют.
Оконная функция БПФ для анализа с корреляцией времени и частоты
Для расширенного анализа, например, корреляции между сигналами во временной и частотной областях, важное значение имеет оконная функция БПФ для осциллографов R&S®RTE1000 и R&S®RTO6. Эта функция ограничивает анализ спектра определенным пользователем участком захваченного сигнала временной области.
В результате избыточные спектральные излучения могут коррелировать с выделенными временными периодами непрерывного сигнала. Во время испытаний на ЭМП это не только помогает идентифицировать источник нежелательных электромагнитных излучений по сигналам временной области, но также обеспечивает возможность проведения прямых испытаний в различных сценариях эксплуатации.
ЭМП моста MOSFET (красного цвета) существенно снижается за счет оптимизации управляющего напряжения строба (зеленого цвета). В случае (1) использовался прямоугольный управляющий сигнал строба, тогда как в случае (2) использовался модифицированный двухуровневый управляющий сигнал строба. © IFE Graz University of Technology, Austria
Оптимизация управляющего напряжения строба применительно к излучению ЭМП
Одним из источников излучений ЭМП в цепях силовой электроники является мост MOSFET с малым временем переключения. Простой способ снизить ЭМП — изменить управляющее напряжение строба для переключающих транзисторов. Это требует параллельного измерения управляющего напряжения строба, выходного сигнала и испускаемого излучения, а также их спектра.
На приведенном ниже рисунке показаны различные задающие сигналы моста MOSFET и анализируется их влияние на испускаемое излучение. В случае (1) был подан прямоугольный управляющий сигнал строба, тогда как в случае (2) использовался каскадный двухуровневый прямоугольный управляющий сигнал строба (зеленого цвета). Параллельный мониторинг излучения ЭМП с помощью пробника ближнего поля отчетливо показывает, что этот метод эффективен: амплитуда высокочастотных составляющих сигнала ЭМП (красного цвета) значительно снижается.
ЭМП моста MOSFET (красного цвета) существенно снижается за счет оптимизации управляющего напряжения строба (зеленого цвета). В случае (1) использовался прямоугольный управляющий сигнал строба, тогда как в случае (2) использовался модифицированный двухуровневый управляющий сигнал строба. © IFE Graz University of Technology, Austria
Дальнейшие действия по оптимизации
Для определения оптимального управляющего напряжения строба должны анализироваться дополнительные параметры. Важный показатель — потери при переключении, которые могут увеличиваться при изменении сигналов управления стробом. Для измерений потерь при переключении необходимы токовые пробники и высоковольтные дифференциальные пробники с необходимыми характеристиками, важнейшими из которых являются максимальные значения напряжения и тока, а также полоса пропускания. Искажения сигналов тока и напряжения должны быть устранены во избежание ошибок измерений потерь при переключении:
Быстродействующая и гибкая функция БПФ осциллографов от компании Rohde & Schwarz поддерживает детальные испытания на ЭМП для силовой электроники уже на фазе разработки современных электронных устройств. Усовершенствованный пользовательский интерфейс большого сенсорного экрана осциллографа R&S®RTO6 позволяет задавать и менять настройки БПФ с помощью всего лишь нескольких жестов. В сочетании с пробниками ближнего поля и высоковольтными дифференциальными или токовыми пробниками возможна полная оптимизация цепей силовой электроники без необходимости использования дополнительных испытательных инструментов. Это ускоряет разработку устройств силовой электроники и помогает успешно проходить квалификационные испытания этих устройств на ЭМС.
Сопутствующие товары
