Accélérer le développement en électronique de puissance à l'aide d'un oscilloscope pour le débogage EMI

Votre tâche

Le test des émissions conduites est une mesure obligatoire à la fin de chaque processus de conception pour une alimentation à découpage. Le développeur doit vérifier que le produit est conforme avec la norme applicable, avant que celui-ci ne puisse être lancé sur le marché. Un test complet de conformité nécessite une chambre de test et un récepteur EMI adaptés. Si le produit se situe en dehors des limites de la norme, la modification de l'alimentation peut s'avérer nécessaire et cela pourrait concerner plusieurs éléments de l'alimentation à découpage, comme par exemple le filtre d'entrée EMI, la conception du circuit intégré (PCB), ou encore les décisions de conception prises comme le choix d'une fréquence de commutation adaptée. Cela peut impacter de manière significative le délai de mise sur le marché. Il est souvent nécessaire de revoir partiellement la conception du produit. Ce risque peut être largement minimisé en réalisant les tests d'émissions conduites à un niveau très précoce du cycle de développement. Pour un test de pré-conformité, vous n'avez pas nécessairement besoin d'une chambre, mais vous avez besoin d'un instrument capable de mesurer le spectre des lignes d'entrée et de sortie de l'alimentation, de manière comparable. Il peut s'agir d'un analyseur de spectre, mais également d'un oscilloscope.

Solution T&M

Les oscilloscopes Rohde & Schwarz proposent des fonctionnalités d'analyse FFT puissantes et simples à utiliser, permettant de mesurer la magnitude de la composante fréquentielle. Les utilisateurs peuvent visualiser le domaine temporel relatif aux signaux simultanément, et peuvent par conséquent corréler les émissions spectrales non souhaitées avec les événements du domaine temporel. Cela fait de ces oscilloscopes des instruments autonomes puissants pour la réalisation de tests précoces d'émissions conduites sur des conceptions d'électronique de puissance. Cela est très pratique lors qu’aucun équipement dédié, tel qu'un récepteur EMI, n'est disponible dans le laboratoire de R&D pour réaliser la mesure de pré-conformité pendant la phase de conception.
Plus tôt la conformité EMI est prise en compte, plus il est probable qu'elle ne devienne pas un problème à la fin du processus de développement. La découverte précoce d'un problème EMI est moins coûteuse et plus facile à solutionner. Comme les oscilloscopes sont généralement les principaux instruments utilisés lors du développement matériel et du test système, ils s'avèrent être les outils parfaits pour les tests EMI en R&D.

Banc de mesure
Afin de mesurer les émissions conduites d'une alimentation, un réseau de stabilisation de l'impédance de ligne (LISN) est nécessaire pour découpler le dispositif sous test de l'alimentation externe. La sortie coaxiale du LISN doit être connectée à l'oscilloscope avec un câble coaxial doté d'une impédance d'entrée de 50 ohms, afin de garantir la bonne correspondance. Sur l'oscilloscope, les étapes suivantes doivent être effectuées pour mesurer le spectre :

• Activer la FFT, puis configurer les fréquences minimale et maximale ainsi que la bande passante de résolution.
• Ajuster la sensibilité verticale dans la fenêtre du domaine temporel, afin que la voie d'entrée soit saturée lorsque le dispositif sous test sera mis sous tension.
• Désactiver l'alimentation du dispositif sous test afin de réaliser une mesure de référence. Cela garantit que vous connaissez le plancher de bruit de la configuration et que ce bruit ne provient pas du dispositif sous test.
• Réactiver l'alimentation et effectuer une mesure. Vérifier par rapport aux limites d'émissions conduites connues du dispositif sous test. Prendre en compte toute atténuation supplémentaire relative au LISN.

Cas d'étude – efficacité du filtre EMI
Les deux captures d'écrans suivantes illustrent une mesure d'émissions conduites avec l'oscilloscope R&S®RTM3000 – sans et avec un filtre EMI.

La voie 1 affiche le signal mesuré dans le domaine temporel qui est connecté au LISN. Du fait du LISN, ce signal est atténué par un facteur de 10 dB, ce qui doit être pris en compte lors de la comparaison des valeurs mesurées avec les limites d'émission. La fenêtre ci-dessous montre le spectre en dBuV sur la borne d'entrée de l'alimentation. Sans filtre EMI, le spectre du bruit généré à l'entrée du convertisseur DC / DC est clairement visible. À l'inverse, la mesure avec un filtre EMI montre que les émissions conduites sur la ligne d'entrée sont effectivement atténuées.
Pour certaines fréquences, une atténuation jusqu'à 30 dB est visible.

Pour vérifier les émissions dans la gamme des basses fréquences, l'utilisateur doit répéter la mesure en se focalisant sur les fréquences les plus faibles.

Conclusion

La fonction FFT des oscilloscopes Rohde & Schwarz est un outil puissant permettant aux concepteurs de déboguer les émissions conduites des alimentations. Puisque l'oscilloscope est un instrument de mesure classique pour la conception en électronique de puissance, il peut faire économiser beaucoup de temps et d'argent, en l'utilisant également pour évaluer précocement les EMI lors de la phase de développement. Cela permet d'obtenir la conformité EMI sans avoir à repenser le produit après que celui-ci ait échoué au test de conformité.