Optimisation de la commutation des semi-conducteurs à large bande interdite pour répondre à la conformité EMI

La conformité EMI devient une préoccupation majeure en électronique de puissance avancée, du fait de l'augmentation des vitesses de commutation. Les mesures temps-fréquence corrélées aident à optimiser le fenêtrage temporel et à réduire l'émission électromagnétique pendant le développement.

Votre tâche

L'utilisation de matériaux à large bande interdite tels que le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN) permet des fréquences de commutation élevées et de fortes hausses du front, ainsi que des tensions élevées. Ces caractéristiques améliorent l'efficacité des alimentations à découpage et accentuent le défi relatif à la conformité EMI. La prise en considération des directives de conception, pour un EMI réduit, est aussi importante que le test et l'optimisation lors de la phase de développement pour la conformité EMI.

Solution Rohde & Schwarz

Les oscilloscopes sont des outils puissants qui prennent en charge les tâches quotidiennes des ingénieurs en électricité. La sensibilité et la performance des oscilloscopes modernes permettent l'optimisation EMI pendant la phase de conception d'un nouveau produit. Une fréquence directe, une bande passante de résolution et un taux de rafraîchissement rapide sont des fonctions pratiques des oscilloscopes Rohde & Schwarz. En association avec les ensembles de sondes compactes R&S®HZ-15 dédié aux mesures de champs proches E et H et R&S®HZ-17 dédié aux champs proches H (avec une bande passante 3 GHz), la source et le trajet de transmission des émissions non souhaitées sur un PCB peuvent facilement être localisés.

Application

FFT à fenêtrage temporel (Gated FFT) pour analyse temps-fréquence corrélée

Pour les analyses avancées, par exemple la corrélation entre les signaux des domaines temporel et fréquentiel, la fonctionnalité FFT à fenêtrage temporel des oscilloscopes R&S®RTE1000 et R&S®RTO2000 est essentielle. Cette fonction limite l'analyse de spectre à une zone définie par l'utilisateur du signal capturé dans le domaine temporel.

Les émissions spectrales excessives peuvent alors être corrélées à des périodes de temps définies dans un signal continu. Pendant le test EMI, cela n'aide pas seulement à identifier la source des émissions électromagnétiques non souhaitées dans les signaux du domaine temporel, mais permet également le test direct de différents scénarios de fonctionnement.

La FFT à fenêtrage temporel aide à déterminer quels sont les segments du signal dans le domaine temporel qui sont en corrélation avec les événements dans le spectre.

Optimisation des tensions du fenêtrage temporel en respectant l'émission EMI

Une source d'émissions EMI dans des circuits électroniques de puissance peut être un pont MOSFET à commutation rapide. La modification de la tension de fenêtrage temporel pour les transistors de commutation est une possibilité directe permettant de réduire l'EMI. Cela nécessite la mesure en parallèle de la tension de fenêtrage temporel, du signal de sortie et de la radiation émise, ainsi que leurs spectres.

Sur la figure ci-dessous, divers signaux d'un pont MOSFET et leurs effets sur la radiation émise sont analysés. En (1) c'est un signal rectangulaire de fenêtrage temporel qui a été appliqué, alors qu'en (2) c'est un signal rectangulaire de fenêtrage temporel à deux niveaux en cascade qui a été utilisé (vert). La surveillance en parallèle de l'émission EMI avec une sonde de champs proches indique clairement qu'il s'agit d'une méthode efficace : l'amplitude des composants haute fréquence dans le signal EMI (rouge) est efficacement réduit.

L'EMI d'un pont MOSFET (rouge) est réduit significativement en optimisant la tension de fenêtrage temporel (vert). Un signal rectangulaire de fenêtrage temporel a été utilisé en (1), alors qu'un signal modifié à deux niveaux de fenêtrage a été appliqué en (2). Université de technologie © IFE Graz, Autriche

D'autres étapes d'optimisation

Afin de déterminer la tension optimale de fenêtrage temporel, des paramètres supplémentaires doivent être analysés. La perte de commutation est un critère important et peut augmenter avec le changement des signaux de fenêtrage temporel. Pour les mesures de pertes de commutation, des sondes de courant et des sondes différentielles haute tension sont nécessaires, leurs tensions et courants maximum, ainsi que leurs bandes passantes sont cruciaux. Les signaux en tension et en courant doivent être corrigés pour éviter de mesurer les erreurs de la perte de commutation :

  • Les sondes différentielles haute tension R&S®RT-ZHD sont parfaitement adaptées aux semi-conducteurs à commutation rapide. Elles prennent en charge une bande passante jusqu'à 200 MHz et des tensions maximales mesurables entre 750 V et 6 kV, associées avec un rapport de réjection en mode commun élevé.
  • Les sondes de courant R&S®RT-ZC permettent des mesures de courant entre 5 A (RMS) et 500 V (RMS) avec une bande passante comprise entre 120 MHz et 2 MHz.
  • Les systèmes de test de calibration et de correction de puissance R&S®RT-ZF20 compensent le délai entre les sondes de courant et de tension. Cela est essentiel pour mesurer précisément la perte de commutation.

Conclusion

La fonction FFT rapide et flexible des oscilloscopes Rohde & Schwarz prend en charge le test détaillé de l' EMI pour l'électronique de puissance lors de la phase de développement de dispositifs électroniques de pointe. En association avec des sondes de champs proches et des sondes de courant ou différentielles haute tension, l'optimisation complète des circuits électroniques de puissance est possible sans avoir besoin d'outils de test supplémentaires. Cela accélère le développement des systèmes électroniques de puissance pendant la phase de conception du dispositif et aide à passer avec succès le test de qualification de compatibilité électromagnétique (EMC).

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