Testen von Leistungselektronik

Leistungselektroniktests

Leistungselektroniktests meistern

Führende Lösungen zum Testen Ihrer Leistungselektronik-Designs

Das Stromversorgungssystemauf einer digitalen Verarbeitungsplatine steht vor Herausforderungen, die denen von Logikschaltungen ähnlich, aber doch verschieden sind. Diese Herausforderungen erfordern Kompromisse, die sich auf die Designentscheidungen auswirken. Halbleiter mit großer Bandlückewie Galliumnitrid (GaN) und Siliziumkarbid (SiC) in Leistungswandlern ermöglichen eine:

  • Größenreduzierung der Stromversorgung
  • Verringerung von Schaltverlusten
  • Erhöhung des Wirkungsgrads
  • Allerdings führen höhere Schaltfrequenzen auch zu einem erhöhten Potenzial für parasitäre Effekte im Leistungswandler.

Herausforderungen bei der Entwicklung von Leistungselektronik

Durch die Erhöhung der Arbeitsfrequenz eines Schaltnetzteilskönnen die Induktionsstromwelligkeit, die Ausgangsspannungswelligkeit und die Kapazität sowie die Größe reduziert werden. Allerdings nehmen auch Energieverlust und Wärmeentwicklung des Netzteils, Wechselwirkungen zwischen High- und Low-Side-Transistoren und Shoot-Through zu. Zu starkes Rauschen eines Netzteils ist eine der Hauptursachen für elektromagnetische Störaussendungen. Kompakte Layouts, die mit höheren Temperaturen und thermischen Schwankungen verbunden sind, können zu Fehlern bei Bauteilen wie Reglern, Verstärkern und Wandlern führen.Kleinere Spannungen bedingen niedrigere Toleranzen und höhere Präzisionsanforderungen. Der Versorgungsbaum wird komplexer und muss eine Vielzahl von Spannungen für verschiedene Stromversorgungsbereiche unterstützen, sodass mehr Stromschienen erforderlich sind, um alle Schaltungspins zu erreichen. Dünnere Gleichspannungsschienen sind eine Möglichkeit, ein Layout kompakter zu gestalten und dessen Komplexität in den Griff zu bekommen.Sie sind jedoch anfälliger für Überhitzung und höhere Induktivität.

Gewährleistung der Zuverlässigkeit leistungselektronischer Schaltungen

Zuverlässigkeit ist eine kritische Anforderung an leistungselektronische Schaltungen. Versagt die Leistungsschaltung, funktioniert auch das Gerät nicht. Ein hoher Wirkungsgrad zur Minimierung von Energieverlusten, die zu Wärmeerzeugung führen, trägt zur Zuverlässigkeit bei. Selbst die effizientesten Leistungselektronikschaltungen erzeugen Wärme – daher sind eine gut konzipierte Wärmeableitung und eine geeignete Materialauswahl unerlässlich. Leistungselektronikschaltungen müssen außerdem die EMI-Anforderungen erfüllen; Emissionen beeinflussen nicht nur das Gerät selbst, sondern auch alle benachbarten Geräte.

Tests von Leistungselektronik mit Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz bietet genaue, schnelle und zuverlässige Messwerkzeugefür die folgenden Bereiche der Leistungselektronik. Sie helfen dabei, optimale Design-Entscheidungen zu treffen und Probleme zu beheben:

  • Schaltanalyse:Beinhaltet Grundlagen von AC-DC-Wandlern, Tests auf Zuverlässigkeit bei der Entwicklung von Leistungswandlern sowie Verifizierungsmethoden für die elektrische Isolierung zwischen Eingang und Ausgang in AC-DC-Wandlern.
  • Regelschleifenmessungen:Ein Netzteil muss trotz wechselnder Gerätelast einen konstanten Ausgangspegel aufrechterhalten. Ein Bode-Diagramm ist das Werkzeug der Wahl für die Analyse von Netzteilregelkreisen.
  • EMI-Fehlersuche:Das Erkennen, Analysieren und Beseitigen von Ursachen elektromagnetischer Störungen (EMI) zu einem frühen Zeitpunkt im Entwicklungsprozess ist der sicherste Weg, um einen EMI-Konformitätstest erfolgreich zu bestehen. Zudem lassen sich so Redesigns, Verzögerungen und zusätzliche Kosten in der Spätphase des Projekts am besten vermeiden.
  • Leistungsaufnahme: Bei batteriebetriebenen Geräten ist die Batterielaufzeit ein entscheidender Designaspekt. Die Minimierung des Stromverbrauchs ist sowohl für batteriebetriebene als auch für netzbetriebene Elektrogeräte von entscheidender Bedeutung.
  • Leistungsintegrität:Die Analyse der Performance des Power Delivery Networks auf einer Leiterplatte ist ein wesentlicher Teil des Schaltungsentwurfsprozesses.
  • Designverifizierung:Das dynamische Verhalten während des Anlaufs und die Auswirkungen von Laständerungen machen komplexere Prüfmittel notwendig.

Testlösungen für Leistungselektronik

Analyse des Schaltverhaltens

Höhere Schaltfrequenzen sind hilfreich, um den Wirkungsgrad und die Performance eines Leistungswandlers zu maximieren. Sie können aber auch unerwünschte Begleiterscheinungen wie Shoot-Through und übermäßige Störaussendungen zur Folge haben. Mit Oszilloskopen, Leistungstastköpfen und Analysesoftware von Rohde & Schwarz sind Elektronikentwickler in der Lage, solche Probleme aufzuspüren, das Schaltverhalten zu verbessern und ihre Designs zu charakterisieren und zu optimieren.

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EMI-Fehlersuche und -Analyse

Elektromagnetische Störungen (EMI) sind ein entscheidendes Kriterium im Bereich der Leistungselektronik und gewinnen mit steigenden Schaltgeschwindigkeiten weiter an Bedeutung. Deshalb muss das Auftreten elektromagnetischer Störungen bereits frühzeitig im Entwicklungsprozess berücksichtigt werden, um kostspielige Redesigns zu vermeiden. Oszilloskope von Rohde & Schwarz zeichnen sich durch leistungsstarke Spektrumanalysefunktionen aus, mit denen EMI-Probleme bereits in der F&E-Phase angegangen werden können.

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Regelkreisanalyse

Im Kern eines jeden Leistungswandlers oder Wechselrichters sorgt ein Regelkreis für eine stabile Ausgangsspannung. Oszilloskope von Rohde & Schwarz bieten spezielle Funktionen, mit denen sich das Verhalten dieses Regelkreises analysieren lässt.

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Designverifizierung

Die Verifizierung der Betriebseigenschaften und der Leistungsfähigkeit eines Leistungswandlers im Entwicklungsstadium kann eine Herausforderung sein. Zahlreiche Anforderungen müssen erfüllt werden, einschließlich Kundenspezifikationen und relevanter Normen. Rohde & Schwarz bietet Ihnen eine breite Auswahl an hochwertigen Produkten und Lösungen für zuverlässige Design- und Fertigungstests.

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Power-Integrity-Tests

Mit stabilen und sauberen Signalen auf den Stromversorgungsleitungen wird sichergestellt, dass elektronische Geräte zuverlässig arbeiten. Immer geringere Spannungen und engere Toleranzen machen die exakte Messung von Stromversorgungsleitungen zunehmend komplexer. Oszilloskope von Rohde & Schwarz unterstützen diese Aufgabe mit umfangreichem Zubehör und speziellen Analysefunktionen.

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Messung des Wirkungsgrads

Beim Design von Leistungswandlern muss der Entwickler zwischen unterschiedlichen Zielen wie Normenkonformität und Wirkungsgrad abwägen. Dies gilt für hohe Leistungspegel, aber auch für batteriebetriebene Embedded-Designs. Folge davon ist ein hoher Testaufwand. Rohde & Schwarz bietet eine breite Palette an Lösungen, die Ihnen bei der Bewältigung dieser Herausforderungen helfen.

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