Medidas de tensión inversa de la batería en módulos electrónicos con funciones para test automatizados

Los sistemas electrónicos, como las centralitas electrónicas del vehículo (ECU), deben superar diversos ensayos rigurosos de cualificación para obtener la homologación para el uso en automóviles. Uno de estos ensayos consiste en un test de polaridad inversa, tal y como especifica la norma ISO 16750‑2. Conforme con la especificación, el módulo electrónico debe resistir una tensión de alimentación negativa durante un tiempo determinado sin sufrir daños. La unidad de medida de fuente (SMU) R&S®NGU401 es ideal para llevar a cabo esta tarea, y además ofrece funciones que permiten automatizar los test.

R&S®NGU401
R&S®NGU401
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Su misión

A veces es necesario desconectar y conectar repetidamente la batería de los vehículos, como por ejemplo cuando se realizan trabajos de revisión o de reparación. Al hacerlo, existe el riesgo de invertir la polaridad en la batería, lo cual puede dañar los componentes y circuitos conectados. Por ello, como parte del test de cualificación, todos los circuitos electrónicos deben superar un test de tensión inversa. Un módulo electrónico, como la centralita electrónica del vehículo o una unidad de control de la iluminación, se debe conectar a una tensión negativa durante como mínimo 60 s. Después del test, el módulo no debe mostrar daño alguno como consecuencia de la tensión inversa aplicada. Para el test se necesita una fuente de alimentación capaz de operar en los cuadrantes I y III para suministrar al módulo electrónico la alimentación y generar una tensión y una corriente negativa. Además, se necesitan criterios pasa/no pasa apropiados para validar el módulo electrónico.

Un buen método consiste en medir con precisión la tensión de alimentación y la corriente para comprobar si el circuito electrónico sigue intacto después de eliminar la tensión negativa. Realizar medidas de alta precisión de la tensión y de la corriente antes, durante y después del test es una forma muy sencilla de detectar un funcionamiento incorrecto o daños en un circuito electrónico. No es necesario realizar un ensayo funcional complejo del módulo electrónico. Además, la aplicación debe ser capaz de llevar a cabo test automatizados, sobre todo cuando se emplea en entornos de producción.

Forma de onda de tensión inversa conforme a ISO 16750-2
Forma de onda de tensión inversa conforme a ISO 16750-2
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Solución Rohde & Schwarz

La unidad de medida de fuente R&S®NGU401 es ideal para realizar test de tensión inversa conformes con la norma, puesto que puede operar en los cuadrantes I y III. Puede alimentar el módulo electrónico en la operación normal, generar una tensión y una corriente negativas durante como mínimo 60 s, y volver a la operación normal cuando se recupera la tensión positiva. La secuencia de prueba se puede definir por ejemplo con el generador arbitrario interno, o programarse de forma externa y aplicarse mediante control remoto.

Las tensiones y corrientes medidas se pueden utilizar para implementar criterios pasa/no pasa sencillos en un archivo de comandos de prueba externo. La R&S®NGU401 ofrece además una función de registro rápido con hasta 500 kS/s para registrar la tensión y la corriente. La alta frecuencia de muestreo permite realizar un análisis más exhaustivo y detallado. Mediante herramientas externas, la tensión y la corriente se pueden representar en un diagrama temporal con gran grado de detalle. El instrumento ofrece funciones plenas de control remoto, lo que facilita la ejecución de test automatizados.

Configuración de medida de tensión inversa con circuito de protección basada en un MOSFET de canal N y un controlador de diodo
Configuración de medida de tensión inversa con circuito de protección basada en un MOSFET de canal N y un controlador de diodo
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Aplicación

Básicamente, los test de tensión inversa en baterías son muy parecidos a las pruebas que se realizan en elementos semiconductores respecto a su comportamiento con tensión inversa.

Implementaciones comunes de circuitos de protección de tensión inversa de baterías

Un circuito de protección para realizar un test de tensión inversa en baterías se puede implementar de diferentes maneras. Es muy frecuente utilizar un simple diodo o una solución discreta con un MOSFET de canal P, o un controlador de diodo en combinación con un MOSFET de canal N.

Utilizando un controlador de diodo con un MOSFET de canal N se genera la menor corriente inversa. Sin embargo, para esta solución es imprescindible poder medir corrientes menores a unos pocos nA en el modo inverso.

Estudio de caso

Se ha realizado un test de tensión inversa con medidas de tensión y corriente de forma totalmente automática sobre la base de un archivo de comandos Python. Gracias a las posibilidades de automatización de las medidas, la aplicación resulta apta no solo para el desarrollo, sino también para su uso en la producción. Para simular una unidad de control de motor con un circuito de protección se empleó una tarjeta de prueba para un circuito de protección de tensión inversa basada en un controlador de diodo en combinación con un convertidor reductor con carga.

Medida de la tensión y la corriente inversa

  • Conectar la R&S®NGU401 al dispositivo bajo prueba tal y como se muestra en el diagrama de configuración de prueba de tensión inversa mostrado a la izquierda
  • Establecer una conexión remota, p. ej. a través de LAN o USB
  • Ajustar un valor de corriente apropiado para la protección contra sobrecorriente para proteger el dispositivo bajo prueba
  • Ejecutar el archivo de comandos Python

Una vez que se ha ejecutado el archivo de comandos Python se abre una ventana con la forma de onda de la tensión aplicada y la corriente medida. Los resultados muestran que la corriente es de aproximadamente 3,6 μA durante el periodo en el que se aplica la tensión negativa. Este valor corresponde a la tensión inversa admitida para el MOSFET según las especificaciones de la hoja de datos. Además, después de eliminar la tensión negativa, la corriente de funcionamiento está cerca del valor medido antes de que se aplicara la tensión negativa. Así pues, el dispositivo ha superado el test.

Resumen

La unidad de medida de fuente (SMU) R&S®NGU401 es una solución excelente para verificar requisitos como la protección de tensión inversa en baterías para aplicaciones del sector automovilístico. La R&S®NGU401 se caracteriza por su operación de cuatro cuadrantes, medidas de tensión y corriente de alta precisión y funciones de registro rápido, que permiten a los usuarios verificar sus productos con el mínimo esfuerzo. La R&S®NGU401 ofrece además funciones plenas de control remoto, lo que facilita la ejecución de test automatizados.

Formas de onda de tensión y de corriente en el dominio temporal (archivo de comandos Python)
Formas de onda de tensión y de corriente en el dominio temporal (archivo de comandos Python)
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Archivos adicionales

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