Verifica dell'inversione della tensione della batteria sui moduli elettronici con capacità di test automatizzata

Attività da eseguire

Le batterie delle auto devono essere ripetutamente scollegate e ricollegate, ad esempio durante la manutenzione o la riparazione. Ciò comporta il rischio di ricollegare la batteria con la polarità invertita, con conseguenti danni ai componenti e ai circuiti elettronici. Pertanto, nell'ambito del test di qualificazione, ogni circuito elettronico deve superare un test di alimentazione con tensione inversa. Un modulo elettronico come una centralina o un'unità di controllo dell'illuminazione deve essere collegato a una tensione negativa per un lasso di tempo di almeno 60 s. Dopo il test, il modulo non deve presentare alcun danno dovuto alla tensione inversa applicata. Il test richiede un alimentatore in grado di operare nei quadranti I e III per alimentare il modulo elettronico e applicare una tensione e una corrente negative. Inoltre, per validare il modulo elettronico sono necessari criteri adeguati sui limiti di superamento o fallimento della prova.

Un buon approccio al riguardo consiste nel misurare accuratamente la tensione e la corrente di alimentazione per stabilire se il circuito elettronico è ancora integro dopo la rimozione della tensione negativa. Misurare la tensione e la corrente con alta precisione prima, durante e dopo il test è un modo molto semplice per rilevare un malfunzionamento o un danno a un circuito elettronico. In questo contesto non sono necessari complessi test funzionali del modulo elettronico. Inoltre, la strumentazione utilizzate deve essere in grado di effettuare test automatizzati, soprattutto se utilizzata in ambienti di produzione.

Soluzione Rohde & Schwarz

L'unità di alimentazione e misura R&S®NGU401 è ideale per eseguire i test con tensione inversa conformi agli standard, poiché può operare nei quadranti I e III. Può alimentare il modulo elettronico durante il funzionamento normale, applicare una tensione e una corrente negative per almeno 60 s e tornare al funzionamento normale quando torna la tensione positiva. La sequenza di test può essere definita, ad esempio, utilizzando il generatore arbitrario interno, oppure programmata esternamente e applicata tramite controllo remoto.

Le tensioni e le correnti misurate possono essere utilizzate per supportare semplici criteri pass/fail in uno script di test esterno. L'unità R&S®NGU401 offre anche una funzione di registrazione rapida fino a 500 ksample/s per l'acquisizione di tensione e corrente. L'elevata frequenza di campionamento consente di effettuare ulteriori analisi approfondite. La tensione e la corrente possono essere tracciate nel tempo in modo molto dettagliato utilizzando strumenti esterni. Lo strumento è dotato di una capacità completa di controllo remoto, che consente di eseguire test automatizzati.

Applicazione

In linea di principio, l'esecuzione di un test sulla tensione inversa della batteria è molto simile al test dei dispositivi a semiconduttore per quanto riguarda le loro caratteristiche di tensione inversa.

Implementazioni più comuni dei circuiti di protezione contro l'inversione della batteria

Un circuito di protezione che esegua un test di inversione della tensione della batteria può essere realizzato in vari modi. Molto spesso si utilizza un semplice diodo, oppure una soluzione discreta con un MOSFET a canale P, o ancora un controller a diodi in combinazione con un MOSFET a canale N.

L'utilizzo di un controller a diodi con un MOSFET a canale N produrrà la corrente inversa più bassa. Tuttavia, questa soluzione richiede la capacità di misurare correnti inferiori a pochi nA in modalità inversa.

Caso di studio

Un test di tensione inversa con misure di tensione e corrente è stato eseguito in modalità completamente automatica sulla base di uno script Python. La capacità di test automatizzati rende l'applicazione adatta all'uso in produzione, oltre a supportare il processo di sviluppo. Una scheda di valutazione del circuito di protezione inversa basata su un controller a diodi è stata utilizzata in combinazione con un convertitore buck caricato per simulare una centralina con un circuito di protezione.

Misura di tensione e corrente inversa

• Collegare l'unità di alimentazione e misura R&S®NGU401 al dispositivo in prova (DUT) come mostrato nel diagramma di configurazione del test di tensione inversa a sinistra
• Stabilire una connessione remota, ad esempio tramite LAN o USB
• Impostare un valore di corrente adeguato per la protezione da sovracorrente per proteggere il DUT
• Eseguire lo script Python

Dopo l'esecuzione dello script Python, si aprirà una finestra con la forma d'onda della tensione applicata e la corrente misurata. I risultati rivelano che, durante il periodo in cui è applicata la tensione negativa, la corrente è di circa 3,6 μA. Questo valore corrisponde alla corrente inversa consentita per il MOSFET secondo le specifiche della scheda tecnica. Inoltre, la corrente di funzionamento dopo la rimozione della tensione negativa è vicina al valore misurato prima dell'applicazione della tensione negativa stessa. Il DUT ha superato il test.

Riassunto

L'unità di alimentazione e misura (SMU) R&S®NGU401 è la scelta ideale per verificare requisiti come la protezione dalla tensione inversa della batteria per le applicazioni automobilistiche. L'unità di alimentazione e misura R&S®NGU401 funziona a quattro quadranti, effettua misure di tensione e corrente estremamente precise e ha una capacità di registrazione rapida, che consente agli utenti di collaudare i propri prodotti con il minimo sforzo. L'unità R&S®NGU401 offre anche la possibilità del controllo remoto, consentendo così di eseguire test automatizzati.

File addizionali

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