Velocizzate lo sviluppo di sistemi elettronici di potenza utilizzando un oscilloscopio per il debugging delle interferenze elettromagnetiche

Gli oscilloscopi sono i “cavalli da tiro” per gli sviluppatori di elettronica di potenza. Con capacità di analisi FFT potenti e facili da utilizzare, i loro campi di applicazione si estendono al debugging delle interferenze elettromagnetiche; ciò consente di risparmiare molto tempo e denaro. Un’attività tipica richiesta è la valutazione di efficacia di un filtro per le interferenze elettromagnetiche (EMI) all’inizio della fase di sviluppo.

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Attività da eseguire

Il test delle emissioni condotte è una misura obbligatoria alla fine di un processo di progettazione di un alimentatore a commutazione (SMPS). Lo sviluppatore deve verificare che il prodotto sia conforme allo standard applicabile prima che possa essere immesso sul mercato. Una verifica completa della conformità richiede una camera di test e un ricevitore EMI adatto. Se il prodotto non rientra nei limiti di emissione definiti nello standard applicabile, potrebbe essere necessario modificare l’alimentatore e ciò potrebbe avere notevoli ripercussioni in molte parti del progetto, ad esempio il filtro di ingresso delle EMI, la struttura del PCB, oppure coinvolgere intere scelte progettuali come la selezione di una frequenza di commutazione più adatta. Ciò può avere un impatto significativo sul time to market. È spesso necessario riprogettare parzialmente il prodotto. Questo rischio può essere drasticamente ridotto eseguendo i test delle emissioni condotte in una fase iniziale del ciclo di sviluppo. Per i test di preconformità non è necessaria una camera di prova, ma serve uno strumento in grado di misurare lo spettro delle linee di ingresso e uscita dell’alimentatore in maniera confrontabile. Lo strumento adatto può essere un analizzatore di spettro ma anche un oscilloscopio.

Velocizzate lo sviluppo di sistemi elettronici di potenza utilizzando un oscilloscopio per il debugging delle interferenze elettromagnetiche - Oscilloscopio

Soluzione di misura e collaudo

Gli oscilloscopi Rohde & Schwarz offrono una potente funzionalità di analisi FFT molto semplice da utilizzare per misurare l’ampiezza delle componenti nello spettro di frequenza. È possibile osservare contemporaneamente i segnali correlati nel dominio del tempo e si possono quindi correlare le emissioni spettrali non desiderate con gli eventi nel dominio del tempo. Ciò rende questi oscilloscopi dei potenti strumenti autonomi per l’esecuzione di test sulle emissioni condotte sin dalle prime fasi di progettazione di un sistema elettronico di potenza. Ciò può essere particolarmente utile quando nessuna apparecchiatura dedicata, quale un ricevitore EMI, è disponibile nel laboratorio di ricerca e sviluppo a supporto delle misure di preconformità durante la fase di progettazione.
Quanto prima viene presa in considerazione la conformità alle normative EMI, tanto più è probabile che non diventi poi un problema molto difficile da affrontare alla fine del processo di sviluppo. La scoperta anticipata di un problema EMI è meno costosa e più facile da correggere. Poiché gli oscilloscopi sono di solito lo strumento principale utilizzato durante lo sviluppo dell’hardware e il test dei sistemi elettronici, sono uno strumento molto prezioso per eseguire test legati alle interferenze elettromagnetiche durante le attività di ricerca e sviluppo.

Configurazione del test
Per misurare le emissioni condotte di un alimentatore è richiesta una rete di stabilizzazione dell’impedenza di linea (LISN) per disaccoppiare il dispositivo sotto test dall’alimentatore esterno. L’uscita coassiale della LISN deve essere connessa all’oscilloscopio con un cavo coassiale all’ingresso a 50 ohm di un oscilloscopio per assicurare un corretto adattamento di impedenza. Sull’oscilloscopio è necessario eseguire la seguente procedura per misurare lo spettro:

  • Attivare la FFT e configurare la frequenza minima e massima e l’ampiezza di banda di risoluzione.
  • Regolare la sensibilità verticale nel dominio del tempo in modo tale che il canale di ingresso non sia sovrapilotato quando il dispositivo sotto test (DUT) è attivato.
  • Spegnere il DUT per eseguire una misura di riferimento. Ciò permette di conoscere il fondo di rumore della configurazione di misura e che questo rumore non provenga dal DUT.
  • Riattivare l’alimentazione ed eseguire una misura. Verificare il rispetto dei limiti delle emissioni condotte per il DUT. Prendere in considerazione qualsiasi ulteriore attenuazione dovuta alla LISN.
Spettro EMI senza filtro di ingresso
Spettro EMI senza filtro di ingresso

Caso di studio: efficacia del filtro EMI
Le seguenti due schermate illustrano una misura delle emissioni condotte effettuata con l’oscilloscopio R&S®RTM3000, senza e con un filtro EMI.

Il canale 1 visualizza il segnale nel dominio del tempo misurato connesso alla LISN. A causa della LISN, questo segnale è attenuato di un fattore 10 dB, che deve essere preso in considerazione quando si confrontano i valori misurati con i limiti delle emissioni ammesse. La finestra inferiore mostra lo spettro in dBuV sul morsetto di ingresso dell’alimentatore. Senza un filtro EMI lo spettro di rumore generato all’ingresso del convertitore CC/CC è chiaramente visibile. Per confronto, la misura con un filtro EMI mostra che le emissioni condotte sulla linea di ingresso sono effettivamente attenuate.
Per alcune frequenze è visibile un’attenuazione fino a 30 dB.

Spettro EMI con filtro di ingresso
Spettro EMI con filtro di ingresso

Per verificare le emissioni nella regione di frequenza inferiore, bisogna ripetere la misura con ponendo particolare attenzione alle frequenze inferiori.

Riassunto

La funzionalità FFT degli oscilloscopi Rohde & Schwarz è una funzione potente che consente ai progettisti di eseguire il debug delle emissioni condotte negli alimentatori. Poiché l’oscilloscopio è uno strumento di misura standard utilizzato durante la progettazione di sistemi elettronici di potenza, può consentire di risparmiare molto tempo e denaro utilizzandolo anche per valutare le emissioni EMI sin dall’inizio della fase di sviluppo. Ciò rende più probabile riuscire a superare le prove di conformità EMI senza dover riprogettare drasticamente il prodotto nel caso un primo test di conformità non venga superato.

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