Test dell'elettronica di potenza

Test dell'elettronica di potenza

Padroneggiare i test dell'elettronica di potenza

Soluzioni all'avanguardia per verificare i progetti di sistemi elettronici di potenza

Il sistema di alimentazionedi una scheda di elaborazione digitale deve affrontare problemi diversi ma affini a quelli dei circuiti logici. Questi problemi richiedono la ricerca di compromessi che influenzano le scelte di progettazione. I semiconduttori ad ampia banda proibita (wide bandgap), come il nitruro di gallio (GaN) e il carburo di silicio (SiC), nei convertitori di potenza contribuiscono a:

  • Ridurre le dimensioni dell'alimentatore
  • Diminuire le perdite di commutazione
  • Aumentare l'efficienza
  • Tuttavia, le frequenze di commutazione più elevate amplificano anche i potenziali problemi dovuti a effetti parassiti all'interno del convertitore di potenza.

Sfide nella progettazione dell'elettronica di potenza

L'aumento della frequenza operativa di un alimentatore a commutazionepuò ridurre l'ondulazione della corrente dell'induttore, l'ondulazione della tensione di uscita, la capacità e le dimensioni, ma aumenta anche le perdite e il calore dell'alimentatore, le interazioni tra i transistor del ramo alto e basso e la conduzione contemporanea (shoot-through). L'aumento del rumore proveniente dall'alimentazione è una causa primaria di interferenza elettromagnetica. I layout compatti, fonte di aumento del calore con variazioni termiche, provocano errori in componenti come regolatori, amplificatori e convertitori.Le tensioni più basse riducono le tolleranze e aumentano i requisiti di precisione. La struttura delle rete di distribuzione dell'alimentazione diventa più complessa, per fornire un'ampia varietà di tensioni a diversi domini di alimentazione, richiedendo più linee per raggiungere tutti i pin dei circuiti integrati. Le linee in corrente continua più sottili sono un modo per rendere più compatto un layout e gestirne la complessità,ma sono più suscettibili al surriscaldamento e all'aumento dell'induttanza.

Garantire l'affidabilità dei circuiti elettronici di potenza

L'affidabilità è un requisito fondamentale per i circuiti elettronici di potenza; se il circuito di alimentazione si interrompe, il dispositivo non funziona. Un'elevata efficienza per ridurre al minimo le perdite di energia che causano la generazione di calore contribuisce all'affidabilità. Anche i circuiti elettronici di potenza più efficienti generano calore, quindi un'adeguata progettazione della dissipazione del calore e la scelta di materiali adeguati sono aspetti fondamentali. I circuiti elettronici di potenza devono soddisfare anche i requisiti EMI; le emissioni interessano sia il dispositivo stesso che quelli vicini.

Test dell'elettronica di potenza con Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz fornisce strumenti di misura e collaudo accurati, veloci e affidabiliper le seguenti aree dell'elettronica di potenza, che aiutano a prendere le migliori decisioni di progettazione e a risolvere i problemi:

  • Analisi della commutazione:comprende i fondamenti dei convertitori AC-DC, i test di affidabilità nella progettazione dei convertitori di potenza e i metodi di verifica dell'isolamento elettrico tra ingresso e uscita nei convertitori AC-DC.
  • Misure dell'anello di controllo:un alimentatore ha lo scopo di mantenere un livello di uscita costante, nonostante il carico del dispositivo cambi. Il diagramma di Bode è lo strumento preferito per l'analisi dell'anello di controllo dell'alimentazione.
  • Debug EMI:individuare, analizzare e correggere le cause delle interferenze elettromagnetiche nelle prime fasi del processo di sviluppo rappresenta il modo più sicuro per superare un test di conformità alle norme EMI ed evitare riprogettazioni successive, ritardi e costi aggiuntivi.
  • Consumo di energia: per i dispositivi alimentati a batteria, la durata di quest'ultima rappresenta un aspetto cruciale della progettazione. Ridurre al minimo il consumo di energia è essenziale sia per le apparecchiature elettriche alimentate a batteria che per quelle alimentate dalla rete.
  • Integrità dell’alimentazione:l'analisi delle prestazioni della rete di alimentazione su un circuito stampato è una parte fondamentale del processo di progettazione dei circuiti.
  • Verifica del progetto:il comportamento dinamico durante l'avviamento e gli effetti delle variazioni di carico richiedono apparecchiature di prova più complesse.

Soluzioni di test per l'elettronica di potenza

Analisi della commutazione

L'aumento della frequenza di commutazione aiuta a massimizzare l'efficienza e le prestazioni di un convertitore di potenza. Può anche causare esiti indesiderati, come la conduzione contemporanea dei commutatori (shoot-through) e un livello eccessivo di interferenze elettromagnetiche. Gli oscilloscopi, le sonde di potenza e il software di analisi Rohde & Schwarz consentono ai progettisti elettronici di affrontare questi problemi per migliorare le prestazioni dei circuiti di commutazione, caratterizzare accuratamente e ottimizzare i loro progetti.

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Debugging e analisi EMI

Le interferenze elettromagnetiche (EMI) sono un aspetto chiave da considerare nell'elettronica di potenza, che diventa ancora più importante con l'aumento delle velocità di commutazione. Affrontare i problemi di interferenza elettromagnetica sin dall'inizio del ciclo di sviluppo è quindi essenziale per evitare costose necessità di riprogettazione. Gli oscilloscopi Rohde & Schwarz sono dotati di potenti funzioni di analisi dello spettro, che consentono di affrontare i problemi di interferenza elettromagnetica già nella fase di ricerca e sviluppo.

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Analisi dell'anello di controllo

Nel cuore di ogni convertitore di potenza o inverter vi è un anello di controllo che garantisce la stabilità della tensione d’uscita. Gli oscilloscopi Rohde & Schwarz offrono funzioni di analisi dedicate per analizzare il comportamento dell’anello di controllo.

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Verifica del progetto

La verifica del comportamento e delle prestazioni di un convertitore di potenza durante la progettazione può essere impegnativa. Esistono diversi requisiti da soddisfare, tra cui le specifiche del cliente e le norme applicabili. Rohde & Schwarz vi offre un'ampia selezione di prodotti e soluzioni di alta qualità, progettati per aiutarvi a effettuare con fiducia i vostri test durante la progettazione e la produzione di convertitori di potenza.

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Test di integrità dell'alimentazione

Linee di alimentazione stabili e pulite assicurano l'affidabilità delle prestazioni dei dispositivi elettronici. Con tensioni sempre più piccole e tolleranze decrescenti, misurare con precisione le linee di alimentazione è difficile. Gli oscilloscopi Rohde & Schwarz supportano pienamente queste attività di misura con accessori e funzioni di analisi dedicate.

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Test di efficienza energetica

La progettazione di convertitori di potenza richiede il bilanciamento di diversi obiettivi, come la conformità agli standard e l'efficienza. Questo vale per i livelli di potenza elevati, ma anche per i progetti di alimentatori integrati a batteria, che richiedono l'esecuzione di una grande quantità di test. Rohde & Schwarz offre un ampio portafoglio di soluzioni per aiutarvi a superare tutte queste sfide.

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