Aceleración del desarrollo de productos de electrónica de potencia mediante el uso de un osciloscopio para la depuración de EMI

Su tarea

La prueba de emisiones conducidas es una medición obligatoria al final de cada proceso de diseño de una fuente de alimentación conmutada (SMPS). El desarrollador debe verificar que el producto cumpla con las normativas aplicables antes de lanzarlo al mercado. Para el ensayo de conformidad completo es necesaria una cámara anecoica y un receptor de EMI adecuado. Si el producto no se encuentra dentro de los límites de la norma, puede ser necesario modificar la fuente de alimentación, lo que afectará considerablemente muchas partes de la SMPS, como el filtro de entrada de EMI, el diseño de la tarjeta impresa o las decisiones de concepto como la elección de una frecuencia de conmutación adecuada. Todo esto puede afectar considerablemente al plazo de lanzamiento al mercado. A menudo es necesario rediseñar parcialmente el producto. Este riesgo se reduce drásticamente si se realizan ensayos de emisiones conducidas durante las primeras fases del ciclo de desarrollo. Para los ensayos de conformidad previa no es necesario tener una cámara, pero sí un instrumento capaz de medir el espectro de las líneas de entrada y de salida de la fuente de alimentación de manera equiparable. Puede tratarse de un analizador de espectro, pero también de un osciloscopio.

Solución de prueba y medición

Los osciloscopios de Rohde & Schwarz ofrecen una funcionalidad de análisis FFT potente y fácil de usar para medir la magnitud del componente de frecuencia. Los usuarios pueden ver a la vez las señales relacionadas con el dominio temporal y pueden, por tanto, relacionar emisiones de espectro no deseadas con acontecimientos del dominio temporal. Todo esto convierte a los osciloscopios en potentes instrumentos autónomos para los ensayos de emisiones conducidas durante las primeras fases del desarrollo de los diseños de electrónica de potencia. Resultan particularmente útiles cuando en el laboratorio de I+D no hay disponibles equipos dedicados, como un receptor de EMI, que puedan respaldar las mediciones de conformidad previa durante la fase de diseño.
Cuanto antes se tenga en cuenta la conformidad de EMI, menos posibilidades habrá de que se convierta en un problema al final del proceso de desarrollo. Si el problema de EMI se descubre en las primeras fases, será más barato y fácil de arreglar. Puesto que los osciloscopios suelen ser el principal instrumento usado durante el desarrollo del hardware y las pruebas del sistema, son una herramienta muy valiosa para los ensayos de EMI en I+D.

Sistema de medición
Para medir las emisiones conducidas de una fuente de alimentación, se necesita una red de estabilización de impedancia de línea (LISN) que pueda desacoplar el dispositivo de la fuente de alimentación externa. La salida coaxial de la LISN debe estar conectada al osciloscopio mediante un cable coaxial con una impedancia de entrada de 50 Ω activada en el osciloscopio para garantizar una adaptación correcta. En el osciloscopio deben ejecutarse los siguientes pasos para medir el espectro:

• Active el FFT y configure la frecuencia mínima y máxima y el ancho de banda de la resolución.
• Ajuste la sensibilidad vertical en la ventana del dominio temporal de tal forma que el canal de entrada no se sobrecargue al encenderse el dispositivo en pruebas.
• Desconecte el dispositivo para tomar una medida de referencia. Con esto se garantiza que conozca el ruido de fondo de la configuración y que este ruido no provenga del dispositivo.
• Vuelva a conectar el dispositivo y realice una medición. Compruébela con la referencia de los límites de emisiones conducidas conocidos del dispositivo. Tenga en cuenta posibles atenuaciones adicionales debido a la LISN.

Estudio de caso: Efectividad del filtro de EMI
Las dos capturas de pantalla siguientes ilustran una medición de emisiones conducidas con el osciloscopio R&S®RTM3000, con y sin filtro de EMI.

El canal 1 muestra la señal de dominio temporal conectada a la LISN. Debido a la LISN, la señal queda atenuada por un factor de 10 dB; esto debe tenerse en cuenta al comparar los valores medidos con los límites de emisiones. La ventana inferior muestra el espectro en dBuV en el terminal de entrada de la fuente de alimentación. Sin un filtro de EMI, el espectro de ruido generado en la entrada del convertidor CC/CC se ve claramente. En contraste, la medición con un filtro de EMI muestra que las emisiones conducidas en la línea de entrada quedan atenuadas de manera efectiva.
En algunas frecuencias puede observarse una atenuación de hasta 30 dB.

Para verificar las emisiones de la zona de frecuencias bajas, el usuario debe repetir la medición centrándose en estas frecuencias.

Resumen

La funcionalidad FFT de los osciloscopios de Rohde & Schwarz es una característica muy potente que permite a los diseñadores depurar las emisiones conducidas de fuentes de alimentación. Puesto que el osciloscopio es un instrumento de medición estándar en el diseño de la electrónica de potencia, puede ahorrar mucho tiempo y dinero si también se utiliza para la evaluación de EMI en las primeras fases del desarrollo. Esto hace que sea más fácil conseguir la conformidad EMI sin necesidad de un rediseño de los elementos básicos del producto tras un ensayo de conformidad fallido.