La conformidad con EMI se está volviendo una grave preocupación para la electrónica de potencia de avanzada debido a las crecientes velocidades de conmutación. Las mediciones correlacionadas de tiempo-frecuencia ayudan a optimizar la excitación de puertas y minimizar las emisiones electromagnéticas durante la fase temprana del desarrollo.
El uso de materiales de banda ancha prohibida como el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN) permite alcanzar frecuencias de conmutación altas y flancos de subida con mucha pendiente, así como voltajes altos. Estas características aumentan la eficiencia de fuentes conmutadas y hacen que la conformidad con EMI sea más complicada. Tomar en consideración las pautas de diseño para reducir las EMI es tan importante como lo son las pruebas y la optimización para la conformidad con EMI durante la fase de desarrollo.
Los osciloscopios son herramientas poderosas que apoyan las tareas del día a día de los ingenieros electrónicos. La sensibilidad y el rendimiento de los osciloscopios de hoy en día permiten realizar tareas de optimización de EMI durante la fase de desarrollo de un nuevo producto. La entrada directa de frecuencia y el ancho de banda de resolución, así como la alta frecuencia de actualización son características muy útiles de los osciloscopios de Rohde & Schwarz. Combinando el kit compacto de sondas R&S®HZ-15 para mediciones de campo cercano E y H con el kit compacto de sondas de campo cercano R&S®HZ-17 (ambos con un ancho de banda de 3 GHz), se puede localizar fácilmente la fuente y el camino de transmisión de las emisiones no deseadas en una placa de circuito impreso.
FFT cerrada ayuda a determinar que segmentos de la señal en el dominio del tiempo están correlacionados con los eventos en el espectro.
FFT cerrada para análisis de tiempo- frecuencia correlacionados
Para un análisis avanzado, p. ej. la correlación entre las señales del domino del tiempo y el dominio de frecuencia, la función de FFT cerrada de los osciloscopios R&S®RTE1000 y R&S®RTO6 es esencial. Esta función restringe el espectro del análisis a una región definida por el usuario de la señal captada en el dominio del tiempo.
De esta forma es posible correlacionar las emisiones de espectro excesivas a periodos de tiempo específicos en una señal continua. Durante los ensayos de EMI, esto no solo ayuda a identificar la fuente de emisiones electromagnéticas no deseadas en las señales del dominio del tiempo, también permite probar directamente diferentes escenarios de operación.
La EMI de un puente MOSFET (en rojo) se ve disminuido significativamente al optimizar el voltaje de excitación de puerta (en verde). Se utilizó una señal de excitación de puerta rectangular en (1), mientras que en (2) se utilizó una señal de excitación de puerta modificada de dos niveles. © IFE Universidad Tecnológica de Graz, Austria
Optimización de voltajes de excitación de puertas con respecto a las emisiones EMI
Una fuente de emisiones EMI en los circuitos de electrónica de potencia es el puente de conmutación rápida MOSFET. Modificando el voltaje de excitación de puerta de los transistores de conmutación es una manera directa para reducir las EMI. Esto requiere de mediciones paralelas del voltaje de excitación de la puerta, de la señal de salida y de la radiación emitida, así como de sus espectros.
En la figura inferior, se analiza varias señales de excitación de un puente MOSFET y su efecto en las emisiones radiadas. En (1) se aplicó una señal de excitación de puerta rectangular, mientras que en (2) se usó una señal de excitación de puerta rectangular en cascada de dos niveles (en verde). El monitoreo en paralelo de la emisión EMI con una sonda de campo cercano muestra claramente la efectividad de este método: la amplitud de los componentes de alta frecuencia en la señal EMI (en rojo) se ve reducida de forma efectiva.
La EMI de un puente MOSFET (en rojo) se ve disminuido significativamente al optimizar el voltaje de excitación de puerta (en verde). Se utilizó una señal de excitación de puerta rectangular en (1), mientras que en (2) se utilizó una señal de excitación de puerta modificada de dos niveles. © IFE Universidad Tecnológica de Graz, Austria
Pasos adicionales para la optimización
Para determinar el voltaje de excitación de puerta óptimo, se deben de analizar algunos parámetros adicionales. La pérdida por conmutación es un factor importante y podría incrementar con el cambio de señales de excitación de puerta. Para mediciones de pérdida por conmutación se necesita sondas de corriente y sondas diferenciales de alta tensión, siendo su máximo voltaje, corriente y ancho de banda aspectos fundamentales. Las señales de corriente y voltaje deben ser sometidas a una compensación de sesgo para evitar errores en la medición de la pérdida por conmutación:
La función FFT rápida y flexible de los osciloscopios de Rohde & Schwarz permite realizar ensayos de EMI detallados en electrónica de potencia en las fases iniciales del desarrollo de dispositivos electrónicos de vanguardia. La interfaz de usuario optimizada permite tener la configuración FFT lista y realizar cambios con tan solo unos cuantos toques en la gran pantalla táctil del osciloscopio R&S®RTO6. Combinado con sondas de campo cercano y sondas diferenciales de alto voltaje o sondas de corriente, se puede optimizar de manera integral los circuitos de electrónicos de potencia sin usar ninguna herramienta de prueba y medición adicional. Esto acelera el desarrollo de la electrónica de potencia durante la fase de diseño y ayuda a los dispositivos a pasar los ensayos de conformidad con EMI.
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