Sicherstellung der EMV durch ein Validierungsökosystem: Absorberkammern, Motorprüfstand und fortschrittliche Simulation

Die zunehmende Komplexität elektronischer Systeme verändert grundlegend, wie Ingenieure Zuverlässigkeit und Konformität sicherstellen. Höhere Schaltgeschwindigkeiten und eine dichtere Integration haben die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu einem der kritischsten Designthemen gemacht, da erst spät in der Entwicklung entdeckte Störprobleme häufig kostspielige Neuentwicklungen erzwingen. Darüber hinaus stehen Anforderungen auf Systemebene, wie Energieeffizienz und die genaue Vorhersage des thermischen Verhaltens, in engem Zusammenhang mit der EMV-Performance. 

Um diese miteinander verknüpften Herausforderungen zu bewältigen, hat ROHM ein durchgängiges Validierungsökosystem aufgebaut. Durch die Kombination aus akkreditierten EMV-Messkammern, fortschrittlichen Motorprüfstandssystemen und webbasierten Simulationstools ermöglicht ROHM Kunden weltweit, wirksame Gegenmaßnahmen frühzeitig umzusetzen und so mehr Designsicherheit, Konformität und Effizienz zu erreichen.

EMV-Validierung mit eigenen Absorberkammern

Elektromagnetisches Rauschen ist eines der allgegenwärtigsten Risiken in der modernen Elektronik. Bleibt es unbeachtet, kann es zu Fehlfunktionen, Systeminstabilität und sogar zur Nichteinhaltung regulatorischer Vorgaben führen. Für IC-Designer und Systemingenieure ist es daher entscheidend, Störungen frühzeitig anzugehen.

Zur Unterstützung betreibt ROHM eigene akkreditierte EMV-Messeinrichtungen. Diese befinden sich im Yokohama Technology Center in Japan und umfassen:

• 3-Meter-Absorberkammer für präzise Emissionsmessungen.
• Kfz-EMV-Kammer, die reale Fahrzeugkabelbäume und Montagebedingungen nachbildet, um Störfestigkeit und Emissionen in anwendungsrelevanten Umgebungen zu testen.

Diese Inhouse-Kompetenz ist ein klarer Vorteil für den Kunden. Im ROHM-Prozess werden EMV-Gegenmaßnahmen bereits während der IC-Entwicklungsphase ausgelegt, sodass Kunden ihre Designs mit größerer Sicherheit weiterverfolgen können. Dadurch wird das Risiko später Neuentwicklungen erheblich reduziert – einer der wesentlichen Vorteile von ROHMs robustem EMV-Validierungsökosystem.

Ein bemerkenswertes Beispiel ist die Entwicklung von ROHM’s EMARMOUR^™-Operationsverstärkern, die eine branchenführende Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Interferenzen (EMI) erreichten. Dieser Erfolg basierte auf iterativen Tests in den Absorberkammern, bei denen Schaltungsvorschläge gemessen, optimiert und validiert wurden, bis eine bahnbrechende Performance erzielt war.

Motorprüfstandsbewertung zur Effizienzprüfung

Während sich EMV auf Störungen und Konformität konzentriert, muss für ein zuverlässiges Systemdesign auch die Effizienz bewertet werden. In Elektrofahrzeugen (EVs) und industriellen Antrieben führen Energieeinsparungen direkt zu geringeren Betriebskosten, größerer Reichweite und einer insgesamt höheren Leistung. Die Validierung der Effizienz ist jedoch komplex, da nicht nur einzelne Bauteile, sondern komplette Antriebssysteme getestet werden müssen.

ROHM begegnet dieser Herausforderung mit einer Motorprüfstand-Umgebung, die reale Bedingungen für Motoren, Gate-Treiber und Leistungsbauelemente nachbildet. Der Aufbau umfasst eine Konfiguration aus Prüfmotor und Lastmotor, rückspeisefähige Wandler, hochpräzise Strom- und Spannungssensoren sowie einen dedizierten Steuer-PC. Dadurch können Ingenieure den Wirkungsgrad und das potenzielle Verhalten unter realen Betriebsbedingungen über einen weiten Bereich variierender Drehmoment- und Drehzahlsequenzen überwachen.

In Vergleichstests unter Bedingungen des Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Cycle (WLTC) Klasse 3b erreichten Wechselrichter mit ROHM’s 4th Generation SiC MOSFETs im Vergleich zu solchen mit herkömmlichen IGBTs einen um bis zu 10 % niedrigeren Stromverbrauch. Dies bestätigt, dass ein hocheffizienter Betrieb möglich ist, während zugleich       sichergestellt wird, dass Leistungssteigerungen nicht zu übermäßigen Störungen führen.

Durch diese detaillierten Messungen auf Systemebene erhalten Kunden frühzeitig Einblicke in Energieeinsparpotenziale und die Gesamtzuverlässigkeit, noch bevor sie zu kostspieligen Prototypen oder in die Großserienfertigung übergehen.

Simulationstools für virtuelle Validierung

Selbst mit modernen EMV-Einrichtungen und Motorprüfstandstests müssen Entwickler die Performance häufig viel früher im Entwicklungszyklus validieren. Prototyping ist teuer, und Datenblätter allein können die komplexen thermischen und elektrischen Wechselwirkungen in realen Systemen nicht erfassen. 

Zur Unterstützung bietet ROHM den ROHM Solution Simulator, ein kostenloses webbasiertes Tool, mit dem Ingenieure Bauteile und Schaltungen unter realistischen Anwendungsbedingungen bewerten können. Dieses Tool ist insofern einzigartig, als es nicht nur ICs, sondern auch ganze Schaltungen einschließlich diskreter Komponenten wie Transistoren, Dioden, Widerständen und LEDs abbilden kann und zudem das thermische Design unterstützt.

Ein weiteres zentrales Merkmal ist die gekoppelte elektrothermische Analyse. Was früher einen ganzen Tag für Modellierung und Berechnung erforderte, kann nun in weniger als zehn Minuten abgeschlossen werden und ist damit etwa 100-mal schneller als herkömmliche Methoden. Designer können Sperrschichttemperaturen, Erwärmung auf Pin-Ebene und thermische Wechselwirkungen zwischen Komponenten schnell untersuchen und so Erkenntnisse gewinnen, bevor überhaupt Hardware aufgebaut wird.

Der Simulator fügt sich außerdem nahtlos in bestehende Workflows ein. Ingenieure können eine Lösungsschaltung auswählen, spezifische ROHM-Bauteile bestimmen, Simulationen ausführen und sogar direkt Muster bestellen. Für eine weitergehende Validierung auf Systemebene können Ergebnisse in die Siemens EDA PartQuest-Umgebung exportiert werden.

Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit durch Validierung

• Modernste Absorberkammern gewährleisten die Einhaltung globaler EMV-Standards und schützen vor durch Störungen verursachten Systemfehlfunktionen.
• Motorprüfstandstests validieren die reale Effizienz und Performance von Antriebssystemen in Automobil- und Industrieanwendungen.
• Simulationstools beschleunigen die Entwicklung der gesamten elektrischen Schaltung, indem sie thermische, elektrische und wärmebedingte Probleme bereits vor dem Hardware-Prototyping identifizieren.

Für Kunden liegen die kombinierten Vorteile klar auf der Hand: Entwicklungszyklen werden kürzer, wodurch sich die Time-to-Market reduziert. Das Risiko sinkt, weil potenzielle Probleme früher erkannt werden und teure Neuentwicklungen vermieden werden. Das Vertrauen in die Konformität auf internationalen Märkten wird gestärkt, was reibungslosere Zertifizierungsprozesse ermöglicht. Und die Performance auf Systemebene wird optimiert, was sich in Energieeinsparungen, Sicherheit und Zuverlässigkeit niederschlägt.

Umfassende Designmaßnahmen verbessern die Produktzuverlässigkeit und -sicherheit erheblich und erfüllen gleichzeitig die Erwartungen der Kunden. Dieser Ansatz schafft außergewöhnlichen Mehrwert durch technisches Know-how und Supportsysteme und stärkt so die Wettbewerbsfähigkeit auf dem globalen Markt.

ROHM’s Application and Technical Solution Center in Europa

Während die in diesem Artikel beschriebenen Tools und Einrichtungen im F&E-Zentrum von ROHM in Japan angesiedelt sind, profitieren Kunden in Europa ebenfalls von lokalem Know-how durch das European Application and Technical Solution Center (ATSC) in Willich, Deutschland. Zur Unterstützung der Anwender bei ihren Entwicklungsaktivitäten bietet das EU-Supportteam Dienstleistungen an, die zur Qualität des Endprodukts des Kunden beitragen. Die Einrichtungen in Deutschland sind nicht nur für Niederspannungs-IC-Produkte ausgelegt: Durch ein modernes Labor bietet ROHM seit 2018 auch Unterstützung für Leistungsbauelemente (IGBTs, SiC MOSFETs) mit Spannungsklassen bis 2 kV.        
 

Das ATSC konzentriert sich darauf, Ingenieure während ihrer Design-in-Phase zu unterstützen, und stellt Applikationsboards, Referenzdesigns sowie praxisnahe technische Zusammenarbeit bereit. Durch die enge Zusammenarbeit mit lokalen Entwicklungsteams stellt das ATSC sicher, dass europäische Kunden Unterstützung bei der Integration von analogen ICs, Leistungsbauelementen und Systemlösungen von ROHM erhalten. Auf diese Weise kombiniert ROHM modernste F&E-Infrastruktur mit regionalem Engineering-Support und bietet einen ausgewogenen Ansatz, der die Wettbewerbsfähigkeit der Kunden weltweit stärkt.

Fazit

EMI, Energieeffizienz und Wärmemanagement sind oft unsichtbar, aber entscheidend für zuverlässige und konforme Elektronik. Werden sie übersehen, können sie Neuentwicklungen, Verzögerungen bei Zertifizierungen und Performance-Verluste verursachen. 

ROHMs F&E-Einrichtungen nutzen Absorberkammern, Motorprüfstandsbewertung und Simulationstools als Teil eines präventiven Validierungsökosystems, das Kunden dabei hilft, Probleme frühzeitig zu erkennen, wirksame Gegenmaßnahmen umzusetzen und Designs bereitzustellen, die weltweit konform, effizient, sicher und zuverlässig sind.

Mehr erfahren: Endless Struggle Against Invisible Noise | ROHM