Garantire la EMC attraverso un ecosistema di validazione: camere anecoiche, banco prova motori e simulazione avanzata

La crescente complessità dei sistemi elettronici sta ridefinendo il modo in cui gli ingegneri garantiscono affidabilità e conformità. Velocità di commutazione più elevate e un’integrazione più densa hanno reso la compatibilità elettromagnetica (EMC) una delle problematiche di progettazione più critiche, poiché i problemi di rumore scoperti nelle fasi avanzate dello sviluppo spesso impongono costose riprogettazioni. Inoltre, requisiti a livello di sistema, come l’efficienza energetica e la previsione accurata del comportamento termico, sono collegati alle prestazioni EMC. 

Per affrontare queste sfide interconnesse, ROHM ha creato un ecosistema di validazione end-to-end. Combinando camere di misura EMC accreditate, sistemi avanzati di banchi motore e strumenti di simulazione basati sul web, ROHM consente ai clienti di tutto il mondo di implementare tempestivamente contromisure efficaci, ottenendo maggiore sicurezza progettuale, conformità ed efficienza.

Validazione EMC con camere anecoiche interne

Il rumore elettromagnetico è uno dei rischi più diffusi nell’elettronica moderna. Se non viene controllato, può causare malfunzionamenti, instabilità del sistema e persino non conformità normativa. Per i progettisti di IC e gli ingegneri di sistema, affrontare il rumore fin dalle fasi iniziali è fondamentale.

Per supportare questo processo, ROHM gestisce proprie strutture accreditate per la misura EMC. Situate presso il Yokohama Technology Center, in Giappone, queste strutture includono:

• camera anecoica da 3 metri per misurazioni precise delle emissioni.
• Camera EMC per il settore automotive, che replica cablaggi e condizioni di montaggio reali dei veicoli per testare immunità ed emissioni in ambienti pertinenti all’applicazione.

Questa capacità interna rappresenta un forte vantaggio per il cliente. Con il processo di ROHM, le contromisure EMC vengono progettate durante la fase di sviluppo dell’IC, consentendo al cliente di portare avanti i propri progetti con maggiore sicurezza. Ciò riduce in modo significativo il rischio di riprogettazioni nelle fasi finali ed è uno dei principali vantaggi del solido ecosistema di validazione EMC di ROHM.

Un esempio significativo è lo sviluppo degli amplificatori operazionali EMARMOUR^™ di ROHM, che hanno raggiunto un’immunità alle interferenze elettromagnetiche (EMI) ai massimi livelli del settore. Questo risultato è stato ottenuto grazie a test iterativi nelle camere anecoiche, dove le proposte circuitali venivano misurate, perfezionate e validate fino al raggiungimento di prestazioni eccezionali.

Valutazione su banco motore per i test di efficienza

Se l’EMC si concentra su rumore e conformità, anche l’efficienza deve essere valutata per garantire un progetto di sistema affidabile. Nei veicoli elettrici (EV) e negli azionamenti industriali, il risparmio energetico si traduce direttamente in costi operativi ridotti, maggiore autonomia e prestazioni complessive superiori. Tuttavia, validare l’efficienza è complesso, perché richiede di testare non solo singoli dispositivi, ma interi sistemi di azionamento.

ROHM affronta questa sfida con il proprio ambiente di valutazione su banco motore, che riproduce condizioni reali per motori, gate driver e dispositivi di potenza. La configurazione include un motore di prova e un motore di carico, convertitori rigenerativi, sensori di corrente e tensione ad alta precisione e un PC di controllo dedicato. Ciò consente agli ingegneri di monitorare l’efficienza e il comportamento potenziale in condizioni operative reali su un’ampia gamma di sequenze variabili di coppia e velocità di rotazione.

In test comparativi condotti nelle condizioni Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Cycle (WLTC) Class 3b, gli inverter dotati dei SiC MOSFET di quarta generazione di ROHM hanno ottenuto un consumo elettrico fino al 10% inferiore rispetto a quelli che utilizzano IGBT convenzionali. Questo conferma che è possibile ottenere un funzionamento ad alta efficienza       garantendo al tempo stesso che i miglioramenti delle prestazioni non introducano rumore eccessivo.

Rendendo possibili queste misurazioni dettagliate a livello di sistema, i clienti ottengono una visione anticipata del risparmio energetico e dell’affidabilità complessiva prima di passare a prototipi costosi o alla produzione su larga scala.

Strumenti di simulazione per la validazione virtuale

Anche con strutture EMC avanzate e test su banco motore, i progettisti spesso devono validare le prestazioni molto prima nel ciclo di sviluppo. La prototipazione è costosa e i soli datasheet non sono in grado di rappresentare le complesse interazioni termiche ed elettriche che si verificano nei sistemi reali. 

Per aiutare in questo processo, ROHM offre il ROHM Solution Simulator, uno strumento gratuito basato sul web che consente agli ingegneri di valutare dispositivi e circuiti in condizioni applicative realistiche. Questo strumento è unico per il modo in cui permette di analizzare non solo gli IC, ma anche interi circuiti comprendenti componenti discreti come transistor, diodi, resistori e LED, e supporta inoltre la progettazione termica.

Un’altra caratteristica fondamentale è l’analisi accoppiata elettro-termica. Ciò che un tempo richiedeva un’intera giornata di modellazione e calcolo può ora essere completato in meno di dieci minuti, rendendolo circa 100 volte più veloce rispetto ai metodi convenzionali. I progettisti possono esaminare rapidamente le temperature di giunzione, il riscaldamento a livello di pin e l’interferenza termica tra componenti, ottenendo informazioni preziose prima ancora che l’hardware venga realizzato.

Il simulatore si integra inoltre perfettamente nei flussi di lavoro esistenti. Gli ingegneri possono selezionare un circuito soluzione, scegliere specifici dispositivi ROHM, eseguire simulazioni e persino ordinare campioni direttamente. Per una validazione più avanzata a livello di sistema, i risultati possono essere esportati nell’ambiente Siemens EDA PartQuest.

Rafforzare la competitività attraverso la validazione

• Camere anecoiche all’avanguardia garantiscono la conformità agli standard EMC globali e proteggono dai malfunzionamenti del sistema causati dal rumore.
• I test su banco motore convalidano l’efficienza e le prestazioni reali dei sistemi di azionamento nelle applicazioni automotive e industriali.
• Gli strumenti di simulazione accelerano lo sviluppo dell’intero circuito elettrico identificando problemi termici, elettrici e legati alla dissipazione del calore prima della prototipazione hardware.

Per i clienti, i vantaggi combinati sono chiari: i cicli di sviluppo si accorciano, riducendo il time-to-market. Il rischio diminuisce perché i potenziali problemi vengono identificati prima, evitando costose riprogettazioni. La fiducia nella conformità si rafforza nei mercati internazionali, garantendo processi di certificazione più fluidi. E le prestazioni a livello di sistema vengono ottimizzate, traducendosi in risparmio energetico, sicurezza e affidabilità.

Misure di progettazione complete migliorano significativamente l’affidabilità e la sicurezza del prodotto, soddisfacendo al tempo stesso le aspettative dei clienti. Questo approccio offre un valore eccezionale grazie sia alla competenza tecnica sia ai sistemi di supporto, rafforzando la competitività sul mercato globale.

Application and Technical Solution Center di ROHM in Europa

Sebbene gli strumenti e le strutture descritti in questo articolo abbiano sede nel centro R&D di ROHM in Giappone, anche i clienti europei beneficiano di competenze locali tramite l’European Application and Technical Solution Center (ATSC) di Willich, in Germania. Per supportare gli utenti nelle loro attività di sviluppo, il team di supporto UE offre servizi che contribuiscono alla qualità del prodotto finale del cliente. Le strutture in Germania non sono destinate solo ai prodotti IC a bassa tensione: attraverso un moderno laboratorio, dal 2018 ROHM fornisce supporto anche per dispositivi di potenza (IGBT, SiC MOSFET) con classi di tensione fino a 2 kV.        
 

L’ATSC si concentra sul supporto agli ingegneri durante la fase di design-in, fornendo application board, reference design e collaborazione tecnica pratica. Lavorando a stretto contatto con i team di sviluppo locali, l’ATSC garantisce ai clienti europei supporto per l’integrazione degli IC analogici, dei dispositivi di potenza e delle soluzioni di sistema di ROHM. In questo modo, ROHM combina un’infrastruttura R&D all’avanguardia con supporto ingegneristico regionale, offrendo un approccio equilibrato che rafforza la competitività dei clienti in tutto il mondo.

Conclusione

EMI, efficienza energetica e gestione termica sono spesso invisibili, ma decisive per un’elettronica affidabile e conforme. Se trascurate, possono causare riprogettazioni, ritardi nelle certificazioni e perdite di prestazioni. 

Le strutture R&D di ROHM utilizzano camere anecoiche, valutazione su banco motore e strumenti di simulazione come parte di un ecosistema di validazione preventiva che aiuta i clienti a individuare tempestivamente i problemi, applicare contromisure efficaci e realizzare progetti conformi agli standard globali, efficienti, sicuri e affidabili.

Per saperne di più: Endless Struggle Against Invisible Noise | ROHM