Zapewnienie kompatybilności elektromagnetycznej dzięki ekosystemowi walidacji: komory bezechowe, stanowisko testowe silnika i zaawansowana symulacja

Rosnąca złożoność systemów elektronicznych zmienia sposób, w jaki inżynierowie zapewniają niezawodność i zgodność. Wyższe częstotliwości przełączania i gęstsza integracja sprawiły, że kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) stała się jednym z najważniejszych zagadnień projektowych, ponieważ problemy z zakłóceniami wykryte na późnym etapie rozwoju często wymuszają kosztowne przeprojektowanie. Dodatkowo wymagania na poziomie systemu, takie jak efektywność energetyczna i dokładne przewidywanie zachowania cieplnego, są powiązane z parametrami EMC. 

Aby sprostać tym wzajemnie powiązanym wyzwaniom, ROHM stworzył kompleksowy ekosystem walidacji. Łącząc akredytowane komory pomiarowe EMC, zaawansowane stanowiska testowe silników oraz internetowe narzędzia symulacyjne, ROHM umożliwia klientom na całym świecie wdrażanie skutecznych środków zaradczych już na wczesnym etapie, zapewniając większą pewność projektu, zgodność i efektywność.

Walidacja EMC z wykorzystaniem własnych komór bezodbiciowych

Szum elektromagnetyczny jest jednym z najbardziej powszechnych zagrożeń we współczesnej elektronice. Jeśli nie jest kontrolowany, może prowadzić do nieprawidłowego działania, niestabilności systemu, a nawet braku zgodności z przepisami. Dla projektantów układów scalonych i inżynierów systemowych kluczowe znaczenie ma zajęcie się problemem zakłóceń na wczesnym etapie.

Aby to umożliwić, ROHM dysponuje własnymi akredytowanymi obiektami do pomiarów EMC. Zlokalizowane w Yokohama Technology Center w Japonii, obejmują one:

• 3-metrową komorę bezodbiciową do precyzyjnych pomiarów emisji.
• Komorę EMC dla motoryzacji, która odtwarza rzeczywiste wiązki przewodów pojazdu i warunki montażu w celu badania odporności i emisji w środowiskach istotnych z punktu widzenia zastosowania.

Ta wewnętrzna zdolność stanowi istotną korzyść dla klienta. W procesie ROHM środki przeciwdziałania EMC są projektowane już na etapie rozwoju układu scalonego, co pozwala klientowi kontynuować prace projektowe z większą pewnością. Znacząco zmniejsza to ryzyko kosztownych przeprojektowań na późnym etapie i jest jedną z kluczowych zalet solidnego ekosystemu walidacji EMC firmy ROHM.

Godnym uwagi przykładem jest opracowanie wzmacniaczy operacyjnych ROHM’s EMARMOUR^™, które osiągnęły wiodącą w branży odporność na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI). Sukces ten był wynikiem iteracyjnych testów w komorach bezodbiciowych, gdzie propozycje obwodów były mierzone, udoskonalane i walidowane aż do uzyskania przełomowych parametrów.

Ocena na stanowisku silnikowym do testów sprawności

Podczas gdy EMC koncentruje się na zakłóceniach i zgodności, dla niezawodnego projektu systemu należy również oceniać sprawność. W pojazdach elektrycznych (EV) i napędach przemysłowych oszczędność energii bezpośrednio przekłada się na niższe koszty eksploatacji, większy zasięg i wyższą ogólną wydajność. Walidacja sprawności jest jednak złożona, ponieważ wymaga testowania nie tylko pojedynczych urządzeń, ale całych systemów napędowych.

ROHM odpowiada na to wyzwanie dzięki środowisku oceny na stanowisku silnikowym, które odtwarza rzeczywiste warunki pracy silników, sterowników bramek i urządzeń mocy. Stanowisko obejmuje konfigurację z silnikiem testowym i silnikiem obciążającym, przekształtniki regeneracyjne, precyzyjne czujniki prądu i napięcia oraz dedykowany komputer sterujący. Pozwala to inżynierom monitorować sprawność i potencjalne zachowanie w rzeczywistych warunkach pracy w szerokim zakresie zmiennych sekwencji momentu obrotowego i prędkości obrotowej.

W testach porównawczych w warunkach Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Cycle (WLTC) Class 3b conditions falowniki wyposażone w ROHM’s 4th Generation SiC MOSFETs osiągnęły nawet o 10% niższe zużycie energii elektrycznej w porównaniu z rozwiązaniami wykorzystującymi konwencjonalne tranzystory IGBT. Potwierdza to, że można osiągnąć wysokosprawną pracę, jednocześnie       zapewniając, że poprawa parametrów nie powoduje nadmiernych zakłóceń.

Dzięki umożliwieniu tak szczegółowych pomiarów na poziomie systemu klienci zyskują wczesny wgląd w oszczędności energii i ogólną niezawodność jeszcze przed przejściem do kosztownego prototypowania lub produkcji na dużą skalę.

Narzędzia symulacyjne do wirtualnej walidacji

Nawet przy zaawansowanych obiektach EMC i testach na stanowisku silnikowym projektanci często muszą walidować parametry znacznie wcześniej w cyklu rozwoju. Prototypowanie jest kosztowne, a same karty katalogowe nie są w stanie uchwycić złożonych interakcji cieplnych i elektrycznych występujących w rzeczywistych systemach. 

Aby w tym pomóc, ROHM oferuje ROHM Solution Simulator, bezpłatne, internetowe narzędzie, które umożliwia inżynierom ocenę urządzeń i obwodów w realistycznych warunkach aplikacyjnych. Narzędzie to jest wyjątkowe, ponieważ pozwala analizować nie tylko układy scalone, ale także całe obwody, w tym elementy dyskretne, takie jak tranzystory, diody, rezystory i diody LED, a także wspiera projektowanie termiczne.

Kolejną kluczową cechą jest sprzężona analiza elektryczno-termiczna. To, co kiedyś wymagało całego dnia modelowania i obliczeń, można teraz wykonać w mniej niż dziesięć minut, co czyni to rozwiązanie około 100 razy szybszym od metod konwencjonalnych. Projektanci mogą szybko analizować temperatury złącza, nagrzewanie na poziomie wyprowadzeń oraz wzajemne oddziaływanie cieplne między komponentami, uzyskując cenne informacje jeszcze przed zbudowaniem sprzętu.

Symulator płynnie wpisuje się również w istniejące przepływy pracy. Inżynierowie mogą wybrać obwód rozwiązania, wskazać konkretne urządzenia ROHM, uruchomić symulacje, a nawet bezpośrednio zamówić próbki. W przypadku bardziej zaawansowanej walidacji na poziomie systemu wyniki można eksportować do środowiska Siemens EDA PartQuest.

Wzmacnianie konkurencyjności poprzez walidację

• Nowoczesne komory bezodbiciowe zapewniają zgodność z globalnymi normami EMC i chronią przed nieprawidłowym działaniem systemu spowodowanym zakłóceniami.
• Testy na stanowisku silnikowym weryfikują rzeczywistą sprawność i wydajność systemów napędowych w zastosowaniach motoryzacyjnych i przemysłowych.
• Narzędzia symulacyjne przyspieszają rozwój całego obwodu elektrycznego poprzez identyfikację problemów termicznych, elektrycznych i związanych z odprowadzaniem ciepła przed etapem prototypowania sprzętu.

Dla klientów łączne korzyści są oczywiste: cykle rozwojowe stają się krótsze, co skraca czas wprowadzenia produktu na rynek. Ryzyko maleje, ponieważ potencjalne problemy są identyfikowane wcześniej, co zapobiega kosztownym przeprojektowaniom. Wzrasta pewność zgodności na rynkach międzynarodowych, zapewniając sprawniejsze procesy certyfikacji. A wydajność na poziomie systemu zostaje zoptymalizowana, co przekłada się na oszczędność energii, bezpieczeństwo i niezawodność.

Kompleksowe działania projektowe znacząco zwiększają niezawodność i bezpieczeństwo produktu, jednocześnie spełniając oczekiwania klientów. Takie podejście zapewnia wyjątkową wartość zarówno dzięki kompetencjom technicznym, jak i systemom wsparcia, wzmacniając konkurencyjność na globalnym rynku.

Centrum Aplikacyjne i Technicznych Rozwiązań ROHM w Europie

Chociaż narzędzia i obiekty omawiane w tym artykule znajdują się w centrum badawczo-rozwojowym ROHM w Japonii, klienci w Europie również korzystają z lokalnej wiedzy eksperckiej dzięki European Application and Technical Solution Center (ATSC) w Willich w Niemczech. Aby wspierać użytkowników w ich pracach rozwojowych, zespół wsparcia UE oferuje usługi, które przyczyniają się do jakości końcowego produktu klienta. Obiekty w Niemczech nie są przeznaczone wyłącznie dla niskonapięciowych produktów IC: dzięki nowoczesnemu laboratorium ROHM od 2018 roku zapewnia także wsparcie dla urządzeń mocy (IGBT, SiC MOSFET) w klasach napięciowych do 2 kV.        
 

ATSC koncentruje się na wspieraniu inżynierów podczas fazy design-in, zapewniając płytki aplikacyjne, projekty referencyjne oraz praktyczną współpracę techniczną. Dzięki ścisłej współpracy z lokalnymi zespołami rozwojowymi ATSC zapewnia europejskim klientom wsparcie we wdrażaniu analogowych układów scalonych ROHM, urządzeń mocy i rozwiązań systemowych. W ten sposób ROHM łączy najnowocześniejszą infrastrukturę badawczo-rozwojową z regionalnym wsparciem inżynieryjnym, oferując zrównoważone podejście, które wzmacnia konkurencyjność klientów na całym świecie.

Podsumowanie

EMI, efektywność energetyczna i zarządzanie termiczne są często niewidoczne, lecz decydujące dla niezawodnej i zgodnej z wymaganiami elektroniki. Jeśli zostaną pominięte, mogą prowadzić do przeprojektowań, opóźnień certyfikacji i spadku wydajności. 

Obiekty badawczo-rozwojowe ROHM wykorzystują komory bezodbiciowe, ocenę na stanowisku silnikowym i narzędzia symulacyjne jako elementy prewencyjnego ekosystemu walidacji, który pomaga klientom wcześnie wykrywać problemy, stosować skuteczne środki zaradcze oraz dostarczać projekty zgodne z wymaganiami globalnymi, wydajne, bezpieczne i niezawodne.

Dowiedz się więcej: Endless Struggle Against Invisible Noise | ROHM