Đảm bảo EMC thông qua một hệ sinh thái xác thực: buồng không phản xạ, bệ thử động cơ và mô phỏng tiên tiến

Độ phức tạp ngày càng tăng của các hệ thống điện tử đang định hình lại cách các kỹ sư đảm bảo độ tin cậy và tuân thủ tiêu chuẩn. Tốc độ chuyển mạch nhanh hơn và mức độ tích hợp dày đặc hơn đã khiến tương thích điện từ (EMC) trở thành một trong những mối quan tâm thiết kế quan trọng nhất, vì các vấn đề nhiễu được phát hiện muộn trong quá trình phát triển thường buộc phải thiết kế lại với chi phí cao. Ngoài ra, các yêu cầu ở cấp hệ thống, chẳng hạn như hiệu suất năng lượng và dự đoán chính xác hành vi nhiệt, cũng có liên hệ với hiệu năng EMC. 

Để giải quyết những thách thức có liên quan chặt chẽ này, ROHM đã xây dựng một hệ sinh thái thẩm định toàn diện từ đầu đến cuối. Bằng cách kết hợp các buồng đo EMC được công nhận, các hệ thống băng thử động cơ tiên tiến và các công cụ mô phỏng trên nền tảng web, ROHM giúp khách hàng trên toàn thế giới triển khai các biện pháp đối phó hiệu quả ngay từ sớm, từ đó đạt được độ tin cậy thiết kế, khả năng tuân thủ và hiệu quả cao hơn.

Thẩm định EMC với buồng không phản xạ nội bộ

Nhiễu điện từ là một trong những rủi ro phổ biến nhất trong điện tử hiện đại. Nếu không được kiểm soát, nó có thể dẫn đến lỗi hoạt động, mất ổn định hệ thống và thậm chí không đáp ứng các yêu cầu pháp lý. Đối với các nhà thiết kế IC và kỹ sư hệ thống, xử lý nhiễu ngay từ giai đoạn đầu là yếu tố then chốt.

Để hỗ trợ điều này, ROHM vận hành các cơ sở đo EMC được công nhận của riêng mình. Đặt tại Trung tâm Công nghệ Yokohama, Nhật Bản, các cơ sở này bao gồm:

• Buồng không phản xạ 3 mét để đo phát xạ chính xác.
• Buồng EMC ô tô, tái tạo các bó dây và điều kiện lắp đặt thực tế trên xe để thử nghiệm khả năng miễn nhiễm và phát xạ trong các môi trường phù hợp với ứng dụng thực tế.

Năng lực nội bộ này mang lại lợi thế rõ rệt cho khách hàng. Với quy trình của ROHM, các biện pháp đối phó EMC được thiết kế ngay trong giai đoạn phát triển IC, cho phép khách hàng tiếp tục thiết kế với độ tin cậy cao hơn. Điều này làm giảm đáng kể nguy cơ phải thiết kế lại ở giai đoạn muộn và là một trong những lợi thế chính của hệ sinh thái thẩm định EMC mạnh mẽ của ROHM.

Một ví dụ đáng chú ý là quá trình phát triển các bộ khuếch đại thuật toán EMARMOUR^™ của ROHM, vốn đã đạt khả năng miễn nhiễm nhiễu điện từ (EMI) hàng đầu trong ngành. Thành công này đến từ quá trình thử nghiệm lặp đi lặp lại trong các buồng không phản xạ, nơi các đề xuất mạch được đo lường, tinh chỉnh và thẩm định cho đến khi đạt được hiệu năng đột phá.

Đánh giá bằng băng thử động cơ để kiểm tra hiệu suất

Trong khi EMC tập trung vào nhiễu và tuân thủ tiêu chuẩn, hiệu suất cũng phải được đánh giá để bảo đảm một thiết kế hệ thống đáng tin cậy. Trong xe điện (EV) và truyền động công nghiệp, tiết kiệm năng lượng đồng nghĩa trực tiếp với giảm chi phí vận hành, tăng quãng đường hoạt động và nâng cao hiệu năng tổng thể. Tuy nhiên, việc thẩm định hiệu suất rất phức tạp vì nó đòi hỏi phải thử nghiệm không chỉ từng linh kiện riêng lẻ mà cả toàn bộ hệ thống truyền động.

ROHM giải quyết thách thức này bằng môi trường đánh giá băng thử động cơ, tái tạo các điều kiện thực tế cho động cơ, gate driver và linh kiện công suất. Cấu hình này bao gồm động cơ thử nghiệm và động cơ tải, bộ biến đổi tái sinh, cảm biến dòng điện và điện áp độ chính xác cao, cùng một PC điều khiển chuyên dụng. Điều này cho phép các kỹ sư giám sát hiệu suất và các đặc tính hành vi tiềm năng trong điều kiện vận hành thực tế trên nhiều chuỗi mô-men xoắn và tốc độ quay khác nhau.

Trong các thử nghiệm so sánh theo điều kiện Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Cycle (WLTC) Class 3b, các bộ nghịch lưu được trang bị SiC MOSFET thế hệ thứ 4 của ROHM đã đạt mức tiêu thụ điện năng thấp hơn tới 10% so với các bộ dùng IGBT truyền thống. Điều này xác nhận rằng có thể đạt được vận hành hiệu suất cao đồng thời       đảm bảo rằng mức tăng hiệu năng không làm phát sinh nhiễu quá mức.

Nhờ cho phép thực hiện các phép đo chi tiết ở cấp hệ thống như vậy, khách hàng có thể sớm có được cái nhìn sâu sắc về khả năng tiết kiệm năng lượng và độ tin cậy tổng thể trước khi chuyển sang giai đoạn tạo mẫu tốn kém hoặc sản xuất quy mô lớn.

Công cụ mô phỏng để thẩm định ảo

Ngay cả khi đã có các cơ sở EMC tiên tiến và thử nghiệm băng thử động cơ, các nhà thiết kế vẫn thường cần thẩm định hiệu năng sớm hơn nhiều trong chu kỳ phát triển. Tạo mẫu rất tốn kém, và chỉ riêng datasheet không thể phản ánh đầy đủ các tương tác nhiệt và điện phức tạp xảy ra trong các hệ thống thực tế. 

Để hỗ trợ điều này, ROHM cung cấp ROHM Solution Simulator, một công cụ miễn phí trên nền tảng web cho phép kỹ sư đánh giá linh kiện và mạch trong các điều kiện ứng dụng thực tế. Công cụ này độc đáo ở chỗ không chỉ cho phép đánh giá IC mà còn cả toàn bộ mạch, bao gồm các linh kiện rời như transistor, diode, điện trở và LED, đồng thời cũng hỗ trợ thiết kế nhiệt.

Một tính năng quan trọng khác là phân tích ghép nối điện-nhiệt. Những gì trước đây cần cả ngày để mô hình hóa và tính toán thì nay có thể hoàn thành trong chưa đầy mười phút, giúp nhanh hơn khoảng 100 lần so với các phương pháp thông thường. Các nhà thiết kế có thể nhanh chóng kiểm tra nhiệt độ mối nối, hiện tượng nóng lên ở cấp chân và sự ảnh hưởng nhiệt giữa các linh kiện, từ đó thu được thông tin hữu ích ngay cả trước khi phần cứng được chế tạo.

Trình mô phỏng này cũng tích hợp liền mạch vào quy trình làm việc hiện có. Kỹ sư có thể chọn một mạch giải pháp, chọn các linh kiện ROHM cụ thể, chạy mô phỏng và thậm chí đặt mẫu trực tiếp. Đối với việc thẩm định hệ thống nâng cao hơn, kết quả có thể được xuất sang môi trường Siemens EDA PartQuest.

Tăng cường năng lực cạnh tranh thông qua thẩm định

• Các buồng không phản xạ hiện đại bảo đảm tuân thủ các tiêu chuẩn EMC toàn cầu và bảo vệ khỏi các trục trặc hệ thống do nhiễu gây ra.
• Thử nghiệm băng thử động cơ xác nhận hiệu suất và hiệu năng thực tế của các hệ thống truyền động trong các ứng dụng ô tô và công nghiệp.
• Các công cụ mô phỏng đẩy nhanh quá trình phát triển toàn bộ mạch điện bằng cách xác định các vấn đề về nhiệt, điện và tản nhiệt trước khi tạo mẫu phần cứng.

Đối với khách hàng, các lợi ích tổng hợp là rất rõ ràng: chu kỳ phát triển được rút ngắn, giúp giảm thời gian đưa sản phẩm ra thị trường. Rủi ro được hạ thấp vì các vấn đề tiềm ẩn được phát hiện sớm hơn, ngăn ngừa việc phải thiết kế lại tốn kém. Mức độ tin cậy về tuân thủ được củng cố trên các thị trường quốc tế, giúp quá trình chứng nhận diễn ra suôn sẻ hơn. Và hiệu năng ở cấp hệ thống được tối ưu hóa, mang lại tiết kiệm năng lượng, an toàn và độ tin cậy.

Các biện pháp thiết kế toàn diện giúp nâng cao đáng kể độ tin cậy và an toàn của sản phẩm đồng thời đáp ứng kỳ vọng của khách hàng. Cách tiếp cận này mang lại giá trị vượt trội thông qua cả chuyên môn kỹ thuật lẫn hệ thống hỗ trợ, qua đó tăng cường năng lực cạnh tranh trên thị trường toàn cầu.

Trung tâm Ứng dụng và Giải pháp Kỹ thuật của ROHM tại châu Âu

Trong khi các công cụ và cơ sở được đề cập trong bài viết này đặt tại trung tâm R&D của ROHM ở Nhật Bản, khách hàng tại châu Âu cũng được hưởng lợi từ chuyên môn địa phương thông qua European Application and Technical Solution Center (ATSC) tại Willich, Đức. Để hỗ trợ người dùng trong nỗ lực phát triển, đội ngũ hỗ trợ EU cung cấp các dịch vụ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng của khách hàng. Các cơ sở tại Đức không chỉ dành cho các sản phẩm IC điện áp thấp: thông qua một phòng lab hiện đại, từ năm 2018 ROHM cũng hỗ trợ các linh kiện công suất (IGBT, SiC MOSFET) với các cấp điện áp lên đến 2 kV.        
 

ATSC tập trung hỗ trợ các kỹ sư trong giai đoạn design-in, cung cấp board ứng dụng, thiết kế tham chiếu và hợp tác kỹ thuật thực hành trực tiếp. Bằng cách phối hợp chặt chẽ với các nhóm phát triển địa phương, ATSC bảo đảm khách hàng châu Âu nhận được hỗ trợ trong việc tích hợp IC tương tự, linh kiện công suất và các giải pháp hệ thống của ROHM. Theo cách này, ROHM kết hợp hạ tầng R&D tiên tiến với hỗ trợ kỹ thuật theo khu vực, mang đến một cách tiếp cận cân bằng giúp tăng cường năng lực cạnh tranh của khách hàng trên toàn thế giới.

Kết luận

EMI, hiệu suất năng lượng và quản lý nhiệt thường là những yếu tố vô hình nhưng mang tính quyết định đối với các thiết bị điện tử đáng tin cậy và tuân thủ tiêu chuẩn. Nếu bị bỏ qua, chúng có thể gây ra việc thiết kế lại, chậm trễ trong chứng nhận và suy giảm hiệu năng. 

Các cơ sở R&D của ROHM sử dụng buồng không phản xạ, đánh giá băng thử động cơ và các công cụ mô phỏng như một phần của hệ sinh thái thẩm định phòng ngừa, giúp khách hàng phát hiện vấn đề sớm, áp dụng các biện pháp đối phó hiệu quả và cung cấp các thiết kế tuân thủ toàn cầu, hiệu quả, an toàn và đáng tin cậy.

Tìm hiểu thêm: Cuộc chiến không hồi kết chống lại nhiễu vô hình | ROHM