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Una Configurazione per Test di Iniezione di Corrente in Serie a Basso Costo

Posted by marius 27/08/2021 0 Comment(s) 179 Strumenti di Misura,

Una configurazione per test di iniezione di corrente in serie a basso costo

scritto da Min Zhang, consulente EMC

Questo articolo documenta una configurazione del test Bulk Current Injection (BCI) a basso costo per il test di immunità EMC. I test BCI sono ampiamente utilizzati nei test di immunità EMC automobilistico, aerospaziale e militare. Il test verifica le prestazioni di immunità di un dispositivo in prova (DUT).

L'attuale sonda di iniezione utilizzata nei test EMC di conformità adeguata è spesso costosa. Questo perché per ottenere un buon livello di corrente RF, sarebbe necessario iniettare un livello molto elevato di potenza RF. Per evitare che il nucleo magnetico della sonda di iniezione di corrente si saturi, il nucleo deve essere sufficientemente spesso. Il test BCI standard richiede anche una sonda di monitoraggio della corrente RF per misurare il livello della corrente RF iniettata. È inoltre necessario un potente amplificatore RF per pilotare la sonda, questo aumenta il costo del test. Un'istantanea del test BCI è mostrata nella Figura 1.

Figura 1 Configurazione di test BCI standard

È possibile creare facilmente una configurazione di test simile con solo una frazione del costo che normalmente comporterebbe un test di conformità EMC. Tale configurazione di prova può essere vista nella Figura 2. Esamineremo i dettagli di ciascuna unità in questa configurazione. Uno schema di sistema semplificato della configurazione di prova è mostrato in Figura 3.

Figura 2 Configurazione del test BCI pre-conformità

Figura 3 Schema di sistema della configurazione del test di pre-conformità

Una sonda per iniezione fatta in casa

Una sonda di iniezione di corrente RF fatta in casa può essere facilmente realizzata cablando alcuni giri di fili di un nucleo di ferrite a scatto [1]. Due cose vanno prese in considerazione. Uno è la dimensione del nucleo. Come accennato in precedenza, abbiamo bisogno di un nucleo spesso con una buona gamma di frequenze. Un Laird (ora Dupont) 28A5131-0A2 è un buon candidato. È un nucleo di ferrite voluminoso e il materiale 28 ha una buona risposta in frequenza (10-1000 MHz). Avresti bisogno di un adattatore a T RF BNC per collegare le due estremità dei fili, quindi il segnale arriva con il connettore BNC e si divide in segnale e massa. Nella Figura 4 è mostrata una sonda di iniezione di corrente fatta in casa.

Figura 4 Sonda per iniezione BCI fatta in casa

Applicazione di nuclei di ferrite tra BCI e LISN & kit di monitoraggio

In [2], Ken Wyatt ha consigliato di inserire alcuni nuclei di ferrite tra il DUT e i LISN. I nuclei di ferrite hanno due scopi. Uno è quello di riflettere l'energia RF in modo che più corrente RF venga iniettata nel DUT. Il secondo scopo è quello di attenuare il rumore che entra nel circuito di monitoraggio. Spesso il circuito di monitoraggio è attraverso interfacce LIN, CAN, Flexray, ecc. Se troppo rumore RF entra nel modulo del monitor, non riusciresti a capire se è dovuto al guasto del DUT o semplicemente al kit del monitor ha avuto un problema. Quindi è molto importante applicare alcuni nuclei di ferrite tra la sonda di iniezione BCI e i LISN. Ma Ken non ha fornito tipi specifici di nuclei di ferrite che si dovrebbero usare. Qui, abbiamo usato 4 diversi materiali di base del ferrite. Questi materiali sono  75 (200 kHz - 30 MHz), 31 (1-300 MHz), 43 (25 - 300 MHz) e 61 (200 - 1000 MHz). L'idea è semplice, vogliamo ottenere un'ampia larghezza di banda di riduzione del rumore al circuito di monitoraggio. Una selezione del nucleo di ferrite tra il cavo di iniezione BCI e i LISN & il kit del monitor può essere visto nella Figura 5.

Figura 5 Nuclei di ferrite tra la sonda di iniezione e il LISN & kit di monitoraggio

LISN e unità di alimentazione

Abbiamo utilizzato due LISN DC TBOH01 di Tekbox, Tekbox ha un eccellente documento che descrive in dettaglio come impostare la LISN per la misurazione delle emissioni condotte [3]. Fondamentalmente impostiamo le LISN seguendo [3], attenzione che c'è un condensatore elettrolitico da 1000 F che collega i due LISN, [3] spiega perché. Tra le LISN e l'alimentatore, abbiamo anche inserito alcuni nuclei di ferrite sia come induttanza di modo comune che come induttore differenziale. Il motivo è che l'alimentatore che utilizziamo produce anche rumore RF. Per assicurarci che questo rumore non interferisca con il sistema in prova, abbiamo usato il CMC e l'induttore insieme al condensatore per formare un buon filtro passa basso. Sia per il CMC che per gli induttori, abbiamo utilizzato una configurazione di avvolgimento da due a tre giri per aumentare l'impedenza. La figura 6 mostra i dettagli.

Figura 6 LISN e configurazione dell'alimentatore

Amplificatore RF

Abbiamo usato Tekbox TBMDA3 come amplificatore RF, questo amplificatore ha una potenza diretta fino a 37 dBm e la gamma di frequenza è compresa tra 10 MHz e 1 GHz, perfettamente costruita per questo compito. Per una recensione completa di questo prodotto, ti segnalo il blog di Ken Wyatts [4]. Va notato qui che per prevenire la mancata corrispondenza dell'impedenza di questo amplificatore, si consiglia vivamente di collegare un attenuatore da 3 dB all'uscita dell'unità. Qui abbiamo collegato un attenuatore da 10 Watt 3dB, considerando l'elevata potenza di uscita di questo prodotto.

Figura 7 Amplificatore RF con attenuatore 3dB collegato all'uscita

Analizzatore di spettro e generatore di segnale

Il segnale in ingresso può essere generato da un analizzatore di spettro con funzione di generatore di tracciamento (TG) o da un generatore di segnale. Ovviamente, se si dispone di un solo analizzatore di spettro e si desidera utilizzare una sonda di monitoraggio della corrente per misurare la corrente RF sulla linea, l'unica opzione è l'utilizzo di un generatore di segnale. Ho due analizzatori di spettro e un generatore di segnale, quindi ho la libertà di usare entrambi. Ma il mio generatore di segnale (TTI TGF 4242) è limitato a 240 MHz, quindi per l'iniezione di rumore ad alta frequenza, ho bisogno di usare il mio analizzatore di spettro Siglent (SSA 3021X) che ha un'uscita fino a 2,1 GHz.

Sonda di monitoraggio della corrente

Questa è un'opzione, se si desidera monitorare il livello di corrente RF iniettata, considera l'utilizzo di una sonda di monitoraggio della corrente RF caratterizzata. Questo può essere fatto da una sonda fatta in casa [1] o da una sonda di monitoraggio corrente commerciale. Abbiamo utilizzato la sonda di monitoraggio della corrente Tekbox TBCP4-500. Ovviamente questa sonda funziona solo fino a 500-600 MHz. Preferibilmente, sarebbe necessaria la sonda TBCP4-750 per coprire una gamma di frequenze molto più ampia. La cosa migliore dell'uso della sonda di corrente caratterizzata è che puoi calcolare il valore della corrente RF (in dBμA) in base all'equazione dBμA=dBμV-dBΩ.

Figura 8 Sonda di monitoraggio della corrente RF

Software

Il mio generatore di segnale ha la funzione di scansione della frequenza ed è molto utile se vogliamo fare uno sweep della gamma di frequenze di rumore BCI. Ma a causa del suo limite di frequenza superiore, a volte ho bisogno di usare il mio analizzatore di spettro per generare il segnale di riferimento. In questi casi, ho scoperto che l'utilizzo del software Tekbox EMCView è estremamente utile. In questo caso, utilizzo la funzione generatore integrata nel software e offre la flessibilità di utilizzare lo sweep di frequenza, modificando il livello di corrente iniettata. Un'istantanea del software utilizzato come modalità generatore è mostrata nella Figura 9.

 

Figura 9 Software EMCView

Risultato del test

Abbiamo testato la configurazione del test BCI pre-conformità rispetto a un rapporto di test di laboratorio EMC accreditato e il risultato è sorprendentemente simile.

L'amplificatore di potenza ha una potenza diretta massima di 38 dBm, ma abbiamo usato un attenuatore da 3dB per prevenire la mancata corrispondenza dell'impedenza dell'amplificatore RF, questo dovrebbe darci una potenza di uscita massima di 35dBm (38-3dBm). Con una sonda di monitoraggio della corrente collegata ai cavi (vedere la Figura 10), la corrente iniettata è stata misurata e calcolata approssimativamente a 100 dBμA. Il calcolo si basa su una lettura di 85dBμV (dall'analizzatore di spettro) +30dB (a causa dell'attenuatore collegato all'ingresso RF dell'analizzatore di spettro portatile) -15dBΩ (impedenza della sonda di corrente). Questo livello attuale è molto vicino alla configurazione del test BCI nella casa di prova accreditata (vedi Figura 11). La potenza diretta nel banco di prova EMC è 35dBm e la corrente RF è stata misurata pari a 105 dBμA).

Figura 10 A sinistra, monitoraggio della corrente RF iniettata utilizzando una sonda di corrente RF, analizzatore di spettro palmare centrale con attenuatore da 30 dB, a destra, risultato in dBμV
 

Figura 11 Corrente RF e potenza diretta nel test BCI della casa di prova

Riepilogo

In questo articolo viene introdotta una configurazione di test BCI a basso costo. L'intera configurazione del test utilizza attrezzature e strumenti convenienti, risultando in un modo economico di riprodurre il fallimento del test BCI che solo una casa di TEST accreditata potrebbe testare. I risultati dei test hanno mostrato risultati simili nel livello corrente e nel livello di potenza diretta. Abbiamo utilizzato questa configurazione per aiutare i nostri clienti a risolvere molti problemi EMC.

Riferimento

[1] K Wyatt, la sonda di corrente HF: teoria e applicazione
[2] P.G. André & K Wyatt, Guida alla risoluzione dei problemi EMI per i progettisti di prodotti
[3] M Mayerhofer, Misurazione delle emissioni condotta con Tekbox 5μH LISN TBOH01
[4] K Wyatt, Utilizzo di test di immunità RF ad alta potenza


(Informazioni sull'autore) Il Dr. Min Zhang è il fondatore e il principale consulente EMC di Mach One Design Ltd (www.mach1design.co.uk), una società di ingegneria con sede nel Regno Unito specializzata in consulenza, risoluzione dei problemi e formazione EMC. La sua profonda conoscenza dell'elettronica di potenza, dell'elettronica digitale, delle macchine elettriche e della progettazione di prodotti ha beneficiato alle aziende in tutto il mondo. Puoi scrivere a Zhang alla mail [email protected]

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