כיצד ליישם גנרטורים אותות בדיקות חשמל ו פיתוח פיתוח

מבוא ל- Signal Generators in Power Electronics Testing

גנרטורים אותות הם כלי חיוני במעבדה לאלקטרוניקה כוח. הם מייצרים אותות חשמליים מבוקרים - תוך שימוש בתדר, amplitude, צורת גל ותזמון - המחקה את התנאים מכשיר אלקטרוני כוח יחוו בפעולה בפועל. מהנדסים מסתמכים על אותות אלה כדי לבדוק ממירים, מופנים, כונן מנוע, ציוד כוח, ואמצעי הגנה בתנאים הניתנים על ידי חזרה ובטוחה.

מאמר זה מכסה את היסודות של גנרטורי אותות באלקטרוניקה כוח, חוקר את הסוגים השונים הזמינים, פרטים את השלבים ליישום ביעילות בזרימת מבחן ופיתוח, ומספק שיטות הטובות ביותר כדי להבטיח תוצאות אמינות, נאמנות גבוהה. בין אם אתה מעצב אספקת כוח מתג או debugging a 3-phase inverter, הבנה כיצד לשלב גנרטורים נכון הוא מיומנות קריטית.

תפקיד מחוללי אותות בפיתוח חשמל אלקטרוניקה

מעגלים אלקטרוניקה Power כרוכים מתחים גבוהים, זרמים גבוהים, ואירועים מהירים מעבר.מני אותות משמשים כמו גירוי שמניע שערי טרנזיסטורים, מאמתים לולאות בקרה, או מחקה הפרעות רשת.

• (FLT:0) ייצור אותות של דור אותות כונן אותות עבור IGBTs, MOSFET, או GN עם זמנים מתים מדויקים והחלפת תדרים.
• (FLT:0) הזרקת הלולאה של לולאוטרול 1:1 - הזרקת הפרעות קטנות לחתימה על מנת למדוד רווח לולאה ואת שולי שלב באמצעות מנתח רשת או או אוקטילוסקופ עם יכולות FFT.
• (FLT:0)EMI ו-FLT:1) - יצירת רצפים הרמוניים ספציפיים כדי להעריך מסננים של פליטות שבוצעו וקרינה.
• (FLT:0)Fault and Transientסימולציה סימולציה 1 - Producing פסים, גאדג'טים, סטיית תדר, או גלפורציות קצרות-circuit הנוכחי כדי לאמת את מעגל ההגנה.
• (FLT:0)Sensor וממשק אימות אימות FLT:1 - סימולציה של פלטי חיישן אנלוגי (למשל, הטרנספורמציים הנוכחיים, חיישני אפקט הול) כדי לבדוק את התניה ואת חזית ADC.

באמצעות גנרטורים אותות בתפקידים אלה, מהנדסים יכולים לבודד את המכשיר תחת בדיקה (DUT) מדינמיקה של עולם אמת בלתי צפויה וליישם שוב ושוב את אותם תנאי מתח לתוצאות דומות.

סוגים של מחוללי אותות המשמשים ב- Power Electronics

לא כל מחוללי האות נוצרים שווים.הבחירה תלויה בטווח התדר, מורכבות גלפור, כוח פלט, דרישות סינכרון. להלן הם הסוגים הרלוונטיים ביותר עבור בדיקות חשמל:

גנרטורים

גנרטורים פונקציונליים מייצרים גלימות תקופתיות סטנדרטיות - sine, ריבוע, משולש, וראוותית - מעל טווח תדר בדרך כלל מכמה מ"רנץ לעשרות מגה-הרץ.הם הם הבונים העבודה עבור בדיקות כונן השער הבסיסי, בקרת לולאה (גלים של בודה), ולוודא כיאות כפילציה מודרנית מציעים גם מצבי תצורה מובנה (AMF), כלומר, בדיקות מהירות אלקטרוניקה (GR) ו-JNF), אלקטרוניקה (GPS) עבור פונקציות מהירות; אלקטרוניקה (GR) אלקטרוניקה (GIRF) אלקטרוניקה (RERF), ו-JNF), ו-JNF), אלקטרוניקה מהירה (RIRF) עבור אלקטרוניקה, אלקטרוניקה (R) עבור טרה-REROpNF) טרה-TEROpVEROF) אלקטרוניקה, אלקטרוניקה, טרה-T; הפונקציה טרה-T) אלקטרוניקה מהירה; הפונקציה ⁇ (R.

גנרטורים של גלימות (AWGs)

AWGs מאפשרים למשתמש להגדיר נקודה גלפורית שרירותית לפי נקודה, מאוחסן בזיכרון לוח. גמישות זו היא בלתי-סבירה בעת הדמיה של טראנסים לא סטנדרטיים, כגון פרופיל מנוע מסוים בחזרה-Figture, צורה של מתח המסומנת על ידי תקני מוליכים למחצה, או תבנית PWM ברמה רב-דרגתית עם תקופות מתות.

גנרטורים

גנרטורים לנגיף מתמחים ביצירת התפרצויות של אנרגיה עם קצוות מהירים מאוד, רוחב הדופק המדויק, ושיעורי החזרה משתנים.באלקטרוניקה כוח, הם משמשים לאפיין החלפת הפסדים, כוח נהיגה בשער, ולבצע בדיקות כפולות (DPT) כדי למדוד את המטען לאחור והפעלה לאחור של מומנט על גבי / חזרה לאחור אנרגיה הדופק חייב להיות עם מחזור חוזר של F:0addable רמות (בדרך כלל 0-20) או יותר בדיקות פחמן (T) כדי לשמור על דיוק קצר לחץ דם (R) כדי למנוע את רמת תפקוד קצר).

DDS-based and-Signal Generator

גנרטורים דיגיטליים ישירים (DDS) מייצרים רזולוציית תדר דק מאוד ורעש בשלב נמוך, מה שהופך אותם מתאימים להזרקה לתוך לולאות שננעלו בשלב (PLLs) או לסימולציה של מתח רשת בדיוק גבוה. גנרטורים בסימן מעורב משלבים פלטים אנלוגיים עם פלטים דיגיטליים (למשל, SP2C, או במקביל) כדי לסנכרן את הלוגיקה של תאים דיגיטליים עם משוב דיגיטלי (אפקטיביים) עם תאים דיגיטליים מתאימים ל-פונקציה (אפקטים) כאשר הם בעלי בקרה דיגיטלית).

בחירת גנרטור האות הנכון עבור המבחן שלך

לפני יישום גנרטור אות, ממפה את דרישות ה- DUT למפרטים גנרטור:

• (FLT:0) טווח השקיפות טווח 1FLT (האם הבדיקה דורשת תדרים מתחת 1 הרץ (למשל, סימולציה של אופניים תרמי) או מעל 10 MHz (למשל, כונן שער ממיר חוזר)?להבטיח את הגנרטור מכסה לפחות 2× את תדירות הריבית הגבוהה ביותר.
• (FLT:0Output Stress and Impedance:1) , גנרטורים אותות רבים יש 50 קידוד פלטים עם מקסימום 10 Vpp לתוך אימפולס גבוה. Power אלקטרוניקה לעתים קרובות דורש יותר ampude to Drive שערי (למשל, +15 V / −5 V) או כדי לדמות מתח (מאות של תנודות) במקרים כאלה, להשתמש במקרים כאלה, שימוש ליניארי או ירידה של חומרת עם פלט גבוה יותר.
• (ב) [ה]: [ה]] [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]] [ה]]][ה]]]]] [ה]]] [הההההתמדה [ב], [ה] [הההההתחילה] [ה] [ה]] [ה] [ה] [ה]]]] [ה]] [ה]] [ה]]]]] [הת]] [ה[ה]]] [ה[ה[הה]]]]]] [ה[ה[ה[ה]]]]]] [ה]]]]]]]]] [ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה[ה]]]]]]]] [ה[ה[ה[ה[ה[ה]]]]]]]]]]] [ה] [ה]]]] [ה[ה[ה[ה[ה[ה]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [ה[ה[
• (FLT:0Channel ספירה ו-SsynchronizationFLT:1) - בדיקות חד-phase דורש ערוץ אחד; שלושה-phase inverters דורשים שלושה תפוקה מסונכרנים עם שלב מותאם בשלב זה. גנרטורים מסוימים יש מודולים רב ערוצים או ניתן לסונכרן באמצעות אוטובוס מעורר.
• (FLT:0)ectivity and ProgrammabilityFIRLT:1) גנרטורים מודרניים מציעים USB, LAN, GPIB, ולעתים דיגיטלי I / O. עבור בדיקות אוטומטיות, להבטיח שהיחידה תומכת בפקודות SCPI ויכולה להשתלב ב- Labview, Python, או MATLAB תסריטי מבחן.

שלב-בי-שלב יישום גנרטורים אותות ב- Power Electronics Testing

יישום גנרטור אותות כרוך יותר מאשר רק חיבור כבל BNC. השלבים הבאים מספקים גישה שיטתית להשגת המדידות אמינות וחזור.

שלב 1: קביעת מטרות מבחן ותנאי הפעלה

ברור כי מה המבחן מתכוון לאמת: החלפת אובדן בעומס מסוים, לגרות יציבות בנקודות הפעלה מרובות, או חסינות למתח חבלי מתח.זהה את המתח, הנוכחי והתזמון טווחים כי DUT מצפה.זה ינחה בחירת גנרטור והגדרות פלט.

שלב 2: בחר את הגנרטור הנכון וההגדרה

בהתבסס על המטרות, בחר את הסוג המתאים (תפקוד, AWG, או מחולל הדופק) לחבר את הפלט הגנרטור ל DUT באמצעות קנונית מתאימה (למשל, 50 ⁇ coaxial כבלים עבור נמוך ⁇ או אותות ⁇ גבוה, או מעוותים-pair עבור אותות שער שונים).

שלב 3: תצורת אותות

הגדר את סוג הגלום, תדירות, amplitude, מהפך, ואת שלב. עבור PWM דור, להגדיר את מחזור החובה, החלפת תדירות, וזמן מת. רבים AWGs מודרניים מאפשרים לך לייבא קובץ גלפור (למשל, CSV או MAT) ממכשירי סימולציה כגון PLECS, Simulink, או LpicTSe.זה מגשרים את הפער בין חומרה ולבצע אימות גבוה (FD) על ידי סימולציה גבוהה סימולציה (R) על ידי סימולציה (Ftest) על ידי סימולציה עבור סימולציה (R) על ידי סימולציה גבוהה סימולציה (R) על ידי סימולציה (R) על ידי סימולציה המיועדת סימולציה (R) על ידי LT-FRED) על ידי סימולציה גבוהה סימולציה (מפוספסדפסד"מפוסקומת) על ידי סימולציה (R) על ידי סימולציה (R) על ידי סימולציה המיועדת סימולציה (מפוס סימולציה המיועדת LT-FREFtest סימולציה המיועדת סימולציה (מפרק 200 סימולציה) על ידי סימולציה המיועדת סימולציה (R) על ידי סימולציה) על ידי סימולציה) על ידי סימולציה) על ידי סימולציה (

שלב 4: Integrate with the Test Circle and Measurement Instruments

חיבור הפלט של הגנרטור לקלט של DUT (למשל, העברת שער, קלט מתח שליטה או נקודת הזרקת משוב) באופן סימלוי, לחבר בדיקות אוקטילוסקופ, בדיקות נוכחיות, וחיפושי מתח שונים לצומת מפתח עבור ניטור. השתמש ב-FLT:0trigger NoteFLT:1 מניתוחים (למשל, Sync) כדי להפוך את אותו חומר ה-Dop-Dop-topcoptation.

שלב 5: הוצא את המבחן ואסף נתונים

התחל עם מחזור נמוך של אמפולד או נמוך חובה כדי לאמת כי DUT מגיב כמו הצפוי. Gradually להגדיל את רמות הלחץ בעוד ניטור טמפרטורה, נוכחי, גבולות מתח.אוטומטי רכישת נתונים באמצעות ממשק התכנות של הגנרטור ותסריט מדידה לשמור את כל ההגדרות יחד עם נתוני הגלום עבור ניתוח מאוחר יותר.FLT:0 תמיד להקליט את מספר הגנרטור, קושחה, ותאריך מדידה עבור מעקב אחר 1LT.

שלב 6: אנליז ותוצאות אימות

השוואת תוצאות עם תחזיות סימולציה או מפרט נתונים. השתמש oscilloscope פונקציות מתמטיות (למשל, אינטגרציה של כוח, FFT) כדי למקם הפסדים, נזקי תוכן או עיכובים propagation.אם מכשולים מופיעים, להעריך מחדש את הפלט עבור עיוות או שגיאות תזמון. re- להפעיל את הבדיקה עם גנרטור שונה כדי לשלול את הטיות.

Best Practices for Accurate and Reliable Signal Generation

גם עם הציוד הטוב ביותר, טכניקה גרועה יכולה להרוס נתונים במבחן.עקוב אחר הנחיות אלה כדי למקסם את השלמות המדידה.

עקבו אחרי Impedance Matching

אלקטרוניקה כוחית לעתים קרובות כרוך אותות רחב פסים עם הקצוות מהירים. השתמש 50 ⁇ כבלים קואקסיאלי עבור פלט גנרטור, ולסיים את קלט DUT עם התנגדות 50 ⁇ אם נדרש.עבור גבוה השער התקנים, להשתמש סדרה התנגדות שער כדי להגביל את התפוקה הנוכחית; התנגדות זו גם עוזר להתאים את המקור. עבור אותות שונים (למשל, IGB-m-ph-retra-al-reative להשתמש שער משותף או חד-פעמי כדי להמיר גנרטור חד-פעמי אחר, או חד-פעמי, או חד-פעמי, יחיד-פעמי, או חד-פעמי, זה עוזר גם עוזר להתאים את הנגדי, כדי להמיר את המגבר, כדי להמיר את הנגדי, או חד-פעמי, אחד, או חד-פעמי, באופן חד-משמעי, או חד-פעמי, כדי להמיר את הנגדינרל-פעמי, כדי להמיר את הנגדי, באופן חד-פעמי, באופן חד-פעמי, כדי להמיר את הנגדי, כדי להמיר את המכוון, כדי להמיר את הנגדי, באופן חד-פעמי, כדי להמיר את המכוון, באופן חד-פעמי, כדי להמיר את הנגדי-פעמי, כדי להמיר

שימוש נכון בהגדרה ובנחמה

הגנרטור וה-DUT עשויים לשתף לולאה קרקעית, להציג רעש. השתמש ב-FLT:0isolation Transformer על ה- DUT AC קלטFLT:1 ו-Mode משותף נחנק על כבל האות.עבור בדיקות הנעות שער בצד גבוה (שם המקור צף), השתמש בסימן מבודד או לוח שער מבודד.

קאלבראט ודה-רדמה Parasitics

באופן קבוע calibrate את הגנרטור באמצעות הפניה מותאמת (למשל, מד כוח RF או או אווסקליקוסקופ calibrated ⁇ ) עבור בדיקות גבוהות (מעל 10 MHz), כבל המחבר parasitics להפוך משמעותי; למדוד את S-parameters של נתיב החיבור ו de-embed אותם באמצעות תוכנת ניתוח רשת או כלי סימולציה רבים.

כל מבחן

צור תוכנית מבחן הכוללת מודל גנרטור, מספר סידורי, גרסת קושחה, הגדרות פלט (סוג, תדירות, amplitude, offset, סיום), סוג כבל, ואורך.אחסן מידע זה במחברת מעבדה או יומן אלקטרוני. Reproibility הוא אבן הפינה של בדיקות מדעיות והנדסתות.

איכות האות בזמן אמת

אל תניחו לפלט הגנרטור מושלם.תמיד להתבונן בגלפורציה בפועל בקלט DUT באמצעות אוקטיוסקופ גבוה בפסווי גבוה, לחפש overshoot, Ringing, jitter, ו- DC. כמה גנרטורים בנו שגרות במבחן עצמי; להפעיל אותם לפני בדיקות קריטיות.

יישומים מתקדמים וטכניקות

מעבר לבדיקות בסיסיות, גנרטורי אותות יכולים לפתוח שיטות ניתוח ופיתוח מתוחכמות.

בדיקה כפולה-פולזה (DPT) עבור החלפת אובדן

DPT הוא השיטה הסטנדרטית למדידת תור-און ואנרגיות תורף במוליכים למחצה כוחיים. גנרטור הדופק (או AWG) מפלט שתי פעימות חד-פעמיות שהופרדו על ידי עיכוב מבוקר.ה הדופק הראשון קובע את זרם המצב; הדופק השני הופך את המכשיר שוב לאחר זמן מת כדי ללכוד את ההתאוששות של דיוודה חופשית.

Hardware-in-the-Loop (HIL) Simulation

עם AWG טעון עם גלפורים מראש מסימולציה בזמן אמת (למשל, מ Typhoon HIL, OPAL-RT, או Speedgoat), הגנרטור יכול לחקות רשת או מנוע שמגיב להחלפת DUT.ה-AWG פלט מתחים וזרמים כי DUT רואה כסביבה האמיתית שלו, בעוד אותות DUT הם שליטה עצמית ו-Flowerts:

Multi-Phase Inverter Gate Driveation

שלושה מעצורים דורשים תזמון מדויק, להקות מתות, ושלבים מדפים. A Multi-channel AWG יכול ליצור שישה אותות שער (צד גבוה וצד נמוך בשלב) עם זמנים מתים מתים וניתוק. השתמש בפלט הטריגר הדיגיטלי של הגנרטור כדי לסנכרן אוקטלופ בכל השלבים.

המונחים: Loop get Measurement

כדי למדוד את יציבות לולאה השליטה של אספקת חשמל, להזריק גל קטן של חטא באמצעות רשת הפיכה משנה.ה גנרטור האות גורף תדירות מ 10 הרץ ל 1/10 של תדירות המעבר (בדרך כלל 1 MHz עבור ממרים מודרניים) אוקטילוסקופ מתעד את אותות קלט ופלט ליטי, ורשת וקטור מנתח מחשבים רווח ובשלב אוטומטי, גנרטור חייב להיות מסוגל להבטיח את התדירות נמוכה של 1% של הפחתת ה- DCpari (אופטי) כדי למנוע את הפחתת זמן איטי).

EMI Emission and Immunity Testing Pre-Compliance

בדיקות EMI ציות קדם משתמשות בגיטור אות כדי להניע רשת ייצוב של ייצוב (LISN)cioFLT:1 ולהזריק רעש מומדי או רעש שונה בתדרים ספציפיים.הגנר מייצר אות סינוסיאואיד או קו של גלי חשמל מזיקים בזמן ניתוח מדד פליטת DUT.

מלכודות נפוצות וכיצד להימנע מהם

אפילו מהנדסים מנוסים נתקלים באתגרים בעת שילוב גנרטורי אותות.כאן הם נושאים תכופים ופתרונות:

• (FLT:0)Waveform עיוות בשל סיום לא תקין של קונסולת 1 (FLT: 0) - השתמש בהפסקת שוויון למניעה האופיינית של כבל.בדוק כי פלט הגנרטור מתאים להגדרה (50 ⁇ או Hi-Z).
• (ב) ⁇ :0) הלולאות מסביב גורמות לרעש FLT:1 ; אני סולמת את אספקת הכוח DUT. השתמש בבדיקות שונות על פלט הגנרטור כדי לאמת את זרם ה-mode המשותף.
• (FLT:0) אמפליטנטים רגישים לכונן שערדר (FLT) 1:1 - רוב גנרטורי האות יכולים רק לייצר ± 10 V לתוך אימפולס גבוה.עבור +15 V כונן שער, להשתמש במגבר מהיר חיצוני או נהג שער ייעודי IC.
• (ב) [ה] אם הגנרטור משתמש בלולאה שננעלה בשלב שאינו נעול בשעון ה-DUT, ג'ייטר יכול לגרום להחלפה כוזבת. השתמש בגנרטור עם קלט התייחסות חיצוני וסינון אותו לשעון המאסטר DUT.
• (FLT:0) עומק מזכר רץ לרצף ארוך של רצף 1 (איור 1: תרחישים מורכבים של זמן-דומיין (למשל, פגם רשת של 50-ms עם 1 nsרזולוציה דורש זיכרון עצום).

משאבים חיצוניים וקריאה נוספת

כדי להעמיק את ההבנה של גנרטורי אותות בבדיקת חשמל אלקטרוניקה, להתייעץ עם המקורות הסמכותיים הבאים:

• (ב) ⁇ :0Keysight - Waveform Generator Selection SelectionFIRLT:1) - מפרטים מפורטים והערות יישום עבור תפקוד גנרטורים שרירותיים.
• (FLT:0)Tektronix - Arbitrary Waveformeurs: 1 - סקירה טכנית, מאמרים לבנים ומדריכי וידאו על השימוש ב-AWG באלקטרוניקה כוח.
• סעיף:0 (סעיף) – "Double Pulse Test Setup for SiC MOSFET Characterization" (SiC MOSFET Characterization)"(הופנה האקדמית ליישום בדיקות כפולות אמינות עם גנרטורים אותות.
• (FLT:0)Rohde & Schwarz - Pulse Generators for Power SemiconductorsFLT:1 - איורי יישומים על ייצור הדופק עבור GaN ו- SiC מכשירים.

מסקנה

גנרטורים אותות אינם רק מקורות אותות; הם כלים מדויקים אשר, כאשר נבחר כראוי, מוגדר, משולב, מאפשר פיתוח אלקטרוניקה כוח יסודי ויעיל. מדור פונקציה בסיסית לצורות גל שרירותיות מורכבות ערוצים, היכולת להזריק גירויים מבוקרים לתוך DUT תחת כמעט כל היבט של אימות עיצוב, החל מהחלפת מדידת אובדן לשליטה על ידי הבנה של גנרטורים שונים, לאחר תהליך מובנה, אינטגרציה אלקטרונית ושילוב יעיל ביותר של שיטות פעולה, יכול להפחית את הביצועים של תפקודים של תפקודים, החלמות, החלים, החלמות, ואפקטים בהצלחה, ואפקטים של תפקודים של תפקודים, החלים, ואפקטים של תפקודים, החל מניתוח יעיל יותר ויותר.