Keysight Gere transiente de energia rapidamente para testar dispositivos eletrônicos automotivos. Nota de Aplicação

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1 Keysight Gere transiente de energia rapidamente para testar dispositivos eletrônicos automotivos Nota de Aplicação

2 Introdução Unidades de Controle Eletrônicas (ECUs) e outros dispositivos eletrônicos automotivos devem ser imunes aos sistemas de alimentação hostis nos quais operam. Picos e quedas de energia e outros tipos de transientes são comuns, então, as ECUs automotivas e outros dispositivos eletrônicos precisam ser rigorosamente validados para garantir uma operação adequada e confiável. Para auxiliar na validação, foram desenvolvidas especificações de teste ISO para replicar os transientes de energia encontrados nas aplicações automotivas. Essas especificações são rigorosas e os equipamentos de teste necessários para gerar esses transientes são específicos e caros. Daí surgem alguns problemas: Esses equipamentos geralmente ficam no laboratório de controle de qualidade, o que limita sua disponibilidade. A maioria das empresas têm sua própria adaptação dos padrões ISO, que geralmente evoluem com a crescente eletrificação dos automóveis. Os equipamentos específicos podem não acompanhar essa evolução ou não oferecer a flexibilidade para lidar com as necessidades mutantes de cada empresa. O Sistema de Alimentação Avançado N7900A, o software Control and Analysis 14585A e o Analisador de Potência CC N6705B da Keysight são ferramentas que oferecem um jeito simples de criar e personalizar diversos transientes de energia rapidamente, que podem ser utilizados na bancada ou em sistemas de teste. Assim, você pode conhecer mais sobre a operação do seu dispositivo sem ter de depender de equipamentos caros e específicos. Esta nota de aplicação explica como utilizar esses produtos, principalmente o software 14585A, para gerar transientes de energia rápido e facilmente para fazer esses testes.

3 03 Keysight Gere transiente de energia rapidamente para testar dispositivos eletrônicos automotivos - Nota de Aplicação Ferramentas para gerar transientes de energia Antes de discutir técnicas para gerar formas de onda, vamos conhecer as ferramentas disponíveis para que possamos entender como elas são empregadas na geração de transientes de energia automotivos. Sistema de Alimentação Avançado (APS) N7900A O APS N7900A, mostrado na Figura 1, é uma família de fontes de alimentação CC com saída única de 1 e 2 kw e até 160 VCC. Elas podem ser utilizadas em paralelo para gerar ainda mais corrente e potência. A saída do N7900A vai de zero à capacidade total de tensão em menos de 0,5 ms. A rápida taxa de variação juntamente com recursos integrados para produzir formas de onda arbitrárias (ARBs) permitem gerar quase todos os distúrbios dinâmicos de energia elétrica definidos pelo padrão ISO e similares. Figura 1. Sistema de Alimentação Avançado (APS) N7900A. Software Control and Analysis 14585A O 14585A, mostrado na Figura 2, é uma interface gráfica intuitiva que roda no computador. Ele permite configurar, controlar, importar, visualizar e analisar os resultados das medições feitas no N7900A ou N6705B remotamente. Ainda mais importante, ele inclui vários recursos para criação e controle de ondas arbitrárias, o que é útil para gerar transientes de energia automotivos rapidamente, incluindo: Uma grande biblioteca de componentes de formas de onda predefinidos Uma ampla lista de expressões matemáticas e editor para criar formas de onda com fórmulas Ferramentas para editar sequências de formas de onda e criar transientes complexos Recursos para importar e modificar arquivos de formas de onda.csv (valores separados por vírgulas) Capacidade para registrar, modificar e reproduzir transientes do N6705B ou N7900A Recursos para salvar e reproduzir transientes como arquivos.csv ou criações de alto nível, que podem ser facilmente editados e salvos como novos transientes de energia Figura 2. Software Control and Analysis 14585A.

4 04 Keysight Gere transiente de energia rapidamente para testar dispositivos eletrônicos automotivos - Nota de Aplicação Analisador de Potência CC N6705B O Analisador de Potência CC N6705B, mostrado na Figura 3, é um mainframe que comporta de um a quatro módulos de alimentação CC. Estão disponíveis módulos de alimentação CC de maior performance com até 500 W e 60 V de saída. Embora o N6705B possa ser operado com o software 14585A, ele também incorpora um painel frontal completo para que você possa configurar e reproduzir transientes de energia diretamente, como um sistema independente. Detalhes sobre essa abordagem na nota de aplicação Teste e depuração de transientes de energia na bancada para aplicações automotivas e aeroespaciais/defesa, publicação de número PTBR. Figura 3. Analisador de potência CC N6705B e módulo de alimentação CC. Crie um perfil inicial de um transiente rapidamente com componentes de formas de onda predefinidos Vamos descobrir como gerar um transiente de energia para testar a imunidade no arranque do motor. No 14585A, as formas de onda são construídas com uma sequência de componentes. Os componentes de forma de onda predefinidos permitem a criação de um transiente comum de perfil inicial, como na Figura 4. Esse perfil inicial é documentado na especificação ISO U U S U S6 ƒ = 2 Hz 2 V U A Parâmetro U S U S6 U A t f t 6 t 7 t 8 t r Valor 12 V 4,5 V 6,5 V 5 ms 15 ms 50 ms 10 s 100 ms U t t ƒ t 6 t 7 t 8 t r Figura 4. Forma de onda transiente do perfil inicial.

5 05 Keysight Gere transiente de energia rapidamente para testar dispositivos eletrônicos automotivos - Nota de Aplicação Crie essa forma de onda rapidamente com quatro passos simples usando o software 14585A: 1. Defina o formato da forma de onda, incluindo os níveis de tensão, os tempos de transição e de duração e as frequências, como na Figura 4. Conte o número de segmentos individuais, por exemplo: neste caso, temos uma rampa descendente, uma rampa ascendente, uma onda senoidal (o número de ciclos não importa) e, por fim, uma rampa ascendente. Portanto, essa forma de onda é composta por quatro segmentos, que se tornam componentes individuais na sequência da forma de onda. 2. No software 14585A, selecione a aba ARB no topo da tela para visualizar a tela operacional da forma de onda ARB, como na Figura 5. Como esses distúrbios automotivos são transientes de tensão, selecione CD ARB para tensão de saída. No N6705B, você tem a opção de usar Sequence ARBs (sequência) ou CD ARBs (constant dwell - duração constante). Para o N7900A, só estão disponíveis CD ARBs. a. As sequências de formas de onda arbitrárias têm até 512 pontos de pares de magnitude e duração. b. As formas de onda arbitrárias CD têm até 64 Kpts de valores de magnitude, todos com um mesmo tempo de duração. 3. Selecione Add para adicionar o primeiro componente à sequência da forma de onda. O primeiro, o segundo e o quarto componentes são rampas e o terceiro componente é uma onda senoidal. Ao adicionar cada componente à sequência da forma de onda, edite seus parâmetros, como mostra a Figura 6. Clique em Done após editar cada componente para adicioná-lo à sequência. 4. Quando terminar a sequência da forma de onda arbitrária, ela deve ter a aparência da Figura 7. Você pode nomeá-la e salvá-la clicando em Save Waveform no menu File, localizado no canto superior esquerdo da tela. Ela será salva como uma criação de alto nível com a extensão.wfpk, podendo ser facilmente editada com o software 14585A para fazer modificações ou criar novos transientes. Uma forma de onda arbitrária também pode ser convertida e salva como um arquivo de dados.csv, que não é tão facilmente editável, mas tem um formato básico compatível com a maioria dos outros programas. Figura 5. Criando uma forma de onda arbitrária (ARB) no software 14585A.

6 06 Keysight Gere transiente de energia rapidamente para testar dispositivos eletrônicos automotivos - Nota de Aplicação (a) (b) (c) (d) Figura 6. Configuração dos parâmetros dos componentes da forma de onda. Figura 7. Perfil inicial completo da sequência da forma de onda arbitrária.

7 07 Keysight Gere transiente de energia rapidamente para testar dispositivos eletrônicos automotivos - Nota de Aplicação Gerando seu novo transiente de energia Na tela operacional ARB, você pode escolher entre reproduzir a forma de onda arbitrária uma vez, reproduzir um número específico de ciclos ou continuamente. A maioria dos transientes automotivos só tem um ciclo. Quando conectado ao N6705B ou N7900A, a forma de onda pode ser iniciada apertando o botão Arb Run, localizado na parte inferior direita em qualquer tela operacional do 14585A. Como exemplo, reproduzimos a forma de onda arbitrária ao mesmo tempo em que a capturamos na tela operacional do modo osciloscópio do 14585A para verificar facilmente se o formato do perfil inicial está de fato correto. O resultado é o da Figura 8. Figura 8. Verificando o perfil inicial com o modo osciloscópio do 14585A.

8 08 Keysight Gere transiente de energia rapidamente para testar dispositivos eletrônicos automotivos - Nota de Aplicação Modificando seu transiente de energia rapidamente Uma grande vantagem de usar o software 14585A é a facilidade e a rapidez para fazer modificações nas formas de onda arbitrárias que você já criou. Elas podem ser salvas novamente ou renomeadas como uma nova forma de onda arbitrária para atender a novos requisitos e padrões. Uma área com requisitos em constante mudança são perfis iniciais resultantes de sistemas de arranque de alta potência que dão suporte para coisas como a operação liga/desliga do motor. Para mostrar como uma sequência arbitrária pode ser facilmente modificada, substituiremos a onda senoidal componente da sequência com uma onda senoidal retificada por uma fórmula no transiente do perfil inicial que criamos anteriormente. Você pode modificar essa forma de onda com três passos fáceis usando o software 14585A: 1. Na tela ARB do software, navegue até o terceiro bloco componente da sequência da forma de onda arbitrária exibida no meio da tela. Navegue usando as setas para direita ou esquerda. Clique em Modify quando o componente desejado da sequência estiver selecionado. 2. Selecione a aba Formula do lado esquerdo, que incorpora os vários tipos de componente disponíveis para a construção das sequências ARB. Assim, você pode substituir a onda senoidal predefinida pela nova, como na Figura Insira a fórmula para criar o novo componente da forma de onda arbitrária e clique em Done. O componente da sequência será modificado de acordo. 4. A nova forma de onda arbitrária pode ser salva com o nome existente ou renomeada, deixando a forma de onda original inalterada. Figura 9. Inserindo um novo componente na sequência da forma de onda ARB com uma função.

9 09 Keysight Gere transientes de energia rapidamente para testar eletrônicos automotivos - Nota de Aplicação Figura 10. Verificando o perfil inicial modificado com o modo osciloscópio do 14585A. Importando, modificando, reproduzindo e salvando transientes de fontes externas Muitas vezes, existe a necessidade de gerar transientes de energia complexos que foram capturados diretamente de um automóvel com um osciloscópio ou externamente criados em outro software. Arquivos de dados desses transientes provavelmente estarão no formato.csv, com um tempo de duração comum para todos os pontos. Uma característica útil dessa plataforma é que o recurso CD ARB (forma de onda arbitrária com duração constante) pode reproduzir formas de onda transientes complexas e não repetitivas com até 64 kpts. Embora os perfis iniciais complexos sejam exemplos disso, eles foram criados com os componentes sequenciais integrados no software 14585A. O 14585A também oferece capacidade para importar, modificar, reproduzir e salvar arquivos de formas de onda arbitrárias.csv criados externamente. Neste exemplo, importaremos um arquivo.csv de um perfil de desconexão de carga não suprimida para o software 14585A, para rodar em um APS N7900A. O perfil de desconexão de carga foi criado externamente e salvo como um arquivo.csv com valores de amplitude. A desconexão da carga não suprimida tem um pico de 79 V, com duração total de aproximadamente 500 ms. Entretanto, primeiro usaremos as ferramentas de edição de formas de onda do 14585A para cortar a desconexão da carga em 34 V, transformando-a em um perfil de desconexão de carga suprimida, antes de reproduzi-la. As ferramentas de edição de formas de onda do 14585A simplificam a modificação dos arquivos.csv. Você pode importar, modificar e salvar essa forma de onda com três passos fáceis usando o software 14585A: 1. Importe o novo arquivo.csv selecionando a opção de criar uma nova sequência ARB e clicando em Import..., depois em New... na seção de componentes da sequência ARB. Quando o arquivo for importado para o 14585A, ele pedirá que você especifique o tempo de duração. A duração desse componente da sequência ARB pode ser alterada posteriormente. Esse passo está ilustrado na Figura Para cortar a forma de onda, selecione Modify. Isso exibirá a forma de onda no editor gráfico mostrado na Figura 12, permitindo que você faça várias edições na forma de onda rapidamente. Em nosso exemplo, clicamos em Clip e configuramos o nível superior em 34 V e o nível inferior em zero. Depois, clicamos em Execute para efetuar as alterações na forma de onda. 3. Depois, clicamos em SAVE RESULT, que adiciona o arquivo da forma de onda suprimida à seleção existente de componentes de sequência importados. O 14585A adiciona um incremento numérico ao nome do arquivo para distingui-lo do arquivo original. Já o renomeamos com o sufixo b, conforme a ISO documenta o perfil da desconexão da carga suprimida.

10 10 Keysight Gere transiente de energia rapidamente para testar dispositivos eletrônicos automotivos - Nota de Aplicação Figura 11. Importando um arquivo de formas de onda.csv para o software 14585A. Figura 12. Cortando a forma de onda com o editor gráfi co do 14585A.

11 11 Keysight Gere transiente de energia rapidamente para testar dispositivos eletrônicos automotivos - Nota de Aplicação O arquivo importado da desconexão da carga começou e terminou com 13,5 V. Neste caso, não foi preciso adicionar outros componentes em nenhuma das pontas da sequência, mas seria simples fazer isso, como explicado previamente. Com o APS N7900A conectado, ligado e configurado com 13,5 V de saída, reproduzimos nosso transiente da desconexão da carga suprimida. O resultado foi verificado com o modo osciloscópio do 14585A, como na Figura 13. Figura 13. Verificando o transiente da desconexão da carga suprimida com o modo osciloscópio do 14585A. Conclusão Unidades de controle eletrônicas (ECUs) e outros dispositivos eletrônicos usados em aplicações automotivas precisam ser imunes aos sistemas de alimentação nos quais operam. Para desenvolver produtos bem-sucedidos e atingir metas de desempenho, os engenheiros precisam incorporar testes rigorosos e repetitivos de distúrbios transientes de energia elétrica nos seus processos. Equipamentos de teste para testar transientes de energia conforme o padrão ISO e outros padrões industriais são específicos e caros, o que geralmente limita sua disponibilidade ao laboratório de controle de qualidade central. O Sistema de Alimentação Avançado N7900A, o software Control and Analysis 14585A e o Analisador de Potência CC N6705B da Keysight são ferramentas acessíveis que possibilitam gerar transientes de energia automotivos para testes de distúrbios na conveniência da bancada do engenheiro. Agora você pode conhecer mais sobre a operação do seu dispositivo sem depender de equipamentos caros e frequentemente inacessíveis.

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