Testes de tensão reversa de baterias em módulos eletrônicos com capacidade de teste automatizada

Os sistemas eletrônicos, como as unidades de controle eletrônico (ECUs), precisam passar por diversos testes de qualificação rigorosos para serem aprovados para o uso automotivo. Esses testes incluem um teste de polaridade reversa especificado no ISO 16750‑2. De acordo com a especificação, o módulo eletrônico precisa suportar uma tensão de alimentação negativa por um determinado tempo sem sofrer danos. A unidade de medição e alimentação (SMU) R&S®NGU401 é ideal para realizar essa tarefa e também fornece capacidade de testes automatizados.

R&S®NGU401
R&S®NGU401
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Sua tarefa

As baterias de carros precisam ser desconectadas e reconectadas várias vezes, por exemplo, durante manutenções ou reparos. Como consequência, há o risco de conectar a bateria com polaridade reversa e isso causa danos nos componentes e no circuito conectados. Portanto, como parte do teste de qualificação, todo circuito eletrônico precisa passar por um teste de tensão reversa. Um módulo eletrônico, como uma ECU ou uma unidade de controle de iluminação, precisa ficar conectado a uma tensão negativa por pelo menos 60 segundos. Depois do teste, o módulo não pode exibir quaisquer danos causados pela tensão reversa aplicada. O teste exige uma fonte de alimentação que possa funcionar nos quadrantes I e III para fornecer energia ao módulo eletrônico e aplicar uma tensão e uma corrente negativas. Além disso, são necessários critérios de aprovação/reprovação para validar o módulo eletrônico.

Uma boa abordagem é medir precisamente a corrente e a tensão de alimentação para determinar se o circuito eletrônico continua sem danos após a tensão negativa ter sido removida. Medir a tensão e a corrente com alta precisão antes, durante e após o teste é uma maneira bem simples de detectar falhas no funcionamento ou danos no circuito eletrônico. Testes funcionais complexos do módulo eletrônico não são necessários. Além disso, o programa deve ser capaz de realizar testes automatizados, principalmente quando usado em ambientes de produção.

Forma de onda de tensão reversa em conformidade com o ISO 16750-2
Forma de onda de tensão reversa em conformidade com o ISO 16750-2
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A solução da Rohde & Schwarz

A unidade de medição e alimentação R&S®NGU401 é ideal para realizar testes de tensão reversa em conformidade com as normas, pois ela opera nos quadrantes I e III. Ela pode alimentar o módulo eletrônico durante a operação normal, aplicar uma tensão e uma corrente negativas por, pelo menos, 60 segundos e voltar ao funcionamento regular quando a tensão positiva retornar. A sequência de testes pode ser definida usando, por exemplo, o gerador arbitrário interno. Além disso, ela pode ser programada externamente e aplicada por controle remoto.

As tensões e as correntes medidas podem ser usadas para auxiliar nos critérios de aprovação/reprovação em um script de teste externo. A R&S®NGU401 também apresenta uma função de registro rápido, com até 500 kSa/s de aquisição de tensão e corrente. A alta taxa de amostragem permite uma análise mais aprofundada. A tensão e a corrente podem ser traçadas com detalhes ao longo do tempo por meio de ferramentas externas. O instrumento apresenta um recurso de controle remoto completo, permitindo testes automatizados.

Configuração para testes de tensão reversa com circuito de proteção baseado em MOSFET de canal N e controlador de diodos
Configuração para testes de tensão reversa com circuito de proteção baseado em MOSFET de canal N e controlador de diodos
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Aplicação

A princípio, um teste de tensão reversa de bateria é bem semelhante ao teste de dispositivos semicondutores por suas características de tensão reversa.

Implementações comuns de circuitos reversos de proteção de bateria

Um circuito de proteção para realizar um teste de tensão reversa de bateria pode ser implementado de diversas formas. Frequentemente é usada uma solução de diodo simples ou uma solução individual com um MOSFET de canal P ou então um controlador de diodos é usado em combinação com um MOSFET de canal N.

O uso de um controlador de diodos com um MOSFET de canal N produzirá a menor corrente reversa. No entanto, essa solução exige a capacidade de medir a corrente inferior a alguns nA no modo reverso.

Estudo de caso

Um teste de tensão reversa com medições de tensão e corrente foi realizado de forma totalmente automática com base em um script Python. A capacidade de teste automatizada torna o uso do aplicativo adequado para a produção, além de contribuir para o processo de desenvolvimento. Um módulo de avaliação de circuito de proteção reversa com base em um controlador de diodos foi usado juntamente com um conversor buck carregado para simular uma ECU com um circuito de proteção.

Medição de tensão e corrente reversas

  • Conecte a unidade R&S®NGU401 ao dispositivo em teste (DUT), conforme mostrado à esquerda no diagrama de configuração para testes de tensão reversa
  • Estabeleça uma conexão remota, por exemplo, por LAN ou USB
  • Defina um valor de corrente adequado para proteger o dispositivo em teste contra a sobrecorrente
  • Execute o script Python

Depois que o script Python for executado, uma janela será aberta com a forma de onda de tensão aplicada e a corrente medida. Os resultados revelam uma corrente de aproximadamente 3.6 μA durante o período em que a tensão negativa foi aplicada. Esse valor corresponde à corrente reversa permitida para o MOSFET de acordo com as especificações da ficha técnica. Além disso, o valor da corrente operacional após a remoção da tensão negativa é semelhante ao valor medido antes da tensão negativa ser aplicada. O dispositivo em teste foi aprovado no teste.

Resumo

A unidade de medição e alimentação (SMU) R&S®NGU401 é a opção ideal para verificar requisitos como proteção da tensão da bateria reversa em aplicações automotivas. A unidade R&S®NGU401 apresenta operação em quatro quadrantes, medições altamente precisas de tensão e corrente e capacidade de registro rápido, permitindo que os usuários testem seus produtos com o mínimo esforço. A unidade R&S®NGU401 também fornece uma funcionalidade de controle remoto para possibilitar testes automatizados.

Formas de onda de tensão e corrente no domínio do tempo (script Python)
Formas de onda de tensão e corrente no domínio do tempo (script Python)
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Arquivos adicionais

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