การเพิ่มประสิทธิภาพการทดสอบภูมิคุ้มกันของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ด้วยเครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าสี่ควอดแรนต์

นามธรรม
ระบบไฟฟ้าในรถยนต์นั้นต้องเผชิญกับความผิดปกติทางไฟฟ้าที่ซับซ้อนมากมาย เช่น แรงดันตก แรงดันกลับขั้ว สัญญาณรบกวนความถี่สูง และพัลส์ชั่วขณะ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์ เช่น ECU และ BMS ต้องผ่านการตรวจสอบความทนทานต่อสัญญาณรบกวนจากแหล่งจ่ายไฟอย่างเข้มงวดก่อนการประกอบรถยนต์ แหล่งจ่ายไฟทดสอบแบบขั้วเดียวทั่วไปไม่สามารถรองรับการไหลของพลังงานแบบสองทิศทาง และไม่สามารถจำลองสภาวะทางไฟฟ้าแบบสี่ควอดแรนต์ในรถยนต์จริงได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนอย่างเห็นได้ชัดระหว่างผลการทดสอบและสภาวะการทำงานจริงในรถยนต์ เครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าแบบสองขั้วสี่ควอดแรนต์เป็นอุปกรณ์จำลองแหล่งจ่ายไฟที่มีความแม่นยำสูง รองรับการไหลของพลังงานแบบสองทิศทาง ช่วยให้สามารถสลับเอาต์พุตของแรงดันและกระแสไฟฟ้าบวกและลบได้อย่างราบรื่น จำลองการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิก พัลส์ชั่วขณะ และสภาวะการกลับขั้วได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติการแก้ไขรูปคลื่นแบบกำหนดเอง อิมพีแดนซ์ที่ปรับได้ และการซ้อนทับสัญญาณรบกวนแบบกว้าง ด้วยการใช้ระบบควบคุมแบบวงปิดคู่แรงดัน-กระแส และโครงสร้าง H-bridge แบบควบคุมเต็มรูปแบบสำหรับการทำงานแบบสี่ควอดแรนต์ ทำให้สามารถเปลี่ยนผ่านระหว่างควอดแรนต์ได้อย่างราบรื่น และควบคุมแรงดันได้อย่างแม่นยำ เพื่อตอบสนองความต้องการในการทดสอบจำลองแหล่งจ่ายไฟที่ซับซ้อนหลากหลายรูปแบบ LISUN โดยใช้เครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์ LIS‑APS‑4010K300 เป็นวัตถุวิจัย บทความนี้จะอธิบายหลักการทำงานและคุณลักษณะหลัก วิเคราะห์คุณค่าการใช้งานในการทดสอบภูมิคุ้มกันของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์ และให้ข้อมูลอ้างอิงสำหรับการทดสอบโหลดไฟฟ้าของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์

ความท้าทายเชิงปฏิบัติในการทดสอบภูมิคุ้มกันทางอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์
ในระหว่างการสตาร์ท-หยุดรถ การถ่ายโอนโหลด การทำงานของมอเตอร์ และการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ของสายไฟ ระบบจ่ายไฟในรถยนต์จะสร้างสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าชั่วคราวจำนวนมาก ในระบบ 12 โวลต์ในรถยนต์ ไม่เพียงแต่จะมีแรงดันไฟกระชากบวกเท่านั้น แต่ยังมีแรงดันไฟย้อนกลับด้วย ภายใต้เงื่อนไขบางประการ อุปกรณ์ที่กำลังทดสอบจะดูดซับพลังงานและส่งพลังงานกลับไปยังด้านแหล่งจ่ายไฟ ตามมาตรฐานต่างๆ เช่น GB/T 28046.2‑2019, ISO 16750‑2:2023 และ ISO 7637‑2:2021 ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์จะต้องผ่านการทดสอบความทนทานต่อความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า การกลับขั้ว แรงดันไฟชั่วคราว และการซ้อนทับของระลอกคลื่น เพื่อตรวจสอบความเสถียรในการทำงานภายใต้สภาวะการจ่ายไฟที่ซับซ้อน

แหล่งจ่ายไฟ DC แบบโปรแกรมได้ทั่วไปสามารถจ่ายพลังงานได้เพียงทิศทางเดียวเท่านั้น ไม่สามารถดูดซับพลังงานป้อนกลับจากอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ (DUT) จ่ายแรงดันลบ หรือทำการทดสอบการกลับขั้วได้ อัตราการเปลี่ยนแปลงแรงดันที่จำกัดทำให้ยากต่อการสร้างขอบพัลส์ชั่วคราวในระดับไมโครวินาที โซลูชันการทดสอบบางอย่างสร้างวงจรทดสอบโดยการรวมแบตเตอรี่และเครื่องกำเนิดสัญญาณ การตั้งค่าดังกล่าวต้องใช้การเดินสายที่ซับซ้อน และความต้านทานภายในของแบตเตอรี่จะเปลี่ยนแปลงไปตามสถานะการชาร์จและการคายประจุ ส่งผลให้ความต้านทานเอาต์พุตไม่สามารถปรับได้และผลลัพธ์การทดสอบไม่น่าเชื่อถือ วงจรทดสอบที่ประกอบโดยผู้ปฏิบัติงานที่แตกต่างกันทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดอย่างมากและไม่ตรงตามข้อกำหนดของห้องปฏิบัติการสำหรับการกำหนดมาตรฐานและความสามารถในการทำซ้ำ ดังนั้น อุตสาหกรรมจึงต้องการอุปกรณ์เฉพาะที่มีการไหลของพลังงานแบบสองทิศทาง เอาต์พุตแบบสองขั้ว รูปคลื่นที่ตั้งโปรแกรมได้ และความต้านทานที่ปรับได้อย่างต่อเนื่อง เครื่องจำลองแรงดันสองขั้วแบบสี่ควอดแรนต์ได้รับการพัฒนาขึ้นเป็นพิเศษเพื่อแก้ไขปัญหาทางอุตสาหกรรมดังกล่าวข้างต้น

หลักการทำงานและคุณลักษณะหลักของเครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์
การขอ เครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์ ใช้โครงสร้าง H-bridge แบบควบคุมเต็มรูปแบบ ร่วมกับอัลกอริธึมควบคุมแบบวงปิดคู่แรงดัน-กระแส เพื่อให้สามารถทำงานในสี่ควอดแรนต์ได้ การสลับแรงดันและกระแสบวกและลบเป็นไปอย่างราบรื่นโดยไม่มีการรบกวนหรือแรงดันกระชากระหว่างการเปลี่ยนควอดแรนต์ จึงสามารถหลีกเลี่ยงการรบกวนเพิ่มเติมจากอุปกรณ์ทดสอบเพื่อปกป้องอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบได้ เครื่องจำลองแรงดันไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์นี้รองรับการไหลของพลังงานแบบสองทิศทาง สามารถจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ (DUT) และดูดซับพลังงานป้อนกลับจาก DUT ได้ จึงสามารถจำลองพฤติกรรมทางไฟฟ้าของโหลดรถยนต์ในโลกแห่งความเป็นจริงได้อย่างสมบูรณ์ และเอาชนะข้อจำกัดทางเทคนิคของแหล่งจ่ายไฟแบบดั้งเดิมที่ไม่สามารถจัดการกับพลังงานที่สร้างขึ้นใหม่ได้

เครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์นี้มีหน่วยแก้ไขรูปคลื่นในตัว รองรับรูปคลื่นกระแสตรง รูปคลื่นไซน์ รูปคลื่นสี่เหลี่ยม รูปคลื่นสามเหลี่ยม รูปคลื่นเอ็กซ์โพเนนเชียล และรูปคลื่นพัลส์มาตรฐาน เช่น P2b และ P4 ตามที่กำหนดใน ISO 7637-2 สามารถนำเข้ารูปคลื่นแบบกำหนดเองได้ในรูปแบบ Excel หรือ CSV มีขั้นตอนการแก้ไขรวมกันได้สูงสุด 500 ขั้นตอน โดยมีช่วงเวลาขั้นต่ำ 5 ไมโครวินาที สำหรับการสร้างรูปคลื่นรบกวนแบบผสมที่ซับซ้อน ซึ่งจำลองการเปลี่ยนแปลงของแหล่งจ่ายไฟอย่างต่อเนื่อง เช่น การสตาร์ท-หยุดรถ และการลดโหลด ความต้านทานของแหล่งจ่ายสามารถปรับได้อย่างต่อเนื่องตั้งแต่ 0 มิลลิโอห์ม ถึง 500 มิลลิโอห์ม ด้วยความละเอียด 1 มิลลิโอห์ม เพื่อจำลองการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของสายไฟที่เกิดจากความยาวและวัสดุของสายไฟ สามารถเชื่อมต่อโมดูลความต้านทานภายในภายนอกเพื่อตอบสนองความต้องการความต้านทานพิเศษที่กำหนดโดยมาตรฐานของผู้ผลิตรถยนต์ เช่น LV124 และ LV148-E09 อุปกรณ์นี้มาพร้อมกับระบบสุ่มตัวอย่างแบบวงปิดสำหรับการซ้อนทับของระลอกคลื่น ทำให้สามารถทำการทดสอบความต้านทานต่อระลอกคลื่นแบบวงปิดที่ตำแหน่ง 10 ซม. ตามมาตรฐาน ISO 16750-2 ฟังก์ชันออสซิลโลสโคปและการวิเคราะห์ FFT ในตัวช่วยให้สามารถสังเกตคลื่นแรงดัน-กระแสและการวิเคราะห์สเปกตรัมการรบกวนแบบเรียลไทม์ ช่วยลดจำนวนเครื่องมือภายนอกและทำให้การตั้งค่าแท่นทดสอบง่ายขึ้น

เครื่องจำลองการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์

การขอ LISUN เครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์ LIS‑APS‑4010K300 เป็นรุ่นทั่วไปของผลิตภัณฑ์ซีรีส์นี้ ให้เอาต์พุต DC/AC ±40 V กระแสไฟฟ้าพิกัดตั้งแต่ 0 ถึง ±10 A และช่วงความถี่ตั้งแต่ DC ถึง 300 kHz เหมาะสำหรับการทดสอบภูมิคุ้มกันของ ECU เซ็นเซอร์ และส่วนประกอบ BMS บนบอร์ด 12 V ส่วนใหญ่ มาพร้อมหน้าจอสัมผัสแบบ capacitive Android ภาษาจีน-อังกฤษ ขนาด 10.1 นิ้ว และรองรับการควบคุมระยะไกลจากพีซีเพื่อการรวมระบบทดสอบอัตโนมัติ มีฟังก์ชันการป้องกันที่ครอบคลุม ได้แก่ กระแสเกิน แรงดันเกิน ไฟฟ้าลัดวงจร และอุณหภูมิสูงเกิน เพื่อป้องกันความเสียหายต่อตัวอย่างและอุปกรณ์ที่เกิดจากการใช้งานผิดวิธี พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญแสดงอยู่ในตารางที่ 1

การประยุกต์ใช้เครื่องจำลองแรงดันไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์ในการทดสอบภูมิคุ้มกันของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์
เครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์สามารถครอบคลุมรายการทดสอบภูมิคุ้มกันทางไฟฟ้าที่กำหนดไว้ใน GB/T 28046.2‑2019, ISO 16750‑2:2023, ISO 7637‑2:2021, LV124, GS95024‑2 และข้อกำหนดอื่นๆ ได้อย่างครบถ้วน โดยส่วนใหญ่ได้แก่ การจำลองการผันผวนของแรงดันแบตเตอรี่ การจำลองแรงดันตกขณะสตาร์ท การทดสอบการกลับขั้วแบตเตอรี่ การทดสอบภูมิคุ้มกันต่อพัลส์ชั่วขณะของสายไฟ และการทดสอบภูมิคุ้มกันต่อการซ้อนทับของระลอกคลื่นความถี่สูง

ในการจำลองสภาวะการสตาร์ทเครื่องยนต์ แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟจะลดลงอย่างรวดเร็วและกลับคืนสู่สภาพเดิมในระหว่างการสตาร์ทเครื่องยนต์ เครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์จะสร้างรูปคลื่นแบบผสมหลายขั้นตอนเพื่อจำลองลำดับการลดลงของแรงดันไฟฟ้าอย่างรวดเร็วและการกลับคืนสู่สภาพเดิมอย่างช้าๆ ความต้านทานแหล่งจ่ายที่ปรับได้จะจำลองการลดลงของแรงดันไฟฟ้าในสายไฟจริงเพื่อทดสอบว่า ECU เกิดการรีเซ็ต การขัดข้อง หรือความล้มเหลวในการสื่อสารภายใต้การเปลี่ยนแปลงของแหล่งจ่ายไฟอย่างรุนแรงหรือไม่ สำหรับการทดสอบการกลับขั้ว แรงดันไฟฟ้าขาออกจะเปลี่ยนจากบวกเป็นลบอย่างราบรื่นพร้อมกับการสลับกระแสที่ซิงโครไนซ์กัน ซึ่งจำลองข้อผิดพลาดในการเชื่อมต่อแบตเตอรี่กลับด้านและตรวจสอบความน่าเชื่อถือของวงจรป้องกันการกลับขั้วภายใน DUT สำหรับพัลส์ P2b และ P4 ที่กำหนดไว้ใน ISO 7637-2 อัตราการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าในระดับไมโครวินาทีช่วยให้สามารถจำลองขอบพัลส์ที่ชันได้อย่างแม่นยำ ในขณะที่กระแสการสร้างใหม่จาก DUT จะถูกดูดซับเพื่อหลีกเลี่ยงการบิดเบือนของรูปคลื่นที่มักพบในแหล่งจ่ายไฟแบบดั้งเดิม

การทดสอบการซ้อนทับของระลอกคลื่นความถี่สูงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการตรวจสอบประสิทธิภาพการต้านทานสัญญาณรบกวนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์ เครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์จะซ้อนทับระลอกคลื่นกระแสสลับ DC ถึง 300 kHz ลงบนแรงดันไบแอส DC หัววัดการสุ่มตัวอย่างแบบวงปิดจะรับแรงดันไฟฟ้าจริงที่ระยะห่าง 10 ซม. จากอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ (DUT) เพื่อการควบคุมแบบวงปิด ทำให้มั่นใจได้ว่าแอมพลิจูดของระลอกคลื่นที่ขั้วต่อของ DUT เป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐานอย่างเคร่งครัด และขจัดปัญหาการลดทอนแอมพลิจูดที่เกิดจากสายทดสอบ ซึ่งช่วยปรับปรุงความแม่นยำในการทดสอบได้อย่างมาก เครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์ยังสามารถจำลองสภาวะการสร้างพลังงานใหม่ของอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานและมอเตอร์ขับเคลื่อนได้โดยการดูดซับพลังงานป้อนกลับจาก DUT เพื่อจำลองสถานการณ์การสร้างพลังงานของมอเตอร์และการคายประจุของอุปกรณ์จัดเก็บพลังงาน นอกเหนือจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์แล้ว ยังสามารถนำไปใช้ในการทดสอบความสามารถในการปรับตัวของแหล่งจ่ายไฟสำหรับระบบขนส่งทางราง การบินและอวกาศ การควบคุมอุตสาหกรรม และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์ได้อีกด้วย

การวิเคราะห์ผลกระทบของการประยุกต์ใช้การทดสอบ
เมื่อเปรียบเทียบกับชุดทดสอบแบบเดิมที่ใช้แบตเตอรี่และเครื่องกำเนิดสัญญาณ เครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์จะแปลงเงื่อนไขการทดสอบทั้งหมดให้เป็นดิจิทัลและจัดเก็บไว้ พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อิมพีแดนซ์ รูปคลื่น และลำดับเวลา สามารถเรียกใช้ได้โดยตรงจากไฟล์โครงการที่บันทึกไว้ สามารถสร้างเงื่อนไขการทดสอบที่เหมือนกันทุกประการได้ระหว่างผู้ปฏิบัติงานและเซสชันการทดสอบที่แตกต่างกัน ซึ่งช่วยปรับปรุงความสามารถในการทำซ้ำของการทดสอบและลดข้อผิดพลาดที่เป็นระบบที่เกิดจากการประกอบวงจรด้วยตนเองได้อย่างมาก ออสซิลโลสโคปในตัวและการวิเคราะห์ FFT ช่วยลดจำนวนเครื่องมือภายนอก ลดความซับซ้อนของแท่นทดสอบ และลดงานแก้ไขข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับการซิงโครไนซ์ทริกเกอร์ของเครื่องมือ

ในการทดสอบตัวอย่างจริง การเปลี่ยนผ่านควอดแรนต์แบบไร้รอยต่อของเครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์ ช่วยหลีกเลี่ยงแรงดันไฟฟ้ากระชากเพิ่มเติมระหว่างการกลับขั้วและการสลับพัลส์ ไม่มีการรบกวนเพิ่มเติมใดๆ เกิดขึ้นในอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ ทำให้สามารถบันทึกปรากฏการณ์ความล้มเหลวของภูมิคุ้มกันได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม สำหรับการทดสอบตามมาตรฐาน ISO 16750-2 อย่างครบถ้วน จะต้องติดตั้งอุปกรณ์เสริมและสร้างระบบทดสอบแบบเต็มรูปแบบตามข้อกำหนด เพื่อรับประกันการปฏิบัติตามมาตรฐาน

สรุป
เนื่องจากความซับซ้อนในการทำงานของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง จึงมีความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับความทนทานต่อสัญญาณรบกวนจากแหล่งจ่ายไฟของอุปกรณ์ภายในรถยนต์ แหล่งจ่ายไฟแบบขั้วเดียวแบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการการทดสอบมาตรฐานทั้งหมดได้อีกต่อไป ด้วยคุณสมบัติการไหลของพลังงานแบบสองทิศทาง การเปลี่ยนผ่านแบบสี่ควอดแรนต์ที่ราบรื่น รูปคลื่นที่ตั้งโปรแกรมได้ ความต้านทานแหล่งกำเนิดที่ปรับได้ และการซ้อนทับของสัญญาณรบกวนแบบกว้าง เครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์ จำลองสภาพแวดล้อมการรบกวนระบบจ่ายไฟของยานยนต์ในโลกแห่งความเป็นจริง และให้การสนับสนุนฮาร์ดแวร์ที่เชื่อถือได้สำหรับการตรวจสอบภูมิคุ้มกันของ ECU, BMS และชุดประกอบอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์อื่นๆ โดยมีรุ่นที่เป็นตัวแทนของซีรีส์นี้คือ... LISUN เครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์ LIS‑APS‑4010K300 ครอบคลุมการทดสอบความทนทานต่อโหลดไฟฟ้าส่วนใหญ่สำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ 12 โวลต์ทั่วไป ให้คุณค่าทางวิศวกรรมที่โดดเด่นในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ ลดระยะเวลาการตรวจสอบความถูกต้องของ R&D และทำการทดสอบการปฏิบัติตามมาตรฐานภายในประเทศและสากลให้เสร็จสมบูรณ์ ด้วยการแพร่หลายของระบบไฮบริดแบบอ่อน 48 โวลต์ เครื่องจำลองแรงดันไฟฟ้าแบบไบโพลาร์สี่ควอดแรนต์ที่มีแรงดันสูงกว่าจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการทดสอบอิเล็กทรอนิกส์บนรถยนต์รุ่นต่อไป