EMV von Halbleitern ICs auf Eingangstransienten testen

Das Testen der Leistungsfähigkeit eines ICs in Bezug auf Leitungstransienten ist eine knifflige Aufgabe, wenn keine Spezialausrüstung zur Verfügung steht. Zum einen muss sich die Eingangsspannungsquelle kontrolliert anpassen lassen, zum anderen muss sie genügend Strom bereitstellen.

Von Carmen Parisi, Applications Engineer bei Intersil.

Eine Möglichkeit, positive Leitungstransienten (von 4 V bis 12 V) zu erzeugen, sind ein paar Dioden, die zwischen zwei Stromversorgungen hin und herschalten. Diese einfache Methode bietet aber keine Möglichkeit, das du/dt der Eingangsspannung zu steuern. Negative Leitungstransienten sind wesentlich schwieriger zu erzeugen, da gängige Tischnetzteile keinen Strom von den Kondensatoren abgreifen können, um deren Spannung auf negative Werte zu ändern. Der Versuch, eine Stromquelle an die Kondensatoren anzuschließen, um während der Änderung ins Negative Strom von ihnen zu erhalten und Stromversorgungen richtig hinzuzuschalten, ist leichter gesagt als getan. Sollte eine Anwendung allerdings eine gepulste Eingangsspannung oder sowohl positive als auch negative Transienten erfordern, funktioniert keine dieser beiden Methoden.

Vor kurzem befand sich der Autor in genau dieser Situation, als er ein neues IC mit integriertem Überspannungs- (OV; Over-Voltage) und Unterspannungsschutz (UV; Under-Voltage) testen sollte. Sehr spezielle UIN-Signalformen waren erforderlich, um die Funktionen richtig zu erproben. Bewegte sich UIN länger als die in den Spezifikationen festgelegte Zeitdauer über dem OV- oder unter den UV-Schwellenwert, sollte das IC abschalten und einen Neustart erfordern. Erholte sich die Eingangsspannung am IC jedoch rechtzeitig wieder und verlief dann innerhalb der erlaubten Grenzen, musste der Baustein normal weiterarbeiten und durfte keinen Neustart benötigen. Die OV- und UV-Abschaltfunktionen ließen sich einfach testen, die Selbsterholungsfunktion hingegen nicht. Es bestand keine Möglichkeit, die Eingangsspannung schnell genug nach oben oder unten zu ändern. Mit einer Erholzeit im zweistelligen Mikrosekundenbereich, der Versorgung des ICs und der Änderung der Eingangs-Entkopplungskapazität von 20 µF kam ein Funktionsgenerator einfach nicht infrage.

Nach mehreren gescheiterten Anläufen mit einem Funktionsgenerator in Serie zu einer Stromversorgung, wurde der Schaltkreis in Bild 1 entworfen. Er ist das Ergebnis verschiedener Laborversuche, um damit die beste Lösung zu finden. Der gewünschte Eingangsspannungssprung wird mit einem Funktionsgenerator erzeugt und in einem Hochleistungs-Operationsverstärker (OPV) gepuffert, um die 20-µF-Kapazität des Evaluierungsboards anzusteuern.

Die Basis dieses Schaltkreises bildet ein »OPA2544T« von Texas Instruments (Burr-Brown), der an einer ±35-V-Versorgung arbeiten kann und bis zu 6 A Strom bereitstellt, wenn entsprechende Vorkehrungen getroffen werden. Obwohl diese spezielle Anwendung nicht so viel Leistung benötigt, erlaubt die Wahl eines Verstärkers, der die Designspezifikationen übertrifft, den Aufbau einer eher universellen Testvorrichtung. Nach der Validierung lässt sich der Schaltkreis für zukünftige Tests verschiedener Regler und Batterieladegeräte mit unterschiedlichen Eingangskapazitäten verwenden.

Der 0,1-Ω-Widerstand zwischen dem Ausgang des OPV und VIN verhindert übermäßiges Schwingen, wenn der Pulsgenerator schnelle Pulse erzeugt. Dieser Widerstand ist über einen weiten Frequenzbereich gleichzeitig auch die Ausgangsimpedanz des Schaltkreises, 
wenn wie in diesem Fall die Lastkapazität eher groß ist. In den Referenzen (siehe ganz unten) findet sich eine genauere Beschreibung. RGAIN kann zum Schaltkreis hinzugefügt werden, um Spannungstransienten außerhalb des Funktionsgeneratorbereichs (hier ±10 V) zu ermöglichen. Ein Mindestwiderstand in Serie zu einem Potentiometer für RGAIN wird während der eigentlichen Umsetzung empfohlen, damit der Ausgang nicht in Sättigung geht, falls das Potentiometer falsch eingestellt wurde.