Dans le domaine des onduleurs pour énergies renouvelables, les PCB ne sont plus seulement des supports pour composants, mais aussi le cœur de la conversion d'énergie, du contrôle de précision et de la sécurité haute tension. Pour garantir que chaque PCB quittant l'usine fonctionne de manière stable dans des conditions difficiles, des tests complets et précis sont cruciaux. C'est là que la Conception de bancs de test (ICT/FCT) joue un rôle central. Une excellente conception de banc de test n'est pas seulement une sentinelle de qualité sur la ligne de production, mais aussi un pont reliant la vérification de la conception et la production de masse, traversant l'ensemble du processus NPI EVT/DVT/PVT pour garantir que l'onduleur répond aux normes les plus élevées en matière d'efficacité, de fiabilité et de sécurité.
Le Cœur de la Conception de Bancs de Test (ICT/FCT) : Assurer la Précision et la Cohérence de l'Échantillonnage MPPT
Le Suivi du Point de Puissance Maximale (MPPT) est l'âme des onduleurs photovoltaïques, et son efficacité dépend directement de l'échantillonnage en temps réel et précis de la tension et du courant du réseau photovoltaïque. Toute erreur d'échantillonnage peut entraîner une perte significative de puissance de sortie. Par conséquent, la tâche principale de la Conception de bancs de test (ICT/FCT) est de vérifier précisément les performances de ces circuits d'échantillonnage analogiques critiques. Le dispositif de test doit fournir un environnement "électromagnétiquement propre". Grâce à une disposition minutieuse des sondes, un blindage et une conception de mise à la terre, il évite d'introduire des bruits supplémentaires lors des tests, évaluant ainsi avec précision le véritable rapport signal/bruit et la résolution effective du circuit d'échantillonnage. Avant les tests fonctionnels, des méthodes telles que l'inspection SPI/AOI/X-Ray peuvent détecter préventivement les défauts de soudure ou le mauvais placement des composants, empêchant ces erreurs de base d'interférer avec la vérification ultérieure des performances électriques complexes. Tout au long des phases NPI EVT/DVT/PVT, les données des tests ICT/FCT fournissent des informations cruciales pour les itérations de conception, garantissant la cohérence et la fiabilité du produit final.
Défis des tests d'isolation haute tension : comment vérifier la réjection en mode commun et les performances de bande passante ?
Les onduleurs contiennent en interne à la fois des bus CC haute tension et des circuits de commande basse tension, l'isolation entre eux étant une priorité absolue pour les réglementations de sécurité. Les amplificateurs isolés et les optocoupleurs sont des composants clés pour l'isolation des signaux, et leur taux de réjection en mode commun (CMRR) et leur bande passante influencent directement la stabilité et la réponse dynamique de la boucle de contrôle.
Dans la Conception du Dispositif (ICT/FCT), tester ces canaux d'isolation est très difficile. Le dispositif doit :
- Appliquer en toute sécurité des tensions de mode commun élevées : Le dispositif de test doit intégrer une source haute tension et disposer de mécanismes d'isolation robustes et de verrouillages de sécurité pour simuler des surtensions de mode commun élevées dans des conditions de fonctionnement réelles.
- Mesurer précisément les signaux différentiels faibles : La capture de signaux différentiels de niveau microvolt sous de fortes interférences de mode commun impose des exigences extrêmement élevées sur la conception de l'intégrité du signal du dispositif.
- Évaluer les performances dynamiques : En injectant des signaux balayés en fréquence, vérifier les caractéristiques de gain et de phase des canaux d'isolation à différentes fréquences pour s'assurer qu'ils répondent à la bande passante requise par le système de contrôle.
Le succès de ce processus repose sur un assemblage SMT de haute qualité, qui garantit la fiabilité de la soudure des composants d'isolation et évite la dégradation des performances due à des soudures froides ou à un mauvais alignement. Pour les PCB fonctionnant sous des températures et tensions élevées, l'utilisation de matériaux PCB High-Tg peut considérablement améliorer la fiabilité à long terme.
Rappel clé : Aspects critiques des tests d'isolation haute tension
- Sécurité d'abord: Le dispositif doit avoir une protection haute tension complète et des conceptions d'interverrouillage pour protéger à la fois les opérateurs et l'appareil testé.
- Intégrité du signal: Les sondes de test, les câbles et les relais de commutation doivent être soigneusement sélectionnés et disposés pour minimiser l'atténuation du signal et la diaphonie.
- Calibration automatique: Intégrez des procédures de calibration automatique pour compenser périodiquement la dérive du système de test, assurant une cohérence des mesures à long terme.
- Gestion thermique: Pour les modules nécessitant des tests de charge, le dispositif devrait incorporer des systèmes de refroidissement pour simuler les températures de fonctionnement réelles.
Tests de réseau d'échantillonnage de précision: Gérer la dérive thermique et la tolérance dans les circuits diviseurs de tension/shunt
En plus des amplificateurs d'isolation actifs, les réseaux diviseurs de tension (Divider) composés de résistances de précision et des shunts (Shunt) fabriqués en alliages comme le constantan ou le manganin sont des solutions courantes pour l'échantillonnage de tension et de courant. La précision, la dérive thermique et la stabilité à long terme de ces composants passifs déterminent directement la fiabilité des mesures. Lors de la phase ICT (In-Circuit Test), le "lit de clous" du dispositif peut accéder précisément aux points de test sur ces réseaux pour mesurer la résistance exacte de chaque résistance, en éliminant les unités PCBA qui dépassent les limites de tolérance. Dans la phase FCT (Functional Circuit Test), un étalonnage au niveau système de toute la chaîne d'échantillonnage est nécessaire. En utilisant la technologie Boundary-Scan/JTAG, le système de test peut communiquer directement avec le MCU principal, lire les valeurs d'échantillonnage ADC et les comparer avec la tension/courant de référence fournis par des appareils de mesure de haute précision sur le dispositif pour calculer les coefficients d'étalonnage pour chaque PCBA. Cela valide non seulement la conception matérielle, mais complète également une étape critique d'étalonnage dans la production. Pour les shunts à courant élevé, l'utilisation de la technologie Heavy Copper PCB réduit efficacement l'élévation de température et améliore la stabilité des mesures.
Test Hipot haute tension et bande passante (Exemple)
| Article | Pratique typique/Plage (Exemple) | Points clés |
|---|---|---|
| Hipot (Tension de tenue/Courant de fuite) | DC 1–3 kV; Fuite au niveau μA | Lignes de fuite/distances d'isolement avec revêtement sélectif, courbe d'enregistrement MES |
| Bande passante du canal d'isolation | Injection de fréquence balayée, mesure du gain/phase | CMRR/réponse en fréquence correspondant aux exigences de la boucle de contrôle |
Remarque : Les paramètres sont des exemples génériques ; les valeurs réelles doivent être conformes aux normes applicables et aux objectifs de sécurité/performance du produit. Il est recommandé de les finaliser dans le SOP/MES pendant la phase FAI.
Matrice de Couverture des Tests (Objet × Méthode)
| Objet/Défaut | ICT | FCT | JTAG | Hipot |
|---|---|---|---|---|
| Connectivité/tolérance d'échantillonnage MPPT | ✓ (Mesure par lit d'aiguilles) | — | ✓ (Zone ADC/registre) | — |
| CMRR/bande passante du canal d'isolation | — | ✓ (Balayage) | — | ✓ (Tension de tenue/fuite) |
Vérification de l'immunité : Simulation des impacts ESD/EFT/Surge en ICT/FCT
Les onduleurs d'énergie renouvelable fonctionnent généralement dans des environnements électromagnétiques complexes et doivent présenter une excellente immunité pour gérer les perturbations transitoires telles que les fluctuations du réseau, les surtensions (Surge) et les décharges électrostatiques (ESD). Les tests CEM traditionnels sont coûteux et chronophages, ce qui les rend inadaptés à l'inspection complète de la ligne de production. Une conception de fixture (ICT/FCT) avancée peut intégrer dans une certaine mesure des tests d'immunité simplifiés. Par exemple, des sondes spécialisées peuvent injecter des impulsions EFT (Electrical Fast Transient) ou de surtension simulées dans des ports E/S critiques ou des rails d'alimentation tout en surveillant la réponse du système pour détecter des problèmes tels que des réinitialisations, des erreurs de données ou des blocages. Cela identifie efficacement les composants de protection endommagés (par exemple, diodes TVS, varistances, etc.) pendant l'assemblage. Ces composants de protection traversants critiques sont souvent assemblés à l'aide de la soudure à la vague sélective pour garantir la solidité et la fiabilité de la soudure. Pendant ce temps, les processus d'inspection SPI/AOI/Rayons X antérieurs garantissent que ces composants sont exempts de défauts pendant l'étape de placement.
Avantages de l'assemblage et des tests HILPCB
- Service tout-en-un : Offre une solution clé en main complète, de la fabrication de PCB à l'approvisionnement des composants, à l'**assemblage SMT** et aux tests fonctionnels.
- Inspection avancée : Intègre l'**inspection SPI/AOI/Rayons X** avec des données de processus liées à SPC/MES.