ピーク電圧を超えて：IEC 62368-1に適したインパルス試験発生器の選び方

インパルステストジェネレーターは何をするものですか？

インパルス試験発生器は、製品、インターフェース、または絶縁システムに、制御された短時間の高電圧ストレスを印加します。

適用可能なテスト回路に応じて、ジェネレーターは以下を評価するために使用できます。

• 絶縁耐力性能
• 故障またはフラッシュオーバーの危険性。
• 保護部品の挙動。
• 通信インターフェースまたはアンテナインターフェースの耐障害性。
• 一時的な電気的ストレス後の異常動作。
• 正式な認証試験前の設計マージン。

顧客は、インパルス電圧発生器やパルス電圧発生器といった用語を使って、このカテゴリーの機器を検索することもできます。これらの名称は商用検索で重複することがありますが、製品名だけでは技術的な適合性を判断することはできません。

決定的な情報は、規格で要求される回路と試験条件である。

最大電圧だけでは不十分な理由

最大出力電圧は、インパルス発生器の限界の一つに過ぎない。

これは以下を定義していません。

• 蓄積された電気エネルギー。
• インパルス波形；
• 実効ソースインピーダンス
• 上昇と下降の特性。
• 静電容量と抵抗のネットワーク。
• 極性の順序。
• DUT（被試験デバイス）の接続；
• 検査の繰り返し間隔。
• 必要な測定方法。

これは、2つの発電機の定格電圧が似ているものの、静電容量の値が大きく異なる場合に特に重要です。

放電前のコンデンサに蓄えられる理想的なエネルギーは次のとおりです。

具体的な例を挙げますと、以下の通りです。

• 1 nFのコンデンサは10 kVまで充電され、約 0.05 J.
• 3 kVに充電された0.42 μFのコンデンサは約 1.89 J.

第2の回路は、動作電圧が第1の3分の1以下であるにもかかわらず、理想的なコンデンサのエネルギーの約38倍を蓄えることができる。

この計算は、被試験デバイス（DUT）に供給されるエネルギーの正確な値を表すものではありません。実際に供給されるエネルギーは、抵抗ネットワーク全体、スイッチング回路、寄生要素、およびDUTのインピーダンスに依存します。しかしながら、この計算は、kV値のみでインパルス試験発生器を選択することが技術的に不適切である理由を示しています。

KP-1065Sは公称1 nF/30 kVの静電容量を使用するのに対し、KP-1066S Annex D.3ジェネレータは公称0.42 μFの静電容量を使用します。電圧範囲が重複しているため、両者は互換性がありません。

正確なIEC 62368-1参照から始めましょう

機器の仕様を比較する前に、該当する規格の参照箇所を特定してください。

完全なテスト要件では、通常、以下のいずれかの組み合わせを特定する必要があります。

• 適用される規格および版。
• 条項、付属文書、または図表。
• 表D.1 回路番号
• 必要なインパルス波形。
• 試験電圧;
• DUTポートまたはインターフェース。
• 極性;
• 申請件数
• アプリケーション間の間隔。
• 監視および校正に関する要件。

「IEC 62368-1 インパルス試験」という表現は広範すぎる。なぜなら、附属書Dには複数の発電機構成が含まれているからである。

以下で説明する3つのKingPoモデルは、単に同じ機器の低電圧、中電圧、高電圧バージョンというわけではありません。それぞれ異なる回路要件に対応しています。

IEC 62368-1 発電機選定の概要

 KP-1950S（10/700μsおよび1.2/50μsインパルス試験用）

IEC 62368-1 表D.1 インパルス試験発生器KP-1950Sは、図D.1に関連するインパルス回路を必要とするプロジェクト向けに設計されています。

それは提供します：

• 10/700μs出力、電圧は0～4kV。
• 1.2/50μs出力、電圧は0～6kV。
• 表D.1 回路1および回路2の構成。
• 正負が交互に現れる極性。
• プログラム可能な充電／放電タイミング。
• プログラム可能なテストサイクル。
• 標準的な1:1000の監視出力。

10/700μsの波形は一般的に通信ネットワークの過渡状態に関連付けられ、1.2/50μsの波形は配電システムに関連する過渡電圧状態に関連付けられることが多い。ただし、適用可能な回路は、これらの一般的な説明だけでなく、製品のテスト計画に基づいて決定する必要がある。

KP-1950Sを選択する場合：

• テスト計画では、表D.1の回路1または回路2が特定されます。
• 10/700μsのパルスが必要です。
• 1.2/50μsのパルスが必要です。
• 両方の波形が1つのシステムで利用可能である必要があります。
• 正負両方のインパルス印加が必要です。
• オシロスコープによる波形観測は、実験手順の一部である。

単にその6kVの電圧範囲が見積依頼書に記載されている電圧をカバーしているという理由だけで選んではいけません。

 図D.2および表D.1の回路3におけるKP-1065S

IEC 62368-1 図 D.2 パルス電圧発生器KP-1065S は、アンテナインターフェース試験発生器回路および表 D.1 回路 3 に対応します。

現在の技術構成は以下のとおりです。

• 出力は0～10kVの間で調整可能。
• 0.01 kVの設定分解能。
• 1 nF/30 kVの充電容量。
• プログラム可能な充電および放電タイミング。
• プログラム可能なテスト回数。
• 公称1:1000のオシロスコープ監視出力。
• PLCとタッチスクリーンによる制御。

これは主に、AV/ICT機器のアンテナインターフェースおよび通信関連ポートを対象としています。

この装置は「パルス電圧発生器」という検索語でよく見つかりますが、技術的な選定の際には、検索語で正式な回路図を参照するべきではありません。

KP-1065Sを選択する場合：

• 試験要件では、図D.2が明示的に指定されている。
• 表D.1 回路3が指定されている。
• 被試験デバイス（DUT）は、アンテナ、同軸ケーブル、または関連する通信インターフェースを備えている。
• 1 nFの回路構成が必要です。
• このプロジェクトでは、図D.2の回路条件において最大10kVの電圧が必要となる。

図D.2および回路3の要件が確認されない限り、「IEC 62368-1 10 kVジェネレータ」の要求はまだ不完全です。

 付属書D.3電子パルス回路用KP-1066S

IEC 62368-1附属書D.3に準拠したインパルス試験発生器KP-1066Sは、独立した電子式パルス発生器構成です。

現在の仕様は以下のとおりです。

• 0.5～3kVの調整可能な出力。
• 0.01 kVの分解能。
• 0.42μFの静電容量。
• 1秒から99秒まで調整可能な放電時間。
• 1～999回のプログラム可能なテストサイクル。
• PLCとタッチスクリーンによる制御。

KP-1066Sは、試験計画において附属書D.3の電子パルス発生回路の使用が明示的に指定されているプロジェクトを対象としています。被試験デバイス（DUT）の種類および接続構成は、該当する規格版および試験手順書に基づいて確認する必要があります。

KP-1066Sを選択する場合：

• 試験計画書には、付録D.3または図D.3が記載されています。
• 電子パルス発生回路が必要である。
• 指定された0.42μFの回路構成が関連している。
• 必要な電圧は0.5～3kVの範囲内である。
• 繰り返し可能な充放電処理が求められる。

KP-1066Sは、KP-1065SやKP-1950Sの低電圧版ではありません。静電容量、エネルギー蓄積、放電特性は根本的に異なります。

よくある問題1：見積依頼書に規格と電圧しか記載されていない

顧客は次のようなことを要求できます。

「IEC 62368-1規格のインパルス試験発生器（5kV）の見積もりをお願いします。」

少なくとも3つの重要な事実が欠落している。

1. どの図または回路が該当しますか？
2. どのような波形または放電ネットワークが必要ですか？
3. どのDUTインターフェースがテストされますか？

5キロボルトは複数のモデルの動作範囲内に含まれるが、それらのモデルは異なるテストを実施する。

適切な対応は、最も近い電圧範囲を選択することではありません。サプライヤーは、技術的に拘束力のある構成を発行する前に、試験条項、図、回路図、または認証試験計画を要求する必要があります。

よくある問題2：DUT接続後にオープン回路出力が変化する

インパルス発生器は、基準検証時には期待される電圧または波形を示すかもしれないが、被試験デバイス（DUT）を接続すると結果が変わる可能性がある。

考えられる観察結果は以下のとおりです。

• ピーク電圧を下げる。
• フロントタイムが遅い。
• 減衰時間の変化；
• オーバーシュートまたはリンギング。
• 正極性と負極性の間の非対称性。
• サージ保護部品の予期せぬ動作。
• 早期の故障またはフラッシュオーバー。

これは、発電機に欠陥があることを自動的に証明するものではありません。

被試験デバイス（DUT）は、放電経路にインピーダンス、静電容量、保護デバイス、寄生要素を追加します。テストリードの長さ、接地、接続形状も測定結果に影響を与える可能性があります。

実践的なトラブルシューティング手順

まず、研究所が承認した基準配置を用いてジェネレーターの検証を行います。次に、測定構成を不必要に変更することなく、被測定デバイス（DUT）を接続します。

結果が変わった場合：

1. 発電機の回路が正しいことを確認してください。
2. DUTの接続点を確認してください。
3. 高電圧経路および帰還経路を短縮する。
4. 接地およびループ領域を点検する。
5. オシロスコープと分周器の設定を確認してください。
6. 保護部品が導通しているかどうかを判断する。
7. 正極性と負極性の結果を比較する。
8. 基準波形と負荷波形の両方を文書化する。

波形をオープン回路、基準負荷、または被試験デバイス接続のいずれの条件下で評価する必要があるかは、適用される試験要件および承認された試験所の手順によって異なります。

よくある問題３：ジェネレーターの表示とオシロスコープの表示が一致しない

モニタリング出力によって波形の観測は容易になるが、測定誤差を完全に排除することはできない。

KP-1950SとKP-1065Sはどちらも、公称1:1000のモニタリング比率を規定している。

波形を解釈する前に、以下を確認してください。

• 校正済みモニタリング比率。
• オシロスコープのチャンネル減衰;
• プローブまたはディバイダーの設定。
• 入力インピーダンス
• 帯域幅;
• サンプリングレート
• トリガーレベルと極性。
• 垂直範囲
• 測定接地;
• 表示される値がモニタリングポートで測定されたものか、DUT端末で測定されたものか。

例えば、公称1Vの監視信号は、1:1000の比率では約1kVに相当する場合があります。実際の変換は、公称値に基づく仮定ではなく、校正された比率と測定ドキュメントに従う必要があります。

技術的に完全な試験記録には、以下の内容が含まれている必要があります。

• 発電機の型番と製造番号。
• 選択された回路;
• 電圧設定;
• 波形;
• 極性;
• テスト回数
• 充電および放電間隔。
• オシロスコープのモデル;
• チャネル減衰;
• 校正済み除算比。
• DUTの動作状態。
• 保存された波形データまたはスクリーンショット。

よくある問題4：EMCサージ発生器を代替品として使用する

お客様から、既存のIEC 61000-4-5サージ発生器をIEC 62368-1試験に使用できるかどうかというお問い合わせをよくいただきます。

これらの機器は、自動的に互換性があるものとして扱うべきではない。

IEC 61000-4-5はEMCサージ耐性に関する規格であり、IEC 62368-1は製品安全規格です。波形に関する用語が類似していても、発生回路、電源特性、結合方式、試験ポート、および合否判定基準は異なる場合があります。

ジェネレーターを置き換える前に、以下を比較してください。

• 回路トポロジー;
• 発電機の静電容量
• 抵抗値
• ソースインピーダンス
• 電圧波形;
• 電流波形;
• 結合／分離方式
• 出力極性;
• テストポート;
• 試験の目的；
• 検証および校正に関する要件。

2つの計測器がどちらも1.2/50μsまたは10/700μsに関連する出力を生成できるという事実だけでは、それらの完全な回路とテスト方法が同等であることを証明するものではない。

代替品は、責任のある試験所または認証機関が、当該機器が要求されるIEC 62368-1試験条件を再現することを確認した後にのみ受け入れられるべきである。

よくある問題5：「校正証明書が必要」という表現が曖昧すぎる

購入仕様書には以下の事項のみを記載することができます。

「校正証明書を提出する必要があります。」

その文言では、何を測定すべきかが明確に定義されていない。

検査機関は、文書に以下の内容を含める必要があるかどうかを判断する必要があります。

• 指定されたテストポイントにおける出力電圧。
• 正極性と負極性。
• 1.2/50μsの時間パラメータ。
• 10/700μsの時間パラメータ。
• 監視出力分圧比
• 電圧表示の精度
• キャパシタンス;
• 充電または放電のタイミング。
• テスト回数の精度
• 測定の不確かさ
• トレーサビリティ
• 該当するレポート言語。
• ISO/IEC 17025認証要件。

電圧表示精度のみを対象とした校正報告書では、波形検証やモニタリング比率測定を求める検査機関の要求を満たせない可能性がある。

したがって、校正範囲、測定点、および校正実施機関については、発注書の発行前に合意しておく必要がある。

よくある問題6：ジェネレーターはパルスを印加するが、合否判定基準が不明確である

インパルス試験発生器は、規定された電気的ストレスを印加するものであり、被試験デバイスがすべての要件を満たしているかどうかを独自に判定するものではありません。

試験中および試験後には、エンジニアは以下の点を観察する必要があるかもしれません。

• 絶縁破壊;
• フラッシュオーバーまたはアーク放電。
• 保護部品の故障。
• 異常なシャットダウンまたはリセット。
• 永続的な機能障害。
• 必要な安全対策の喪失。
• 断熱材の劣化。
• 許容できない変形または過熱。
• 検査後の正常な回復。
• 試験後の誘電特性または機能特性の結果。

最終的な承認基準は、該当する規格条項、認証計画、および試験所の手順から導き出される必要がある。

発電機に「テスト完了」と表示されたとしても、それ自体が製品が合格したことを意味するわけではありません。

実用的な選択ワークフロー

ステップ1：標準版を確認する

プロジェクトで使用されているIEC、EN、UL、CSA、GB、またはその他の各国の規格を正確に記録してください。

すべての市場が同じ版を同時期に適用していると決めつけないでください。

ステップ2：正確な参照箇所を特定する

条項、付属文書、図、および表D.1の回路番号を要求してください。

顧客が不明瞭な場合は、テスト計画書の該当ページまたは回路図を提示するよう依頼してください。

ステップ3：DUTインターフェースを確認する

テストが適用される対象を判断してください。

• 主電源関連の回路。
• 通信ポート。
• ネットワークインターフェース。
• アンテナまたは同軸インターフェース。
• 電源アダプター。
• 内部回路。
• 別のアクセス可能な接続または外部接続。

ステップ4：波形または回路構成を確認する

「サージテスト」という一般的な表現を唯一の要件として使用しないでください。

プロジェクトに以下の要件があるかどうかを記録してください。

• 10/700μs;
• 1.2/50μs;
• 図D.2 / 回路3;
• 附属書D.3の電子パルス回路。
• 別の明示的に定義された条件。

ステップ5：電圧以外の項目も確認する

確認してください：

• 出力範囲;
• キャパシタンス;
• 抵抗ネットワーク
• 極性;
• 検査間隔;
• 検査回数
• 出力の監視
• 制御機能および記録機能。

ステップ6：測定システムを定義する

研究室が以下を使用するかどうかを確認してください。

• 内蔵の監視出力。
• 外部高電圧分圧器。
• ストレージオシロスコープ。
• 自動データ収集;
• 開回路検証;
• 負荷波形の検証。

ステップ7：ドキュメントの範囲を定義する

注文前に、データシート、回路確認書、検査報告書、校正報告書、測定点、トレーサビリティ要件について合意してください。

インパルス試験発生器選定マトリックス

見積もり前に必要な情報

技術的に有用な見積依頼書には、以下の内容を含めるべきです。

正確な回路構成が不明な場合は、顧客は関連する規格参照資料、テスト計画の抜粋、または回路図を、被試験デバイス（DUT）のインターフェース情報とともに提供する必要があります。

よくある質問

参考文献および技術的根拠

この記事は、IECの公式出版物リストと、対象機種に関するKingPoの最新製品情報に基づいています。ただし、購入された規格およびプロジェクト固有の試験計画が、最終的な決定文書となります。

• IEC 62368-1:2023 — IEC公式出版物一覧
• KingPo KP-1950S — IEC 62368-1 表D.1 インパルス試験発生器
• KingPo KP-1065S — IEC 62368-1 図D.2 パルス電圧発生器
• KingPo KP-1066S — IEC 62368-1 附属書 D.3 インパルス試験発生器

結論

インパルス試験において最も高くつくミスは、電圧が不足している発生器を購入することではない。必要な電圧に達するものの、誤った回路を再現してしまう発生器を購入してしまうことである。

IEC 62368-1プロジェクトの場合、機器の選定は以下の順序で行う必要があります。

標準版 → 条項と図 → 回路 → 波形 → DUTインターフェース → 電圧 → 測定 → ドキュメント

KP-1950S、KP-1065S、およびKP-1066Sは、それぞれ異なるIEC 62368-1試験条件に対応しています。電圧範囲は重複していますが、波形回路、静電容量値、および想定される用途は異なります。

見積もりを依頼する前に、正確な規格参照番号、必要なテスト回路、および被試験デバイス（DUT）のインターフェースをご提供ください。これにより、設定ミスを減らし、無効なテスト結果を防ぎ、提供される測定ドキュメントがラボの品質要件に合致することを保証します。