Sumário
O teste de impulso da norma IEC 62368-1 é, por vezes, reduzido a dois parâmetros: tensão de teste e forma de onda. Na prática, a adequação de um gerador de impulsos para o teste também depende da rede do gerador, do circuito de teste aplicável, das características da fonte e do comportamento elétrico do dispositivo sob teste (DUT). Este artigo analisa as diferenças práticas entre as condições de impulso de 10/700 μs e 1.2/50 μs utilizadas na norma IEC 62368-1, explica o papel dos circuitos de teste do Anexo D e discute por que a forma de onda medida pode mudar quando um DUT real é conectado. É dada especial atenção à distinção entre o teste de impulso da norma IEC 62368-1 e o teste de imunidade a surtos da norma IEC 61000-4-5.
Introdução
O teste de impulso parece simples quando descrito apenas em termos de tensão de pico. Um laboratório define a tensão necessária, aplica vários impulsos e observa o dispositivo sob teste (DUT). Essa descrição é adequada para uma visão geral, mas omite a parte que muitas vezes determina se a configuração do teste está tecnicamente correta: as características elétricas do próprio gerador.
Dois geradores de impulsos podem atingir a mesma tensão de pico e ainda assim apresentar comportamentos diferentes quando conectados ao mesmo dispositivo sob teste (DUT). Da mesma forma, dois instrumentos podem especificar uma forma de onda de 1.2/50 μs sem serem destinados ao mesmo padrão de teste.
Para a norma IEC 62368-1, é, portanto, mais útil tratar o gerador como parte de um circuito de teste definido, em vez de como uma fonte de alta tensão isolada.
Os principais pontos examinados abaixo são a definição da forma de onda, os circuitos geradores do Anexo D, a influência da impedância do dispositivo sob teste (DUT) e a relação entre o teste de impulso da norma IEC 62368-1 e o teste de surto da norma IEC 61000-4-5.
Fundamentos técnicos de um gerador de teste de impulso
Um gerador de impulsos produz um transiente de alta tensão de curta duração com características elétricas definidas. A forma de onda de saída é formada por uma rede de resistência, capacitância, energia armazenada e elementos de comutação.
O impulso resultante é, portanto, afetado por mais fatores além da tensão de carga. A impedância da fonte, os componentes de formação de pulso e a carga conectada contribuem para a tensão e a corrente que aparecem nos terminais do dispositivo sob teste (DUT).
Essa distinção torna-se importante quando o dispositivo sob teste (DUT) contém componentes de proteção não lineares. Um varistor de óxido metálico (MOV), um diodo TVS ou um tubo de descarga de gás podem apresentar uma impedância relativamente alta abaixo de seu limiar de operação e uma impedância muito menor assim que começam a conduzir.
Nessa condição, o gerador deixa de operar em um circuito essencialmente aberto. Suas características de fonte passam a fazer parte do resultado do teste.
Por esse motivo, uma especificação como “gerador de impulsos de 6 kV” é incompleta para uso em laboratório. Uma descrição mais útil identifica a norma, o circuito de teste e a forma de onda, por exemplo:
IEC 62368-1 Tabela D.1, Circuito 1, 10/700 μs
Características das formas de onda de 10/700 μs e 1.2/50 μs
As duas descrições de tensão de impulso mais frequentemente encontradas na IEC 62368-1 são 10/700 μs e 1.2/50 μs.
Esses valores descrevem as características temporais do impulso. Eles não devem ser interpretados simplesmente como duração do pulso. Um impulso padronizado atinge um pico e depois decai, e seu tempo é avaliado usando parâmetros de forma de onda definidos.
Impulso de 10/700 μs
O impulso de 10/700 μs apresenta uma frente relativamente lenta e um longo decaimento. Está associado a condições transitórias específicas para determinados circuitos externos e de comunicação.
Uma cauda mais longa significa que o dispositivo sob teste (DUT) pode ser submetido a uma condição de energia e corrente diferente daquela produzida por um impulso mais rápido, mesmo quando a tensão de pico é semelhante.
Impulso de 1.2/50 μs
A forma de onda de 1.2/50 μs possui uma frente muito mais rápida e um decaimento mais curto. É amplamente utilizada em testes relacionados a tensões transitórias e isolamento.
No entanto, a notação “1.2/50 μs” não define completamente a fonte elétrica. Diferentes normas podem usar a mesma forma de onda de tensão nominal com diferentes redes de fontes e diferentes objetivos de teste.
Seleção do circuito de teste IEC 62368-1
Uma simplificação comum é associar uma porta de comunicação diretamente a 10/700 μs e um circuito de alimentação diretamente a 1.2/50 μs. Isso é útil como uma explicação geral, mas não deve ser usado como a única base para um plano de testes.
A condição transitória aplicável depende da edição relevante da norma IEC 62368-1, da classificação do circuito externo e do ambiente de instalação previsto.
A Ethernet oferece um exemplo útil. Duas interfaces Ethernet podem usar o mesmo conector físico, embora uma esteja associada a uma rede exposta ao ambiente externo e a outra permaneça inteiramente dentro de um edifício. Suas condições transitórias esperadas não precisam ser idênticas.
Uma sequência prática para o planejamento de testes é, portanto:
- Identificar a edição aplicável da norma IEC 62368-1 ou a sua adoção nacional;
- Identificar a interface do dispositivo sob teste (DUT) e as condições de instalação;
- Localize a cláusula, anexo, figura ou tabela relevante;
- Determinar o circuito de teste especificado;
- Confirme a forma de onda, a polaridade e a tensão de teste;
- Selecione a configuração de gerador correspondente.
IEC 62368-1 Anexo D Circuitos Geradores
O Anexo D da norma IEC 62368-1 não define um gerador de impulsos universal. A Tabela D.1 identifica diversas configurações de geradores.
| Circuito | Forma de onda / Arranjo | Referência |
|---|---|---|
| Circuito 1 | 10 / 700 μs | Figura D.1 / Tabela D.1 |
| Circuito 2 | 1.2 / 50 μs | Figura D.1 / Tabela D.1 |
| Circuito 3 | Arranjo de gerador separado | Figura D.2 / Tabela D.1 |
Os circuitos 1 e 2 utilizam redes de formação de pulsos diferentes. Eles podem ser incorporados em um único instrumento se as redes necessárias puderem ser selecionadas independentemente.
O gerador de teste de impulso KP-1950S IEC 62368-1 fornece as configurações de 10/700 μs e 1.2/50 μs usadas para o Circuito 1 e o Circuito 2 da Tabela D.1.
Nos casos em que se aplica a Figura D.2 / Circuito 3, o gerador de tensão de pulso KP-1065S da Figura D.2 utiliza o arranjo de circuito correspondente.
O Anexo D também contém uma configuração separada de gerador de pulsos eletrônico , representada pelo KP-1066S.
Comparação com o teste de surtos da norma IEC 61000-4-5
A presença de uma forma de onda de 1.2/50 μs na norma IEC 62368-1 às vezes leva à suposição de que um gerador de surtos IEC 61000-4-5 pode ser usado de forma intercambiável.
A semelhança é real, mas incompleta.
Um gerador de ondas combinadas típico, em conformidade com a norma IEC 61000-4-5, é caracterizado por uma tensão de circuito aberto de 1.2/50 μs e uma corrente de curto-circuito de 8/20 μs . Sua impedância de fonte e configuração de acoplamento fazem parte do método de teste de imunidade eletromagnética.
O circuito 2 da norma IEC 62368-1 utiliza um impulso de tensão de 1.2/50 μs, mas especifica sua própria rede geradora. Portanto, a notação da forma de onda não é suficiente para estabelecer a equivalência entre as duas fontes.
| Parâmetro | IEC 62368 1- | IEC 61000-4-5 |
|---|---|---|
| Finalidade principal | Resistência de segurança/transitória | imunidade a surtos EMC |
| Forma de onda de tensão | Depende do circuito aplicável. | 1.2/50 μs circuito aberto |
| Característica atual | Definido pelo circuito IEC 62368-1 selecionado | curto-circuito de 8/20 μs |
| Intercambiável pelo nome da forma de onda? | Não | Não |
O gerador de surtos de onda combinada KP-3950S IEC 61000-4-5 ilustra essa distinção. Sua saída destina-se ao teste de onda combinada IEC 61000-4-5, e não simplesmente a qualquer teste em que apareça o termo “1.2/50 μs”.
Influência da carga do dispositivo sob teste na forma de onda do impulso
A verificação do gerador e o teste com o dispositivo sob teste (DUT) conectado são duas condições elétricas diferentes.
Durante a verificação do gerador, a forma de onda é medida sob as condições especificadas para o gerador. Assim que o dispositivo sob teste (DUT) é conectado, sua impedância passa a fazer parte do circuito.
Um produto eletrônico real pode incluir varistores (MOVs), diodos TVS, válvulas de descarga de gás, transformadores, filtros, capacitores e junções semicondutoras. Vários desses componentes apresentam características de tensão-corrente fortemente não lineares.
Um diodo TVS, por exemplo, pode ter pouco efeito abaixo de sua tensão de fixação. Assim que a condução começa, sua impedância cai e a carga no gerador aumenta rapidamente. O traçado da tensão pode então parecer truncado ou reduzido.
Um tubo de descarga de gás pode produzir uma mudança ainda mais abrupta quando dispara.
As alterações típicas observadas após a conexão do dispositivo em teste incluem:
- redução da tensão de pico medida;
- encurtamento da cauda da forma de onda;
- limitação de tensão;
- colapso rápido de tensão após a atuação de um dispositivo de proteção;
- oscilação ou vibração em torno do pico.
Esses efeitos, por si só, não indicam que o gerador de impulsos esteja descalibrado. Eles podem simplesmente refletir a interação entre a rede do gerador e o dispositivo sob teste (DUT).
Medição e verificação de forma de onda
Quando o traçado do osciloscópio não corresponder à configuração do gerador, a cadeia de medição deve ser verificada antes de ajustar o gerador.
Os pontos relevantes incluem:
- se o visor do gerador representa um valor programado ou medido;
- a relação de divisor de monitoramento;
- atenuação da sonda de alta tensão;
- Escalonamento da entrada do osciloscópio;
- largura de banda de medição;
- aterramento e disposição dos cabos;
- Verificar se o dispositivo sob teste (DUT) está conectado durante a medição.
O KP-1950S, por exemplo, oferece uma saída de monitoramento nominal de 1:1000 . Isso simplifica a observação da forma de onda, mas o osciloscópio e a configuração de medição ainda precisam ser interpretados corretamente.
Discussão
Diversas conclusões práticas decorrem da análise do circuito acima.
Em primeiro lugar, a tensão máxima de saída não deve ser usada como critério principal de seleção para um gerador de impulsos de teste IEC 62368-1. Ela estabelece se a tensão necessária está disponível, mas não estabelece se o circuito de teste necessário é reproduzido.
Em segundo lugar, uma designação de forma de onda como 1.2/50 μs não deve ser considerada uma especificação completa do gerador. A rede de origem e o padrão pretendido permanecem relevantes.
Em terceiro lugar, as alterações na forma de onda após a conexão do dispositivo sob teste (DUT) precisam ser interpretadas no contexto da impedância do DUT e da operação dos componentes de proteção. Uma forma de onda sob carga não deve ser comparada automaticamente com uma forma de onda de verificação em circuito aberto como se ambas as medições representassem a mesma condição.
Por fim, a sobrevivência funcional por si só não é um critério universal de aprovação. O requisito aplicável da norma IEC 62368-1 determina se a ruptura do isolamento, a degradação das proteções, o arco voltaico ou outros efeitos são aceitáveis.
Informações necessárias para a seleção de equipamentos
Um laboratório ou comprador não precisa fornecer um relatório de teste completo ao solicitar um equipamento, mas as informações a seguir reduzem significativamente o risco de selecionar o gerador errado.
| item | Informação Necessária |
|---|---|
| Padrão | IEC 62368-1 e edições aplicáveis |
| Referência | Cláusula, Anexo, Figura ou Tabela |
| Circuito de teste | Circuito 1, Circuito 2, Circuito 3 ou outra configuração especificada |
| Waveform | 10/700 μs, 1.2/50 μs ou outra condição necessária |
| Voltagem | Nível normal de teste e nível máximo exigido |
| DUT / interface | Alimentação, Ethernet, antena, circuito de comunicação, etc. |
| Outros requerimentos | Polaridade, intervalo de pulso, monitoramento e calibração |
Quando o circuito gerador exato não é conhecido, fornecer o tipo do dispositivo sob teste (DUT), a interface e a cláusula da norma aplicável geralmente é mais útil do que fornecer apenas a tensão.
Uma discussão mais detalhada sobre a seleção de geradores está disponível em Além da Tensão de Pico: Como Selecionar o Gerador de Teste de Impulso Adequado para IEC 62368-1.
Configurações do gerador para testes relacionados
O mapeamento de equipamentos a seguir serve apenas para mostrar a relação entre a referência padrão e a configuração do gerador.
| Modelo | Referência Padrão | Configuração |
|---|---|---|
| KP-1950S | IEC 62368-1 Tabela D.1 Circuito 1 / Circuito 2 | 10/700 μs e 1.2/50 μs |
| KP-1065S | IEC 62368-1 Figura D.2 / Circuito 3 | Arranjo de circuito dedicado 3 |
| KP-1066S | IEC 62368-1 Anexo D.3 | Gerador de pulsos eletrônico |
| KP-3950S | IEC 61000-4-5 | Tensão de 1.2/50 μs / Corrente de 8/20 μs |
Conclusão
O teste de impulso segundo a norma IEC 62368-1 não pode ser definido adequadamente apenas pela tensão de pico. Tanto a forma de onda quanto a rede geradora determinam a tensão elétrica aplicada ao dispositivo sob teste (DUT).
A distinção torna-se particularmente importante ao comparar geradores de 10/700 μs e 1.2/50 μs, ao comparar a norma IEC 62368-1 com a IEC 61000-4-5 e ao interpretar uma forma de onda após os componentes de proteção não linear começarem a conduzir.
Em trabalhos práticos de laboratório, a abordagem mais confiável é identificar primeiro a edição padrão aplicável e o circuito de teste, em seguida verificar a forma de onda e a tensão necessárias e, somente depois de conhecer essas condições, selecionar o gerador de impulsos.
Isso reduz a ambiguidade durante a seleção de equipamentos e fornece uma base mais clara para a interpretação do comportamento da forma de onda durante o teste propriamente dito.
Os instrumentos e métodos de teste relacionados à norma IEC 62368-1 estão listados no guia de equipamentos de teste da IEC 62368-1.
Referências
- IEC 62368-1, Equipamentos de áudio/vídeo, tecnologia da informação e comunicação — Requisitos de segurança.
- IEC 61000-4-5, Compatibilidade eletromagnética (EMC) — Técnicas de teste e medição — Teste de imunidade a surtos.
- Recomendação K.44 da UIT-T, Testes de resistividade para equipamentos de telecomunicações expostos a sobretensões e sobrecorrentes.
