Резюме
В стандарте IEC 62368-1 импульсные испытания иногда сводятся к двум параметрам: испытательному напряжению и форме сигнала. На практике пригодность генератора импульсных испытаний также зависит от генераторной сети, применимой испытательной схемы, характеристик источника и электрических характеристик тестируемого устройства (DUT). В данной статье рассматриваются практические различия между импульсными условиями 10/700 мкс и 1.2/50 мкс, используемыми в IEC 62368-1, объясняется роль испытательных схем Приложения D и обсуждается, почему измеренная форма сигнала может изменяться при подключении реального DUT. Особое внимание уделяется различию между импульсными испытаниями по стандарту IEC 62368-1 и испытаниями на устойчивость к перенапряжениям по стандарту IEC 61000-4-5.
Введение
Импульсные испытания кажутся простыми, если описывать их только с точки зрения пикового напряжения. Лаборатория устанавливает требуемое напряжение, подает несколько импульсов и наблюдает за испытуемым устройством. Это описание достаточно для общего обзора, но оно упускает из виду ту часть, которая часто определяет техническую корректность испытательной установки: электрические характеристики самого генератора.
Два генератора импульсов могут достигать одинакового пикового напряжения, но при этом вести себя по-разному при подключении к одному и тому же тестируемому устройству. Аналогично, два прибора могут задавать форму сигнала 1.2/50 мкс, не будучи предназначенными для одного и того же стандарта тестирования.
Поэтому в соответствии со стандартом IEC 62368-1 целесообразнее рассматривать генератор как часть определенной испытательной цепи, а не как изолированный источник высокого напряжения.
Ниже рассматриваются основные вопросы, касающиеся определения формы сигнала, схем генератора согласно Приложению D, влияния импеданса тестируемого устройства, а также взаимосвязи между испытаниями на импульсное напряжение по стандарту IEC 62368-1 и испытаниями на перенапряжение по стандарту IEC 61000-4-5.
Технические основы генератора импульсных испытаний
Генератор импульсных испытаний производит кратковременный высоковольтный переходный процесс с заданными электрическими характеристиками. Выходной сигнал формируется сетью резисторов, конденсаторов, запасенной энергии и коммутирующих элементов.
Таким образом, на результирующий импульс влияют не только напряжение зарядки. Сопротивление источника, компоненты формирования импульса и подключенная нагрузка — все это влияет на напряжение и ток, возникающие на клеммах тестируемого устройства.
Это различие становится важным, когда тестируемое устройство содержит нелинейные защитные компоненты. Варистор, TVS-диод или газоразрядная трубка могут иметь относительно высокое сопротивление ниже порога срабатывания и значительно более низкое сопротивление после начала проводимости.
В этом состоянии генератор больше не работает в режиме практически разомкнутой цепи. Его характеристики источника питания становятся частью результатов испытаний.
По этой причине спецификация типа «генератор импульсов 6 кВ» является неполной для использования в лабораторных условиях. Более полезное описание содержит информацию о стандарте, испытательной схеме и форме сигнала, например:
IEC 62368-1 Таблица D.1, Схема 1, 10/700 мкс
Характеристики сигналов с длительностью 10/700 мкс и 1.2/50 мкс
В стандарте IEC 62368-1 наиболее часто встречаются два описания импульсного напряжения: 10/700 мкс и 1.2/50 мкс.
Эти значения описывают временные характеристики импульса. Их не следует интерпретировать просто как длительность импульса. Стандартизированный импульс достигает пика, а затем затухает, и его временные характеристики оцениваются с использованием определенных параметров формы волны.
Импульс 10/700 мкс
Импульс длительностью 10/700 мкс имеет относительно медленный фронт и длительное затухание. Он связан с определенными переходными процессами в некоторых внешних и коммуникационных цепях.
Более длинный «хвост» означает, что тестируемое устройство может подвергаться воздействию энергии и тока, отличным от тех, которые возникают при более быстром импульсе, даже если пиковое напряжение аналогично.
Импульс 1.2/50 мкс
Форма сигнала 1.2/50 мкс имеет гораздо более быстрый фронт и более короткое затухание. Она широко используется в испытаниях на переходные напряжения и испытаниях изоляции.
Однако обозначение «1.2/50 мкс» не полностью определяет источник электрического напряжения. В разных стандартах может использоваться одна и та же номинальная форма напряжения с различными сетями источников и различными целями испытаний.
Выбор испытательной схемы IEC 62368-1
Распространенное упрощение заключается в том, чтобы напрямую связать коммуникационный порт с интервалом 10/700 мкс, а цепь питания — с интервалом 1.2/50 мкс. Это полезно в качестве общего объяснения, но не должно использоваться в качестве единственной основы для плана тестирования.
Применимые переходные процессы зависят от соответствующей редакции стандарта IEC 62368-1, классификации внешней цепи и предполагаемых условий установки.
Ethernet служит полезным примером. Два интерфейса Ethernet могут использовать один и тот же физический разъем, при этом один подключен к сети, расположенной вне здания, а другой остается полностью внутри здания. Ожидаемые переходные процессы в них не обязательно должны быть идентичными.
Таким образом, практическая последовательность планирования тестирования выглядит следующим образом:
- укажите применимую редакцию IEC 62368-1 или национальную версию;
- определить интерфейс тестируемого устройства и условия установки;
- Найдите соответствующий пункт, приложение, рисунок или таблицу;
- определить указанную тестовую схему;
- подтвердить форму сигнала, полярность и тестовое напряжение;
- Выберите соответствующую конфигурацию генератора.
Приложение D к стандарту IEC 62368-1 «Схемы генераторов»
В Приложении D стандарта IEC 62368-1 не определено ни одного универсального импульсного генератора. В таблице D.1 приведены несколько конфигураций генераторов.
| Цепь | Форма волны / Расположение | Референции |
|---|---|---|
| Схема 1 | 10 / 700 мкс | Рисунок D.1 / Таблица D.1 |
| Схема 2 | 1.2 / 50 мкс | Рисунок D.1 / Таблица D.1 |
| Схема 3 | Раздельное расположение генераторов | Рисунок D.2 / Таблица D.1 |
В схемах 1 и 2 используются разные сети формирования импульсов. Их можно объединить в одном приборе, если необходимые сети можно выбирать независимо друг от друга.
Генератор импульсных испытаний KP -1950S IEC 62368-1 обеспечивает конфигурации 10/700 мкс и 1.2/50 мкс, используемые для схемы 1 и схемы 2, представленных в таблице D.1.
Там, где применяется схема D.2 / Схема 3, генератор импульсного напряжения KP-1065S (см. схему D.2) использует соответствующую схему.
В Приложении D также представлена отдельная конфигурация электронного генератора импульсов , обозначенная как КП-1066С.
Сравнение с испытаниями на импульсные перенапряжения по стандарту IEC 61000-4-5
Наличие сигнала длительностью 1.2/50 мкс в стандарте IEC 62368-1 иногда приводит к предположению, что генератор импульсных перенапряжений IEC 61000-4-5 можно использовать взаимозаменяемо.
Сходство реально, но неполное.
Типичный генератор комбинированных волн по стандарту IEC 61000-4-5 характеризуется напряжением холостого хода 1.2/50 мкс и током короткого замыкания 8/20 мкс . Его импеданс источника и схема связи являются частью метода испытаний на электромагнитную совместимость.
В схеме 2 стандарта IEC 62368-1 используется импульс напряжения длительностью 1.2/50 мкс, но указана собственная генераторная сеть. Поэтому обозначение формы сигнала недостаточно для установления эквивалентности между двумя источниками.
| Параметр | МЭК 62368-1 | IEC 61000-4-5 |
|---|---|---|
| Основная цель | Безопасность / устойчивость к переходным процессам | Устойчивость к скачкам электромагнитной совместимости (ЭМС) |
| Форма напряжения | Зависит от используемой схемы. | 1.2/50 мкс разомкнутая цепь |
| Текущая характеристика | Определяется выбранной схемой IEC 62368-1. | короткое замыкание 8/20 мкс |
| Можно ли использовать однозначные названия для разных типов волновых форм? | Нет | Нет |
Генератор импульсных перенапряжений комбинированного типа IEC 61000-4-5 KP-3950S иллюстрирует это различие. Его выходной сигнал предназначен для испытаний комбинированного типа IEC 61000-4-5, а не просто для любых испытаний, в которых встречается термин «1.2/50 мкс».
Влияние нагрузки тестируемого устройства на форму импульсного сигнала
Проверка генератора и тестирование с подключенным тестируемым устройством — это два разных электрических режима.
В процессе проверки генератора измеряется форма сигнала в условиях, заданных для генератора. После подключения тестируемого устройства его импеданс становится частью цепи.
В состав реального электронного изделия могут входить варисторы, диоды TVS, газоразрядные трубки, трансформаторы, фильтры, конденсаторы и полупроводниковые переходы. Некоторые из этих компонентов обладают сильно нелинейными вольт-амперными характеристиками.
Например, TVS-диод может оказывать незначительное влияние ниже напряжения ограничения. Как только начинается проводимость, его импеданс падает, и нагрузка на генератор быстро возрастает. В результате график напряжения может выглядеть обрезанным или уменьшенным.
В газоразрядной трубке при воздействии пламени могут происходить ещё более резкие изменения.
Типичные изменения, наблюдаемые после подключения тестируемого устройства, включают:
- снижение измеренного пикового напряжения;
- укорочение хвостовой части волновой формы;
- ограничение напряжения;
- резкое падение напряжения после срабатывания защитного устройства;
- Колебания или осцилляции вокруг пика.
Эти эффекты сами по себе не указывают на то, что генератор импульсов не откалиброван. Они могут просто отражать взаимодействие между генераторной сетью и тестируемым устройством.
Измерение и проверка формы сигнала
Если осциллограмма не совпадает с настройками генератора, перед настройкой генератора следует проверить измерительную цепочку.
К числу важных моментов относятся:
- отображает ли генератор на дисплее запрограммированное или измеренное значение;
- соотношение мониторинга и деления;
- Затухание высоковольтного зонда;
- масштабирование входного сигнала осциллографа;
- Полоса пропускания измерений;
- заземление и прокладка кабелей;
- подключено ли тестируемое устройство во время измерения.
Например, KP-1950S обеспечивает номинальный выходной сигнал мониторинга 1:1000 . Это упрощает наблюдение за формой сигнала, но осциллограф и конфигурация измерений все равно требуют правильной интерпретации.
Обсуждение
Из приведенного выше анализа схемы следует ряд практических выводов.
Во-первых, максимальное выходное напряжение не следует использовать в качестве основного критерия выбора генератора импульсных испытаний IEC 62368-1. Оно определяет, доступно ли требуемое напряжение, но не определяет, воспроизводится ли требуемая испытательная схема.
Во-вторых, обозначение формы сигнала, например, 1.2/50 мкс, не следует рассматривать как полную спецификацию генератора. Сеть источника и предполагаемый стандарт остаются актуальными.
Во-третьих, изменения формы сигнала после подключения тестируемого устройства необходимо интерпретировать в контексте импеданса тестируемого устройства и работы защитного компонента. Не следует автоматически сравнивать форму сигнала под нагрузкой с формой сигнала проверки разомкнутой цепи, как если бы оба измерения отражали одно и то же состояние.
Наконец, одной лишь функциональной работоспособности недостаточно для универсального соответствия требованиям. Соответствующее требование IEC 62368-1 определяет, допустимы ли пробой изоляции, ухудшение защитных свойств, перекрытие или другие эффекты.
Информация, необходимая для выбора оборудования
Лаборатория или покупатель не обязаны предоставлять полный протокол испытаний при запросе оборудования, однако следующая информация значительно снижает риск выбора неправильного генератора.
| Параметр | Необходимая информация |
|---|---|
| Стандарт | IEC 62368-1 и соответствующая редакция |
| Референции | Пункт, Приложение, Рисунок или Таблица |
| Тестовая схема | Схема 1, Схема 2, Схема 3 или другая указанная конфигурация |
| Waveform | 10/700 мкс, 1.2/50 мкс или другие требуемые условия |
| Напряжение | Нормальный уровень тестирования и максимально допустимый уровень |
| DUT / интерфейс | Питание, Ethernet, антенна, коммуникационная цепь и т. д. |
| Другие требования | Полярность, интервал между импульсами, мониторинг и калибровка. |
В тех случаях, когда точная схема генератора неизвестна, указание типа тестируемого устройства, интерфейса и применимого стандарта, как правило, более полезно, чем предоставление только напряжения.
Более подробное обсуждение выбора генератора можно найти в документе « За пределами пикового напряжения: как выбрать подходящий импульсный испытательный генератор для IEC 62368-1».
Конфигурации генератора для соответствующих тестов
Приведенная ниже схема расположения оборудования приведена только для того, чтобы показать взаимосвязь между стандартной эталонной конфигурацией и конфигурацией генератора.
| Модель | Стандартная ссылка | Конфигурация |
|---|---|---|
| КП-1950С | IEC 62368-1 Таблица D.1 Схема 1 / Схема 2 | 10/700 мкс и 1.2/50 мкс |
| КП-1065С | IEC 62368-1 Рисунок D.2 / Схема 3 | Схема выделенного канала связи №3 |
| КП-1066С | Приложение D.1 IEC 62368-3 | Электронный генератор импульсов |
| КП-3950С | IEC 61000-4-5 | 1.2/50 мкс напряжения / 8/20 мкс тока |
Заключение
Испытания импульсным методом по стандарту IEC 62368-1 нельзя адекватно описать только пиковым напряжением. Форма сигнала и генераторная сеть определяют электрическую нагрузку, приложенную к тестируемому устройству.
Это различие становится особенно важным при сравнении генераторов с длительностью импульса 10/700 мкс и 1.2/50 мкс, при сравнении IEC 62368-1 с IEC 61000-4-5, а также при интерпретации формы сигнала после начала проведения тока нелинейными компонентами защиты.
В практической лабораторной работе наиболее надежный подход заключается в том, чтобы сначала определить применимую версию стандарта и тестовую схему, затем проверить требуемую форму сигнала и напряжение, и только после того, как эти условия будут известны, выбрать генератор импульсов.
Это уменьшает неопределенность при выборе оборудования и обеспечивает более четкую основу для интерпретации поведения формы сигнала во время фактического тестирования.
Соответствующие приборы и методы испытаний, соответствующие стандарту IEC 62368-1, перечислены в руководстве по испытательному оборудованию IEC 62368-1.
Референсы
- IEC 62368-1, Аудио/видеооборудование, информационные и коммуникационные технологии — Требования безопасности.
- IEC 61000-4-5, Электромагнитная совместимость (ЭМС) — Методы испытаний и измерений — Испытание на устойчивость к импульсным перенапряжениям.
- Рекомендация ITU-T K.44, Испытания на сопротивление телекоммуникационного оборудования, подверженного воздействию перенапряжений и перегрузок по току.
