超越峰值電壓：如何為 IEC 62368-1 選擇合適的衝擊試驗產生器

脈衝測試發生器是做什麼用的？

脈衝試驗發生器對產品、介面或絕緣系統施加可控的、短時高壓應力。

根據適用的測試電路，此發生器可用於評估：

• 絕緣耐壓性能；
• 發生故障或閃絡風險；
• 防護部件的性能；
• 通訊或天線介面的耐受能力；
• 瞬態電應力後出現異常操作；
• 正式認證測驗前的設計餘裕。

客戶也可以使用“脈衝電壓產生器”或“衝擊電壓產生器”等詞語搜尋此類設備。這些名稱在商業搜尋中可能會重疊，但產品名稱本身並不能決定其技術適用性。

決定性資訊是標準要求的電路和測試條件。

為什麼最大電壓還不夠

最大輸出電壓只是脈衝產生器的一個邊界條件。

它沒有定義：

• 儲存的電能；
• 脈衝波形；
• 有效源阻抗；
• 上升和下降特徵；
• 電容和電阻網路；
• 極性序列；
• 被測設備連接；
• 測試重複間隔；
• 所需的測量方法。

當兩台發電機的額定電壓相似但電容值差異很大時，這一點尤其重要。

電容器放電前儲存的理想能量為：

例如：

• 一個充電至 10 kV 的 1 nF 電容器大約可以儲存 10 kV 的電荷。 0.05Ĵ.
• 一個 0.42 μF 的電容器充電至 3 kV，大約可以儲存 3 kV 的電荷。 1.89Ĵ.

第二個電路雖然工作電壓不到第一個電路的三分之一，但儲存的能量卻是第一個電路的大約 38 倍。

此計算結果並不代表實際傳遞給被測元件 (DUT) 的能量。實際傳遞的能量取決於完整的電阻網路、開關電路、寄生元件以及被測元件的阻抗。儘管如此，它仍然說明了為什麼僅根據千伏電壓來選擇衝擊試驗發生器在技術上是不合理的。

KP-1065S 使用標稱 1 nF/30 kV 電容，而 KP-1066S Annex D.3 產生器使用標稱 0.42 μF 電容。它們的電壓範圍重疊，因此不能互換使用。

首先，請參考準確的 IEC 62368-1 標準。

在比較設備規格之前，請確定適用的標準參考。

完整的測試需求通常應包含以下幾項的組合：

• 適用標準和版本；
• 條款、附件或圖表；
• 表 D.1 電路編號；
• 所需的脈衝波形；
• 測試電壓；
• DUT連接埠或介面；
• 極性;
• 申請數量；
• 應用程式之間的間隔；
• 監測和校準要求。

「IEC 62368-1 衝擊試驗」範圍太廣，因為附件 D 包含不只一種發電機配置。

以下討論的三款 KingPo 型號並非同一儀器的低壓、中壓和高壓版本，它們代表了不同的電路需求。

IEC 62368-1 發電機選型概覽

 KP-1950S 用於 10/700 μs 和 1.2/50 μs 脈衝測試

IEC 62368-1 表 D.1 脈衝測試產生器KP-1950S 適用於需要圖 D.1 相關脈衝電路的專案。

它提供：

• 10/700 μs 輸出，電壓範圍為 0 至 4 kV；
• 1.2/50 μs 輸出，電壓範圍為 0 至 6 kV；
• 表 D.1 電路 1 與電路 2 配置；
• 正負極交替；
• 可程式充電/放電定時；
• 可程式測試週期；
• 標稱 1:1000 監測輸出。

10/700 μs 波形通常與通訊網路中的瞬態工況相關，而 1.2/50 μs 波形通常與配電系統中的瞬態電壓工況相關。適用的電路仍需根據產品測試計畫來決定，而不能僅憑這些一般性來描述。

選擇 KP-1950S 的情況：

• 測試計劃明確了表 D.1 電路 1 或電路 2；
• 需要一個 10/700 μs 的脈衝；
• 需要一個 1.2/50 μs 的脈衝；
• 同一個系統中必須同時存在這兩種波形；
• 需要施加正負脈衝；
• 示波器波形觀察是實驗室操作流程的一部分。

不要因為它的 6 kV 量程涵蓋了詢價單中規定的電壓就選擇它。

 圖 D.2 和表 D.1 電路 3 的 KP-1065S

IEC 62368-1 圖 D.2 脈衝電壓產生器KP-1065S 對應於天線介面測試產生器電路和表 D.1 電路 3。

其目前技術配置包括：

• 輸出電壓可調範圍為0至10千伏特；
• 0.01 kV 設定解析度；
• 1 nF/30 kV 充電電容；
• 可編程的充電和放電時間；
• 可編程測試計數；
• 標稱 1:1000 示波器監控輸出；
• PLC和觸控螢幕控制。

它主要用於AV/ICT設備中的天線介面和通訊相關連接埠。

這種設備通常可以透過搜尋字詞「脈衝電壓產生器」找到，但在技術選型過程中，搜尋字詞不應取代正式的電路參考。

選擇 KP-1065S 的情況：

• 測試要求明確指出圖 D.2；
• 表 D.1 電路 3 的規定如下；
• 被測設備具有天線、同軸電纜或相關通訊介面；
• 需要 1 nF 電路配置；
• 此項目在圖 D.2 電路條件下需要高達 10 kV 的電壓。

除非確認圖 D.2 和電路 3 的要求，否則對「IEC 62368-1 10 kV 發電機」的請求仍不完整。

 附件 D.3 電子脈衝電路的 KP-1066S

IEC 62368-1 附件 D.3 脈衝測試產生器KP-1066S 是一種獨立的電子脈衝產生器配置。

其當前規格包括：

• 0.5至3千伏可調輸出；
• 解析度為0.01千伏特；
• 0.42 μF 電容；
• 放電時間可調範圍為 1 至 99 秒；
• 1 至 999 個可程式測試週期；
• PLC和觸控螢幕控制。

KP-1066S 適用於測試計畫明確要求使用附件 D.3 電子脈衝產生器電路的項目。被測設備 (DUT) 的類型和連接方式應根據適用的標準版本和實驗室規程進行確認。

選擇 KP-1066S 的情況：

• 測試計劃中明確列出了附件 D.3 或圖 D.3；
• 需要電子脈衝發生器電路；
• 指定的 0.42 μF 電路配置是相關的；
• 所需電壓在0.5至3千伏特之間；
• 需要可重複的充放電應用。

KP-1066S 不是 KP-1065S 或 KP-1950S 的低電壓版本。它的電容、儲能和放電特性都與它們有著根本的不同。

常見問題1：詢價單僅包含標準與電壓

客戶可能會提出以下要求：

“請提供符合IEC 62368-1標準的5千伏衝擊試驗發生器報價。”

至少有三個關鍵事實缺失：

1. 哪一個圖示或電路適用？
2. 需要什麼樣的波形或放電網路？
3. 將測試哪個被測設備（DUT）介面？

5千伏電壓在多種型號的測試範圍內，但這些型號執行的測試各不相同。

正確的做法並非選擇最接近的電壓範圍。供應商在發布具有技術約束力的配置之前，應要求提供測試條款、圖示、電路圖或認證測試計畫。

常見問題2：連接被測設備後開路輸出變化

脈衝產生器在參考驗證期間可能會顯示預期的電壓或波形，但連接被測設備後結果可能會改變。

可能的觀察結果包括：

• 較低的峰值電壓；
• 前端速度較慢；
• 改變衰減時間；
• 過衝或振鈴；
• 正負極性之間的不對稱性；
• 突波保護元件意外動作；
• 過早擊穿或閃絡。

這並不能自動證明發電機有缺陷。

被測器件（DUT）會在放電路徑中引入阻抗、電容、保護元件和寄生元件。測試引線長度、接地狀況和連接幾何形狀也會影響測量結果。

實際故障排除步驟

首先使用實驗室認可的參考配置驗證產生器。然後連接被測設備 (DUT)，無需不必要地更改測量配置。

如果結果改變：

1. 確認發電機電路是否正確；
2. 檢查被測設備連接點；
3. 縮短高壓迴路路徑；
4. 檢查接地和迴路區域；
5. 確認示波器和分頻器的設定；
6. 判斷保護元件是否導通；
7. 比較正負極性結果；
8. 記錄參考波形和載入波形。

波形評估是在開路、參考負載或與被測設備連接條件下進行，取決於適用的測試要求和經批准的實驗室程序。

常見問題3：發生器顯示與示波器顯示不一致

監測輸出使波形觀察更加容易，但並不能消除測量誤差。

KP-1950S 和 KP-1065S 都規定了標稱 1:1000 的監測比率。

在解讀波形之前，請先確認：

• 校準後的監測比率；
• 示波器通道衰減；
• 探針或分度設定；
• 輸入阻抗；
• 頻寬;
• 取樣率；
• 觸發電平和極性；
• 垂直範圍；
• 測量接地；
• 顯示的值是在監控連接埠還是在被測設備 (DUT) 端測量的。

例如，標稱值 1V 的監測訊號在 1:1000 的比例下可能約等於 1kV。實際轉換必須遵循校準比例和測量記錄，而不能僅憑標稱值假設。

一份技術上完整的測試記錄應包括：

• 發電機型號和序號；
• 選定電路；
• 電壓設定；
• 波形；
• 極性;
• 檢測次數；
• 充電和放電間隔；
• 示波器型號；
• 頻道衰減；
• 校準分頻比；
• DUT 工作狀態；
• 已儲存的波形資料或螢幕截圖。

常見問題 4：使用 EMC 突波發生器作為替代品

客戶經常詢問現有的 IEC 61000-4-5 突波發生器是否可用於 IEC 62368-1 測試。

這些儀器不應被視為可自動互換。

IEC 61000-4-5 針對電磁相容性突波抗擾度，而 IEC 62368-1 是產品安全標準。即使波形術語相似，發生器電路、來源特性、耦合方式、測試連接埠和驗收目標也可能不同。

在替換任何生成器之前，請先進行比較：

• 電路拓樸結構；
• 發電機電容；
• 電阻值；
• 源阻抗；
• 電壓波形；
• 電流波形；
• 耦合/解耦方法；
• 輸出極性；
• 測試端口；
• 測試目標；
• 驗證和校準要求。

兩個儀器都能產生 1.2/50 μs 或 10/700 μs 相關輸出這一事實，並不能證明它們的完整電路和測試方法是等效的。

只有在負責的實驗室或認證機構驗證設備能夠重現所需的 IEC 62368-1 測試條件後，才能接受替代。

常見問題五：「需要校準證書」過於模糊。

採購說明書可以只規定：

“必須提供校準證書。”

這種措詞並沒有定義需要衡量的內容。

實驗室應確定文件是否必須涵蓋以下內容：

• 在指定測試點的輸出電壓；
• 正負極性；
• 1.2/50 μs 時間參數；
• 10/700 μs 時間參數；
• 監測輸出分頻比；
• 電壓顯示精度；
• 電容;
• 充電或放電時間；
• 檢測計數準確率；
• 測量不確定度；
• 可追溯性；
• 適用的報告語言；
• ISO/IEC 17025 認證要求。

僅涵蓋電壓顯示精度的校準報告可能無法滿足實驗室對波形驗證和監測比率測量的要求。

因此，在下達採購訂單之前，應確定校準範圍、測量點和出具校準報告的實驗室。

常見問題6：發生器發出脈衝，但合格/不合格標準不明確

脈衝測試發生器施加規定的電應力。它並不能獨立判斷被測設備是否符合所有要求。

在測試過程中和測試結束後，工程師可能需要觀察以下情況：

• 絕緣體擊穿；
• 閃絡或電弧；
• 保護元件故障；
• 異常關機或重啟；
• 永久性功能損傷；
• 必要的安全措施缺失；
• 絕緣性能下降；
• 變形或過熱等不可接受的情況；
• 測試後正常恢復；
• 測試後的介電或功能結果。

最終驗收標準必須來自適用的標準條款、認證計畫和實驗室程序。

發電機上的“測試完成”指示本身並不意味著產品通過了測試。

實用的選擇工作流程

步驟 1：確認標準版

記錄項目所使用的確切的IEC、EN、UL、CSA、GB或其他國家標準。

不要以為所有市場都在同一時間採用同一版本。

步驟二：確定確切的參考文獻

請提供條款、附件、圖表和表 D.1 電路編號。

如果客戶不確定，請索取測試計畫的相關頁面或電路圖。

步驟 3：確認被測設備接口

確定該測試是否適用於：

• 與市電相關的電路；
• 通訊埠；
• 網路介面；
• 天線或同軸接口；
• 電源適配器；
• 內部電路；
• 另一個可存取的外部連線。

步驟 4：確認波形或電路配置

不要僅使用“浪湧測試”這一通用短語作為唯一要求。

記錄項目是否需要：

• 10/700 μs；
• 1.2/50 μs；
• 圖 D.2 / 電路 3；
• 附件 D.3 電子脈衝電路；
• 另一個明確定義的條件。

步驟 5：檢查電壓以外的其他參數

校驗：

• 輸出範圍；
• 電容;
• 阻力網絡；
• 極性;
• 測試間隔；
• 測試次數；
• 監控輸出；
• 控制和記錄功能。

步驟 6：定義測量系統

確認實驗室將使用：

• 內建監控輸出；
• 外部高壓分壓器；
• 儲存示波器；
• 自動數據採集；
• 開路驗證；
• 已載入波形驗證。

步驟 7：定義文檔範圍

訂購前，請就數據表、電路確認、檢驗報告、校準報告、測量點和可追溯性要求達成協議。

脈衝測試產生器選擇矩陣

報價前所需信息

一份技術上有效的詢價單應包含以下內容：

當特定電路不確定時，客戶應提供相關的標準參考、測試計畫摘錄或電路圖以及被測設備介面資訊。

常見問題

參考文獻與技術依據

本文基於IEC官方出版清單以及金浦目前針對所討論型號提供的產品資訊。採購的標準和項目特定的測試計劃仍然是主要依據。

• IEC 62368-1:2023 — IEC 官方出版品清單
• 金寶KP-1950S — IEC 62368-1表D.1衝擊試驗發生器
• 金寶KP-1065S — IEC 62368-1 圖D.2 脈衝電壓產生器
• 金寶KP-1066S——IEC 62368-1附錄D.3脈衝試驗發生器

結語

脈衝測試中最昂貴的錯誤並非購買電壓不足的發生器，而是購買了電壓符合要求但卻模擬了錯誤電路的產生器。

對於符合IEC 62368-1標準的項目，設備選擇應遵循以下順序：

標準版 → 條款與圖示 → 電路 → 波形 → 被測設備介面 → 電壓 → 測量 → 文檔

KP-1950S、KP-1065S 和 KP-1066S 適用於不同的 IEC 62368-1 測試條件。它們的電壓範圍有所重疊，但波形網路、電容值和預期應用各不相同。

在索取報價前，請提供準確的標準參考、所需的測試電路和被測設備 (DUT) 介面。這有助於減少配置錯誤，防止測試結果無效，並確保所提供的測量文件符合實驗室的品質要求。