An Generatore di sovratensioni per test EM Si tratta di un'apparecchiatura speciale che replica le sovratensioni transitorie ad alta energia che un prodotto potrebbe sperimentare sul campo, consentendo agli ingegneri di condurre test di immunità alle sovratensioni coerenti. Questi generatori sono progettati per modellare due tipi di eventi transitori fisicamente diversi: l'onda combinata ad alta tensione, che è veloce, di breve durata e ad alta tensione, e l'impulso ad alta corrente di breve durata, che è una scala temporale di un secondo, tipica di fulmini diretti o transitori di commutazione intensi sulle linee elettriche. Il generatore di sovratensioni per test EM, generando impulsi standardizzati con ampiezza, tempo di salita e decadimento molto ben regolati, consente al laboratorio di caricare componenti e completare componenti o sistemi elettrici in condizioni che assomigliano molto ai pericoli elettrici del mondo reale, mantenendo comunque tracciabilità e ripetibilità.

Architettura di formazione di impulsi e di accumulo di energia

Il cuore del generatore di sovratensione è un'architettura a scarica/forma d'impulso che trasforma l'energia elettrostatica immagazzinata nella forma d'onda transitoria desiderata. L'energia viene immagazzinata in una fase di carica ad alta tensione che carica una combinazione di banchi di condensatori fino a una tensione precisa. Quando la carica immagazzinata viene scaricata pilotando un elemento di commutazione controllato, un interruttore a scintilla e uno a stato solido ad alta tensione, la carica viene immessa in una rete di modulazione d'impulso. Tale rete rappresenta una rete accuratamente progettata di capacità, induttanze e resistenze che determina la risposta temporale dell'uscita. La rappresentazione fotometrica della forma d'onda, come definita dagli standard di settore, è in genere la forma d'onda della tensione a circuito aperto, spesso indicata come 1.2/50 µs (tempo di salita 1.2 µs fino al picco e 50 µs fino al calo di metà valore) o la forma d'onda della corrente di cortocircuito, spesso indicata come 8/20 µs. Le costanti di tempo non sono arbitrarie, ma sono state impostate per fornire una rappresentazione della fisica dei transitori indotti dai fulmini e di commutazione e per costituire una base su cui confrontare il comportamento di vari dispositivi nei singoli laboratori di prova e prodotti.

Generazione di onde combinate e reti di accoppiamento

Per produrre un'onda combinata attenuata, sono necessari due impulsi connessi: il passo ad alta tensione a circuito aperto, necessario per sollecitare l'isolamento e le giunzioni dei semiconduttori, e una componente ad alta corrente, che simula il percorso di scarica di un fulmine. L'impedenza interna del generatore di sovratensione e la rete di accoppiamento esterna sono i due fattori che determinano come l'energia immagazzinata verrà suddivisa tra tensione e corrente nell'apparecchiatura sottoposta a test (EUT). Le reti di accoppiamento (sia reti di accoppiamento/disaccoppiamento, sia moduli di accoppiamento della linea di rete) offrono il percorso di applicazione desiderato alla sovratensione e isolano il generatore dagli altri cablaggi della zona di test. Anche il percorso di ritorno di riferimento della sovratensione viene stabilito da queste reti, con un impatto significativo sulla riproducibilità del test. Reti di accoppiamento adeguatamente progettate eliminano riflessioni indesiderate o artefatti da loop di terra che altrimenti causerebbero una variazione dello stress sull'EUT.

Precisione e monitoraggio delle misurazioni

Il funzionamento del generatore include la precisione di misura e monitoraggio. Divisori di tensione con dV/dt più elevati, correnti di picco elevate e sonde di corrente vengono utilizzati per misurare la vera forma d'onda che fluisce verso l'EUT. Il generatore offre canali di metrologia, che abbinano il timer di trigger, l'ampiezza distribuita, la polarità e l'energia alle reazioni disponibili del dispositivo. Le attuali apparecchiature di test EM solitamente incorporano oscilloscopi digitalizzatori integrati e programmi che catturano le forme d'onda, verificano la conformità agli inviluppi target 1.2/50 e 8/20 e generano report di prova che possono essere utilizzati come prova di conformità della qualità. Tali sistemi di misura supportano anche i controlli di ripetibilità e lo studio dell'incertezza, e pertanto, gli ingegneri hanno la possibilità di distinguere i guasti hardware dovuti a debolezze intrinseche del dispositivo da problemi con la configurazione del test.

Considerazioni sulla configurazione del test

La topologia della configurazione di prova è significativa per il grado di rappresentatività del transitorio simulato. Nel caso delle porte di alimentazione, la sovratensione viene tipicamente indotta tra i conduttori e la terra e tra i conduttori; nel caso delle porte di segnale e dati, sono necessarie reti speciali e appositamente configurate per indurre sovratensioni di modo comune e di modo differenziale. Schemi di messa a terra e percorso di ritorno Il piano di massa di riferimento, le messa a terra e il percorso fisico reale dei cavi costituiscono una parte del percorso di ritorno e possono modificare radicalmente i campi elettrici e magnetici localizzati a cui è esposto l'EUT. Ne consegue che i laboratori certificati prestano molta attenzione al layout, alla lunghezza dei cavi e alla continuità della messa a terra durante la configurazione. Percorsi di scarica e interblocchi di sicurezza vengono utilizzati per eliminare la carica residua nel sistema tra gli impulsi, al fine di garantire la sicurezza degli operatori e della strumentazione.

Figura: Generatore di sovratensione per test EM

Capacità avanzate di test di sovratensione

I test di sovratensione indicano anche variazioni realistiche di tempo e polarità, oltre alla fisica pura. Gli standard prescrivono l'applicazione di sovratensioni con polarità negativa e positiva e prescrivono la frequenza di ripetizione, gli impulsi e il numero di intervalli tra gli impulsi, al fine di riprodurre un'esposizione realistica in un profilo. L'importanza di ciascuno di questi parametri risiede nella tendenza dei dispositivi a semiconduttore e degli elementi a scarica di gas a essere sensibili alla polarità o all'energia cumulativa in modo asimmetrico. Gli ingegneri testano il degrado quando si verifica una sovratensione ripetuta nei dispositivi in ​​fase di produzione e sviluppo per conoscere non solo le modalità di guasto istantanee, ma anche i processi di usura dovuti all'età.
Un fattore alternativo che si è rivelato complementare ai moderni generatori di sovratensione è la loro possibilità di essere testati su una varietà di livelli di energia e forme d'onda. Sebbene gli inviluppi standardizzati 1.2/50 e 8/20 continuino a fungere da punto di riferimento per i test di conformità basati sugli standard IEC, requisiti di test più avanzati potrebbero richiedere forme d'onda personalizzate o impulsi più energetici per studiare la resilienza o modellare configurazioni di installazione atipiche. La rete di generazione degli impulsi e la tecnologia di commutazione del generatore possono garantire la facilità di configurazione a tali variazioni. Il tempo di salita, l'ampiezza e la ripetizione possono essere controllati con elevata fedeltà, consentendo ai ricercatori di esplorare questa relazione tra soglia di guasto e dispositivi di protezione da sovratensione, convalidare i dispositivi di protezione da sovratensione e creare scaricatori di sovratensione e reti di filtro migliori.

Integrazione con EMC

Alcuni sistemi generatori di sovratensioni vengono spesso utilizzati in combinazione con altri sistemi di test EMC e ambientali nei laboratori per studiare le interazioni a livello di sistema. Ad esempio, per quanto riguarda i test di sovratensioni, vengono utilizzati un paio di cicli di temperatura o vibrazione per rivelare complesse catene di guasti che altrimenti potrebbero non essere visibili utilizzando test a singolo fattore di stress. Prodotti complementari: fornitori di apparecchiature complementari, ad esempio reti di accoppiamento, sistemi di acquisizione dati, sonde di corrente, ecc. È noto che i produttori di apparecchiature e i centri di prova si procurano apparecchiature complementari, solitamente tramite fornitori specializzati. Uno di questi fornitori è LISUN, che offre numerosi accessori per test fotometrici ed elettrici che, combinati con i generatori di sovratensione, formano un ciclo di test completo; i loro dispositivi di misura e supporti possono facilitare il montaggio, la misurazione e la registrazione della sperimentazione dell'immunità alle sovratensioni. L'affidabilità delle apparecchiature periferiche è un metodo utilizzato per migliorare la coerenza nella configurazione e accelerare il percorso verso un prodotto certificato come prototipo.

Conclusione

Infine, un file Generatore di sovratensioni per test EM Modella sovratensioni transitorie con un elevato livello di energia, trasformando l'energia elettrostatica immagazzinata in forme d'onda impulsive accuratamente modellate e inviando tali impulsi a reti di accoppiamento e percorsi di ritorno progettati, fornendo misurazioni e monitoraggio accurati per garantire il raggiungimento dello stress desiderato. La serietà della progettazione del generatore e l'attenzione dedicata alla disposizione dei test determinano il grado in cui la situazione di laboratorio ricrea ciò che si può riscontrare nell'aspetto reale di una minaccia. Per i progettisti di prodotto, i dati sui test di immunità alle sovratensioni vengono utilizzati per prendere decisioni sulla topologia di protezione, selezionare gli scaricatori di sovratensione, migliorare la progettazione e il layout dei filtri, il tutto contribuendo alla riduzione al minimo dei guasti sul campo e a una lunga durata.