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浪涌(沖擊)抗擾度(SURGE)----1.1概述浪涌抗擾度試驗所依據的國際標準是IEC61000-4-5:2005,對應國家標準是GB/T17626.2:200X《電磁兼容試驗和測量技術浪涌(沖擊)抗擾度試驗》
浪涌(沖擊)抗擾度( SURGE ) ----
1.1概述
浪涌抗擾度試驗所依據的國際標準是IEC61000-4-5:2005,對應國家標準是GB/T17626.2:200X《電磁兼容 試驗和測量技術浪涌(沖擊)抗擾度試驗》。
浪涌(沖擊)抗擾度試驗就是模擬雷擊帶來的干擾影響,但需要指出的是,考核設備電磁兼容性能的浪涌抗擾度試驗不同于考核設備高壓絕緣能力的耐壓試驗,前者僅僅是模擬間接雷擊的影響(直接的雷擊設備通常都無法承受)。
1.2浪涌(沖擊)抗擾度試驗目的
本標準的目的是建立一個共同的基準,以評價電氣和電子設備在遭受浪涌(沖擊)時的性能。本標準規定了一個一致的試驗方法,以評定設備或系統對規定現象的抗擾度。
1.3浪涌(沖擊)抗擾度試驗應用場合
本標準適用于電子電氣設備,但并不針對特定的設備或系統,具有基礎EMC電磁兼容出版物的地位。
2.術語和定義
2.1 浪涌(沖擊)
沿線路傳送的電流電壓或功率的瞬態波,其特性是先快速上升后緩慢下降。
2.2 組合波信號發生器
能產生1.2/50μs開路電壓波形、8/20μs短路電流波形或10/700μs開路電壓波形、5/320μs短路電流波形的信號發生器。
2.3 耦合網絡
將能量從一個電路傳送到另一個電路的電路。
2.4 去耦網絡
用于防止施加到上的浪涌沖擊影響其他不作試驗的裝置設備或系統的電路。
2.5(浪涌發生器的)等效輸出阻抗
開路電壓峰值與短路電流峰值的比值。
2.6 對稱線
差模到共模轉換損耗大于20dB的平衡對線。
3.試驗等級及選擇
優先選擇的試驗等級范圍如表1所示。
表1?試驗等級
等 級 | 開路試驗電壓(±10%) kV |
1 | 0.5 |
2 | 1.0 |
3 | 2.0 |
4 | 4.0 |
′1) | 特殊 |
1) “′"可以是高于、低于或在其它等級之間的等級。該等級可以在產品標準中規定。 |
1.試驗等級應根據安裝情況,安裝類別如下:
0類:保護良好的電氣環境,常常在一間專用房間內。
所有引入電纜都有過電壓保護(級和第二級)。各電子設備單元由設計良好的接地系統相互連接,并且該接地系統根本不會受到電力設備或雷電的影響
電子設備有專用電源(見表A1)
浪涌電壓不能超過25V。
1類:有部分保護的電氣環境
所有引入室內的電纜都有過電壓保護(級)。各設備由地線網絡相互良好連接,并且該地線網絡不會受電力設備或雷電的影響。
電子設備有與其他設備隔離的電源。
開關操作在室內能產生干擾電壓。
浪涌電壓不能超過500V。
2類:電纜隔離良好,甚至短走線也隔離良好的電氣環境。
設備組通過單獨的地線接至電力設備的接地系統上,該接地系統幾乎都會遇到由設備組本身或雷電產生的干擾電壓。電子設備的電源主要靠專門的變壓器來與其他線路隔離。
本類設備組中存在無保護線路,但這些線路隔離良好,且數量受到限制。
浪涌電壓不能超過1kV。
3類:電源電纜和信號電纜平行敷設的電氣環境。
設備組通過電力設備的公共接地系統接地該接地。系統幾乎都會遇到由設備組本身或雷電產生的干擾電壓。
在電力設施內,由接地故障、開關操作和雷擊而引起的電流會在接地系統中產生幅值較高的干擾電壓。受保護的電子設備和靈敏度較差的電氣設備被接到同一電源網絡。互連電纜可以有一部分在戶外但緊靠接地網。
設備組中有未被抑制的感性負載,并且通常對不同的現場電纜沒有采取隔離。
浪涌電壓不能超過2kV。
4類:互連線作為戶外電纜沿電源電纜敷設并且這些電纜被作為電子和電氣線路的電氣環境設備組接到電力設備的接地系統,該接地系統容易遭受由設備組本身或雷電產生的干擾電壓。
在電力設施內,由接地故障、開關操作和雷電產生的幾千安級電流在接地系統中會產生幅值較高的干擾電壓。電子設備和電氣設備可能使用同一電源網絡。互連電纜象戶外電纜一樣走線甚至連到高壓設備上。
這種環境下的一種特殊情況是電子設備接到人口稠密區的通信網上。這時在電子設備以外,沒有系統性結構的接地網,接地系統僅由管道、電纜等組成。
浪涌電壓不能超過4kV。
5類:在非人口稠密區電子設備與通信電纜和架空電力線路連接的電氣環境。
所有這些電纜和線路都有過電壓(級)保護。在電子設備以外,沒有大范圍的接地系統(暴露的裝置)。由接地故障(電流達10Ka)和雷電(電流達100Ka)引起的干擾電壓是非常高的。
試驗等級4包括了這一類的要求。
X類:在產品技術要求中規定的特殊環境。
浪涌(信號發生器)與安裝類別的關系如下:
1~4類:1.2/50μs(80/20μs)
第5類:對電源線端口和短距離信號電路/線路端口:1.2/50μs(80/20μs)
1~5類:對對稱通信線路:10/700μs(5/320μs)
源阻抗應與各有關試驗配置中標注的一樣。
4.試驗設備
規定了兩種類型的組合波信號發生器,并根據受試端口的類型,有各自特殊的應用。對于連接到對稱通信線的端口,應使用10/700μs的組合波信號發生器。對于其他情況,特別是連接到電源線和短距離信號互連線的端口,應使用1.2/50μs的組合波信號發生器。
4.1 1.2/50μs的組合波信號發生器
施加到EUT上的波形應滿足標準的規定。波形的規定采用開路電壓和短路電流,并應在未連接的情況下測量。對于交流或直流供電的產品,浪涌應施加到交流或直流電源線上,輸出必須滿足表6和表7的規定。對于浪涌由信號發生器的輸出端直接輸出的情況,其輸出波形應滿足表2的規定。當連接到EUT時,不要求信號源的輸出波形和耦合/去耦網絡的輸出波形同時滿足要求。但在無EUT連接的情況下,波形的規定應該被滿足。
信號發生器應產生的浪涌波形:開路電壓波前時間1.2μs;開路電壓半峰值時間50μs;短路電流波前時間8μs;短路電流半峰值時間20μs。
圖1為1.2/50μs組合波信號發生器的電路原理圖。選擇不同元件RS1、RS2、Rm、Lr和Cc的值,以使信號發生器產生1.2/50μs的電壓浪涌(開路狀態下)和8/20μs的電流浪涌(短路情況)。
U—高壓源;Rc—充電電阻;Cc—儲能電阻;Rs—脈沖持續時間形成電阻;
Rm—阻抗匹配電阻;Lr—上升時間形成電感
圖1?組合波信號發生器的電路原理圖(1.2/50μs—8/20μs)
為方便起見,定義浪涌信號發生器的等效輸出阻抗為開路輸出電壓峰值與短路輸出電流峰值之比。信號發生器的等效輸出阻抗為2Ω。
信號發生器的特征與性能
極性:正/負;
相位偏移:隨交流電源相角在0°~360°變化;
重復率:每分鐘至少一次;
開路輸出電壓峰值:至少在0.5kV~4.0kV范圍內能輸出;
浪涌電壓波形:見圖2和表2;
開路輸出電壓容差:見表3;
短路輸出電流峰值:與電壓峰值相關(見表2和表3);
浪涌電流波形:見圖3和表2;
短路輸出電流容差:見表3;
等效輸出阻抗:2Ω ± 10%;
短路電流峰值和開路電壓峰值的關系見表3。
應該使用輸出端浮地的信號發生器。
表2?波形參數的定義 1.2/50μs—8/20μs
定義 | 根據GB/T 16927.1 | 根據IEC 60469-1 | ||
波前時間 μs | 半峰值時間 μs | 上升時間 (10% ~ 90%) μs | 持續時間 (50% ~ 50%) μs | |
開路電壓 | 1.2 ± 30% | 50 ± 20% | 1 ± 30% | 50 ± 20% |
短路電流 | 8 ± 20% | 20 ± 20% | 6.4 ± 20% | 16 ± 20% |
注:在現行IEC出版物中,1.2/50μs和8/20μs波形通常按GB/T 16927.1規定,如圖2和圖3所示。其他的IEC推薦標準按IEC 60469-1規定波形,如表2所示。 本標準兩種規定都是有效的,但所指的是同一信號發生器。 |
表3?開路電壓峰值和短路電流峰值的關系
開路電壓峰值 ±10% | 短路電流峰值 ±10% |
0.5 kV | 0.25 kA |
1.0 kV | 0.5 kA |
2.0 kV | 1.0 kA |
4.0 kV | 2.0 kA |
波前時間:T1=1.67×T=1.2μs±30%
半峰值時間:T2=50μs±20%
注:耦合/去耦網絡輸出端的開路電壓波形可能存在較大的下沖,基本上同圖2所示的曲線。
圖2?未連接CDN的信號發生器輸出端的開路電壓波形(1.2/50μs)(按GB/T 16927.1的波形規定)
波前時間:T1=1.25×T=8μs±20%
半峰值時間:T2=20μs±20%
注:30%的下沖規定只適用于信號發生器的輸出端。在耦合/去耦網絡的輸出端,沒有下沖或過沖的限制。
圖3?未連接CDN的信號發生器輸出端的短路電流波形(8/20μs)(按GB/T 16927.1的波形規定)
4.2 10/700μs的組合波信號發生器
信號發生器應產生的浪涌波形:開路電壓波前時間10μs;開路電壓半峰值時間700μs。
圖4為10/700μs組合波信號發生器的電路原理圖。選擇不同的元件值,以使信號發生器產生10/700μs的浪涌。
U—高壓源;Rc—充電電阻 ;Cc—儲能電容;Rs—脈沖持續時間形成電阻;
Rm—阻抗匹配電阻;Cs—上升時間形成電容;S1—使用外部匹配電阻時,開關閉合
圖4?組合波信號發生器的電路原理圖(10/700µs-5/320µs)(根據ITU K系列標準)
信號發生器的特征與性能
極性:正/負;
重復率:每分鐘至少一次;
開路輸出電壓峰值:至少在0.5kV~4.0kV范圍內能輸出
浪涌電壓波形:見圖5和表4;
開路輸出電壓容差:見表5;
短路輸出電流峰值:與電壓峰值相關(見表4和表5);
短路輸出電流容差:見表5;
等效輸出阻抗:40Ω ± 10%(僅對信號發生器的輸出端)。
注:等效輸出阻抗通常包括內部電阻Rm1(15Ω)和Rm2(25Ω)。電阻Rm2可以被旁路、并聯或短路,當用于多路耦合時,可被外部耦合電阻代替,見圖14。
波前時間:T1=1.67×T=10μs±30%
半峰值時間:T2=700μs±20%
圖5?開路電壓波形(10/700μs)(按GB/T 16927.1的波形規定)
波前時間:T1=1.25×T=5μs±20%
半峰值時間:T2=320μs±20%
注:在GB/T 16927.1中,波形規定為5/320μs,而在IEC 60469-1中規定為4/300μs。另外,這個波形是在圖4開關S1打開情況下測量的。
圖6?短路電流波形(5/320μs)(按GB/T 16927.1的波形規定)
表4?波形參數的定義 10/700μs—5/320μs
定義 | 根據ITU-T K系列和GB/T 16927.1 | 根據IEC 60469-1 | ||
波前時間 μs | 半峰值時間 μs | 上升時間 (10% ~ 90%) μs | 持續時間 (50% ~ 50%) μs | |
開路電壓 | 10 ± 30% | 700 ± 20% | 6.5 ± 30% | 700 ± 20% |
短路電流 | 5 ± 20% | 320 ± 20% | 4 ± 20% | 300 ± 20% |
注: 本標準兩種規定都是有效的,但所指的是同一信號發生器。 |
表5?開路電壓峰值和短路電流峰值的關系
開路電壓峰值 ±10% | 短路電流峰值 ±10% |
0.5 kV | 12.5 A |
1.0 kV | 25 A |
2.0 kV | 50 A |
4.0 kV | 100 A |
注:在圖4開關S1打開情況下測量短路電流峰值。
短路電流峰值和開路電壓峰值的關系見表5
4.3 耦合/去耦網絡
每個耦合/去耦網絡(CDN)都包括去耦網絡和耦合元件,示例見圖7到圖15。
圖7?交/直流線上電容耦合的試驗配置實例;線-線耦合(見7.2)
圖8 交/直流線上電容耦合的試驗配置實例;線-地耦合(見7.2)
圖9 交流線(三相)上電容耦合的試驗配置實例;線L3-線L1耦合(見7.2)
圖10 交流線(三相)上電容耦合的試驗配置實例;線L3-地耦合(見7.2)
1開關) S1:線-地,置于“0";線-線,置于“1"~“4"。
2) 開關S2:試驗時置于“1"~“4",但與S1不在相同的位置。
3) L=20mH,RL為L的電阻部分。
圖11 非屏蔽不對稱的互連線配置實例;線-線/線-地耦合(見7.3),用電容耦合
4) 開關S1:線-地,置于“0";線-線,置于“1"~“4"。
5) 開關S2:試驗時置于“1"~“4"但與S1不在相同的位置。
6) L=20mH,RL為L的電阻部分。
圖12 非屏蔽不對稱的互連線配置實例;線-線/線-地耦合(見7.3),用氣體放電管耦合
7)開關S1:線-地,置于“0";線-線,置于“1"~“4"。
8) 開關S2:試驗時置于“1"~“4"但與S1不在相同的位置。
9) L=20mH,RL為L的電阻部分。
圖13 非屏蔽不對稱的互連線配置實例;線-線/線-地耦合(見7.3),用耦合電路耦合
使用XWG(1.2/50μs信號發生器)時Rm2的計算;例如:n=4 Rm2=4x40Ω=160Ω,峰值250Ω。
使用XWG(10/700μs信號發生器)時Rm2的計算;內部阻抗Rm2(25Ω)由外部阻抗Rm2= nx25Ω代替(對于n個導體,n等于或大于2)例如:n=4 Rm2=4x25Ω=100Ω,Rm2不應超過250Ω。
L=20mH,圖中所示的4個扼流線圈可能全部或僅僅兩個有效。
RL的值取決于傳輸信號允許的衰減。
圖14 非屏蔽對稱工作互連線(通信線)試驗配置示列,線-地耦合(見7.4),用氣體放電管耦合
注1 L2是4匝的電流抑制線圈,防止給模擬電路供電時產生飽和。并且,L2應該有較低的阻抗;例如:<<1Ω,并接到L2的阻抗也許降低整個阻抗。
注2 RA和RB 的阻抗應盡可能低,以防止形成共振或沖擊。
注3 RC和RD是80Ω的絕緣隔離電阻。
注4 由于電感很容易飽和,對于10/700µs的波形建議不使用本耦合去耦網絡
圖15 使用1.2/50µs浪涌波的對稱高速通信線的耦合去耦網絡的配置實例
在交流或直流電源線上,去耦網絡提供較高的阻抗以阻止浪涌波形,同時允許交流和直流電供給EUT。這個阻抗允許電壓波形施加到耦合/去耦網絡的輸出端,并防止浪涌電流返回到交流或直流電源。采用適當大小的高壓電容作為耦合元件,可以使全部持續時間的浪涌耦合到EUT。用于交流或直流電源線的耦合/去耦網絡,應使開路電壓波形和短路電流波形滿足表6和表7的容差要求。
表6?耦合/去耦網絡EUT端口的電壓波形規格
開路條件下的浪涌電壓參數 | 耦合阻抗 | |
18μF | 9μF + 10Ω | |
波前時間 | 1.2μs ± 30% | 1.2μs ± 30% |
半峰值時間: | ||
額定電流<25A | 50μs +10μs/-10μs | 50μs +10μs/-25μs |
額定電流 25A – 60A | 50μs +10μs/-15μs | 50μs +10μs/-30μs |
額定電流 60A – 100A | 50μs +10μs/-20μs | 50μs +10μs/-35μs |
注:應在耦合/去耦網絡電源輸入端開路的情況下測量浪涌電壓參數。 |
表7?耦合/去耦網絡EUT端口的電流波形規格
短路條件下的浪涌電流參數 | 耦合阻抗 | |
18μF | 9μF + 10Ω | |
波前時間 | 8μs ± 20% | 2.5μs ± 30% |
半峰值時間: | 20μs ± 20% | 25μs ± 30% |
注:應在耦合/去耦網絡電源輸入端開路的情況下測量浪涌電流參數。 |
對于I/O線和通信線,去耦網絡的串聯阻抗會限制數據傳輸的有用帶寬。當使用耦合/去耦網絡使試驗無法進行時,應使用6.3.3條規定的程序。當線路能夠容忍容性負載的影響,可以使用電容作為耦合元件(6.3.2.1),或者用氣體放電管(6.3.2.2和6.3.2.3)。當耦合到互連線時,使用6.3.2規定的耦合裝置,可能會造成波形失真。
每個耦合/去耦網絡都應滿足6.3.1到6.3.3的要求。應根據下面的流程圖選用耦合/去耦網絡。
4.3.1 用于交/直流電源線的耦合/去耦網絡
電壓和電流的波前時間和半峰值時間應分別在開路情況下和短路情況下,在耦合/去耦網絡的EUT端口校驗。30%的下沖僅適用于發生器的輸出端。對于耦合/去耦網絡的輸出端,無下沖或過沖的限制。信號發生器的輸出或其耦合網絡應與有足夠帶寬和電壓量程的測量系統連接,以便監視開路電壓波形
對于線-線耦合,浪涌應通過18μF電容耦合,如圖7和圖9所示。
對于線-地耦合,浪涌應通過9μF電容串聯10Ω電容耦合,如圖8和圖10所示。去耦電感的大小由設備制造商選擇,使耦合/去耦網絡EUT連接器處的電源電壓下降低于額定值的10%,但不超過1.5mH。
對于額定電流>25A的耦合/去耦網絡,為了防止其造成過多的電壓下降,去耦元件的值通常須減小。在這種情況下,開路電壓波形的半峰值時間也可能減小,見表6和表7。
注:對于額定輸入電流大于100A的EUT,浪涌不通過耦合/去耦網絡直接施加到未加電的EUT上,是可行的試驗方法。本標準第9條的性能判據只適用于EUT通電的情況,如果EUT在不通電的情況下進行試驗,應在試驗結束后開機,用第9條的性能判據d進行判定。如果EUT(如獨立的控制單元)由于電源電流要求大于100A而不可能對整個系統進行試驗,那么局部的試驗也是可以接受的。
當EUT沒有連接時,在去耦網絡電源輸入端上的殘余浪涌電壓不應超過所施加試驗電壓的15%或耦合/去耦網絡額定電壓峰值的兩倍,兩者中取較大者。
當EUT沒有連接且耦合/去耦網絡輸入端開路時, 在未施加浪涌線路上的殘余浪涌電壓不應超過峰值可施加電壓的15%。
上述單相(相線、中線、保護接地)系統的特性對三相系統(三根相線、中線和保護接地)同樣有效。
4.3.2 用于互連線的耦合/去耦網絡
耦合方法應根據電路的功能以及運行狀態來進行選擇。產品技術要求中應該對此作出規定。
利用電容耦合所進行的測試可能不會產生和放電管耦合相同的結論。如果要優先選用一種特殊的耦合方式,則應該在產品標準中作出規定。在任何情況下,所采用的耦合方式都應該在測試報告中注明。如果信號線對稱,則電流補償電感器就能夠在去耦網絡中應用。
4.3.2.1 采用電容器的耦合/去耦網絡
在能夠維持線路正確運行的情況下,對于非屏蔽不對稱的I/O電路,推薦用電容耦合方式。如圖11所示為一個耦合網絡的例子。耦合/去耦網絡的推薦參數為:耦合元件 R = 40?,C = 0.5 µF;去耦電感 L = 20 mH。
4.3.2.2 采用鉗位裝置的耦合/去耦網絡
本方法可以用在因功能問題而不能使用電容耦合的場合。該功能問題是由電容接至EUT而引起的(見圖11)。一些鉗位裝置有一個比較低的寄生電容并且允許與許多型號的I/O連線相連接。
當如圖11所示的電容與一套鉗位裝置耦合時,該電容可以用如圖13所示的一套單獨的鉗位裝置或電路來代替。
該裝置的鉗位電壓應該選擇的盡可能小,但是要高于被測線路的峰值工作電壓。
耦合/去耦網絡的推薦參數為:
耦合電阻 R = 40Ω再加上所選鉗位裝置的阻抗;
去耦電感 L = 20 mH.
鉗位裝置的EUT輸出端的脈沖波形由脈沖幅度和鉗位裝置本身的特性決定;因此,不可能規定波形的量值和容差。
4.3.2.3 采用雪崩裝置的耦合/去耦網絡
本方法可以用在因功能問題而不能使用電容耦合的場合。該功能問題是由電容接至EUT而引起的(見圖11)。硅雪崩裝置或氣體放電管都有一個較低的寄生電容并且允許與更多型號的I/O連線相連接。然而,典型的氣體放電管有一個較高的點火電壓,它將嚴重影響浪涌耦合的波形。
如圖12所示為一個采用放電管的耦合/去耦網絡的例子。
放電管的工作電壓應該選的盡可能小,但是要高于被測線路的工作電壓。
耦合/去耦網絡的推薦參數為:
耦合電阻 R = 40 Ω再加上放電管的阻抗(充有氣體的或固態的);
去耦電感 L = 20 mH。
雪崩裝置的EUT輸出端的脈沖波形由脈沖幅度和雪崩裝置本身的特性決定;因此,不可能規定波形的量值和容差。
4.3.3 用于對稱線的氣體放電管耦合/去耦網絡
對于非屏蔽對稱電路(通信),推薦用氣體放電管耦合,如圖14所示。
在多芯電纜中,耦合網絡還具有調節浪涌分布的任務。
因此,耦合網絡的阻抗Rm2(對n芯電纜)應為n x 40Ω(n≥2)。Rm2不應超過250Ω。
示例1:信號發生器產生一個1.2/50µs的浪涌:n = 4,Rm2 = 4 x 40Ω,信號發生器的總阻抗值大約為42Ω。
示例2:信號發生器產生一個10/700µs的浪涌:n = 4,Rm2 = 4 x 25Ω。當信號發生器的S1端口閉合時,其阻抗Rm1 (15Ω)的總值約為42Ω,如圖4所示。
耦合/去耦網絡的推薦參數為:
耦合電阻: Rm2加上放電管的阻抗;
去耦電感: L = 20 mH。
放電管的EUT輸出端的脈沖波形由脈沖幅度和放電管本身的特性決定;因此,不可能規定波形的量值和容差
4.3.4 用于高速通信線路的耦合/去耦網絡
由于物理結構的限制,大部分耦合/去耦網絡的處理頻段被限制在100kHz。如果沒有適當的耦合/去耦網絡用于商用的場合,浪涌應被直接施加到高速通信數據端口。
耦合方式可選作為一種電路的功能和運行條件。這一點必須在產品規格中規定。
一個針對高速線路的耦合/去耦網絡,只要不影響通信,就能夠使用。如圖15所示。
5.試驗配置
5.1 試驗設備
試驗配置包括設備:
- 受試設備(EUT);
- 輔助設備(AE);
- 電纜(規定類型和長度);
- 耦合去耦網絡;
- 組合波信號發生器;
- 耦合網絡/保護裝置;
- 當試驗頻率較高(如經過氣體放電管耦合)和按7.6.1所述和圖17對屏蔽電纜測試時,需要金屬接地參考平板。只有EUT的典型安裝有金屬接地參考平面,試驗時連接到接地參考平面才是必須的。
5.2 EUT電源端試驗的配置
1.2/50µs的浪涌經電容耦合網絡加到EUT電源端上(見圖7、圖8、圖9和圖10)。為避免對同一電源供電的非受試設備產生不利影響,并為浪涌波提供足夠的去耦阻抗,以便將規定的浪涌施加到受試線纜上,需要使用去耦網絡。
如果沒有其它規定,EUT和耦合/去耦網絡之間的電源線長度不應超過2m。
本標準規定,只有直接連接到交流和直流電源系統的端口才被認為是電源端口。
對沒有接地線的或外部接地端的雙重絕緣產品,測試應按接地設備的方法進行,但是不允許添加額外的外部接地連接。如沒有其它接地連接的可能,可以不進行線到地測試。
5.3 非屏蔽不對稱互連線試驗的配置
通常,按圖10用電容向線路施加浪涌。耦合去耦網絡對受試線路的規定功能狀態不應產生影響。
圖12和13給出了另一種試驗配置(用氣體放電耦合)供具有較高信號傳輸頻率的線路使用,應根據傳輸率下的容性負載來選擇耦合方法。本方法降低了EUT上的容性負載,也許更適合高頻電路。
如果沒有其它規定,EUT和耦合/去耦網絡之間的互連線長度不應超過2m。
5.4 非屏蔽對稱互連通信線的試驗配置
對于對稱互連/通信線路(見圖14),通常不使用電容耦合的方法,而采用氣體放電管耦合。不能對氣體放電管觸發點(對90V氣體放電管約為300V)以下的試驗等級作規定。
注:應注意兩種試驗布置:
a) 對僅在EUT有第二級保護的設備級抗擾度試驗配置,用較低的試驗等級,如0.5kV或1kV。
b) 對有級保護的系統級抗擾度試驗配置,用較高的試驗等級,如2kV或4kV。
如果沒有其它規定,EUT和耦合/去耦網絡之間的互連線長度不應超過2m。
5.5 高速通信線的試驗布置
當傳輸數據速率較高或傳輸頻率較高,不能使用耦合/去耦網絡時,可使用本章的試驗配置,如圖15所示。
試驗前,檢驗端口是否工作正常;然后斷開外部設備,不用耦合/去耦網絡直接將浪涌施加在端口終端上,浪涌施加完后,再次檢驗端口是否工作正常。
試驗中,EUT在沒有連接端口時應功能正常,然而,應注意到,有些EUT在數據/通信線被拔掉后,將從內部試圖關掉或斷開通信端口。如果可能,應采取措施確保EUT在試驗過程中數據/通信端口工作正常。
注:耦合/去耦網絡含低通濾波元件,能夠阻止浪涌的高頻分量通過,但低頻信號和電源能通過。當所需信號的頻率超過100kHz或數據傳輸率大約100kbit/s,浪涌試驗中所需的濾波元件將大大降低有用信號。
5.6 屏蔽線的試驗配置
對于屏蔽線,耦合/去耦網絡不再適用,在此情況可用7.6.1或7.6.2所示的試驗配置。
5.6.1直接施加
EUT與地絕緣,浪涌直接施加在它的金屬外殼;受試端口的終端(或輔助設備)接地。該試驗適用于使用單層或多層屏蔽電纜的設備(見圖16和圖17)。
注:圖16或圖17提到的接地參考平面是一低阻抗參考點,采用專用電纜或接地平板更易實現該要求。除受試端口,所有與EUT連接的端口都應該通過合適方法如安全隔離變壓器或合適的耦合/去耦網絡與地絕緣。在受試端口和連接到該端口的電纜的另一端的裝置(輔助設備見圖16和圖17)之間的電纜的長度應該是EUT規定的長度或20m兩者之間的短者,如果長度超過1m,應該按非電感性的結構捆扎。
屏蔽線施加浪涌的規則:
a) 兩端接地的屏蔽線
按圖16給屏蔽層施加浪涌。
b) 一端接地的屏蔽線
按圖17進行試驗,如果在安裝中,屏蔽層僅在輔助設備端接地,則試驗應該在這種配置下進行,但是信號發生器仍按圖17所示連接在EUT一側。如果電纜長度允許,電纜應該置于0.1m高的絕緣墊或線槽上。
對屏蔽的試驗等級用具有2Ω源阻抗的信號發生器。
對沒有金屬外殼的產品,浪涌直接施加到屏蔽電纜。
圖16適用于屏蔽線(見7.6)和電位差(見7.7)的試驗配置實例
注1 連接到EUT和/或AE的電源可以經過一去耦網絡,如圖7所示,而不是經過隔離變壓器,在此情況下,應斷開EUT的保護接地。
注2 該配置示意圖也適用于直流供電的EUT。
圖17適用于一端接地的屏蔽線(對應7.6)和電位差(對應7.7)的實驗配置實例
注1 連接到EUT和/或AE的電源可以經過一去耦網絡,如圖7所示,而不是經過隔離變壓器,在此情況下,應斷開EUT的保護接地。
注2 該配置示意圖也適用于直流供電的EUT
5.6.2 測試多根屏蔽電纜中的單根電纜的可選耦合方法
按圖18,用一根導線將浪涌盡可能地施加到受試的互連線纜上。在某一試驗配置中的兩個和多個EUT(或一個EUT和AE)之間,有多根屏蔽電纜,且有多個接地點,為了將浪涌施加到個別電纜或一捆電纜,這種耦合方式很有效。如果個別電纜的典型安裝是被捆綁在一起的,那么試驗也應該在捆綁的條件下進行。
在受試端口和與該端口連接的電纜的另一端的裝置之間的電纜長度應該是EUT規定的長度或20m兩者中短者。如果長度超過1m,超過的部分應該在電纜的中心位置以30m到40cm的長度捆扎。如果因電纜太多或太硬不易捆扎,或因為測試是在用戶的安裝條件下進行的,在測試報告中,應對超長電纜的處理進行詳細說明。
圖18適用于屏蔽線和電位差,特別適用于有多根屏蔽電纜配置的耦合方式和試驗配置
說明:
LT 必需測試的信號接口線
LN 不必測試的信號接口線
IW 注入線
注:這種配置也適用于直流供電的受試設備;
實驗配置特性(AE應該連接到地);
信號發生器置于EUT附近;
信號發生器的共模輸出連接到EUT上;
信號發生器的輸出脈沖經過最靠近EUT和AE之間的接口電纜的絕緣注入線注入到AE,絕緣注入線的跨接部分不是很關鍵;
ILT≈I和ILN<<I 大的注入電流將經過受試電纜的屏蔽層(相同的影響);
應根據安裝需要選擇電纜長度,該長度最長20m。
受試電纜應離接地參考平板或屏蔽室的墻至少1m。
為了防止構成電流回路,非受試電纜應離受試電纜和接地平板或屏蔽室的墻面至少0.4m。
5.7 施加電位差的試驗配置
在系統電平測試中,如必須施加電位差來模擬系統內部暴露的導電部位和底座間可能出現的電壓,如漏電流,缺陷或放電,則對使用屏蔽線帶得系統可按圖16進行試驗,對非屏蔽線或屏蔽線僅在一端接地的系統按圖17進行試驗。
5.8 EUT工作狀態
試驗時的工作狀態和安裝情況應與產品技術要求一致,應包括兩個方面:
—試驗布置(硬件);
—試驗程序(軟件)。
6試驗程序
6.1 實驗室參考條件
為了使環境參數對試驗結果的影響減至最小,試驗應在8.1.1和8.1.2規定的氣候和電磁環境基準條件下進行。
6.1.1氣候條件
除非通用標準,行業標準和產品標準有特別規定,實驗室的氣候條件應該在EUT和試驗儀器各自的制造商規定的儀器正常工作的一切范圍內。
如果相對濕度很高,以至于在EUT和試驗儀器上產生凝露,則不應進行試驗。
6.1.2電磁環境
實驗室的電磁環境不應影響試驗結果。
6.2在實驗室內進行浪涌試驗
試驗之前,應對信號發生器和耦合/去耦網絡進行校驗。性能檢查對于浪涌脈沖及其電壓和/或電流的存在通常是有限的。
試驗應根據試驗方案進行,方案中應規定試驗配置,應包含如下內容:
— 試驗等級(電壓);
— 浪涌次數;
除非相關的產品標準有規定,施加在直流電源端和互連線上的浪涌脈沖次數應為正負極性各五次,對交流電源端口,應分別在0°、90°、180°、270°相位施加正負極性各五次的浪涌脈沖;
— 連續脈沖間的時間間隔:1分鐘或更短;
— EUT的典型工作狀態;
— 浪涌施加的位置。
電源端口(直流或交流)可能是輸入或輸出端口。
注:推薦將浪涌施加于那些容易將浪涌傳導入EUT內部的輸出端口(如:具有大功率損耗的開關負載)。
如次級電路(與交流電源端口隔離)不會直接遭受瞬態高壓時(例如:可靠接地、經過電容濾波的直流次級電路,峰峰值的紋波不及支流元件產生的10%)則低電壓(小于等于60V)的直流輸入/輸出端可不進行浪涌試驗。
在有幾個相同線路的情況下,只需選擇一定數量的線路進行典型測量。
如果試驗中浪涌的重復率比1/min更短使EUT發生故障,而以1/min重復率進行測試時,EUT工作正常,通常使用1/min的重復率進行測試
注2 如果產品合適,產品委員會可能選擇不同相位角、或者增加、減少每相的浪涌次數。
注3 對常用的浪涌保護裝置,盡管它們的峰值電壓和峰值功率能經受大電流,但是它們的平均功率較低。因此,兩次浪涌的時間間隔取決于EUT內置的保護裝置。
測試應用的更多信息見B.2。
當進行線地測試時,如果沒有其它規定,應依次進行測試。
試驗程序應考慮受試設備的非線性電流-電壓特性,因此,試驗電壓只能由低等級逐步增加到產品標準或試驗方案/報告中規定的試驗等級而不能超過它,所有較低等級(包括選擇的試驗等級)均應滿足要求。
對第二級保護試驗時,信號發生器的輸出電壓應增加到級保護的電壓擊穿值(讓通值)。
如果沒有實際工作信號源提供給EUT,可以對其模擬。
對于驗收試驗,應使用以前未曾加過浪涌的設備,否則在試驗前應替換保護裝置。
6.3 試驗結果的評估
試驗結果應依據受試設備在試驗中的功能喪失或性能降低現象進行分類,相關的性能水平由設備的制造商或需要方確定,或由產品的制造商和購買方雙方協商同意。建議按如下要求分類:
a) 在制造商、委托方或購買方規定的限值內性能正常;
b) 功能或性能暫時喪失或降低,但在騷擾停止后能自行恢復,不需要操作者干預;
c) 功能或性能暫時喪失或降低,但需操作人員干預才能恢復;
d) 因設備硬件或軟件損壞,或數據丟失而造成不能恢復的功能喪失或性能降低。
由制造商提出的技術規范可以規定對EUT產生的某些影響是不重要的,因而是可接受的試驗影響。
在沒有合適的通用、產品或產品類標準時, 這種分類可以由負責相應產品的通用標準、產品標準和產品類標準的專業標準化技術委員會用于作為明確表達功能準則的指南,或作為制造商和購買方協商的性能規范的框架。
7.新、舊版標準的主要區別
與GB/T 17626.5-1999的主要差異如下:
1) 增加了新的定義。
2) 增加了開路電壓波10/700us的電流波形(5/320us)。
3) 在耦合/去耦合網絡EUT端口,也規定了電壓/電流波形要求。
4) 新增了耦合/去耦合網絡選用的流程圖。
5) 增加了用于高速通信線的耦合/去耦網絡和高速通信線的試驗要求。
6) 對于一端接地的屏蔽線的測試,取消了對地電容的要求。
7) 新增了在具有多根屏蔽電纜時,對單根屏蔽電纜進行測試的替代耦合方法。
8) 浪涌重復率改為至少每分鐘一次。
9) 修改了對試驗結果的評價。
10) 對試驗報告給出了詳細的規定。
11) 修改了表A.1試驗等級的選擇。
12) 增加了附錄B中有關系統級抗擾度的描述。
13) 增加了附錄C。
其中前一種情況稱為直接放電(直接對設備放電);后一種情況稱為間接放電(通過對鄰近物體的放電,間接構成對設備工作的影響).靜電放電可能造成的后果是:
⑴通過直接放電,引起設備中半導體器件的損壞,從而造成設備的性失效.
⑵由放電(可能是直接放電,也可能是間接放電)而引起的近場電磁場變化,造成設備的誤動作.
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