A valós körülmények között telepített elektronikus berendezések gyakran érzékenyek a villámcsapások, az elektromos hálózatok kapcsolása, az induktív terhelések megszakítása és az elektrosztatikusan nem megfelelő földeléssel való összekapcsolódás miatti átmeneti túlfeszültségre. Annak érdekében, hogy a termékek ilyen események során ne meghibásodjanak és ne robbanjanak ki, a mérnökök egy ... túlfeszültség-generátor amely szabályozott laboratóriumi környezetben szabványosított nagy energiájú feszültséglökéseket hoz létre. A tesztelés során ezt a berendezést általában egy túlfeszültség-generátorral kombinálva alkalmazzák, amely lehetővé teszi a feszültségterhelés és az áramválasz egyidejű figyelembevételét. Az eszközök kombinációja elfogadható vizsgálatot tesz lehetővé egy eszköz túlfeszültség-tűrő képességéről.
A túlfeszültség-tesztelés abban különbözik az állandósult állapotú villamos vizsgálatoktól, hogy a túlfeszültség-események rövid időtartamú, nagy energiájú események, amelyek véletlenszerűen történnek a terepen. Ezek az átmeneti túlfeszültségek sokszor meghaladhatják a normál üzemi feszültségeket mikroszekundumok alatt. Ezeket a feltételeket egy túlfeszültség-generátor ismételhető módon alkalmazza, amely lehetővé teszi a mérnök számára, hogy mérje a védőelemek, szigetelőrendszerek és áramköri elrendezések viselkedését extrém elektromos terhelések esetén.

Az elektronikus rendszerek túlfeszültség-terhelésének megértése

A túlfeszültség-események azok az esetek, amikor külső behatolók szükségtelen energiát juttatnak az elektromos rendszerbe. A villámcsapás okozta túlfeszültségek az egyik legpusztítóbbak, azonban a mindennapi teljesítménykapcsolási folyamatok is káros tranzienseket okozhatnak. A távvezetékeken, jelkábeleken és földelőrendszereken keresztül ezek az események átterjednek az elektronika érzékeny áramköreire.
A túlfeszültség okozta károsodás nem feltétlenül gyors és nyilvánvaló. A félvezető interfészek gyengévé válhatnak, a szigetelők részben elhasználódhatnak, és a védőelemek hatástalanná válhatnak. A túlfeszültség-tesztelést katasztrofális hibák és látens károk vizsgálatára használják, amelyek hosszú távon csökkenthetik a megbízhatóságot.
Ezeket a stresszállapotokat szabványosított hullámformákkal szimulálják, amelyek a valós energiaátadást képviselik a világban, szemben az ideális feszültségcsúcsokkal.

Ábra: Túlfeszültség-generátor

A túlfeszültség-hullámgenerálás elve

A lökéshullám-generátor fő célja, hogy meghatározott emelkedési idővel, csúcsfeszültséggel és energiatartalommal rendelkező lökéshullám-alakzatot hozzon létre. Ezeket a paramétereket szigorúan meghatározzák és specifikálják a nemzetközi szabványokban az egységesség és a relevancia biztosítása érdekében.
A hullámforma általában egy gyors feszültségnövekedésből és egy lassabb csökkenésből áll, ami az energia bevezetését és disszipációját ábrázolja a tényleges túlfeszültség-esés során. Ez a hullámforma a generátor belsejében alakul ki, és nagyfeszültségű kondenzátorok, ellenállások és kapcsolóelemek viszik át.
A vizsgált géphez csatlakoztatott lökőáram-generátor ezt a kimenetet használja a meghatározott csatlakozókon. A lökőáram-generátor kialakítása biztosítja, hogy a generált áram hasonló legyen a tényleges lökőáram-viszonyokhoz, és ez lehetővé teszi a feszültségszigetelés és az áramvezető képesség összehasonlítását.

Miért számít mind a feszültség, mind az áramerősség?

A túlfeszültség-tűrés nem értékelhető pusztán a csúcsfeszültség-tűrés mérésével. A valódi túlfeszültség-események nagy mennyiségű árammal járnak, ami megterheli a vezető útvonalakat, a védőeszközöket és a földelő szerkezeteket.
Egy túlfeszültség-generátort használnak a túlfeszültség során folyó áram mennyiségének mérésére és szabályozására. Ez lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy meghatározzák a védőáramköri elemek, beleértve a varisztorokat, a gázkisülési csöveket és a tranziens feszültségcsökkentőket, azon képességét, hogy biztonságosan elvezetik az energiát túlmelegedés és törés nélkül.
A feszültség- és áramerősség-tesztelés hozzáadásával a túlfeszültség-teszt megmutatja, hogy egy eszköz képes-e ellenállni egy túlfeszültségnek, vagy biztonságosan használható-e energiával hosszú távú értékveszteség nélkül.

Szabványosított vizsgálati feltételek alkalmazása

A túlfeszültség-generátorok dokumentált vizsgálati protokollok alapján működnek, amelyek előírják a hullámforma alakját, amplitúdóját, polaritását és ismétlődését. A szabványosított feltételek értelmessé és összehasonlíthatóvá teszik a vizsgálatok eredményeit a laboratóriumok között.
A túlfeszültségek több szintjét használják a különböző súlyossági szintek szimulálására. Az alacsonyabb szintek a közvetett expozíciót jelentik, a magasabb szintek pedig a villámcsapás vagy kapcsolási események közvetlen összekapcsolását szimulálják. A két pólust pozitív és negatív módon használják, mivel az áramkör viselkedése gyakran változik az áram irányával.
Ismétlődő túlfeszültségek segítségével a mérnökök felmérik a kumulatív feszültséghatásokat, és fokozatosan romló eredményeket észlelnek, amelyek egyetlen előfordulás után nem feltétlenül nyilvánvalóak.

A védőáramkör hatékonyságának értékelése

A modern elektronikus eszközökben a túlfeszültség-védelmet többrétegű megoldásokkal valósítják meg. Ezek lehetnek külső védőeszközök, belső túlfeszültség-elhárító alkatrészek és NYÁK-elrendezési tervek. A túlfeszültség-tesztelés ezen elemek terhelés alatti kölcsönhatásának meghatározására szolgáló teszt.
Egy túlfeszültség-generátor szabályozott túlfeszültség-hullámoknak teszi ki az eszközt, a mérnökök pedig megfigyelik és tesztelik a feszültségrögzítés viselkedését, az áramfolyási útvonalakat és a funkcionális viselkedést. A hatékony védelem megőrzi a belső feszültségszinteket, és biztonságosan elvezeti a túlfeszültség-energiát a földbe.
A tesztelés azt mutatja, hogy a védelem a megfelelő szinten működik, és hogy a meghibásodás után megfelelően helyreáll. A védelmi elemek megfelelő koordinációjának hiánya részleges meghibásodásokhoz vezet, bár az egyes alkatrészek a specifikációnak megfelelően működhetnek.

Funkcionális teljesítmény túlfeszültség-események alatt és után

A túlfeszültség-teszttel nemcsak a test károsodásának elkerülése a fontos, hanem az is fontos, hogy a páciens milyen jól működik a túlfeszültség alatt és után. Az eszközök átmenetileg megszakadhatnak, alaphelyzetbe állhatnak, vagy teljesítményük romolhat.
A túlfeszültség-tesztelés az eszköz működésének biztonságát méri, függetlenül attól, hogy helyreáll-e vagy sem, illetve emberi beavatkozást igényel-e. Az ellenőrizetlen adatvesztés/visszaállítás minimális hardverkárosodás esetén is elfogadhatatlannak tekinthető, még akkor is, ha nincs ilyen.
A tesztsorozat során végzett viselkedésmegfigyelésen keresztül a mérnökök megismerhetik a rendszer robusztusságát és a felhasználókra gyakorolt ​​​​hatását.

A csatolási módszerek és a tesztbeállítások fontossága

A túlfeszültség felhasználásának módja ugyanolyan fontos, mint maga a túlfeszültség. A különböző csatolási technikák a valós körülményeket utánozzák. A hálózati vezeték csatolása, a jelvezeték csatolása és a föld csatolása mind igénybevételt jelentenek a készülék különböző részein.
Ezeket az eseteket számos csatolási mód tükrözi, amelyeket egy túlfeszültség-hullámokból álló hullámgenerátor támogat. A valódi tesztkonfiguráció garantálja, hogy a dinamikus energia természetes módon jut be a készülékbe, ahelyett, hogy elkerülné a létfontosságú biztonsági okokat.
A sokéves tapasztalattal rendelkező laboratóriumok különös figyelmet fordítottak a vizsgálatok elrendezésére, hogy ne kapjanak félrevezető adatokat a kábelek helytelen földelése vagy elvezetése miatt.

Szerep a termékfejlesztésben és a tanúsításban

A túlfeszültség-tesztelést a termék életciklusa során alkalmazzák. Az előzetes tesztelés segít a védelmi terv gyenge területeinek azonosításában. A hardver véglegesítése előtt a mérnökök megváltoztathatják az alkatrészek kiválasztását, az elrendezést vagy a földelési megközelítést.
Tervezés – A terv tanúsító laboratóriumokba történő benyújtása előtt előzetes megfelelőségi vizsgálatot végeznek annak biztosítása érdekében, hogy a terv megfeleljen a védettségi céloknak. A végső megfelelőségi vizsgálat dokumentált bizonyítéka lesz annak, hogy az eszköz megfelel a túlfeszültség-tűrés előírt szintjeinek.
A gyártók, mint például LISUN olyan lökéshullám-generátor rendszereket kell kidolgozni, amelyek segítik a folyamat minden fázisát, és állandó hullámforma-generálást, valamint megfelelő mérést biztosítanak extrém tesztkörülmények között.

Hosszú távú megbízhatóság és rejtett károk észlelése

A túlfeszültség-tesztelés az egyik leghasznosabb funkció, mivel feltárja a rejtett károkat. Egy gép kibírja az előzetes tesztfunkciókat, de a piacon idő előtt meghibásodik az alkatrészek elhasználódása miatt.
A mérnökök az ismétlődő túlfeszültségek segítségével azonosíthatják a degradáció trendjét, és nyomon követhetik a teljesítményt az idő múlásával. Ez lehetővé teszi a tervezési fejlesztéseket, amelyek növelik a hosszú távú megbízhatóságot a csupán rövid távú túlélés helyett.
A túlfeszültség-generátor tesztelése ezért nagyban függ a megfelelőségtől, a termék tartósságától és az ügyfél-elégedettségtől.

Összegzés

A túlfeszültség-generátor egy fontos eszköz, amelyet elektronikus berendezések túlfeszültség-tűrő képességének tesztelésére használnak tranziens, valós körülmények között. Egy túlfeszültség-generátor funkcionalitásával együtt használható a feszültségterhelés és az energiakezelés viselkedési jellemzőinek teljes körű felmérésére. A szabványosított hullámalakok, az ellenőrzött alkalmazás és a túlfeszültség-vizsgálattal végzett megismételhető tesztelés feltárja az eszközök viselkedését a valós elektromos zavarokkal szemben.
A mérnökök most már megbízhatóan tesztelhetik a védelmi terveket olyan gyártókon keresztül, mint például LISUN és biztosítsák a szilárdságot, valamint megfeleljenek a nemzetközi szabványoknak. A túlfeszültség-generátorok tesztelése a biztonságos, megbízható és ellenálló elektronikus rendszerek biztosításának fontos része, mivel feltárja a termékek gyengeségeit, mielőtt azokat a terepre telepítenék.