Surge

浪涌(冲击)抗扰度

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IEC61000-4-5:2014 标准解读

发布时间:2024-11-17 14:56:18

一、法规版本
       IEC61000-4-5:2014 (新版)
       IEC61000-4-5:2005 (旧版)

二、测试设备变更差异
       新版法规在组合波脉冲发生器的设计原理上和旧版法规一样,没有变更;但是在耦合网络上却有很多变更。
U-高压源;Rc-充电电阻;Cc-储能电容;Rs-脉冲持续时间形成电阻;
Rm-阻抗匹配电阻;Lr-上升时间形成电感
1、新版法规在6.3.2章节CND定义中对三相电CDN电路有变化,相线间增加了电容电容。
       IEC61000-4-5:2014新版法规内容:
       IEC61000-4-5:2005旧版法规内容:

2、新版法规6.3.3.3针对信号线耦合网络,特别指明4对(8线)耦合网络每线阻值。对于1.2/50μs脉冲波形,并联等效阻值应该是40Ω;4对(8线)相对应的每根线上的阻值为R=8x40Ω=320Ω。限流电阻上限值没有限制。10/700μs脉冲波形限流电阻定义为每路线25Ω。
      IEC61000-4-5:2005旧版法规内容:如果是2对(4线)相对应的每根线上的阻值为R=4x40Ω=160Ω,R值最大不能超过250Ω。

3、版法规6.3.3.3针对信号线耦合网络参数
         IEC61000-4-5:2014新版法规内容:

       IEC61000-4-5:2005旧版法规内容:

三、测试方法差异
1、新版法规在第5章节测试等级更加详细的描述了线对线,线对地的测试等级;旧版没有。
       IEC61000-4-5:2014内容:
       IEC61000-4-5:2005旧版法规内容:

2、新版法规在6.2.2章节,信号发生器特性参数中新增加了短路电流加10Ω的值。
       IEC61000-4-5:2014内容:
       IEC61000-4-5:2005内容:
3、在发生器波形参数定义上,新版法规定义的更加明确精准。
       IEC61000-4-5:2014内容(1.2/50 μs波形),波前时间Tf定义为波峰上升沿30%-90%的量测值T与1.67常数的乘积;即Tf = 1.67 xT = 1.2 μs ± 30 % 。持续时间Td 定义为半峰值时间Tw(波峰上升沿值50%与波峰下降沿值50%的时间)即Td = Tw = 50 μs ± 20 %. 。
       IEC61000-4-5:2005内容(1.2/50 μs波形),波前时间T1定义为波峰上升沿30%-90%的量测值与1.67常数的乘积;即T1 = 1,67 × T = 1.2 μs ± 30 %。半峰值时间T2定义为波峰上升沿值以30%-90%斜率与X轴的交叉点计算,量测上会存在很大误差即T2 = 50 μs ± 20 %.。
       IEC61000-4-5:2014内容(8/20 μs波形),波前时间Tf定义为波峰上升沿10%-90%的量测值T与1.25常数的乘积;即Tf = 1.25 xT = 8 μs ± 20 % 。持续时间Td 定义为半峰值时间Tw(波峰上升沿值50%与波峰下降沿值50%的时间)与常数1.18的乘积即Td = 1,18 x Tw = 20 μs ± 20 % 。
       IEC61000-4-5:2005内容(8/20 μs波形),波前时间T1定义为波峰上升沿10%-90%的量测值T与1.25常数的乘积;即T1 = 1.25xT = 8 μs ± 20 % 。半峰值时间T2定义为波峰上升沿值以10%-90%斜率与X轴的交叉点计算,量测上会存在很大误差即T2 = 20 μs ± 20 % 。
       IEC61000-4-5:2014版定义开路电压1.2/50 μs 波形:
       IEC61000-4-5:2005版定义开路电压1.2/50 μs 波形:
       IEC61000-4-5:2014版定义短路电流8/20 μs 波形:
       IEC61000-4-5:2005版定义短路电流8/20 μs 波形:
       IEC61000-4-5:2014内容(10/700 μs波形),波前时间Tf定义为波峰上升沿30%-90%的量测值T与1.67常数的乘积;即Tf = 1.67 xT = 10 μs ± 30 % 。持续时间Td 定义为半峰值时间Tw(波峰上升沿值50%与波峰下降沿值50%的时间)即Td = Tw = 700 μs ± 20 %. 。
       IEC61000-4-5:2005内容(10/700 μs波形),波前时间T1定义为波峰上升沿30%-90%的量测值与1.67常数的乘积;即T1 = 1,67 × T = 10 μs ± 30 %。半峰值时间T2定义为波峰上升沿值以30%-90%斜率与X轴的交叉点计算,量测上会存在很大误差即T2 = 700 μs ± 20 %.。
       IEC61000-4-5:2014内容(5/320 μs波形),波前时间Tf定义为波峰上升沿10%-90%的量测值T与1.25常数的乘积;即Tf = 1.25 xT = 5 μs ± 20 % 。持续时间Td 定义为半峰值时间Tw(波峰上升沿值50%与波峰下降沿值50%的时间)与常数1.18的乘积即Td = 1,18 x Tw = 320 μs ± 20 % 。
       IEC61000-4-5:2005内容(5/320 μs波形),波前时间T1定义为波峰上升沿10%-90%的量测值T与1.25常数的乘积;即T1 = 1.25xT = 5 μs ± 20 % 。半峰值时间T2定义为波峰上升沿值以10%-90%斜率与X轴的交叉点计算,量测上会存在很大误差即T2 = 700 μs ± 20 % 。
       IEC61000-4-5:2014版定义开路电压10/700 μs 波形:
       IEC61000-4-5:2005版定义开路电压10/700 μs 波形:
       IEC61000-4-5:2014版定义短路电流5/320 μs 波形:
       IEC61000-4-5:2005版定义短路电流5/320 μs 波形:
4、新版法规在6.2.3章节发生器校验要求。校准时发生器输出端串接18 μF 电容,并要求开路状态下负载要大于或等于10KΩ;在短路状态下要经过18 μF (如果仪器内置18 μF 电容,则不需要额外增加电容)电容量测。
5、新版法规在6.2.3章节CDN电源端要求新增加100A-200A范围定义。大电流的EUT表示其阻抗低,导致浪涌接近短路情况。因而,对于大电流的CDN,电流波形是主导波形。
       IEC61000-4-5:2014要求:


       IEC61000-4-5:2005要求:
6、版法规6.4.3.2针对信号线耦合网络新增加校验说明,旧版没有。
校准CDN时,CDN的AE侧的DN的输入端与PE短接。其目的是检查元件的正常功能,如去耦扼流圈的饱和度,DN部分的去耦效果,CN部分电容耦合出效果。

CDN不对称互联线测试基本原理:
  耦合 测量 AE侧 EUT侧
EUT侧的浪涌电压 单线-PE 单线
峰值电压、波前时间、持续时间
所有线短接PE 开路
EUT侧的浪涌电流 单线-PE 单线
峰值电流、波前时间、持续时间
所有线短接PE 短路
EUT侧的浪涌电压 单线-线 单线
峰值电压、波前时间、持续时间
所有线短接PE 开路
EUT侧的浪涌电流 单线-线 单线
峰值电流、波前时间、持续时间
所有线短接PE 短路
AE侧的残余电压
(带有保护元件)
单线-PE 线-地
峰值电压
开路 开路
针对CDN 上EUT端口量测不对称互联线波形1.2/50μs
耦合方式 CWG
输出电压
a , b , c
Voc
CDN的EUT输出
端的电压
±10%
电压波前时间Tf
Tf=1.67×Tr  ±30%
电压持续
时间Td
Td=Tw 
±30%
Isc
CDN的EUT
输出端的
电流
±20%
电流波前
时间Tf
Tf=1.25×Tr ±30%
电流持续
时间Td
Td=1.18×Tw ±30%
线-PE
R=40Ω
CD=0.5μF
4kV 4kV 1.2μs 38μs 87A 1.3μs 13μs
线-PE
R=40Ω
CD=GDT
4kV 4kV 1.2μs 42μs 95A 1.5μs 48μs
线-线
R=40Ω
CD=0.5μF
4kV 4kV 1.2μs 42μs 87A 1.3μs 13μs
线-线
R=40Ω
CD=GDT
4kV 4kV 1.2μs 47μs 95A 1.5μs 48μs
通常建议以最大的额定冲击电压校准CDN,这样能将CLD和GDT产生的开关噪声的影响最小化。表中的值对应发生器设定值为4kV。如果CDN的额定冲击电压值是其他的最大值,那么应以该最大值校准。规定的短路峰值电流要求也应相应的变化。例如,如果最大电压为1kV,那么短路电流值应在此表的基础上乘以1/4。
通过气体避雷器、钳位器或雪崩器件的耦合将会对浪涌波形产生一些开关噪声。以最大可能的浪涌电压进行校准能使得测量误差最小化。通常建议忽略开关噪音对波前时间和持续时间测量的影响。
表中的值是CWG的理想值。如果CWG产生的波形参数值接近允差,那么CDN带来的额外允差可能使得CWG和CDN的组合超出允差。 
 
CDN对称互联线测试基本原理:
  耦合 测量 辅助设备侧 被测设备侧
EUT侧的浪涌电压 共模,所有线-PE
40Ω线路a
所有的线短接在一起
峰值电压,波前时间,持续时间
所有线路短接到PE 开路
所有线连接在一起
EUT侧的浪涌电流 共模,所有线-PE
40Ω线路a
所有的线短接在一起
峰值电流,波前时间,持续时间
所有线路短接到PE 所有线短接到PE
AE侧的剩余电压(保护元件) 共模,所有线-PE
40Ω线路a
每根线依次接到PE
峰值电压
开路 开路
 40Ω线路是指传输阻抗始终是40Ω。这表示,对于1对线的耦合,每根线阻抗为80Ω或1对线为40Ω,对于2对线的耦合,每根线阻抗为160Ω或每对线为80Ω,对于4对线的耦合,每根线阻抗为320Ω或每对线为160Ω。
针对CDN 上EUT端口量测非屏蔽对称互联线波形1.2/50μs
耦合方式 CWG输出电压
abc
耦合/去耦合网络EUT输出端的电压Voc
±10%
电压
波前时间Tf
Tf=1.67×Tr
±30%
电压
持续时间Td
Td=Tw
±30%
耦合/去耦合网络EUT输出端的电流Isc
±20%
电流
波前时间Tf
Tf=1.25×Tr
±30%
电流
持续时间
Td=1.18×Tw
±30%
共模CDd
(40Ω线路)
2kV 2kV 1.2μs 45μs 48A 1.5μs 45μs
a建议以最大的额定浪涌电压对CDN进行校准,这将减少由CLD和GDT产生的开关噪声的影响。表中所示数值对应发生器的设定电压为2kV。如果CDN的额定浪涌电压值是另外一个最大值,那么应按这个最大值校准。短路峰值电流要求也应相应的变化。例如,如果最大电压为4kV,那么短路电流值应在此表的基础上乘以2。
b气体避雷器、钳位器和雪崩器件耦合设备能对浪涌波形产生开关噪音。用最大可能浪涌电压校准能将这些测量误差最小化。通常建议忽略峰值测量时的开关噪音。
c表中的值是CWG的理想值。如果CWG产生的波形参数值接近允差,那么CDN带来的额外允差可能使得CWG和CDN的组合超出允差。
d耦合装置(CD)可能是基于电容、气体避雷器、钳位器、雪崩器件或任何其他可以使得EUT所需的数据正常工作的方式,同时,满足该表规定的浪涌波形参数。
 

针对CDN 上EUT端口量测非屏蔽对称互联线波形10/700μs
  耦合方式 测量 AE侧 EUT侧
EUT侧浪涌电压 共模 1对线-PE 1对线的2根线短接:峰值电压,波前时间,持续时间 所有使用的线缆短接到PE 开路,1对线的2根线连接在一起
EUT侧浪涌电流 共模 1对线-PE 1对线的2根线短接:峰值电流,波前时间,持续时间 所有使用的线缆短接到PE 1对线的2根线同时短接到PE
AE侧(带保护器件)残压 共模 1对线-PE 1对线的2根线短接:峰值电压 开路 开路
 
耦合方式 CWG输出
电压a,b,c
EUT输出端CDN电压VOC
±10%
电压
波前时间Tf
±30%
电压
持续时间Td
±30%
EUT输出端CDN电流ISC
±20%
电流
波前时间
Tf
±30%
电流
持续时间
Td
±30%
共模耦合CD
 一对线
27.5Ω
4kV 4kV 8μs 250μs 145A 3.2μs 250μs
a对于多于1对线的CDN,每一对线应分别校准,如表A.3所述。
b当通过气体放电管、箝位器或雪崩器件耦合时,会在脉冲波形上产生开关噪声。工作在最高工作电压下会将其对测量的影响最小化。建议忽略开关噪声对波前时间和持续时间测量的影响。
C本表格中所显示数值为CWG的理想值。如果CWG产生的波形参数值接近允差,那么CDN带来的额外允差可能使得CWG和CDN的组合超出允差。
7、新版法规7.1章节测试场地设置中新加入场地要求,建议要求设置同IEC 61000-4-4测试场地要求一样有一个接地参考面。
8、新版法规7.3章节新规定,根据EUT的工作电流选择规格适用的CDN。例如,EUT工作电流是5A,选择相匹配的16A电流CDN。主要考虑的是大电流CDN参数在满足大电流的要求时,运用在小电流测试系统中,参数超出标准要求。如果大电流CDN参数能满足小电流要求的参数,则可以兼容小电流测试。CDN规格如下:


9、新版法规7.6章节针对屏蔽线测试。在使用直接注入法时,要求EUT和AE连线是20m,最短距离>10m。制造商在定义线长<10m的,不适用测试。旧版法规则无此说明。
对于两端接地的屏蔽线,试验使用2Ω源阻抗和18 μF 电容直接施加。
对于一端接地的屏蔽线,则应按照非屏蔽不对称线或非屏蔽对称线方式进行测试。
10、对于连接到户外对称通信线的端口(典型线缆长度超过300m),应使用10/700μs组合波发生器(见附录A)。对于其他情况,应使用1.2/50μs组合波发生器。
11、新版法规8.3章节针对三相测试系统,,应在同一受试相线上进行相位角的同步,即当在L2和L3间施加浪涌脉冲时,相位角同步应为L2和L3间的电压。
Annex A  新版法规定义通讯信号线用10/700的波形测试,EUT有保护装置的要按照K.44的方法测试。
Annex B   B.5章节新版法规正对电源端口测试等级有新的定义。
电源端口:


通讯端口:

Annex  E新增加SURGE波形数学模型。
Annex  F新增加SURGE不确定度计算方式。
Annex  G新增加脉冲测量系统校准方法。
用于开路电压(1.2/50μs10/700μs)的脉冲测量系统
在分压器输入端施加电压阶跃信号,使用数字存储示波器记录阶跃响应,电压阶跃发生器需满足G.1的要求。将阶跃响应归一化,使稳定幅值归一。标准化开路电压的测量系统(分压器和示波器)输出Uout(t)为

其中 为归一化电压测量系统的试验阶跃响应。
 为标准的开路电压波形。
用于短路电流(8/20μs5/320μs)的脉冲测量系统
在分流器输入端施加电流阶跃信号,使用数字存储示波器记录阶跃响应,图G.1为适用的电流阶跃发生器框图,电压阶跃发生器需满足G.1的要求。

图G.1电流阶跃发生器框图

UDC:稳定可调直流源
R:限流电阻
L:储能电感
SW:快速电源开关
D:快速功率二极管
CD:分流器
将阶跃响应归一化,使稳定幅值变为一致。标准化短路电流的测量系统(分流器和示波器)输出 


                          
其中 为归一化电流测量系统的试验阶跃响应
  为标准化短路电流波形
Annex  H 对额定电流大于200A的供电线路施加浪涌的耦合去耦方法
由于大电流小阻抗的EUT可能与浪涌发生器连接,则大部分的浪涌能量将被发生器的输出阻抗吸收。
去耦线上的电感值建议值

 
EUT电流值 推荐去耦感抗值
200A<电流值≤400A 200μH~100μH
400A<电流值≤800A 100μH~50μH
800A<电流值≤1600A 50μH~25μH
安培值<电流值≤2×安培值 电感值减少2倍
 
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