An Generador de sobretensiones de prueba EM Es un equipo especial que replica las sobretensiones transitorias de alta energía que un producto probablemente experimente en campo, lo que permite a los ingenieros realizar pruebas consistentes de inmunidad a sobretensiones. Estos generadores están diseñados para modelar dos tipos de eventos transitorios físicamente diferentes: la onda combinada de alta tensión, que es rápida, de corta duración y alta tensión, y el pulso de alta corriente y corta duración, que corresponde a una escala de tiempo de un segundo de impactos directos de rayos o transitorios de conmutación intensos en líneas eléctricas. El generador de sobretensiones para pruebas EM, al generar pulsos estandarizados con propiedades de amplitud, tiempo de subida y decaimiento muy bien regulados, permite al laboratorio cargar componentes y completar componentes o sistemas eléctricos en condiciones que se asemejan mucho a los riesgos eléctricos del mundo real, manteniendo la trazabilidad y la repetibilidad.

Arquitectura de formación de pulsos y almacenamiento de energía

El componente principal del generador de sobretensiones es una arquitectura de forma/descarga de pulsos que transforma la energía electrostática almacenada en la forma de onda transitoria deseada. La energía se almacena en un paso de carga de alto voltaje que carga una combinación de bancos de condensadores hasta un voltaje exacto. Cuando la carga almacenada se descarga accionando un elemento de conmutación controlado, un interruptor de alto voltaje de estado sólido con compuerta de chispas, la carga se entrega a una red de conformación de pulsos. Esta red representa una red cuidadosamente diseñada de capacitancias, inductancias y resistencias que determina la respuesta temporal de la salida. La representación fotométrica de la forma de onda, según lo define el estándar de la industria, suele ser la forma de onda de voltaje de circuito abierto, a menudo expresada como 1.2/50 µs (tiempo de subida de 1.2 µs hasta la cresta y 50 µs hasta la mitad del valor de caída) o la forma de onda de corriente de cortocircuito, a menudo expresada como 8/20 µs. Las constantes de tiempo no son arbitrarias, sino que se establecieron para proporcionar una representación de la física de los transitorios inducidos por rayos y de conmutación y formar una base sobre la cual se puede comparar el comportamiento de varios dispositivos en laboratorios de prueba y productos individuales.

Redes combinadas de generación y acoplamiento de ondas

Para producir una onda combinada atenuada, se necesitan dos pulsos conectados: el paso de circuito abierto de alta tensión, necesario para someter a tensión el aislamiento y las uniones de los semiconductores, y un componente de alta corriente, que simula la trayectoria de descarga de un rayo. La impedancia interna del generador de sobretensiones y la red de acoplamiento externo son los dos factores que determinan cómo se dividirá la energía almacenada entre tensión y corriente en el equipo bajo prueba (EUT). Las redes de acoplamiento (ya sean redes de acoplamiento/desacoplamiento o módulos de acoplamiento de línea de red) ofrecen la ruta de aplicación deseada para la sobretensión y aíslan el generador del resto del cableado de la región de prueba. La ruta de retorno de referencia de la sobretensión también se establece mediante estas redes, lo que tiene un impacto significativo en la reproducibilidad de la prueba. Las redes de acoplamiento adecuadamente diseñadas eliminan las reflexiones no deseadas o los artefactos de bucle de tierra que, de otro modo, provocarían un cambio en la tensión del EUT.

Precisión de la medición y monitoreo

El funcionamiento del generador incluye la precisión de medición y monitorización. Se utilizan divisores de tensión y sondas de corriente con valores dV/dt más altos y corrientes de pico elevadas para medir la forma de onda real que fluye hacia el EUT. El generador ofrece canales de metrología que ajustan el temporizador de disparo, la amplitud despachada, la polaridad y la energía a las reacciones disponibles del dispositivo. Los equipos de pruebas electromagnéticas actuales suelen incorporar osciloscopios digitalizadores integrados y programas que capturan formas de onda, verifican el cumplimiento de las envolventes objetivo de 1.2/50 y 8/20, y generan informes de prueba que pueden utilizarse como evidencia de cumplimiento de calidad. Estos sistemas de medición también facilitan las comprobaciones de repetibilidad y el estudio de incertidumbre, lo que permite a los ingenieros distinguir entre fallos de hardware debidos a debilidades inherentes del dispositivo y problemas con el sistema de prueba.

Consideraciones sobre la configuración de la prueba

La topología de la configuración de prueba es significativa en el grado de representatividad transitoria simulada. En el caso de los puertos de alimentación, la sobretensión se induce típicamente entre los conductores y tierra y entre los conductores; en el caso del puerto de señal y datos, se requieren redes especiales, especialmente configuradas para inducir la sobretensión de modo común y modo diferencial. Esquemas de correas de conexión a tierra y ruta de retorno El plano de tierra de referencia, las correas de conexión a tierra y la ruta física real de los cables constituyen una parte de la ruta de retorno y pueden cambiar radicalmente los campos eléctricos y magnéticos localizados a los que está expuesto el EUT. Se seguiría que los laboratorios certificados prestan mucha atención al diseño, la longitud del tendido del cable y la continuidad de la conexión a tierra durante la configuración. Se utilizan rutas de descarga y enclavamientos de seguridad para eliminar la carga residual en el sistema entre pulsos para mantener seguros a los operadores y la instrumentación.

Figura: Generador de sobretensiones de prueba EM

Capacidades avanzadas de pruebas de sobretensión

Las pruebas de sobretensión también indican variaciones realistas de tiempo y polaridad, además de la física pura. Las normas establecen la aplicación de sobretensiones de polaridad negativa y positiva, así como la frecuencia de repetición, los pulsos y el número de intervalos entre pulsos para reflejar la exposición realista en un perfil. La importancia de cada uno de estos parámetros radica en la tendencia de los dispositivos semiconductores, así como de los elementos de descarga de gas, a ser sensibles a la polaridad o a la energía acumulada de forma asimétrica. Los ingenieros prueban la degradación cuando se produce una sobretensión repetida en dispositivos en producción y desarrollo para conocer no solo los modos de fallo instantáneos, sino también los procesos de desgaste debido al envejecimiento.
Un factor alternativo que ha complementado a los generadores de sobretensiones modernos es su posibilidad de probarlos con diversos niveles de energía y formas de onda. Si bien las envolventes estandarizadas 1.2/50 y 8/20 siguen sirviendo como punto de referencia para las pruebas de conformidad basadas en normas IEC, requisitos de prueba más avanzados pueden requerir formas de onda personalizadas o pulsos más energéticos para estudiar la resiliencia o modelar configuraciones de instalación atípicas. La red de formación de pulsos y la tecnología de conmutación del generador permiten determinar su fácil configuración ante dichas variaciones. El tiempo de subida, la amplitud y la repetición se pueden controlar con alta fidelidad, lo que permite a los investigadores explorar la relación entre el umbral de fallo y los dispositivos de protección contra sobretensiones, validar dichos dispositivos y crear mejores descargadores y redes de filtros.

Integración con EMC

Algunos sistemas generadores de sobretensiones se utilizan a menudo junto con otros sistemas de pruebas ambientales y de EMC en laboratorios para investigar las interacciones a nivel de sistema. Por ejemplo, en las pruebas de sobretensión, se utilizan un par de ciclos de temperatura o vibración para revelar cadenas complejas de fallos que, de otro modo, podrían pasar desapercibidas al realizar pruebas con un solo factor de tensión. Productos complementarios: Proveedores de equipos complementarios, como redes de acoplamiento, sistemas de adquisición de datos, sondas de corriente, etc. Se sabe que los fabricantes de equipos y los laboratorios de pruebas adquieren equipos complementarios, generalmente a través de proveedores especializados. Uno de estos proveedores es LISUNOfrece numerosos accesorios de prueba fotométricos y eléctricos que, combinados con generadores de sobretensiones, forman un ciclo de prueba completo. Sus dispositivos de medición y soportes facilitan el montaje, la medición y el registro de experimentos de inmunidad a sobretensiones. El uso de equipos periféricos fiables mejora la consistencia de la configuración y acelera el proceso hacia un producto certificado, como un prototipo.

Conclusión

Finalmente, un Generador de sobretensiones de prueba EM Modela sobretensiones transitorias con un alto nivel de energía, transformando la energía electrostática almacenada en ondas de impulso cuidadosamente configuradas y enviando dichos impulsos a redes de acoplamiento y rutas de retorno diseñadas, proporcionando mediciones y monitoreo precisos para garantizar que se alcance la tensión deseada. La seriedad del diseño del generador y la atención prestada a la configuración de las pruebas determinan el grado en que la situación de laboratorio recrea lo que se puede encontrar en la realidad de una amenaza. Para los diseñadores de productos, los datos de las pruebas de inmunidad a sobretensiones se utilizan para tomar decisiones sobre la topología de protección, seleccionar pararrayos y optimizar el diseño y la disposición de los filtros, lo que contribuye a la minimización de fallas de campo y a una mayor vida útil.