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雷电浪涌测试IEC 61000-4-5的基本说明

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有些TVS二极管厂家会在其规格书中提供了通用的TVS二极管选择指南,但最重要的考虑因素是要保护的电路的电气特性以及电路需要满足的测试方法以及标准。所以在考虑如何进行TVS二极管选型时,我们需要了解相应的瞬态电压防护标准,目前最常使用的标准是 IEC61000-4-5。
IEC 61000-4-5 是 IEC61000 系列的一部分,它描述了由开关和雷电瞬变引起的过电压引起的浪涌抗扰度测试。目前已经有三个版本,第三版于 2014 年发布。夏天的时候,经常会有打雷下雨,当打雷时,雷击云层之间的间接雷,或雷击发生在邻近物体上,都会在室外天线中感应出浪涌电压和电流。此外,在变电站的瞬时开关的供电电路中也会感应出巨大的浪涌电压和电流,电涌中携带的能量是比较高。IEC 61000-4-5也称为雷电浪涌测试,浪涌抗扰度测试模拟直接雷击引起的瞬态现象以及附近雷击引起的电压和电流浪涌。该测试还包括瞬态开关现象,例如大型机器的电源开关打开时可能发生的负载急剧变化和负载短路。 IEC 61000-4-5 测试是就施加的浪涌电流的电平和循环时间而言最严格的系统级浪涌抗扰度测试,浪涌抗扰度测试在IEC 61000-4-5中有规定。
实际的测试不可能真的通过雷击来测试,所以IEC 61000-4-5规定了电涌发生器,说白了就是能模拟产生雷击时的干扰波形。标准提到了两种浪涌发生器,分别模拟电源线和通信线的情况,两种浪涌的波形因线路阻抗的不同而不同。首先说一下电源线测试综合波发生器,综合波是指浪涌发生器电路中由标准规定的电压波和电流波形成的波形参数,当发生器输出端开路时,会形成电压浪涌波:当发生器输出端短路,形成电流浪涌波。

上图汇总U表示高压电源,Rs表示脉宽形成电阻,Rc表示充电电阻,Rm表示阻抗匹配电阻,Cc表示储层电容,L表示上升时间形成电阻。当发生器开路状态下,产生1.2/50uS电压浪涌,当发生器短路状态下:产生8/20uS电流浪涌,此时信号发生器的等效输出阻抗是2Ω,成为组合发生器。试验的严酷程度分为1级、2级、3级、4级和X级。 电源电路差模测试参数分别为0.5kV、1kV、2k和待定。电源电路共模测试各电平参数为0.5kV、1kV、2kV、4kV,待定。测试的严格程度取决于环境,也就是可能遭受浪涌的环境和安装条件,当然了不同的产品类别要求也不同,这些可以基于自己开发的产品去确认。
目前有很多标准提到使用1.2/50us 的雷击标准做测试的情况,但是不同的标准有不同的测试目标。例如,高压测试中还提到了高压高阻发生器的脉冲耐压测试。 此时发生器的电压虽然很高,但能量并不大。这种测试是在产品断电状态下进行的。IEC 61000-4-5标准要求进行浪涌抗干扰测量,由于电路阻抗低,发生器的输出阻抗也低。这样,适用于浪涌抗干扰测量的发生器不仅需要具有高输出电压,还需要具有低输出阻抗和大能量输出特性。由于设备是在上电状态下进行测量,因此需要使用耦合和去耦网络。


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