วิธีดำเนินการทดสอบแรงดันไฟกระชากตามมาตรฐาน RTCA DO-160 มาตรา 17 สำหรับอุปกรณ์บนเครื่องบินโดยใช้เครื่องกำเนิดแรงดันไฟกระชาก

นามธรรม
สัญญาณรบกวนแบบพัลส์แรงดันไฟฟ้าที่มีแอมพลิจูดสูงและระยะเวลาสั้น จะเกิดขึ้นระหว่างการสลับโหลดและการเปิด-ปิดรีเลย์ของบัสบาร์จ่ายไฟในเครื่องบิน สัญญาณรบกวนเหล่านี้จะแทรกซึมเข้าสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนเครื่องบินผ่านพอร์ตอินพุตไฟ AC/DC และอาจส่งผลให้ส่วนประกอบเสียหาย โปรแกรมทำงานผิดปกติ และการสื่อสารหยุดชะงัก ในฐานะที่เป็นรายการทดสอบ EMC ที่สำคัญสำหรับการตรวจสอบความเหมาะสมในการบินของอุปกรณ์บนเครื่องบินพลเรือน RTCA DO-160 มาตรา 17 กำหนดให้มีเครื่องกำเนิดพัลส์แรงดันไฟฟ้าเฉพาะเพื่อจำลองพัลส์แรงดันไฟฟ้าในโลกแห่งความเป็นจริงจากโครงข่ายไฟฟ้าบนเครื่องบิน และทำการทดสอบความต้านทานต่อแรงดันไฟฟ้ากระชากสำหรับอุปกรณ์ให้เสร็จสมบูรณ์ LISUN โดยใช้เครื่องกำเนิดพัลส์แรงดันไฟฟ้ากระชาก DO160‑S17 เป็นวัตถุวิจัย บทความนี้จะอธิบายหลักการทำงานของอุปกรณ์ การเตรียมการทดสอบ ขั้นตอนการทดสอบโดยละเอียด และเกณฑ์การตัดสินผลลัพธ์ของเครื่องกำเนิดพัลส์แรงดันไฟฟ้ากระชาก ซึ่งเป็นข้อมูลอ้างอิงเชิงปฏิบัติสำหรับการทดสอบความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้ากระชากในพอร์ตจ่ายไฟของอุปกรณ์บนเครื่องบินพลเรือนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การบินทางทหารตามข้อกำหนด RTCA DO‑160 มาตรา 17 

ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับการทดสอบและวัตถุประสงค์ของการทดสอบ

ระบบจ่ายไฟในเครื่องบินมีโหลดแบบเหนี่ยวนำจำนวนมาก เมื่อบัสบาร์ในเครื่องบินทำการสลับโหลดและการทำงานของรีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้า การปลดปล่อยพลังงานอย่างรวดเร็วจากสนามแม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำจะสร้างแรงดันไฟฟ้ากระชากชั่วขณะที่มีช่วงเวลาเพิ่มขึ้นสั้นและความกว้างของพัลส์ประมาณ 10 ไมโครวินาที สัญญาณรบกวนเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อพอร์ตรับพลังงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในเครื่องบิน ในกรณีที่ไม่รุนแรง อาจทำให้พารามิเตอร์การทำงานของอุปกรณ์เปลี่ยนแปลงและเกิดข้อผิดพลาดในการสื่อสาร ในกรณีที่รุนแรง อาจทำให้ชิปพลังงานและอุปกรณ์ป้องกันเสียหาย ส่งผลให้เกิดความเสียหายถาวรต่ออุปกรณ์ในเครื่องบินและเป็นภัยคุกคามโดยตรงต่อความปลอดภัยในการปฏิบัติงานของแพลตฟอร์มการบิน

RTCA DO‑160 มาตรา 17 การทดสอบแรงดันไฟฟ้ากระชาก การทดสอบนี้ออกแบบมาเพื่อตรวจสอบว่าอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ (EUT) สามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพหรือหลีกเลี่ยงความเสียหายของฮาร์ดแวร์อย่างถาวรได้หรือไม่ เมื่อได้รับผลกระทบจากแรงดันไฟฟ้ากระชากชั่วขณะบนสายไฟ การทดสอบนี้ครอบคลุมอุปกรณ์บนเครื่องบินที่ใช้ไฟ AC และ DC ซึ่งใช้ได้กับเครื่องบินพลเรือน เฮลิคอปเตอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การบินทางทหารบางประเภทที่ใช้มาตรฐานนี้ มาตรฐานนี้แบ่ง EUT ออกเป็นประเภท A และประเภท B อุปกรณ์ประเภท A ต้องทนต่อแรงดันไฟฟ้ากระชากแบบวงจรเปิดสูงสุด 600 V สำหรับอุปกรณ์บนเครื่องบินที่มีข้อกำหนดการป้องกันแรงดันไฟฟ้ากระชากสูง สำหรับอุปกรณ์ประเภท B แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ทดสอบจะต้องมีค่าต่ำกว่าระหว่างสองเท่าของแรงดันไฟฟ้าใช้งานที่กำหนดของอุปกรณ์และ 200 V ซึ่งมีข้อกำหนดการป้องกันที่ค่อนข้างต่ำกว่า การทดสอบทั้งหมดจะต้องดำเนินการโดยใช้เครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระชากที่สอดคล้องกับข้อกำหนดรูปคลื่นมาตรฐาน อุปกรณ์ทดสอบไฟกระชากและฟ้าผ่าทั่วไปไม่สามารถใช้แทนการทดสอบนี้ได้

พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักของเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระชาก

LISUN เครื่องกำเนิดพัลส์แรงดันไฟฟ้า DO160‑S17 เป็นเครื่องกำเนิดพัลส์แรงดันไฟฟ้าเฉพาะที่พัฒนาขึ้นสำหรับการทดสอบความไวต่อแรงดันไฟฟ้ากระชากตามมาตรฐาน RTCA DO‑160 มาตรา 17 พารามิเตอร์ของรูปคลื่นเอาต์พุตตรงตามข้อจำกัดของมาตรฐานการบินอย่างครบถ้วน ตัวเครื่องมีระบบควบคุมอัจฉริยะ Android และรองรับการเชื่อมต่อ WIFI กับแท็บเล็ตเพื่อการควบคุมระยะไกล ขั้วเอาต์พุตสามารถสลับได้ระหว่างโหมดบวก ลบ และสลับบวก-ลบ สามารถสร้างพัลส์เอาต์พุตต่อเนื่องที่เสถียรสำหรับการใช้งานเป็นเวลานาน เพื่อตอบสนองความต้องการการทดสอบของห้องปฏิบัติการรับรอง สถาบันวิจัย และผู้ผลิตการบิน ผลิตภัณฑ์ซีรีส์นี้มีสามรุ่นสำหรับระดับกระแสเอาต์พุตที่แตกต่างกัน การฉีดพัลส์ทำได้โดยใช้หม้อแปลงคัปปลิ้ง 10μs ในตัวหรือภายนอก พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักแสดงในตารางที่ 1

ตามคำจำกัดความของรูปคลื่นตามมาตรฐาน ความต้านทานแหล่งกำเนิดของเครื่องกำเนิดแรงดันสไปค์ต้องคงไว้ที่ 50 โอห์ม เวลาเพิ่มขึ้นไม่เกิน 2 ไมโครวินาที และความกว้างของพัลส์มากกว่า 10 ไมโครวินาที ข้อกำหนดเหล่านี้กำหนดพลังงานชั่วขณะที่ฉีดเข้าไปในพอร์ต EUT โดยตรง และเป็นประเด็นสำคัญในการเลือกเครื่องกำเนิดแรงดันสไปค์ ซีรี่ส์ DO160‑S17 สามารถสร้างพัลส์สไปค์ซ้อนทับกันได้โดยตรงสำหรับอุปกรณ์ทางอากาศกำลังต่ำผ่านเครือข่ายการเชื่อมต่อและการแยกส่วนในตัว สำหรับ EUT ที่ใช้กระแสสูง ควรเลือกใช้รุ่นที่มีหม้อแปลงเชื่อมต่อภายนอกเพื่อรับประกันความสามารถในการจ่ายไฟของวงจรหลัก

ขั้นตอนการดำเนินการทดสอบที่สมบูรณ์โดยใช้เครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระชาก

ก่อนทำการทดสอบ RTCA DO‑160 มาตรา 17 อย่างเป็นทางการ จะต้องจัดเตรียมสภาพแวดล้อมในห้องปฏิบัติการและการตั้งค่าระบบทดสอบให้เสร็จสมบูรณ์ ระบบทดสอบประกอบด้วยเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระชาก (Voltage Spike Generator), แหล่งจ่ายไฟจำลองแบบลอยตัว (Airborne Simulated Power Supply), ออสซิลโลสโคป (Oscilloscope), อุปกรณ์ทดสอบแบบลอยตัว (Airborne EUT) และเทอร์มินัลตรวจสอบ ก่อนอื่น ต้องตรวจสอบว่าเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระชากได้ผ่านการสอบเทียบทางมาตรวิทยาแล้ว โดยมีตัวบ่งชี้รูปคลื่นที่ถูกต้อง จัดเตรียมเอกสารการจำแนกประเภทการทดสอบของอุปกรณ์ทดสอบ (EUT) และกำหนดระดับแรงดันไฟฟ้าทดสอบสำหรับประเภท A หรือประเภท B

ขั้นตอนที่หนึ่ง: การตรวจสอบรูปคลื่นเบื้องต้น ถอดอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ (EUT) ออก แล้วต่อขั้วเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดแรงดันสไปค์เข้ากับโหลดมาตรฐาน 50 โอห์ม ใช้เครื่องออสซิลโลสโคปบันทึกรูปคลื่นเอาต์พุตภายใต้สภาวะวงจรเปิดและโหลดที่เหมาะสม ตรวจสอบเวลาเพิ่มขึ้นของพัลส์ ความกว้างของพัลส์ อิมพีแดนซ์เอาต์พุต และแอมพลิจูดแรงดันเอาต์พุต ยืนยันว่ารูปคลื่นเอาต์พุตเป็นไปตามคำจำกัดความของรูปคลื่นใน RTCA DO-160 มาตรา 17 และบันทึกพารามิเตอร์การตั้งค่าของเครื่องกำเนิด พารามิเตอร์เหล่านี้จะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ในการทดสอบครั้งต่อไปโดยไม่ต้องปรับการตั้งค่าเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดเนื่องจากผลกระทบของโหลดจาก EUT

ขั้นตอนที่สอง: การติดตั้ง EUT และการยืนยันสถานะพื้นฐาน วาง EUT บนเครื่องบินตามสถานะการติดตั้งจริง เชื่อมต่อ EUT กับแหล่งจ่ายไฟจำลองบนเครื่องบินผ่านวงจรเชื่อมต่อของเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระชาก และตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าใช้งาน AC หรือ DC ตามพิกัด เปิดใช้งานฟังก์ชันอุปกรณ์ทั้งหมด ใช้เทอร์มินัลตรวจสอบภายนอกเพื่อรวบรวมตัวชี้วัดประสิทธิภาพทั้งหมด เช่น การสื่อสาร การแสดงผล และเอาต์พุต บันทึกสถานะพื้นฐาน และยืนยันว่า EUT ไม่มีข้อผิดพลาด ตามข้อกำหนดมาตรฐาน จะต้องต่อตัวเก็บประจุ 10μF ขนานกับพอร์ตอินพุตพลังงานเพื่อลดแรงดันตกของแหล่งจ่ายไฟหลักที่เกิดจากพัลส์กระชาก

ขั้นตอนที่สาม: การทดสอบการฉีดพัลส์ ตั้งค่าแอมพลิจูดเอาต์พุตของเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าสไปค์ตามประเภทของอุปกรณ์ เลือกขั้วบวก ขั้วลบ หรือโหมดสลับบวก-ลบ อัตราการทำซ้ำของพัลส์ต้องไม่เกิน 2Hz สูงสุดที่อนุญาตตามมาตรฐาน และใช้พัลส์แรงดันไฟฟ้าสไปค์มาตรฐานกับพอร์ตอินพุตไฟ AC/DC ของ EUT ตามลำดับ ในระหว่างการทดสอบ ให้ตรวจสอบสถานะการทำงานของ EUT อย่างต่อเนื่องและสังเกตว่าเกิดการขัดข้อง การรีบูต ข้อผิดพลาดในการสื่อสาร และความล้มเหลวของฟังก์ชันหรือไม่ บันทึกรูปคลื่นสไปค์จริงที่พอร์ตไฟโดยใช้เครื่องออสซิลโลสโคปพร้อมกัน ใช้พัลส์จำนวนที่เพียงพอสำหรับแต่ละขั้วเพื่อให้การทดสอบเสร็จสมบูรณ์ภายใต้เงื่อนไขขั้วทั้งหมด

ขั้นตอนที่สี่: การตรวจสอบซ้ำหลังการทดสอบ หลังจากฉีดพัลส์กระตุ้นเสร็จสิ้นแล้ว ให้เปิดเครื่อง EUT ไว้ อ่านค่าตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพทั้งหมดอีกครั้ง และเปรียบเทียบกับค่าพื้นฐานก่อนการทดสอบเพื่อตรวจสอบการลดลงของประสิทธิภาพ จากนั้นปิดและเปิดเครื่อง EUT ใหม่ และตรวจสอบว่าเกิดความเสียหายของฮาร์ดแวร์ถาวรหรือไม่

DO160-S17_เครื่องกำเนิดแรงดันไฟ

เกณฑ์การตัดสินผลการทดสอบ

อ้างอิงจากหลักเกณฑ์การตัดสินของ RTCA DO‑160 มาตรา 17 มีสถานการณ์ผลการทดสอบสองแบบ ประการแรก สำหรับอุปกรณ์บนเครื่องบินที่สำคัญประเภท A อุปกรณ์ที่ทดสอบ (EUT) ต้องรักษาฟังก์ชันที่กำหนดทั้งหมดไว้ได้ทั้งในระหว่างและหลังการฉีดพัลส์แรงดันไฟฟ้ากระชาก ห้ามการทำงานที่ผิดปกติ และต้องไม่มีความเสียหายของฮาร์ดแวร์ถาวรเกิดขึ้นหลังจากรีสตาร์ทเครื่อง ประการที่สอง สำหรับอุปกรณ์ที่ไม่สำคัญประเภท B บางประเภท อนุญาตให้มีการรบกวนชั่วขณะได้ในขณะที่พัลส์แรงดันไฟฟ้ากระชากมาถึง แต่อุปกรณ์ต้องสามารถคืนค่าฟังก์ชันเต็มรูปแบบโดยอัตโนมัติหลังจากพัลส์สิ้นสุดลงโดยไม่มีความเสียหายของฮาร์ดแวร์ถาวร หากเกิดความล้มเหลวที่ไม่สามารถแก้ไขได้ อุปกรณ์ที่ทดสอบ (EUT) จะถือว่าไม่เป็นไปตามข้อกำหนดในมาตรานี้ จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนวงจรป้องกันพอร์ตพลังงาน เช่น การเพิ่มอุปกรณ์ระงับการรบกวนชั่วขณะและเครือข่ายตัวกรองอินพุต จากนั้นจึงทำการทดสอบซ้ำด้วยเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระชาก

ข้อควรระวังในการทดสอบ

เมื่อทำการทดสอบตามมาตรฐาน DO-160 มาตรา 17 โดยใช้เครื่องกำเนิดแรงดันสไปค์ ห้ามปรับเปลี่ยนการตั้งค่าเครื่องกำเนิดโดยพลการเพื่อชดเชยการบิดเบี้ยวของรูปคลื่นที่เกิดจากอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ (EUT) การบิดเบี้ยวของรูปคลื่นที่เกิดจากอิมพีแดนซ์อินพุตของ EUT ถือเป็นสภาวะการทดสอบจริง และเครื่องกำเนิดจะต้องคงค่าพารามิเตอร์จากขั้นตอนการตรวจสอบเบื้องต้นไว้เหมือนเดิม ในขณะเดียวกัน การเลือกเครือข่ายคัปปลิ้งจะต้องตรงกับกระแสไฟฟ้าที่ใช้งานของ EUT อุปกรณ์บนเครื่องบินกำลังต่ำสามารถใช้ DO160-S17 ที่มี CDN ในตัวได้ ส่วนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การบินกำลังสูงควรเลือกใช้รุ่นที่มีหม้อแปลงคัปปลิ้งภายนอกเพื่อหลีกเลี่ยงความคลาดเคลื่อนของผลการทดสอบหรือความเสียหายของอุปกรณ์ที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าเกิน การควบคุมระยะไกลผ่าน WIFI ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถอยู่ห่างจากขั้วเอาต์พุตพัลส์แรงดันสูงและเพิ่มความปลอดภัยในการใช้งานสำหรับการทดสอบต่อเนื่องเป็นเวลานาน

สรุป

RTCA DO‑160 มาตรา 17 การทดสอบแรงดันไฟฟ้ากระชาก เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการรับรองความเหมาะสมในการบินของระบบอิเล็กทรอนิกส์การบินบนเครื่องบิน ในฐานะที่เป็นเครื่องมือหลักของระบบทดสอบทั้งหมด ความแม่นยำของรูปคลื่นและความสามารถในการเชื่อมต่อของเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระชาก (Voltage Spike Generator) ส่งผลโดยตรงต่อความถูกต้องของผลการทดสอบ LISUN เครื่องกำเนิดพัลส์แรงดันไฟฟ้ากระชาก DO160‑S17 จำลองแรงดันไฟฟ้ากระชากชั่วขณะตามมาตรฐานการบินได้อย่างสมบูรณ์ สามารถนำไปใช้ในการทดสอบความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้ากระชากบนพอร์ตจ่ายไฟ AC/DC ของอุปกรณ์การบินพลเรือนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การบินทางทหารที่ใช้มาตรฐานนี้ เครื่องนี้จำลองการรบกวนจากแรงดันไฟฟ้ากระชากชั่วขณะที่เกิดจากการสลับโหลดบัสบาร์และการทำงานของรีเลย์ในเครื่องบิน ตรวจสอบความสามารถของอุปกรณ์การบินในการรับมือกับแรงกระแทกจากแรงดันไฟฟ้ากระชากชั่วขณะในสภาพแวดล้อมห้องปฏิบัติการล่วงหน้า และเปิดเผยข้อบกพร่องในการออกแบบฮาร์ดแวร์ ซึ่งมีคุณค่าทางวิศวกรรมอย่างมากในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การบิน