An เครื่องกำเนิดไฟกระชากสำหรับการทดสอบ EM เป็นอุปกรณ์พิเศษที่จำลองแรงดันไฟเกินชั่วขณะที่มีพลังงานสูง ซึ่งผลิตภัณฑ์อาจประสบในภาคสนาม ทำให้วิศวกรสามารถทำการทดสอบความทนทานต่อไฟกระชากได้อย่างสม่ำเสมอ เครื่องกำเนิดไฟกระชากเหล่านี้มีจุดประสงค์เพื่อจำลองเหตุการณ์ชั่วขณะสองประเภทที่แตกต่างกันทางกายภาพ ได้แก่ คลื่นผสมแรงดันสูง ซึ่งมีความเร็วสูง อายุสั้น และแรงดันสูง และพัลส์กระแสสูงระยะเวลาสั้น ซึ่งมีระยะเวลาประมาณหนึ่งวินาที เช่น ฟ้าผ่าโดยตรงหรือการสวิตช์ชั่วขณะอย่างรุนแรงบนสายส่งไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟกระชาก EM Test สร้างพัลส์มาตรฐานที่มีแอมพลิจูด เวลาเพิ่มขึ้น และคุณสมบัติการลดลงที่ควบคุมได้อย่างดีเยี่ยม ทำให้ห้องปฏิบัติการสามารถโหลดส่วนประกอบและส่วนประกอบหรือระบบไฟฟ้าทั้งหมดภายใต้สภาวะที่คล้ายคลึงกับอันตรายทางไฟฟ้าในโลกแห่งความเป็นจริง แต่ยังคงรักษาความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับและทำซ้ำได้

สถาปัตยกรรมการสร้างพัลส์และการจัดเก็บพลังงาน

ส่วนประกอบหลักของเครื่องกำเนิดกระแสไฟกระชากคือสถาปัตยกรรมแบบพัลส์/การคายประจุที่แปลงพลังงานไฟฟ้าสถิตที่เก็บไว้ให้เป็นรูปคลื่นชั่วคราวที่ต้องการ พลังงานจะถูกเก็บไว้ในขั้นตอนการชาร์จแรงดันสูง ซึ่งจะชาร์จชุดตัวเก็บประจุจนถึงแรงดันที่แน่นอน เมื่อประจุที่เก็บไว้ถูกคายประจุโดยการขับเคลื่อนองค์ประกอบการสวิตช์ที่ควบคุมได้ ไม่ว่าจะเป็นแบบสปาร์คเกตในอดีตหรือสวิตช์แรงดันสูงแบบโซลิดสเตท ประจุจะถูกส่งไปยังเครือข่ายการสร้างรูปพัลส์ เครือข่ายนั้นเป็นเครือข่ายของตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ และตัวต้านทานที่ออกแบบมาอย่างพิถีพิถัน ซึ่งกำหนดการตอบสนองเวลาของเอาต์พุต การแสดงรูปคลื่นทางโฟโตเมตริกตามมาตรฐานอุตสาหกรรมโดยทั่วไปจะเป็นรูปคลื่นของแรงดันวงจรเปิด ซึ่งมักกำหนดเป็น 1.2/50 µs (เวลาเพิ่มขึ้น 1.2 µs ถึงจุดสูงสุดและ 50 µs ถึงครึ่งค่า) หรือรูปคลื่นของกระแสลัดวงจร ซึ่งมักกำหนดเป็น 8/20 µs ค่าคงที่เวลาเหล่านี้ไม่ได้ถูกกำหนดขึ้นโดยพลการ แต่ถูกกำหนดขึ้นเพื่อแสดงถึงหลักการทางฟิสิกส์ของปรากฏการณ์ชั่วคราวที่เกิดจากฟ้าผ่าและการสวิตช์ และเป็นพื้นฐานในการเปรียบเทียบพฤติกรรมของอุปกรณ์ต่างๆ ในห้องปฏิบัติการทดสอบและผลิตภัณฑ์แต่ละชนิด

เครือข่ายการสร้างและการเชื่อมต่อคลื่นแบบผสมผสาน

ในการสร้างคลื่นผสมที่ลดทอนลง จำเป็นต้องใช้พัลส์ที่เชื่อมต่อกันสองพัลส์ ได้แก่ ขั้นตอนวงจรเปิดแรงดันสูง ซึ่งจำเป็นต่อการทดสอบฉนวนและจุดเชื่อมต่อของสารกึ่งตัวนำ และส่วนประกอบกระแสสูง ซึ่งจำลองเส้นทางการปล่อยประจุของฟ้าผ่า อิมพีแดนซ์ภายในของเครื่องกำเนิดไฟกระชากและเครือข่ายการเชื่อมต่อภายนอกเป็นสองปัจจัยที่กำหนดว่าพลังงานที่เก็บไว้จะถูกแบ่งระหว่างแรงดันและกระแสที่อุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ (EUT) อย่างไร เครือข่ายการเชื่อมต่อ (ไม่ว่าจะเป็นเครือข่ายการเชื่อมต่อ/การแยก หรือโมดูลการเชื่อมต่อสายไฟหลัก) จะให้เส้นทางการใช้งานที่ต้องการแก่ไฟกระชากและแยกเครื่องกำเนิดออกจากสายไฟอื่นๆ ในบริเวณทดสอบ เส้นทางส่งกลับอ้างอิงของไฟกระชากก็ถูกสร้างขึ้นโดยเครือข่ายเหล่านี้เช่นกัน ดังนั้นจึงมีผลกระทบอย่างมากต่อความสามารถในการทำซ้ำของการทดสอบ เครือข่ายการเชื่อมต่อที่ออกแบบอย่างเหมาะสมจะกำจัดแสงสะท้อนที่ไม่ต้องการหรือสิ่งแปลกปลอมจากกราวด์ลูป ซึ่งอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความเครียดบน EUT ได้

ความแม่นยำในการวัดและการตรวจสอบ

การทำงานของเครื่องกำเนิดสัญญาณรวมถึงการวัดและตรวจสอบความแม่นยำ มีการใช้ตัวแบ่งแรงดันและโพรบวัดกระแสที่มีค่า dV/dt สูงและกระแสสูงสุดสูงเพื่อวัดรูปคลื่นที่แท้จริงที่ไหลไปยังอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ (EUT) เครื่องกำเนิดสัญญาณมีช่องวัดที่ตรงกับตัวจับเวลาทริกเกอร์ แอมพลิจูดที่ส่งออก ขั้ว และพลังงานให้ตรงกับการตอบสนองของอุปกรณ์ที่มีอยู่ อุปกรณ์ทดสอบ EM ในปัจจุบันมักมีออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลในตัวและโปรแกรมที่บันทึกรูปคลื่น ตรวจสอบความสอดคล้องกับซองสัญญาณเป้าหมาย (target) 1.2/50 และ 8/20 และสร้างรายงานการทดสอบที่สามารถใช้เป็นหลักฐานการปฏิบัติตามคุณภาพ ระบบการวัดดังกล่าวช่วยในการตรวจสอบความสามารถในการทำซ้ำและการศึกษาความไม่แน่นอน ดังนั้นวิศวกรจึงมีโอกาสแยกแยะความล้มเหลวของฮาร์ดแวร์เนื่องจากจุดอ่อนโดยธรรมชาติในอุปกรณ์และปัญหาเกี่ยวกับการจัดเตรียมการทดสอบ

ข้อควรพิจารณาในการตั้งค่าการทดสอบ

โครงสร้างทางโทโพโลยีของการตั้งค่าการทดสอบมีความสำคัญต่อระดับความแม่นยำของการจำลองสภาวะชั่วคราว ในกรณีของพอร์ตจ่ายไฟ กระแสไฟกระชากมักจะถูกเหนี่ยวนำระหว่างตัวนำกับพื้นดินและระหว่างตัวนำด้วยกันเอง ในกรณีของพอร์ตสัญญาณและข้อมูล จำเป็นต้องใช้เครือข่ายที่กำหนดค่าพิเศษเพื่อเหนี่ยวนำกระแสไฟกระชากแบบคอมมอนโหมดและดิฟเฟอเรนเชียลโหมด แผนผังสายดินและเส้นทางส่งกลับ ระนาบกราวด์อ้างอิง สายดิน และเส้นทางทางกายภาพจริงของสายเคเบิลประกอบกันเป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางส่งกลับและอาจเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเฉพาะที่ที่อุปกรณ์ทดสอบ (EUT) สัมผัสได้อย่างมาก ดังนั้นห้องปฏิบัติการที่ได้รับการรับรองจึงให้ความสำคัญอย่างมากกับเค้าโครง ความยาวของสายเคเบิล และความต่อเนื่องของการต่อลงดินเมื่อทำการตั้งค่า เส้นทางการคายประจุและระบบล็อคเพื่อความปลอดภัยถูกใช้เพื่อกำจัดประจุตกค้างในระบบระหว่างพัลส์เพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานและอุปกรณ์ปลอดภัย

ภาพ: เครื่องกำเนิดสัญญาณไฟกระชากสำหรับการทดสอบ EM

ความสามารถในการทดสอบแรงดันไฟกระชากขั้นสูง

การทดสอบกระแสไฟกระชากยังแสดงให้เห็นถึงความแปรผันของเวลาและขั้วที่สมจริง นอกเหนือจากหลักการทางฟิสิกส์พื้นฐาน มาตรฐานต่างๆ คือข้อกำหนดสำหรับการใช้งานกระแสไฟกระชากที่มีขั้วลบและขั้วบวก รวมถึงอัตราการทำซ้ำ พัลส์ และจำนวนช่วงเวลาระหว่างพัลส์ เพื่อจำลองการสัมผัสที่สมจริงในรูปแบบต่างๆ ความสำคัญของพารามิเตอร์แต่ละตัวอยู่ที่แนวโน้มของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และองค์ประกอบการปล่อยประจุแก๊สที่จะไวต่อขั้วหรือพลังงานสะสมในลักษณะที่ไม่สมมาตร วิศวกรทดสอบการเสื่อมสภาพเมื่อมีกระแสไฟกระชากซ้ำๆ กับอุปกรณ์ในกระบวนการผลิตและการพัฒนา เพื่อให้ทราบไม่เพียงแต่โหมดความล้มเหลวในทันทีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระบวนการสึกหรออันเป็นผลมาจากอายุการใช้งานด้วย
ปัจจัยเสริมอีกประการหนึ่งที่ช่วยเสริมประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟกระชากสมัยใหม่คือ สามารถทดสอบได้ในระดับพลังงานและรูปคลื่นที่หลากหลาย แม้ว่ารูปแบบคลื่นมาตรฐาน 1.2/50 และ 8/20 จะยังคงใช้เป็นจุดอ้างอิงสำหรับการทดสอบการปฏิบัติตามมาตรฐาน IEC แต่ข้อกำหนดการทดสอบขั้นสูงอาจต้องการรูปคลื่นแบบกำหนดเองหรือพัลส์ที่มีพลังงานสูงกว่า เพื่อศึกษาความยืดหยุ่นหรือจำลองการกำหนดค่าการติดตั้งที่ผิดปกติ เครือข่ายการสร้างพัลส์และเทคโนโลยีการสวิตช์ของเครื่องกำเนิดสามารถรับประกันความง่ายในการกำหนดค่าให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว เวลาเพิ่มขึ้น แอมพลิจูด และการทำซ้ำสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำสูง ช่วยให้นักวิจัยสามารถสำรวจความสัมพันธ์ระหว่างเกณฑ์ความล้มเหลวและอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก ตรวจสอบความถูกต้องของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก และสร้างอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากและเครือข่ายตัวกรองที่ดีขึ้น

การบูรณาการกับ EMC

ระบบสร้างแรงดันไฟกระชากบางระบบมักใช้ร่วมกับระบบทดสอบ EMC และสิ่งแวดล้อมอื่นๆ ในห้องปฏิบัติการเพื่อตรวจสอบปฏิสัมพันธ์ระดับระบบ ตัวอย่างเช่น ในกรณีของการทดสอบแรงดันไฟกระชาก การใช้รอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือการสั่นสะเทือนเพียงไม่กี่รอบก็เพียงพอที่จะเปิดเผยห่วงโซ่ความล้มเหลวที่ซับซ้อนซึ่งอาจมองไม่เห็นหากใช้การทดสอบแบบตัวกระตุ้นแรงดันเพียงตัวเดียว ผลิตภัณฑ์เสริม - ผู้จำหน่ายอุปกรณ์เสริม เช่น เครือข่ายการเชื่อมต่อ ระบบเก็บข้อมูล โพรบวัดกระแส ฯลฯ ผู้ผลิตอุปกรณ์และหน่วยงานทดสอบมักจัดหาอุปกรณ์เสริม โดยปกติผ่านผู้จำหน่ายเฉพาะทาง หนึ่งในผู้จำหน่ายดังกล่าวคือ LISUNซึ่งมีอุปกรณ์ทดสอบทางโฟโตเมตริกและไฟฟ้ามากมาย ซึ่งเมื่อรวมกับเครื่องกำเนิดไฟกระชาก จะก่อให้เกิดวงจรการทดสอบที่สมบูรณ์ อุปกรณ์วัดและแท่นยึดของพวกเขาสามารถช่วยในการติดตั้ง การวัด และการบันทึกการทดลองเกี่ยวกับความต้านทานต่อไฟกระชาก อุปกรณ์เสริมที่เชื่อถือได้เป็นวิธีการที่ใช้เพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอในการติดตั้ง ตลอดจนเร่งกระบวนการไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการรับรอง เช่น ต้นแบบ

สรุป

สุดท้าย เครื่องกำเนิดไฟกระชากสำหรับการทดสอบ EM เครื่องจำลองแรงดันเกินชั่วขณะที่มีพลังงานสูง จะแปลงพลังงานไฟฟ้าสถิตที่สะสมไว้ให้เป็นรูปคลื่นอิมพัลส์ที่มีรูปร่างเฉพาะ และส่งอิมพัลส์เหล่านั้นไปยังเครือข่ายการเชื่อมต่อและเส้นทางส่งกลับที่ออกแบบมาอย่างดี พร้อมทั้งให้การวัดและการตรวจสอบที่แม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่าได้แรงดันที่ต้องการ การออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จริงจังและความใส่ใจในการจัดเตรียมการทดสอบจะเป็นตัวกำหนดระดับที่สถานการณ์ในห้องปฏิบัติการจำลองสิ่งที่พบได้ในสภาพความเป็นจริงของภัยคุกคาม สำหรับนักออกแบบผลิตภัณฑ์ ข้อมูลจากการทดสอบภูมิคุ้มกันไฟกระชากจะถูกนำมาใช้ในการตัดสินใจเกี่ยวกับโครงสร้างการป้องกัน เลือกอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก ปรับปรุงการออกแบบและโครงสร้างของตัวกรอง ซึ่งทั้งหมดนี้จะนำไปสู่การลดความล้มเหลวในภาคสนามและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น