An Générateur de surtension pour tests EM Il s'agit d'un équipement spécial qui reproduit les surtensions transitoires de haute énergie auxquelles un produit est susceptible d'être soumis sur le terrain, permettant ainsi aux ingénieurs de réaliser des tests d'immunité aux surtensions cohérents. Ces générateurs sont conçus pour modéliser deux types d'événements transitoires physiquement différents : l'onde combinée haute tension, rapide et de courte durée, et l'impulsion de courant élevé et de courte durée, de l'ordre de la seconde, comme lors d'impacts directs de foudre ou de fortes variations de tension lors de la commutation sur les lignes électriques. Le générateur de surtensions EM Test, en générant des impulsions standardisées dont l'amplitude, le temps de montée et le temps de décroissance sont parfaitement régulés, permet au laboratoire de charger des composants et de tester des systèmes ou composants électriques complets dans des conditions proches des risques électriques réels, tout en garantissant la traçabilité et la reproductibilité.

Architecture de formation d'impulsions et de stockage d'énergie

L'élément central du générateur de surtension est une architecture de mise en forme/décharge d'impulsions qui transforme une énergie électrostatique stockée en la forme d'onde transitoire souhaitée. L'énergie est stockée lors d'une étape de charge haute tension qui charge une combinaison de bancs de condensateurs jusqu'à une tension précise. Lorsque la charge stockée est déchargée par la commande d'un élément de commutation (historiquement à étincelles ou à semi-conducteurs), elle est acheminée vers un réseau de mise en forme d'impulsions. Ce réseau, constitué d'un assemblage précis de capacités, d'inductances et de résistances, détermine le temps de réponse de la sortie. La représentation photométrique de la forme d'onde, telle que définie par la norme industrielle, est généralement celle de la tension en circuit ouvert, souvent exprimée en 1.2/50 µs (temps de montée de 1.2 µs jusqu'à la crête et de descente à mi-hauteur de 50 µs), ou celle du courant de court-circuit, souvent exprimée en 8/20 µs. Les constantes de temps ne sont pas arbitraires, mais ont été définies pour fournir une représentation de la physique des transitoires induits par la foudre et de commutation et constituent une base sur laquelle le comportement de divers dispositifs dans des laboratoires d'essais et des produits individuels pourrait être comparé.

Réseaux combinés de génération et de couplage d'ondes

Pour produire une onde combinée atténuée, deux impulsions sont nécessaires : une impulsion haute tension en circuit ouvert, indispensable pour solliciter l’isolation et les jonctions des semi-conducteurs, et une composante de courant élevé, simulant le trajet de décharge d’un coup de foudre. L’impédance interne du générateur de surtension et le réseau de couplage externe déterminent la répartition de l’énergie stockée entre tension et courant au niveau de l’équipement testé (EUT). Les réseaux de couplage (réseaux de couplage/découplage ou modules de couplage de ligne secteur) acheminent la surtension vers l’application souhaitée et isolent le générateur des autres câblages de la zone de test. Le chemin de retour de référence de la surtension est également établi par ces réseaux, ce qui influe considérablement sur la reproductibilité du test. Des réseaux de couplage correctement conçus éliminent les réflexions indésirables et les boucles de masse susceptibles de modifier les contraintes appliquées à l’EUT.

Précision et surveillance des mesures

Le fonctionnement du générateur inclut la mesure et le contrôle de la précision. Des diviseurs de tension à dV/dt élevé et à courant de crête élevé, ainsi que des sondes de courant, sont utilisés pour mesurer la forme d'onde réelle appliquée à l'EUT. Le générateur offre des canaux de métrologie qui adaptent le temporisateur de déclenchement, l'amplitude, la polarité et l'énergie aux réactions disponibles du dispositif. Les équipements de test électromagnétique actuels intègrent généralement des oscilloscopes numériques et des logiciels qui capturent les formes d'onde, vérifient leur conformité aux enveloppes cibles 1.2/50 et 8/20 et génèrent des rapports de test pouvant servir de preuves de conformité. Ces systèmes de mesure facilitent également les contrôles de répétabilité et l'étude d'incertitude, permettant ainsi aux ingénieurs de distinguer les défaillances matérielles dues à des faiblesses inhérentes au dispositif de celles dues à des problèmes liés au dispositif de test.

Considérations relatives à la configuration des tests

La topologie du banc d'essai influe considérablement sur la représentativité des transitoires simulés. Pour les ports d'alimentation, les surtensions sont généralement induites entre les conducteurs et la terre, ainsi qu'entre les conducteurs eux-mêmes. Pour les ports de signal et de données, des réseaux spécifiques, configurés de manière appropriée, sont nécessaires pour induire des surtensions en mode commun et en mode différentiel. Les schémas de mise à la terre et le chemin de retour sont essentiels. Le plan de masse de référence, les tresses de mise à la terre et le chemin physique des câbles constituent une partie du chemin de retour et peuvent modifier radicalement les champs électriques et magnétiques localisés auxquels l'équipement testé est exposé. Par conséquent, les laboratoires certifiés accordent une grande importance à l'agencement, à la longueur des câbles et à la continuité de la mise à la terre lors de la mise en place du banc d'essai. Des chemins de décharge et des dispositifs de sécurité permettent d'éliminer les charges résiduelles du système entre les impulsions, garantissant ainsi la sécurité des opérateurs et des instruments.

Figure : Générateur de surtension pour test EM

Capacités avancées de test de surtension

Les tests de surtension permettent également de prendre en compte les variations temporelles et de polarité réalistes, au-delà des simples phénomènes physiques. Les normes définissent l'application de surtensions de polarité positive et négative, ainsi que leur fréquence de répétition, le nombre d'impulsions et l'intervalle entre elles, afin de reproduire une exposition réaliste. L'importance de chacun de ces paramètres réside dans la sensibilité asymétrique des dispositifs semi-conducteurs et des éléments à décharge gazeuse à la polarité et à l'énergie cumulée. Lors de la production et du développement, les ingénieurs testent la dégradation des dispositifs soumis à des surtensions répétées, afin d'identifier non seulement les modes de défaillance instantanés, mais aussi les processus d'usure liés au vieillissement.
Un autre avantage des générateurs de surtension modernes réside dans leur capacité à être testés à différents niveaux d'énergie et formes d'onde. Si les enveloppes normalisées 1.2/50 et 8/20 restent la référence pour les tests de conformité basés sur les normes de type CEI, des exigences de test plus avancées peuvent nécessiter des formes d'onde personnalisées ou des impulsions plus énergétiques afin d'étudier la résilience ou de modéliser des configurations d'installation atypiques. La technologie de mise en forme des impulsions et de commutation du générateur garantit sa facilité de configuration à ces variations. Le temps de montée, l'amplitude et la répétition peuvent être contrôlés avec une grande précision, permettant ainsi aux chercheurs d'explorer la relation entre le seuil de défaillance et les dispositifs de protection contre les surtensions, de valider ces dispositifs et de concevoir de meilleurs parafoudres et réseaux de filtrage.

Intégration avec EMC

Certains systèmes de générateurs de surtensions sont souvent utilisés conjointement avec d'autres systèmes de tests CEM et environnementaux en laboratoire afin d'étudier les interactions au niveau du système. Par exemple, dans le cadre des tests de surtension, quelques cycles de température ou de vibration permettent de révéler des chaînes de défaillances complexes qui resteraient indétectables lors de tests à contrainte unique. Produits complémentaires : fournisseurs d'équipements complémentaires, tels que réseaux de couplage, systèmes d'acquisition de données, sondes de courant, etc. Les fabricants d'équipements et les laboratoires d'essais se procurent généralement des équipements complémentaires auprès de fournisseurs spécialisés. L'un de ces fournisseurs est… LISUNCette entreprise propose de nombreux accessoires de test photométriques et électriques qui, associés à des générateurs de surtension, constituent un cycle de test complet. Ses appareils de mesure et leurs supports facilitent le montage, la mesure et l'enregistrement des essais d'immunité aux surtensions. L'utilisation d'équipements périphériques fiables permet d'améliorer la cohérence de la configuration et d'accélérer la certification d'un produit, tel qu'un prototype.

Conclusion

Enfin, un Générateur de surtension pour tests EM Ces modèles simulent les surtensions transitoires de haute énergie, transformant l'énergie électrostatique stockée en impulsions précisément définies et les acheminant vers des réseaux de couplage et des chemins de retour conçus à cet effet. Ils assurent également une mesure et une surveillance précises afin de garantir l'obtention de la contrainte souhaitée. La rigueur de la conception du générateur et le soin apporté aux essais déterminent la fidélité avec laquelle les conditions de laboratoire reproduisent les conditions réelles d'une menace. Les données issues des tests d'immunité aux surtensions permettent aux concepteurs de produits de choisir la topologie de protection, de sélectionner les parafoudres et d'optimiser la conception et l'agencement des filtres, contribuant ainsi à minimiser les défaillances sur le terrain et à prolonger la durée de vie du système.