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电子产品常用的浪涌测试波形有多种,总是分不清它们什么区别,各自代表什么含义,适用于哪些场景,哪个波形的能量更大,这些波形的能量大小关系如何。
不同浪涌波形的主要区别在于能量、持续时间和模拟的物理现象(如直击雷、感应雷、开关操作,抛负载),用于在实验室针对特定端口(电源/信号)和标准测试设备(如SPD)抵抗相应威胁的能力。常用浪涌测试波形列表如下,以下详细解析说明。
上海雷卯实验室可以提供:抛负载,10/1000μs,8/20μs,1.2/50μs,10/700μs, 5/320μs免费摸底测试。
1. 8/20 μs 波形 (电流波形 - Current Wave)
8/20 μs 波形:波前时间(从10%峰值上升到90%峰值)约为 8 μs,半峰值时间(从波前沿峰值点下降到50%峰值)约为 20 μs。波形图如下:
模拟:感应雷击、开关操作(如电容投切)在电源/信号线上感应的电流脉冲。
测试: 侧重 SPD的标称放电电流(In) 和 最大放电电流(Imax)(IEC 61643-11)。
电源端口浪涌抗扰度测试(IEC 61000-4-5,组合波中的电流部分)。
特点:上升快,持续时间相对较短。能量中等。 是应用最广泛的浪涌电流测试波形。
典型应用:低压配电系统SPD(Type 2)、电子设备电源入口防护。
2.
1.2/50μs 波形 (电压波形 - Voltage Wave)
1.2/50μs 本身是一个开路电压波形,更常用的是组合波发生器 (Combination Wave Generator - CWG)。CWG 在开路时输出 1.2/50μs 电压波,在短路时输出 8/20μs 电流波。当连接到被测设备时,实际的电压和电流波形由发生器的内阻和设备的阻抗共同决定。
1.2/50 μs波形:波前时间 1.2μs(电压从峰值的 10% 升至 90% 所需时间),半峰时间 :50μs(电压从峰值衰减至 50% 所需时间)。
模拟: 主要模拟感应雷和开关操作引起的过电压威胁。
测试: 设备绝缘耐压性能(如安规测试);浪涌抗扰度测试(IEC 61000-4-5)的核心波形,考核设备端口抗过电压能力;SPD的电压保护水平(Up)。
特点: 电压波形上升相对较慢(1.2μs),持续时间中等(50μs)。组合波测试更贴近实际,因为设备端口既不是纯开路也不是纯短路。
典型应用:家电、工业设备、电源模块的EMC测试。
3. 10/350μs 波形 (电流波形 - Current Wave)
10/350us波形:是典型雷电击穿大地的雷电流曲线,是雷电直接袭击电力线和避雷针的雷电流曲线,这是一个长波头、长持续时间的大电流波形,我们一般称直击雷波形:波前时间约为10 μs,半峰值时间约为350 μs。
模拟:模拟直击雷通过外部防雷系统LPS(如避雷针、引下线、接地网)泄放的部分雷电流,能量极大。
测试: 浪涌保护器(SPD)的冲击电流(Iimp)测试,这是10/350us波形最核心的应用。Iimp参数用于评估SPD(通常是第一级防护)承受直击雷部分雷电流单次冲击的能力。是衡量SPD泄放巨大直击雷能量的关键指标。这是评估SPD承受极高能量雷电流冲击能力的严酷测试。雷电防护分区(LPZ)的入口点防护(一级防护): 安装在建筑物总配电柜或入户处的SPD必须通过Iimp(10/350us)测试,以应对最严酷的直击雷威胁。
特点: 能量极大(相同峰值下能量约等于8/20μs波形的能量20倍),持续时间长(350μs)。代表了最严酷的雷击威胁。
典型应用:建筑物总配电柜Type 1 SPD(如避雷针引下线附近)。
4. 10/1000μs 波形 (电流波形 - Current Wave)
10/1000μs 波形:波前时间约为 10 μs,半峰值时间约为 1000 μs (1 ms)。
模拟:主要模拟电力系统中的操作过电压,特别是持续时间较长的开关事件(如变压器的励磁涌流、长输电线路的开关操作、故障清除等)产生的过电流。也用于模拟某些感应雷的长尾效应。
测试:SPD/设备在长时间浪涌下的热稳定性(是否过热烧毁);电力设备(如变压器、断路器)的绝缘强度验证。
特点: 上升相对较慢(与8/20us比),但持续时间非常长(1000μs vs 20μs)。因此,总能量非常大。对器件和SPD的热应力考验更严峻。
典型应用:高压设备测试、特定行业标准(如电信电源SPD)。
5. 10/700μs 波形 (电压波形 - Voltage Wave / Combination Wave)
通常指开路电压波形或组合波(开路电压10/700μs,短路电流5/320μs - 见6)。
10/700μs波形: 波前时间约为 10 μs,半峰值时间约为 700 μs。
模拟: 主要模拟感应雷击在长距离通信线路(如电话线、数据线)上产生的浪涌电压。长距离线路的分布电感和电容导致浪涌上升和下降变缓。
测试: 是通信线路端口浪涌抗扰度测试(IEC/EN 61000-4-5, GB/T 17626.5)的标准波形之一(另一个是1.2/50(8/20)组合波)。 通信线SPD(如RJ45、电话接口防护器)的性能考核。
特点: 上升时间10μs与10/350us相同,但半峰值时间更长(700μs)。其总能量也很大,但通常电压较高,电流相对较低(因为通信线路阻抗通常比电源线高)。
典型应用:网络设备、基站、安防系统的信号线防护。
6. 5/320μs 波形 (电流波形 - Current Wave)
这是与10/700μs电压波形配对的短路电流波形(在组合波发生器中,当输出端短路时产生)。
5/320μs波形:波前时间约为 5 μs,半峰值时间约为 320 μs。
模拟: 与10/700μs电压波对应,模拟通信线路短路时(或低阻抗负载时)可能流过的浪涌电流特性。
测试: 在测试通信线路浪涌保护器时,会使用10/700μs(开路电压) / 5/320μs(短路电流)组合波来评估其性能。核心是测试SPD在通信线路上泄放这种特定波形浪涌的能力。
特点: 电流波形,上升时间5μs,半峰值时间320μs。能量特性介于8/20μs和10/350μs之间,但专门针对通信线场景
7.抛负载(Load Dump)
汽车电子专属!发电机运行时,若电池连接突然断开(如腐蚀松脱),发电机励磁磁场崩溃产生高压脉冲。
波形特点:(ISO 7637-2 / ISO 16750-2),参考下表,抛负载测试参数和5A,5B 波形
电压峰值:+65V ~ +101V(12V系统)或 +123V ~ +202V(24V系统)
上升时间:5ms ~ 10ms; 波长时间:40ms ~ 400ms
内阻:0.5Ω ~ 4Ω(能量巨大,可达数百焦耳)。
测试: 汽车电子设备(ECU、传感器)的过压耐受能力和保护电路有效性;考核抛负载保护器(TVS/压敏电阻)的能量吸收能力。
与浪涌核心区别:
抛负载是毫秒级(ms),浪涌是微秒级(μs);抛负载能量远超雷击浪涌(10/350μs除外)。
应用场景:内燃机车辆的电源系统
8. 总结与对比表
能量等级: 抛负载>10/350μs > 10/1000μs ≈ 5/320μs > 8/20μs > 组合波(1.2/50+8/20) ≈ 10/700μs (不同类型比较需谨慎,但10/350绝对是能量王者)。
选择哪种波形进行测试,取决于设备所处的环境、可能遭受的威胁类型(是感应雷为主还是可能有直击雷威胁?是电源端口还是通信端口?)以及需要满足的具体产品标准要求。理解这些波形的区别对于正确选择和使用浪涌保护器、设计设备防护方案以及解读测试标准至关重要。
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