Một bộ điều khiển có thể qua phép thử miễn nhiễm xung nhanh EFT ở 2 kV nhưng tự khởi động lại khi thử xung sét ở 1 kV. Hai phép thử cùng bơm xung cao áp vào cổng nguồn và cổng tín hiệu, nhưng dạng sóng, trở kháng nguồn và đường ghép khác nhau đến mức mạch bảo vệ tốt cho phép thử này có thể vô dụng với phép thử kia.
Bài này đặt thử nghiệm miễn nhiễm xung nhanh EFT theo IEC 61000-4-4 cạnh thử surge theo IEC 61000-4-5: khác nhau ở vật lý nào, ghép xung ra sao, thử ở mức nào, kiểm dạng sóng máy phát thế nào, và đo gì trên mạch khi mẫu không đạt.
Miễn nhiễm xung nhanh EFT và xung sét mô phỏng điều gì
Theo IEC 61000-4-4, thử nghiệm EFT/burst có biên độ cao, thời gian lên ngắn, tần số lặp cao và năng lượng thấp. Nó mô phỏng quá độ đóng cắt, như khi ngắt tải cảm hoặc tiếp điểm rơ-le bị nảy. Nhiễu đến thành từng chùm xung (burst) lặp đều.
IEC 61000-4-5 dùng máy phát xung tổ hợp (combination wave generator): xung áp 1,2/50 µs khi hở mạch, xung dòng 8/20 µs khi ngắn mạch. Trở kháng ra hiệu dụng, bằng tỉ số đỉnh áp hở mạch trên đỉnh dòng ngắn mạch, là 2 Ω; ở mức đặt 4 kV, dòng ngắn mạch là 2 kA.
IEC 61000-4-4 bản 3.0 (2012) là bản hiện hành tại thời điểm viết, ngày ổn định 2026, nên có thể sớm được sửa đổi. IEC 61000-4-5 bản 3.0 (2014) đã có AMD1:2017; chi tiết về surge trong bài lấy từ văn bản gốc 2014.
Dạng sóng, trở kháng nguồn và phổ: EFT so với surge
Xung 5/50 ns và cấu trúc burst
Máy phát EFT có trở kháng ra 50 Ω. Trên tải 50 Ω, xung có thời gian lên (5 ± 1,5) ns, độ rộng (50 ± 15) ns. Xung lặp ở 5 kHz hoặc 100 kHz, gom thành burst dài 15 ms (5 kHz) hoặc 0,75 ms (100 kHz), chu kỳ burst 300 ms; nhân ra, cả hai chế độ đều khoảng 75 xung mỗi burst. Phụ lục A thừa nhận sườn 5 ns là thoả hiệp, sườn 1 ns sẽ khắc nghiệt hơn.
Điện áp đặt trên máy là giá trị hở mạch. Trên tải 50 Ω chỉ đọc được một nửa: đặt 4 kV đọc 2 kV; trên 1 000 Ω đọc 3,8 kV.
Xung 1,2/50 µs và 8/20 µs
Với surge, sườn tính bằng micro giây. Dung sai: áp hở mạch sườn trước 1,2 µs ± 30 %, kéo dài 50 µs ± 20 %; dòng ngắn mạch sườn trước 8 µs ± 20 %, kéo dài 20 µs ± 20 %. Dòng ngắn mạch là 0,25 kA ở 0,5 kV, 0,5 kA ở 1 kV, 1 kA ở 2 kV. Đầu ra phải thả nổi, đổi được cực tính và dịch pha 0–360° so với lưới, sai số ± 10°.
Phổ quyết định đường ghép
Tài liệu hội thảo EMC của AMETEK CTS mô tả EFT là phổ băng rộng tới 400 MHz, ghép theo cả đường điện dung (du/dt) lẫn điện cảm (di/dt). Phụ lục E của IEC 61000-4-5 cho băng thông mô hình xung áp 1,2/50 µs là 2 MHz, xung dòng 8/20 µs là 0,15 MHz. Vì vậy EFT lọt vào qua ghép ký sinh, còn surge dồn dòng cỡ kA qua nguồn 2 Ω vào linh kiện bảo vệ.
Ghép xung vào thiết bị: CDN và kẹp ghép điện dung
Trong IEC 61000-4-4
CDN cho cổng nguồn AC/DC dùng tụ ghép 33 nF và cuộn tách lõi ferrite trên 100 µH, ghép đồng thời vào mọi dây so với đất (common mode). Hiệu chuẩn CDN ở mức đặt 4 kV, mỗi đầu ra trên tải 50 Ω phải cho (5,5 ± 1,5) ns, (45 ± 15) ns và đỉnh (2 ± 0,2) kV.
Cáp I/O dùng kẹp ghép điện dung, không nối galvanic. Điện dung ghép phụ thuộc đường kính, vật liệu và lớp chống nhiễu của cáp, nên đổi cáp là đổi mức nhiễu nhận vào. Kẹp hiệu chuẩn bằng tấm chuyển đổi ở mức đặt 2 kV phải cho đỉnh (1 000 ± 200) V.
Trong IEC 61000-4-5
CDN nguồn dùng 18 µF khi ghép dây-dây và 9 µF nối tiếp 10 Ω khi ghép dây-đất, lớn hơn tụ 33 nF của EFT khoảng 545 lần. Cuộn tách không quá 1,5 mH, sụt áp không quá 10 %. Trở kháng nguồn tổng là 2 Ω giữa dây nguồn, 12 Ω giữa dây nguồn và PE, 42 Ω cho dây khác; tiêu chuẩn lưu ý điện trở thêm vào có thể làm dạng sóng ở đầu ra CDN đổi đáng kể. Dây I/O không đối xứng, không bọc ghép qua 40 Ω và 0,5 µF; cáp bọc nối đất hai đầu thì xung đặt lên vỏ qua 2 Ω và 18 µF. Sản phẩm cách điện kép không thử surge dây-đất.
Mức thử, trình tự và tiêu chí theo IEC 61000-4-4, IEC 61000-4-5
| Mức | EFT nguồn, PE | EFT tín hiệu | Surge dây-dây | Surge dây-đất |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0,5 kV | 0,25 kV | — | 0,5 kV |
| 2 | 1 kV | 0,5 kV | 0,5 kV | 1 kV |
| 3 | 2 kV | 1 kV | 1 kV | 2 kV |
| 4 | 4 kV | 2 kV | 2 kV | 4 kV |
Giá trị là đỉnh hở mạch; mức X là mức đặc biệt. EFT dùng 5 kHz hoặc 100 kHz ở mọi mức. Surge dây-dây bắt đầu từ mức 2, và mọi mức thấp hơn mức quy định đều phải thử.
Trình tự thử
- EFT: cả hai cực tính, mỗi cổng không dưới 1 phút.
- Surge nguồn DC, dây liên kết: 5 xung dương, 5 xung âm.
- Surge nguồn AC: 5 dương, 5 âm ở mỗi góc 0°, 90°, 180°, 270°, tức 40 xung mỗi đường ghép mỗi mức.
- Nhịp surge: tối đa 1 phút một xung; nếu nhịp nhanh hơn trượt mà 1 xung/phút đạt, lấy kết quả 1 xung/phút.
Tiêu chí a–d
Hai tiêu chuẩn dùng chung cách phân loại: a) hoạt động bình thường trong giới hạn; b) suy giảm tạm thời, tự phục hồi khi hết nhiễu; c) suy giảm tạm thời, cần người vận hành can thiệp; d) mất chức năng không phục hồi do hỏng phần cứng, phần mềm hoặc mất dữ liệu. Tiêu chí chấp nhận cho từng cổng do tiêu chuẩn sản phẩm quy định.
Kiểm dạng sóng máy phát trước khi tin kết quả
EFT: dao động ký từ 400 MHz và tải đồng trục
IEC 61000-4-4 cho đầu ra máy phát vào tải đồng trục (50 ± 1) Ω và (1 000 ± 20) Ω, quan sát bằng dao động ký băng thông −3 dB ít nhất 400 MHz, rồi đo đỉnh, thời gian lên, độ rộng, tần số lặp, độ dài và chu kỳ burst.
Phụ lục C cho thời gian lên hệ đo TMS = α/B, α = 360 ns·MHz, B là băng thông cả hệ gồm suy hao, cáp và dao động ký; kết quả đọc bằng căn tổng bình phương. Hệ 400 MHz có TMS khoảng 0,9 ns, sườn 5 ns đọc khoảng 5,08 ns; hệ 1 GHz có TMS khoảng 0,36 ns. Quy tắc 0,35/BW cho thấy 70 MHz đã hiển thị được sườn 5 ns, nhưng hiệu chuẩn theo tiêu chuẩn vẫn bắt buộc từ 400 MHz.
Surge: áp hở mạch và dòng ngắn mạch
IEC 61000-4-5 yêu cầu hệ đo đủ băng thông, chịu được điện áp và dòng; biến dòng không bão hoà, tần số cắt dưới thấp hơn 100 Hz. Máy phát đo qua tụ 18 µF nối tiếp ở hở mạch (từ 10 kΩ) và ngắn mạch cùng điện áp đặt; góc pha kiểm tại đầu ra CDN.
Gỡ lỗi khi thiết bị không đạt: đo gì trên mạch
Khi mẫu trượt, dao động ký chuyển sang đo phản ứng của chính thiết bị.
- Ghi đủ điều kiện lỗi: cổng, kiểu ghép, mức, cực tính, tần số lặp hoặc góc pha.
- Đo áp tại nút thả nổi: ray nguồn sau lọc, chân reset, áp dư trên linh kiện bảo vệ. Theo Keysight, đầu dò vi sai cao áp dành cho phép đo thả nổi, khi không điểm đo nào nối đất. Đầu dò 3,5 ns có thể làm sườn 5 ns hiển thị tới khoảng 6,1 ns, nên nó cho biết nhiễu ở đâu, lúc nào, chứ không thay phép hiệu chuẩn.
- Đo dòng từng nhánh: kẹp đầu dò dòng quanh dây mass, vỏ cáp, đường về của linh kiện bảo vệ, trong định mức đầu dò, không kẹp đầu ra máy phát surge.
- Tương quan nhiều kênh: xung ghép, ray nguồn, reset và logic trên cùng màn hình để thấy thứ tự sự kiện.
Kỹ thuật dò trên bo trong bài đầu dò trường gần định vị nguồn phát xạ EMI trên bo mạch cũng giúp khoanh vùng. Để cấp nguồn AC có điện áp, tần số kiểm soát được khi gỡ lỗi tại bàn, xem bài nguồn AC lập trình Keysight.
Checklist trước khi đến phòng thử được công nhận
- Xác định tiêu chuẩn sản phẩm, mức thử và tiêu chí từng cổng.
- Liệt kê cổng: AC, DC, PE, I/O bọc và không bọc; đường viễn thông ngoài trời có thể cần xung 10/700 µs (Phụ lục A, 40 Ω).
- Kiểm tra cách điện kép (không thử surge dây-đất).
- Chuẩn bị cách giám sát đủ phân định a, b, c, d: log, đếm reset, kiểm dữ liệu.
- Mang đúng loại cáp thật; thử sơ bộ đủ hai cực tính, bốn góc pha và các mức thấp hơn.
Chọn thiết bị Keysight cho kiểm dạng sóng và gỡ lỗi miễn nhiễm
Danh mục Keysight trong bài không gồm máy phát EFT hay surge; thiết bị Keysight đảm nhận phần đo: kiểm dạng sóng máy phát, giám sát thiết bị và gỡ lỗi.
Keysight MXR108B (Infiniium MXR B): 1 GHz ở đầu vào 50 Ω, 500 MHz ở 1 MΩ, 8 kênh, 16 GSa/s mọi kênh, 200 Mpts mỗi kênh, ADC 10 bit. Đầu vào 50 Ω hợp với tải đồng trục của phép kiểm EFT; 200 Mpts ở 16 GSa/s ghi được 12,5 ms.
Keysight MSOX4154G: 1,5 GHz ở chế độ nửa số kênh, 1 GHz khi dùng cả 4 kênh, thời gian lên không quá 300 ps, 5 GSa/s nửa kênh hoặc 2,5 GSa/s mọi kênh, thêm 16 kênh số để theo dõi reset và cờ lỗi.
Keysight N2790A: đầu dò vi sai cao áp từ 100 MHz, không quá 3,5 ns, 50:1 hoặc 500:1, vi sai ± 1 400 V ở 500:1, common mode ± 1 000 V CAT II. Mức 4 kV hở mạch vượt dải này, nên chỉ đo phía sau mạch bảo vệ.
Keysight N2893A: đầu dò dòng DC–100 MHz, 7 ns, 15 A đỉnh liên tục, 30 A đỉnh trong tối đa 10 µs, 0,1 V/A. Hợp với dòng nhiễu trên nhánh bên trong thiết bị; dòng kA của máy phát surge cần biến dòng định mức riêng.
Kết luận
Thử miễn nhiễm xung nhanh EFT và thử surge không thay thế nhau. EFT là chùm xung 5/50 ns từ nguồn 50 Ω, ghép common mode qua 33 nF hoặc kẹp điện dung. Surge là xung 1,2/50 µs và 8/20 µs từ nguồn 2 Ω, thử thách linh kiện bảo vệ. Kết quả chỉ đáng tin khi dạng sóng máy phát được kiểm bằng hệ đo đủ băng thông.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam, vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 và hiệu chuẩn dao động ký, đầu dò vi sai, đầu dò dòng. Để được tư vấn cấu hình đo hoặc đặt lịch hiệu chuẩn, vui lòng liên hệ hotline 0908 173 345.
