一、浪涌的來源與危害：為何必須測試？

1. 開關(guān)瞬態(tài)：廠內(nèi)大型感性或容性負載（如電機、變壓器、補償電容）的切換。
2. 雷電感應(yīng)：
• 直接雷擊：雷電流通過接地系統(tǒng)引起地電位劇烈抬升（“地電位反擊”）。
• 間接雷擊：附近雷擊產(chǎn)生的強大電磁場，在戶外長電纜上感應(yīng)出過電壓。
3. 系統(tǒng)故障：電網(wǎng)中的短路故障、諧振等。

• 硬件損毀：半導(dǎo)體器件、隔離器件、PCB走線因過壓過流而燒毀。
• 功能紊亂：設(shè)備重啟、數(shù)據(jù)丟失、誤報警、控制失靈。
• 隱性損傷：器件性能劣化，導(dǎo)致設(shè)備壽命縮短，可靠性下降。

二、核心測試標準：IEC 61000-4-5

• 測試波形：定義了兩種標準組合波，模擬不同阻抗源上的浪涌。
• 開路電壓波（1.2/50 μs）：模擬電壓脈沖的上升與衰減時間。
• 短路電流波（8/20 μs）：模擬電流脈沖的上升與衰減時間。
• 組合波發(fā)生器（CG）必須能在不同負載上自動產(chǎn)生這兩種波形。
• 測試等級：根據(jù)設(shè)備預(yù)期安裝的電磁環(huán)境嚴酷度劃分。

• 測試端口：電源端口、輸入/輸出信號/控制端口、通信端口、接地端口。

1. 組合波發(fā)生器（CG）：核心設(shè)備，產(chǎn)生標準1.2/50 μs電壓波和8/20 μs電流波。
2. 耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)（CDN）：
• 功能：將浪涌脈沖耦合到被測設(shè)備（EUT）的端口，同時防止干擾反饋回電網(wǎng)或影響輔助設(shè)備。
• 類型：電容耦合（用于信號線）、氣體放電管耦合（用于電源線）。
3. 測試軟件與監(jiān)控設(shè)備：控制測試序列，監(jiān)測EUT在測試中的功能狀態(tài)。

四、測試實施流程

1. 測試前準備

• 確定測試計劃：依據(jù)產(chǎn)品標準（如IEC 61326用于工業(yè)測量設(shè)備），明確測試等級、端口、施加相位、次數(shù)（正/負極各5次，間隔約1分鐘）。
• 配置EUT：EUT應(yīng)處于典型工作狀態(tài)，并布置在接地參考平板上。
• 接線：嚴格按照標準連接CDN、GRP和EUT，確保接地線短而粗。

2. 執(zhí)行測試

• 選擇耦合路徑：
• 線-地模式：浪涌通過CDN施加在每根相線/信號線與保護地（PE）之間。這是最主要的測試模式，模擬地電位反擊。
• 線-線模式：浪涌施加在電源線或信號線之間。
• 施加浪涌：
• 電源端口：在交流電壓波形的正、負峰值及過零點相位（0°， 90°， 180°， 270°）同步施加，以覆蓋最嚴酷情況。
• 信號端口：通常通過電容耦合網(wǎng)絡(luò)施加。
• 功能性能判據(jù)評估：在每次施加浪涌后及整個測試過程中，依據(jù)產(chǎn)品標準監(jiān)控EUT性能。
• 判據(jù)A：功能與性能完全正常，無任何降級。
• 判據(jù)B：功能暫時降級或喪失，但可自行恢復(fù)。
• 判據(jù)C：功能暫時喪失，需人工干預(yù)（如重啟）才能恢復(fù)。
• 判據(jù)D：硬件永久損壞，功能不可恢復(fù)。
• 工業(yè)設(shè)備通常要求滿足判據(jù)B及以上，關(guān)鍵控制設(shè)備應(yīng)滿足判據(jù)A。

3. 測試后分析與報告

• 記錄所有測試條件、配置及EUT的反應(yīng)。
• 對任何功能降級或失效進行分析，定位薄弱點。

五、工程設(shè)計中的浪涌防護策略

1. 端口防護設(shè)計（第一道防線）：
• 電源入口：采用壓敏電阻（MOV）、氣體放電管（GDT）、瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）的組合電路，形成粗-細保護。
• 信號/通信端口：使用TVS、半導(dǎo)體放電管、隔離器件（如光耦、磁耦）進行保護。
2. 良好的PCB布局與接地（第二道防線）：
• 采用單點接地或分區(qū)接地，避免噪聲環(huán)流。
• 敏感電路遠離端口和接地線入口。
• 電源與信號線布線清晰，避免環(huán)路。
3. 濾波與隔離（第三道防線）：
• 在防護器件后級使用共模電感、濾波電容，吸收殘余能量。
• 對高可靠性要求的信號，采用隔離電源和隔離通信接口（如隔離RS-485）。
4. 軟件容錯（最后保障）：
• 設(shè)計看門狗、關(guān)鍵數(shù)據(jù)校驗、故障安全模式，確保受干擾后能安全恢復(fù)。