Surgetesten
Vernietigende puls
Iedere nieuwsbrief een nieuw onderwerp. Deze keer Surge pulsen. Wat zijn het, waarom is het een probleem en wat kunnen we er aan doen? In deze edutorial geven we op deze vragen en andere vragen aangaande Surge-pulsen een antwoord.
Pulsverschijnselen
Surge pulsen vallen onder de elektrische pulsen binnen het werkgebied van de EMC-richtlijn. Andere bekende pulstesten zijn Electrical Fast Transients (EFT) en Electrostatic Discharge (ESD). Het verschil tussen deze pulsen is niet alleen dat zij een verschillende oorzaak hebben maar tevens dat de tijdsduur en energie-inhoud sterk verschillen.
Surge is van de drie het langzaamste verschijnsel met een relatief trage puls met zeer hoge energie-inhoud. Daarna komt EFT dat al een sneller verschijnsel is met minder energie. ESD is het snelste verschijnsel met een veel lagere energie-inhoud. De laatste twee verschijnselen worden in volgende edutorials behandeld, we concentreren ons nu op Surge.
| Verschijnsel | Pulsduur | Spanning | Stroom | Energie |
| Surge | ~100 us | Tot 2000V | Tot 1000A | Tot 5000 Joule |
| EFT | ~100 ns | Tot 2000V | Tot 40A | Tot 50 Joule |
| ESD | ~10 ns | Tot 25.000V | Tot 60A | Tot 5 Joule |
Wat is Surge?
Zoals gezegd zijn Surge-pulsen trage energierijke pulsen. Ze komen bij kabels voornamelijk voor op de voedingslijnen maar het is afhankelijk van de oorzaak ook mogelijk dat dergelijke pulsen op IO-lijnen voorkomen. Belangrijk bij de definitie van puls verschijnselen zijn niet alleen de hoogte van de spanning en de duur van de puls maar tevens de stijgtijd van de puls. Dit is de tijd die verstrijkt tussen het begin van de puls en het moment waarop de hoogste spanningswaarde wordt bereikt.
Wat veroorzaakt een Surge-puls?
Surge-pulsen worden veroorzaakt door een groot aantal fenomenen waaronder:
- Indirecte blikseminslag
- Netuitval
- Het in- of uitschakelen van grote inductieve belastingen
- Kortsluitingen
- Electromagnetic Pulses (EMP) waaronder Nuclear EMP (NEMP)
Wat zijn de gevolgen van Surge-pulsen?
Door de grote energie-inhoud zijn Surge-pulsen in staat uitrusting te laten resetten. In geval van grote Surge-pulsen of apparatuur die niet voldoende beschermd is kan de uitrusting eenvoudig defect raken. Iedereen kent wel de situatie waarbij er in een straat een indirecte blikseminslag heeft plaatsgevonden maar er toch veel netgebonden apparatuur defect is geraakt.
Op welke uitrusting zijn Surge-pulsen van toepassing?
In de nieuwe EMC-richtlijn wordt het onderscheid gemaakt tussen apparaten en vaste installaties. Samen wordt gesproken over uitrusting. In dit artikel worden ook deze definities gebruikt. Surge pulsen zijn altijd van toepassing op alle AC- en DC-poorten. Een beperkt aantal productnormen sluit Surge-pulsen op IO-lijnen uit indien deze een in de norm bepaalde lengte niet overschrijden.
Is Surge ook van toepassing op automotive?
Ook in automotive komen Surge-achtige verschijnselen voor. Deze pulsen treden voornamelijk op bij het starten en stoppen van de motor en bij het loshalen of aansluiten van de accu. Er wordt in de automotive echter niet gesproken over Surge maar over bijvoorbeeld load dump. Automotive apparatuur wordt ook op een andere manier getest op basis van andere normen. Daarnaast valt automotive apparatuur onder de E-markering en in, indien de apparatuur niet immunity-related is, onder de CE-markering.
Hoe wordt uitrusting op Surge-pulsen getest?
Uitrusting moet bestand zijn tegen een zekere vorm van Surge-pulsen. Hiertoe wordt door middel van een Surge-generator een Surge-puls opgewekt die exact aan de definitie uit de betreffende norm voldoet. Een dergelijke test wordt ook wel een full compliant test genoemd. Het is verstandig full compliant testen uit te voeren omdat alleen deze testen zekerheid geven dat u aan de essentiële eisen van de EMC-richtlijn voldoet. De Surge-generator wordt op de netvoeding (AC- en DC-poorten) of IO-lijnen van de uitrusting aangesloten en er worden Surge-pulsen op deze lijnen gezet. Voor bijvoorbeeld één-fase systemen moeten vijf positieve en vijf negatieve pulsen op 0, 90, 180 en 270 graden worden gezet. In het geval van de netvoeding worden de pulsen aangeboden tussen de nul en fase, tussen de nul en aarde en tevens tussen fase en aarde.
Welke normen zijn van toepassing?
De basisnorm voor Surge-testen is de EN61000-4-5. Basisnormen beschrijven de testmethode voor een bepaald fenomeen en zijn niet geharmoniseerd. Soms worden in basisnormen testniveaus genoemd maar de productnorm of de generieke norm is hier leidend. Nagenoeg alle productnormen en de generieke normen verwijzen naar de EN61000-4-5.
Hoe kunnen we problemen met Surge pulsen voorkomen?
De beste manier om problemen te voorkomen is door hier in de ontwerpfase al rekening mee te houden. Er zijn verschillende manieren om Surge-pulsen te filteren. Het doel van het filteren is de pulsen naar aarde af te voeren voordat ze de kwetsbare elektronica bereiken.