一、浪涌的來源與危害：為何必須測(cè)試？

1. 開關(guān)瞬態(tài)：廠內(nèi)大型感性或容性負(fù)載（如電機(jī)、變壓器、補(bǔ)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(qiáng)大電磁場(chǎng)，在戶外長(zhǎng)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(bào)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-4-5

• 測(cè)試波形：定義了兩種標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間。
• 短路電流波（8/20 μs）：模擬電流脈沖的上升與衰減時(shí)間。
• 組合波發(fā)生器（CG）必須能在不同負(fù)載上自動(dòng)產(chǎn)生這兩種波形。
• 測(cè)試等級(jí)：根據(jù)設(shè)備預(yù)期安裝的電磁環(huán)境嚴(yán)酷度劃分。

• 測(cè)試端口：電源端口、輸入/輸出信號(hào)/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(biāo)準(zhǔn)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(cè)設(shè)備（EUT）的端口，同時(shí)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(hào)線）、氣體放電管耦合（用于電源線）。
3. 測(cè)試軟件與監(jiān)控設(shè)備：控制測(cè)試序列，監(jiān)測(cè)EUT在測(cè)試中的功能狀態(tài)。

四、測(cè)試實(shí)施流程

1. 測(cè)試前準(zhǔn)備

• 確定測(cè)試計(jì)劃：依據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（如IEC 61326用于工業(yè)測(cè)量設(shè)備），明確測(cè)試等級(jí)、端口、施加相位、次數(shù)（正/負(fù)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(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)連接CDN、GRP和EUT，確保接地線短而粗。

2. 執(zhí)行測(cè)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(hào)線與保護(hù)地（PE）之間。這是最主要的測(cè)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(hào)線之間。
• 施加浪涌：
• 電源端口：在交流電壓波形的正、負(fù)峰值及過零點(diǎn)相位（0°， 90°， 180°， 270°）同步施加，以覆蓋最嚴(yán)酷情況。
• 信號(hào)端口：通常通過電容耦合網(wǎng)絡(luò)施加。
• 功能性能判據(jù)評(píng)估：在每次施加浪涌后及整個(gè)測(cè)試過程中，依據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控EUT性能。
• 判據(jù)A：功能與性能完全正常，無任何降級(jí)。
• 判據(jù)B：功能暫時(shí)降級(jí)或喪失，但可自行恢復(fù)。
• 判據(jù)C：功能暫時(shí)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(cè)試后分析與報(bào)告

• 記錄所有測(cè)試條件、配置及EUT的反應(yīng)。
• 對(duì)任何功能降級(jí)或失效進(jìn)行分析，定位薄弱點(diǎn)。

五、工程設(shè)計(jì)中的浪涌防護(hù)策略

1. 端口防護(hù)設(shè)計(jì)（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(xì)保護(hù)。
• 信號(hào)/通信端口：使用TVS、半導(dǎo)體放電管、隔離器件（如光耦、磁耦）進(jìn)行保護(hù)。
2. 良好的PCB布局與接地（第二道防線）：
• 采用單點(diǎn)接地或分區(qū)接地，避免噪聲環(huán)流。
• 敏感電路遠(yuǎn)離端口和接地線入口。
• 電源與信號(hào)線布線清晰，避免環(huán)路。
3. 濾波與隔離（第三道防線）：
• 在防護(hù)器件后級(jí)使用共模電感、濾波電容，吸收殘余能量。
• 對(duì)高可靠性要求的信號(hào)，采用隔離電源和隔離通信接口（如隔離RS-485）。
4. 軟件容錯(cuò)（最后保障）：
• 設(shè)計(jì)看門狗、關(guān)鍵數(shù)據(jù)校驗(yàn)、故障安全模式，確保受干擾后能安全恢復(fù)。