Lekcja 4. Stanowisko testowe, powierzchnie sprzęgające, uziemienia, elementy izolacyjne

Wstęp

Lekcja 4 opisuje stanowisko testowe do wykonywania testów wyładowań elektrostatycznych. Opisuje schemat ideowy stanowiska z uwzględnieniem poszczególnych elementów i ich wzajemnych połączeń i funkcji. Opisany jest stół testowy i GRP (ang. ground reference plane), powierzchnie sprzęgające HCP (and. Horizontal Coupling Plane) i VCP (and. Vertical Coupling Plane), elementy izolacyjne i uziemienia. Przedstawione są również podstawowe konfiguracje EUT (equipment under the test) podczas testów wyładowań elektrostatycznych.

Cele Lekcji

Osoba ucząca się:

• wyjaśnia budowę stanowiska testowego na podstawie schematu ideowego
• rozróżnia urządzenia stanowiska testowego
• rozumie wzajemne połączenia urządzeń stanowiska testowego i ich funkcje
• wyjaśnia pojęcia GRP, HCP. VCP
• rozróżnia elementy izolacyjne i rozumie ich zastosowania
• opisuje rodzaje uziemienia i ich funkcję
• rozumie podstawowe konfiguracje urządzenia testowanego podczas testu i ich znaczenie

1. Stanowisko testowe - schemat ideowy

Schemat ideowy stanowiska testowego pokazuje wzajemne ułożenie i połączenia urządzeń wymaganych do przeprowadzenia testów wyładowań elektrostatycznych na urządzeniu testowanym EUT (ang. Equipment under test).

Głównym elementem stanowiska jest stół testowy, na którym budowane jest całe stanowisko. Wysokość stołu wynosi około  0,7 – 1,0 materiał do budowy stołu to drewno lub inny izolator o wysokiej rezystywności. Stół umieszczony jest na bazowej płaszczyźnie referencyjnej (amg. GRP - ground reference plane), która jest wykonana z  metalu przewodzącego i jest uziemiona do głównej szyny uziemiającej. Wszystkie elementy przewodzące stanowiska testowego muszą być uziemione pośrednio za pomocą rezystorów 470 Ohm lub uziemione bezpośrednio do GRP albo do głównej szyny uziemiające. 

Na stole testowym umieszczone są płaszczyzny sprzęgające HCP (and. Horizontal Coupling Plane) i VCP (and. Vertical Coupling Plane)  pozwalające na wykonanie wyładowań elektrostatycznych bezpośrednich lub pośrednich. Urządzenie testowane umieszczamy w zależności od wykonywanego testu: bezpośrednio na VCP , na bloku izolującym, lub na cienkiej macie izolacyjnej. Połączenia elektryczne pomiędzy elementami przewodzącymi: HCP, VCP, GRP, EUT wykonujemy zgodnie ze standardem wymaganym dla konkretnego testu.

2. Powierzchnie sprzęgające

Powierzchnie sprzęgające to powierzchnie, które sprzęgają pośrednio lub bezpośrednio wyładowania elektrostatyczne do urządzenia testowanego. Bezpośredni sprzęg wyładowań następuje gdy EUT jest elektrycznie połączony z powierzchnią sprzęgającą. Tego typu rozwiązanie stosujemy, kiedy chcemy testować elementy zamontowane np. bezpośrednio do karoserii samochodu. Pośredni sprzęg wyładowań elektrostatycznych występuje gdy EUT jest położony na VCP na cienkiej macie izolującej lub na bloku izolacyjnym.  Tego typu rozwiązanie stosujemy, kiedy chcemy testować elementy zamontowane np. w kokpicie samochodu.

Poniżej opisane są główne powierzchnie sprzęgające:

• GRP - ground reference plane jest to główna płaszczyzna odniesienia uziemienia laboratoryjnego wykonana z metalowej płyty miedzianej lub aluminiowej o grubości większej niż 0,25 mm -  zalecana grubość to 1–2 mm. Rozmiar płyty musi wystawać minimum 0,5 m poza HCP na wszystkich stronach. Płyta GRP jest połączona z uziemieniem ochronnym (ang. PE protective earth PE) bezpośrednio.
• HCP - horizontal counpling plane jest to pozioma płaszczyzna sprzęgająca (ang. Horizontal Coupling Plane), która symuluje karoserię pojazdu. Wykonana jest z metalowej płyty o grubości większej niż 0,25 mm, zalecanej 1 mm. Minimalny rozmiar HCP wynosi: 1,6 m × 0,8 m + 0,1 m , HCP musi byc większa niż DUT wraz z harnesem po każdej stronie. HCP jest połączona przez rezystory 470kOHm z GRP.
• VCP - vertical coupling plane jest to pionowa płaszczyzna sprzęgająca do testów pośrednich wykonana z metalowej płyty 0,5 m × 0,5 m, umieszczonej pionowo w odległości 10 cm od DUT i połączonej z GRP przez rezystory 470kOhm.

3. Elementy izolacyjne

Elementy izolacyjne służą do zasymulowania rzeczywistego rozlokowania urządzeń testowanych, które nie maja bezpośredniego elektrycznego kontaktu z przewodzącymi elementami środowiska (karoseria pojazdu, szafa elektryczna, element konstrukcyjny). Elementy izolacyjne są wykonane są z materiałów o wysokiej powierzchniowej rezystywności i przenikalności elektrycznej na poziomie 2.1‑3.9.

Wyróżniamy następujące elementy izolacyjne:

• maty izolacyjne o grubości od 2mm do 3mm o wysokiej powierzchniowej rezystywności.
• bloki izolacyjne pod DUT i harness o wysokości 50 mm dla elementów montowanych nie bezpośrednio na karoserii.
• bloki izolacyjne pod DUT i harness o wysokości 100 mm dla elementów montowanych w kokpicie.

4. Uziemienia

Uziemienia w stanowisku testowym posiadają kilka zasadniczych funkcji:

• zapewnienie powrotu ładunku
• stabilizacje potencjałów odniesienia
• zmniejszenie zakłóceń 
• ochronę sprzętu

Podczas wyładowania elektrostatycznego ładunek wygenerowany przez generator wyładowań elektrostatycznych musi mieć drogę do rozproszenia, uziemienie tworzy przewodnik referencyjny do masy urządzenia lub testera co pozwala na rozładowanie ładunku. Stabilizacja potencjałów odniesienia zapewnia powtarzalność i wiarygodność pomiarów. Pomiary dzięki uziemieniom posiadają wspólny potencjał referencyjny. Dzięki poprawnie wykonanym uziemieniom minimalizuje się niepożądane prądy błądzące i chroni elementy testowane oraz przyrządy pomiarowe przed uszkodzeniem.

Na stanowisku testowym wyróżniamy następujące typy uziemień

• Główna szyna uziemiająca
  Zazwyczaj jest to gruba miedziana szyna przebiegająca wzdłuż ściany pomieszczenia testowego i połączona bezpośrednio z uziemieniem budynku
• Uziemienie płaszczyzny referencyjnej (GRP)
  Jest to bezpośrednie połączenie niskooporowe płaszczyzny referencyjnej z główna szyna uziemiająca przebiegająca wzdłuż ściany pomieszczenia
• Uziemienie Generatora wyładowań elektrostatycznych
  Generator wyładowań elektrostatycznych posiada specjalny przewód uziemiający, który oprócz funkcji uziemienia posiada funkcję filtrującą zakłócenia. Filtrowanie odbywa się za pomocą wbudowanych filtrów ferrytowych. Generator uziemia się do płaszczyzny referencyjne (GRP) za pomocą dedykowanego przewodu.
• Uziemienie płaszczyzn sprzęgających
  horyzontalna płaszczyzna sprzęgająca (HCP) i wertykalna płaszczyzna sprzęgająca (VCP) połączone są z płaszczyzna referencyjną (GRP) przez dwa rezystory 470 kΩ w serii, tzw bleed resistors.

• Uziemienie urządzeń testowanych
  Urządzenia testowane mogą być podłączone poprzez rezystory 470kOhm do horyzontalnej płaszczyzny sprzęgającej w celu rozładowania ładunków 

5. Urządzenia testowane (EUT equipment under test)

Urządzenie testowane to dowolne urządzenie elektryczne, które jest poddawane testom wyładowań elektrostatycznych. Urządzenia testowane są podzielone na grupy, które posiadają odmienne kryteria podczas wykonywania testów. Wyróżniamy następujące grupy urządzeń testowanych:

• urządzenia konsumenckie
• urządzenia multimedialne i IT
• urządzenia przemysłowe
• urządzenia alarmowe i bezpieczeństwa
• urządzenia telekomunikacyjne
• urządzenia medyczne
• urządzenia automotive
• urządzenia noszone
• sprzęt laboratoryjny

Testowane urządzenie elektroniczne może być umieszczone na stole testowym w kilku konfiguracjach, w zależności od konfiguracji w jakiej się znajduje podczas typowego użytkowania:

• Montowane bezpośrednio na karoserii - (ang. chassis‑mounted) 
  urządzenie takie w celach testowych układany bezpośrednio na horyzontalnej płaszczyźnie sprzęgającej.  Najlepiej dodatkowo wykonać połączenie elektryczne z HCP porównywalne z typową instalacją urządzenia na karoserii.

• Montowane nie bezpośrednio na karoserii (ang.non chasis mounted)
• Montowane w kokpicie (ang.cockpit mounted) urządzenie takie w celach testowych układany na bloku izolacyjnym  na horyzontalnej płaszczyźnie sprzęgającej.  Najlepiej dodatkowo wykonać połączenie elektryczne przy użyciu bleeding resistors z HCP w celu odprowadzenia ładunków