Lekcja 5. Dzielnik napięciowy do weryfikacji fali prądowej

Wstęp

Lekcja 5 opisuje zastosowanie dzielnika napięciowego do weryfikacji parametrów fali prądowej generatora ESD. Opisane są funkcje generatora podczas takiego testu, schemat połączeń testowych oraz procedura weryfikacji. Lekcja jest  połączeniem wiedzy teoretycznej oraz praktycznej z zakresu obsługi generatora ESD podczas testu weryfikującego. Opisuje zasady BHP.

Cele Lekcji

Osoba ucząca się:

• wyjaśnia główne parametry dzielnika napięciowego
• rozróżnia urządzenia potrzebne do weryfikacji fali prądowej generatora ESD
• rozumie funkcje dzielnika w procedurze weryfikacyjnej
• potrafi wykonać procedurę weryfikującą
• zna zasady BHP

1. Główne parametry techniczne dzielnika napięciowego ESD‑VERI‑V

• Typ urządzenia: dzielnik napięciowy do pomiaru napięcia ładowania ESD.
• Rezystancja wejściowa: 20 GΩ, jest to łączna rezystancja dzielnika.
• Stosunek podziału napięcia: około 1:20 000, jest zależny od wejściowej impedancji oscyloskopu. Przykładowy stosunek podziału napięcia dotyczy impedancji oscyloskopu  1 MΩ.
• Maksymalne napięcie wejściowe: do ≈32 kV podawane do 25 kV w opisie produktu, katalog podaje max. do 32 kV.
• I/O: wejście - złącze wysokiego napięcia typu MC , wyjście - konektor BNC podłączany do oscyloskopu.
• Przeznaczenie: pomiary napięcia ładowania kondensatora generatora ESD przed rozładowaniem, kalibracja, weryfikacja ustawionego poziomu napięcia.

2. Funkcje dzielnika przy weryfikacji fali prądowej

• pomiar napięcia ładowania kondensatora: ESD‑VERI‑V mierzy rzeczywiste napięcie na końcówce generatora przed i w momencie rozładowania, pomiar pozwala stwierdzić, że generator naładował kondensator do zadanej wartości (np. do 2 kV–30 kV).
• Ustalenie źródłowego ładunku dla fali prądowej: przy znanej pojemności RC generatora (typowo 150 pF dla IEC 61000‑4-2) zmierzone napięcie V pozwala obliczyć ładunek Q = C·V, co jest konieczne do oceny amplitudy prądu przy rozładowaniu.
• Korelacja z kształtem fali prądowej: pomiar napięcia ładowania wraz z pomiarem fali prądowej, np. za pomocą shuntu pomiarowego lub targetu pomiarowego ESD‑TARGET, pozwala zweryfikować zgodność przebiegu prądowego (amplituda, czas narastania, czas I30, I60) z wymaganiami IEC 61000‑4-2 i specyfikacją generatora.
• Kalibracja: użycie dzielnika o dużej rezystancji i znanym stosunku podziału daje dokładny, powtarzalny sygnał na przyrządy pomiarowe, np. oscyloskop 1 MΩ, co umożliwia porównanie z wartościami nominalnymi i dokumentowanie zgodności.
• Minimalny wpływ na układ generatora: bardzo wysoka rezystancja 20 GΩ zapewnia, że podłączenie dzielnika praktycznie nie obciąża układu ładowania generatora ani nie zmienia charakterystyki impulsu przed rozładowaniem.

3. Schemat połączeń zestawu weryfikującego

W celu wykonania weryfikacji fali prądowej na generatorze wyładowań elektrostatycznych należy przygotować następujące urządzenia:

• generator wyładowań elektrostatycznych ESD‑3000
• dzielnik napięcia ESD‑VERI‑V
• oscyloskop szerokopasmowy o impedancji 1MOhm
• ekranowany kable koncentryczne
• dedykowany przewód do uziemienia generatora
• stół testowy na GRP, HCP połączona z GRP

Podłączenie zestawu weryfikującego:

• wejściową stronę dzielnika należy podłączyć do generatora w miejsce końcówki wyładowującej
• generator należy uziemić do masy przewodu koncentrycznego wychodzącego po stronie wyjściowej dzielnika napięciowego
• przewód koncentryczny należy podłączyć do wyjścia dzielnika (gniazdo BNC) i podłączyć do kanału na oscyloskopie
• połączone elementy umieścić na HCP

4. Procedura weryfikacji

W celu zweryfikowania kształtu fali prądowej należy podłączyć zestaw weryfikujące jak opisano w punkcie powyżej, a następnie wykonać następujące czynności:

• Sprawdzić integralność połączeń HV i uziemień.
• Ustawić generator na niskie napięcie próbne (np. 2 kV) i wybrać tryb pojedynczych impulsów.
• Wyzerować oscyloskop i zapisać parametry wejść (czułość, offset). Na kanale napięciowym ustawić korekcję: rzeczywiste napięcie Vreal = Vmeas · 20 000 (przy wejściu oscyloskopu 1 MΩ). Upewnić się, że oscyloskop nie zmienia wejściowej impedancji podczas pomiaru.
• Nałożyć napięcie ładowania i odczytać napięcie ładowania z dzielnika przed rozładowaniem (stała wartość DC na kanale 1). Zanotować Vcharge i czas. Powtórzyć 3 razy i obliczyć średnią.
• Wykonać rozładowanie (single pulse) do targetu, przechwyć przebieg kanału 1 (napięcie z dzielnika). Zapisać przebieg cyfrowo. Powtórzyć co najmniej 5 razy dla danej wartości napięcia.
• Powtórzyć kroki 2–5 dla kolejnych napięć zgodnie z zakresem ESD‑3000 (np. 2, 4, 6, 8, 16 kV ).
• zweryfikować parametry fali prądowej: Ipk, I30, I60 dla wykonanych pomiarów.

5. BHP

Testy wyładowań elektrostatycznych niosą ze sobą pewne ryzyko związane z występowaniem krótkotrwałych wysokich napięć, dlatego należy przestrzegać zasad BHP jak przy wysokich napięciach.

• należy stosować rękawice ochronne jeżeli jest ryzyko dotknięcia powierzchni pod wysokim napięciem
• należy stosować osłonę oczu jeżeli jest ryzyko iskrzenia
• należy stosować opaskę ESD z rezystorem 1MOhm, która pozwala na bezpieczne odprowadzenie ładunku z operatora w razie kontaktu z wysokim napięciem
• operator powinien stać na GRP
• jakość uziemienia powinna zostać zweryfikowana przed przystąpieniem do pomiarów