Hướng dẫn cách thực hiện thử nghiệm xung điện áp theo tiêu chuẩn RTCA DO-160 Mục 17 đối với thiết bị trên không bằng máy phát xung điện áp.

Tóm tắt
Các nhiễu xung điện áp biên độ cao, thời gian ngắn sẽ được tạo ra trong quá trình chuyển mạch tải và bật/tắt rơle của thanh dẫn điện trên máy bay. Những nhiễu này truyền vào thiết bị điện tử trên không thông qua các cổng đầu vào nguồn AC/DC và có thể dẫn đến hư hỏng linh kiện, bất thường chương trình và gián đoạn liên lạc. Là một hạng mục kiểm tra EMC quan trọng để xác minh khả năng bay của thiết bị hàng không dân dụng, Mục 17 của RTCA DO-160 yêu cầu máy phát xung điện áp chuyên dụng để tái tạo các xung điện áp thực tế từ lưới điện trên không và hoàn thành thử nghiệm khả năng chống chịu xung điện áp cho thiết bị. LISUN Bài báo này lấy máy phát xung điện áp DO160-S17 làm đối tượng nghiên cứu, trình bày nguyên lý hoạt động của thiết bị, công tác chuẩn bị thử nghiệm, quy trình thử nghiệm hoàn chỉnh và tiêu chí đánh giá kết quả của máy phát xung điện áp. Bài báo cung cấp tài liệu tham khảo thực tiễn cho việc kiểm tra khả năng chống xung điện áp trên các cổng nguồn của thiết bị hàng không dân dụng và thiết bị điện tử hàng không quân sự theo tiêu chuẩn RTCA DO-160 Mục 17. 

Bối cảnh và mục đích của bài kiểm tra

Hệ thống cung cấp điện trên máy bay được trang bị một lượng lớn tải cảm ứng. Khi thanh dẫn điện trên máy bay thực hiện chuyển mạch tải và đóng/mở rơle điện từ, sự giải phóng năng lượng nhanh chóng từ từ trường của cuộn cảm tạo ra các xung điện áp đột biến với thời gian tăng ngắn và độ rộng xung khoảng 10μs. Những nhiễu này tác động trực tiếp lên các cổng đầu vào nguồn của thiết bị điện tử trên máy bay. Trong trường hợp nhẹ, chúng gây ra sự sai lệch các thông số hoạt động của thiết bị và lỗi bit truyền thông; trong trường hợp nghiêm trọng, các chip nguồn và thiết bị bảo vệ có thể bị hỏng, dẫn đến hư hỏng vĩnh viễn thiết bị trên máy bay và đe dọa trực tiếp đến an toàn vận hành của các nền tảng hàng không.

Mục 17 của RTCA DO‑160 kiểm tra xung điện áp Bài kiểm tra này được thiết kế để xác minh xem thiết bị đang thử nghiệm (EUT) có thể duy trì đầy đủ chức năng hoặc tránh hư hỏng phần cứng vĩnh viễn khi chịu tác động của xung điện áp đột ngột trên đường dây điện hay không. Bài kiểm tra bao gồm các thiết bị hàng không sử dụng nguồn điện AC và DC, áp dụng cho hàng không dân dụng, máy bay trực thăng và một số thiết bị điện tử hàng không quân sự áp dụng tiêu chuẩn này. Tiêu chuẩn phân loại EUT thành Loại A và Loại B. Thiết bị Loại A phải chịu được điện áp xung hở mạch tối đa 600 V đối với các thiết bị hàng không có yêu cầu bảo vệ chống xung điện cao. Đối với thiết bị Loại B, điện áp thử nghiệm phải là giá trị nhỏ hơn giữa hai lần điện áp làm việc định mức của thiết bị và 200 V với yêu cầu bảo vệ tương đối thấp hơn. Toàn bộ bài kiểm tra phải được thực hiện bằng Máy phát xung điện áp tuân thủ các thông số kỹ thuật dạng sóng tiêu chuẩn. Thiết bị kiểm tra xung điện và sét đánh thông thường không thể thay thế cho bài kiểm tra này.

Các thông số kỹ thuật chính của máy phát xung điện áp.

LISUN Máy tạo xung điện áp DO160-S17 là máy tạo xung điện áp chuyên dụng được phát triển cho thử nghiệm khả năng chịu xung điện áp theo tiêu chuẩn RTCA DO-160 Mục 17. Các thông số đầu ra dạng sóng đáp ứng đầy đủ các ràng buộc của tiêu chuẩn hàng không. Thiết bị được trang bị hệ thống điều khiển thông minh Android và hỗ trợ kết nối WIFI với máy tính bảng để vận hành từ xa. Cực tính đầu ra có thể được chuyển đổi giữa các chế độ dương, âm và xen kẽ dương-âm. Đầu ra xung liên tục ổn định cho phép hoạt động trong thời gian dài để đáp ứng nhu cầu thử nghiệm của các phòng thí nghiệm chứng nhận, viện nghiên cứu và nhà sản xuất hàng không. Dòng sản phẩm này bao gồm ba mẫu với các mức dòng điện đầu ra khác nhau. Việc ghép nối xung được thực hiện bằng máy biến áp ghép nối 10μs tích hợp hoặc bên ngoài. Các thông số kỹ thuật cốt lõi được thể hiện trong Bảng 1.

Theo định nghĩa dạng sóng của tiêu chuẩn, trở kháng nguồn của Máy phát xung điện áp phải được giữ ở mức 50Ω, thời gian tăng không quá 2μs và độ rộng xung lớn hơn 10μs. Các thông số kỹ thuật này quyết định trực tiếp năng lượng tức thời được đưa vào cổng EUT và trở thành mối quan tâm cốt lõi trong việc lựa chọn Máy phát xung điện áp. Dòng DO160-S17 có thể chồng chất trực tiếp các xung điện áp cho thiết bị hàng không công suất thấp thông qua mạng ghép nối-tách rời tích hợp. Đối với EUT dòng điện cao, cần sử dụng các model có biến áp ghép nối ngoài để đảm bảo khả năng cung cấp điện vòng chính.

Quy trình thực hiện thử nghiệm hoàn chỉnh dựa trên máy phát xung điện áp.

Trước khi tiến hành thử nghiệm chính thức theo tiêu chuẩn RTCA DO-160 Mục 17, việc bố trí môi trường phòng thí nghiệm và thiết lập hệ thống thử nghiệm phải được hoàn tất. Hệ thống thử nghiệm bao gồm Máy phát xung điện áp, nguồn điện mô phỏng trên không, máy hiện sóng, thiết bị cần thử nghiệm (EUT) trên không và thiết bị đầu cuối giám sát. Trước hết, cần xác nhận rằng Máy phát xung điện áp đã được hiệu chuẩn đo lường với các chỉ thị dạng sóng hợp lệ. Chuẩn bị các tài liệu phân loại thử nghiệm của EUT và xác định mức điện áp thử nghiệm cho Loại A hoặc Loại B.

Bước một: Kiểm tra sơ bộ dạng sóng. Ngắt kết nối thiết bị cần kiểm tra (EUT), kết nối đầu ra của máy phát xung điện áp với tải chuẩn phù hợp 50Ω. Sử dụng dao động ký để thu thập dạng sóng đầu ra trong điều kiện mạch hở và tải phù hợp, kiểm tra thời gian tăng xung, độ rộng xung, trở kháng đầu ra và biên độ điện áp đầu ra. Xác nhận dạng sóng đầu ra tuân thủ định nghĩa dạng sóng của Mục 17 tiêu chuẩn RTCA DO-160 và ghi lại các thông số cài đặt của máy phát. Các thông số này sẽ được sử dụng lại trong các thử nghiệm tiếp theo mà không cần điều chỉnh cài đặt đầu ra của máy phát do ảnh hưởng của tải từ EUT.

Bước hai: Lắp đặt EUT và xác nhận trạng thái cơ bản. Đặt EUT trên không theo vị trí lắp đặt thực tế. Kết nối EUT với nguồn điện mô phỏng trên không thông qua mạng ghép nối của Máy phát xung điện áp và đặt điện áp hoạt động định mức là AC hoặc DC. Kích hoạt tất cả các chức năng của thiết bị, sử dụng thiết bị đầu cuối giám sát bên ngoài để thu thập tất cả các chỉ số hiệu suất như giao tiếp, hiển thị và đầu ra, ghi lại trạng thái cơ bản và xác nhận không có lỗi của EUT. Theo yêu cầu tiêu chuẩn, một tụ điện 10μF phải được mắc song song tại cổng đầu vào nguồn để giảm thiểu sự sụt giảm điện áp của nguồn điện chính do các xung điện áp gây ra.

Bước ba: Kiểm tra bằng cách tiêm xung. Đặt biên độ đầu ra của Máy phát xung điện áp theo loại thiết bị, chọn cực dương, cực âm hoặc chế độ dương-âm xen kẽ. Tần số lặp lại xung không được vượt quá mức tối đa cho phép là 2Hz theo tiêu chuẩn, và áp dụng các xung điện áp chuẩn vào cổng đầu vào nguồn AC/DC của thiết bị cần kiểm tra (EUT) tương ứng. Trong quá trình kiểm tra, liên tục theo dõi trạng thái hoạt động của EUT và quan sát xem có xảy ra sự cố, khởi động lại, lỗi giao tiếp và lỗi chức năng hay không. Đồng thời ghi lại dạng sóng xung thực tế tại cổng nguồn bằng máy hiện sóng. Áp dụng đủ số lượng xung cho mỗi cực để hoàn thành kiểm tra trong tất cả các điều kiện cực.

Bước bốn: Kiểm tra lại sau thử nghiệm. Sau khi hoàn tất việc tiêm xung điện, giữ cho thiết bị cần thử nghiệm (EUT) được cấp nguồn, đọc lại tất cả các chỉ số hiệu năng và so sánh với các bản ghi cơ sở trước thử nghiệm để kiểm tra sự suy giảm hiệu năng. Sau đó, khởi động lại thiết bị và kiểm tra xem có xảy ra hư hỏng phần cứng vĩnh viễn hay không.

DO160-S17_Máy phát điện áp tăng đột biến

Tiêu chí đánh giá kết quả kiểm tra

Theo quy định đánh giá của RTCA DO-160 Mục 17, có hai kịch bản kết quả thử nghiệm. Thứ nhất, đối với thiết bị hàng không quan trọng Loại A, thiết bị thử nghiệm (EUT) phải duy trì tất cả các chức năng được quy định trong và sau khi tiêm xung điện áp. Hoạt động bất thường bị nghiêm cấm và không được xảy ra hư hỏng phần cứng vĩnh viễn sau khi khởi động lại nguồn. Thứ hai, đối với một số thiết bị không quan trọng Loại B, nhiễu thoáng qua được cho phép tại thời điểm xung điện áp đến, nhưng thiết bị phải tự động khôi phục đầy đủ chức năng sau khi xung kết thúc mà không gây hư hỏng phần cứng vĩnh viễn. Nếu xảy ra lỗi không thể khắc phục, EUT được coi là không tuân thủ mục này. Cần phải sửa đổi mạch bảo vệ cổng nguồn, chẳng hạn như thêm thiết bị triệt xung và mạng lọc đầu vào, sau đó phải tiến hành thử nghiệm lại với Máy phát xung điện áp.

Kiểm tra các biện pháp phòng ngừa

Khi thực hiện thử nghiệm DO-160 Mục 17 với Máy phát xung điện áp, không được tự ý thay đổi cài đặt máy phát để bù lại sự biến dạng dạng sóng do thiết bị cần thử nghiệm (EUT) gây ra. Sự biến dạng dạng sóng do trở kháng đầu vào của EUT thuộc về điều kiện thử nghiệm thực tế, và máy phát phải giữ nguyên các thông số từ giai đoạn tiền kiểm định. Đồng thời, việc lựa chọn mạng ghép nối phải phù hợp với dòng điện hoạt động của EUT. Thiết bị hàng không công suất thấp có thể sử dụng DO160-S17 với CDN tích hợp. Thiết bị hàng không công suất cao nên chọn các mẫu được trang bị biến áp ghép nối ngoài để tránh sai lệch kết quả thử nghiệm hoặc hư hỏng thiết bị do quá tải dòng điện. Điều khiển từ xa WIFI cho phép người vận hành tránh xa đầu ra xung điện áp cao và cải thiện an toàn vận hành cho các thử nghiệm liên tục trong thời gian dài.

Kết luận

RTCA DO‑160 Mục 17 kiểm tra xung điện áp Đây là một hạng mục quan trọng trong việc chứng nhận khả năng bay an toàn của thiết bị điện tử hàng không. Là thiết bị cốt lõi của toàn bộ hệ thống thử nghiệm, độ chính xác của dạng sóng và khả năng ghép nối của Máy phát xung điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến tính hợp lệ của kết quả thử nghiệm. LISUN Máy tạo xung điện áp DO160-S17 tái tạo hoàn toàn các xung điện áp đột biến được định nghĩa bởi tiêu chuẩn hàng không. Nó có thể được ứng dụng để kiểm tra khả năng chống nhiễu xung điện áp trên các cổng nguồn AC/DC của thiết bị hàng không dân dụng và thiết bị điện tử hàng không quân sự áp dụng tiêu chuẩn này. Nó mô phỏng các nhiễu xung đột biến do việc chuyển mạch tải thanh dẫn điện và hoạt động rơle của máy bay tạo ra, xác minh khả năng chống chịu của thiết bị hàng không trước các cú sốc điện áp đột biến trong môi trường phòng thí nghiệm và phát hiện các lỗi thiết kế phần cứng, mang lại giá trị kỹ thuật đáng kể cho việc nâng cao độ tin cậy của thiết bị điện tử hàng không.