RTCA DO-160 セクション 17 電圧スパイク発生器を使用した航空機搭載機器の電圧スパイク試験の実施方法

抽象
航空機の電力バスバーの負荷切り替え時およびリレーのオン/オフ時に、高振幅で短時間の電圧スパイク過渡干渉が発生します。これらの干渉は、AC/DC電源入力ポートを介して機内電子機器に結合し、部品の損傷、プログラムの異常、通信の中断を引き起こす可能性があります。民間航空機搭載機器の耐空性検証における重要なEMC試験項目として、RTCA DO-160セクション17では、機内電力網からの実際のスパイクパルスを再現し、機器の電圧スパイク耐性試験を完了するための専用電圧スパイク発生器を要求しています。 LISUN 本論文では、DO160-S17電圧スパイクパルス発生器を研究対象として、電圧スパイク発生器の装置原理、試験準備、完全な試験手順、および結果判定基準について解説する。RTCA DO-160セクション17規格に準拠した民間航空機搭載機器および軍用航空電子機器の電源ポートにおける電圧スパイク耐性試験のための実用的な参考資料を提供する。 

テストの背景と目的

航空機の機上電源システムには、多数の誘導性負荷が搭載されています。機上バスバーが負荷切り替えや電磁リレーのオン/オフ動作を行う際、インダクタの磁場から急激なエネルギー放出が生じ、立ち上がり時間が短くパルス幅が約10μsの電圧スパイク過渡現象が発生します。これらの干渉は、機上電子機器の電源入力ポートに直接作用します。軽微な干渉では、機器の動作パラメータのドリフトや通信ビットエラーを引き起こし、重微な干渉では、電源チップや保護装置が故障し、機上機器の恒久的な損傷につながり、航空プラットフォームの運用安全性を直接脅かす可能性があります。

RTCA DO-160 セクション 17 電圧スパイクテスト この試験は、被試験機器（EUT）が電力線への過渡的なスパイク衝撃を受けた際に、完全な機能を維持できるか、または恒久的なハードウェア損傷を回避できるかを検証するために設計されています。この試験は、ACおよびDC電源の航空機搭載機器を対象としており、この規格を採用している民間航空機、ヘリコプター、および一部の軍用航空電子機器に適用できます。この規格では、EUTをカテゴリAとカテゴリBに分類します。カテゴリA機器は、高いスパイク保護要件を持つ航空機搭載機器の場合、最大600Vの開放回路スパイク電圧に耐える必要があります。カテゴリB機器の場合、試験電圧は、機器の定格動作電圧の2倍と200Vのうち小さい方の値で、比較的低い保護要件となります。試験全体は、標準波形仕様に準拠した電圧スパイク発生器によって実施する必要があります。通常のサージおよび雷試験装置では、この試験を代替することはできません。

電圧スパイク発生器の主な技術パラメータ

LISUN DO160-S17 電圧スパイクパルス発生器は、RTCA DO-160 セクション 17 電圧スパイク耐性試験用に開発された専用の電圧スパイク発生器です。波形出力パラメータは、航空規格の制約を完全に満たしています。このユニットは Android インテリジェント制御システムを搭載し、タブレットとの WIFI 接続によるリモート操作をサポートしています。出力極性は、正、負、および正負交互モードの間で切り替えることができます。安定した連続パルス出力は、認証機関、研究機関、および航空機メーカーの試験要求を満たすために、長時間の動作が可能です。この製品シリーズには、出力電流レベルの異なる 3 つのモデルがあります。パルス結合注入は、内蔵または外部の 10μs 結合トランスによって実現されます。コア技術パラメータは表 1 に示されています。

規格の波形定義によれば、電圧スパイク発生器のソースインピーダンスは50Ω、立ち上がり時間は2μs以下、パルス幅は10μs以上でなければなりません。これらの仕様は、EUTポートに注入される過渡エネルギーを直接決定し、電圧スパイク発生器の選定における重要な考慮事項となります。DO160-S17シリーズは、内蔵のカップリング・デカップリングネットワークを介して、低電力の航空機搭載機器にスパイクパルスを直接重畳できます。高電流のEUTには、メインループ電源供給容量を保証するために、外部カップリングトランスを備えたモデルを採用する必要があります。

電圧スパイク発生器に基づく完全なテスト実施手順

正式な RTCA DO-160 セクション 17 試験の前に、実験室環境のレイアウトと試験システムのセットアップを完了する必要があります。試験システムは、電圧スパイク発生器、空中模擬電源、オシロスコープ、空中 EUT、および監視端末で構成されます。まず、電圧スパイク発生器が有効な波形インジケータで計量校正に合格していることを確認します。EUT の試験分類文書を作成し、カテゴリ A またはカテゴリ B の試験電圧レベルを決定します。

ステップ1：波形の事前検証。EUTを取り外し、電圧スパイク発生器の出力端子を50Ωの標準整合負荷に接続します。オシロスコープを使用して、開放回路状態および整合負荷状態の出力波形を収集し、パルス立ち上がり時間、パルス幅、出力インピーダンス、および出力電圧振幅を確認します。出力波形がRTCA DO-160セクション17の波形定義に準拠していることを確認し、発生器の設定パラメータを記録します。これらのパラメータは、EUTからの負荷の影響による発生器出力設定の調整なしに、後続のテストで再利用されます。

ステップ2：EUTの設置とベースラインの確認。実際の設置状況に従って、空中EUTを配置します。EUTは、電圧スパイク発生器の結合ネットワークを介して空中模擬電源に接続され、定格ACまたはDC動作電圧に設定されます。すべての機器機能を有効にし、外部監視端末を使用して、通信、表示、出力などのすべてのパフォーマンス指標を収集し、ベースライン状態を記録して、EUTに障害がないことを確認します。標準要件に従って、スパイクパルスによって引き起こされる主電源の電圧降下を軽減するために、電源入力ポートに10μFのコンデンサを並列に接続する必要があります。

ステップ3：パルス注入テスト。電圧スパイク発生器の出力振幅を機器カテゴリに応じて設定し、正極性、負極性、または正負交互モードを選択します。パルス繰り返し周波数は、規格で規定されている最大許容値2Hzを超えないようにし、標準電圧スパイクパルスをEUTのAC/DC電源入力ポートにそれぞれ印加します。テスト中は、EUTの動作状態を継続的に監視し、クラッシュ、再起動、通信エラー、機能障害が発生していないかを確認します。オシロスコープを使用して、電源ポートでの実際のスパイク波形を同期的にキャプチャします。すべての極性条件でテストを完了するために、各極性に対して十分な数のパルスを印加します。

ステップ4：テスト後の再検証。すべてのスパイクパルス注入が完了したら、EUTの電源をオンにしたまま、すべての性能指標を再度読み取り、テスト前のベースライン記録と比較して性能劣化を確認します。その後、EUTの電源を入れ直し、恒久的なハードウェア損傷が発生していないかを確認します。

DO160-S17_電圧スパイクジェネレータ

試験結果判定基準

RTCA DO-160第17項の判定規則を参照すると、試験結果には2つのシナリオがあります。まず、カテゴリAの重要な航空機搭載機器の場合、EUTは電圧スパイクパルス注入中および注入後も、規定されたすべての機能を維持しなければなりません。異常動作は禁止されており、電源サイクル再起動後もハードウェアに恒久的な損傷があってはなりません。次に、一部の非重要なカテゴリB機器の場合、スパイクパルスが到達した瞬間に過渡的な障害が許容されますが、機器はパルス終了後、ハードウェアに恒久的な損傷を与えることなく、自動的にすべての機能を回復しなければなりません。回復不能な障害が発生した場合、EUTはこの項に適合していないとみなされます。過渡抑制装置や入力フィルタネットワークを追加するなど、電源ポート保護回路の変更が必要となり、その後、電圧スパイク発生器を使用して再試験を実施する必要があります。

試験時の注意事項

電圧スパイク発生器を使用して DO-160 セクション 17 試験を実施する場合、EUT によって生じる波形歪みを補償するために発生器の設定を任意に変更しないでください。EUT の入力インピーダンスによって生じる波形の変形は実際の試験条件に属するため、発生器は事前検証段階からのパラメータを変更せずに維持する必要があります。また、カップリング ネットワークの選択は、EUT の動作電流に合わせる必要があります。低電力の航空機搭載機器は、CDN を内蔵した DO160-S17 を採用できます。高電力の航空電子機器は、電流過負荷による試験結果のずれや機器の損傷を避けるため、外部カップリング トランスを備えたモデルを選択する必要があります。WIFI リモート コントロールにより、オペレーターは高電圧パルス出力端子から離れることができ、長時間の連続試験における操作の安全性が向上します。

結論

RTCA DO-160 セクション 17 電圧スパイクテスト 電圧スパイク発生器は、航空機搭載アビオニクスの耐空性認証において重要な項目です。試験システム全体のコア機器として、その波形精度と結合能力は試験結果の妥当性に直接影響します。 LISUN DO160-S17電圧スパイクパルス発生器は、航空規格で定義されたスパイク過渡現象を完全に再現します。この規格を採用する民間航空機搭載機器および軍用航空電子機器のAC/DC電源ポートの電圧スパイク耐性試験に適用できます。航空機のバスバー負荷スイッチングやリレー動作によって発生する過渡スパイク干渉をシミュレートし、実験室環境で事前に電源ラインの過渡ショックに対する航空機搭載機器の耐性を検証し、ハードウェア設計上の欠陥を明らかにすることで、航空電子機器の信頼性向上に大きく貢献します。