RTCA/DO-160G:2020 单相交流电源输入测试要求解析—3CTEST助您精准应对适航验证挑战

目录摘要一、设备分类体系二、试验容差要求三、关键试验项目解析正常工作条件-电压调制交流正常工作条件-频率调制交流正常工作条件-电压畸变交流冲击电流四、3CTEST专业测试解决方案摘要在航空电子设备的适航取证过程中RTCA/DO-160G《机载设备环境条件和试验程序》是最具权威性的环境试验标准之一。其中第16章“电源输入测试”直接关系到机载设备在飞机供电系统中的运行可靠性与安全性。本文3CTEST基于DO-160G:2020版要求对单相交流设备的电源输入测试要点进行系统梳理与技术解析。一、设备分类体系单相交流设备根据工作频率的不同可以分为以下三类——A(CF)类预期使用在飞机恒频400Hz交流主电源系统中的交流用电设备——A(NF)类预期使用在飞机窄变频360Hz-650Hz交流主电源系统中的交流用电设备——A(WF)类预期使用在飞机宽变频360Hz-800Hz交流主电源系统中的交流用电设备。除频率类别外标准还设置了四项附加标识试验根据设备特性与用户要求进行选择附加标识试验项目适用条件H交流谐波畸变试验单台功率≥35VA或多台同类设备总功率≥150VAL交流电流调制试验电流脉动调制可控的设备符合标记L不符合标记ZP交流功率因数试验功率因数可控的设备符合标记P不符合标记ZI交流冲击电流试验对冲击电流有要求的设备二、试验容差要求进行电源输入测试的电源容差要求如下额定电压≥100V时电压容差为±1%额定电压100V时电压容差为±2%试验持续期间的容差为规定值的±10%瞬变前后沿10%–90%上升和下降时间均应小于1.5ms频率容差应为规定值的±1%。这些严苛的容差要求对试验电源的精度与响应速度提出了极高挑战。三、关键试验项目解析正常工作条件-电压调制交流电压调制是指在供电系统稳态工作期间由电压调节和速度变化引起的交流峰值电压均值周期性、随机性的或两者皆有的变化。电压调制包络的最低电压和最高电压间的最大峰谷差为5V参见图1。图2则为峰值电压呈周期性变化的示波器时域波形。试验频率、峰谷调制度及重复率周期见图3曲线要求施加频点为每十倍频程至少4个频点再加上曲线的转折频率具体施加的频点见表1供电条件见表2。图1 电压调制峰-谷示例图2 周期性电压调制波形示例图3 试验电平曲线表1 电压调制驻留频点列表A(CF)测试频点1Hz1.7Hz1.78Hz3.16Hz5.62Hz/测试频点10Hz17.78Hz25Hz31.62Hz56.23Hz70Hz测试频点100Hz177.83Hz200Hz///A(NF)测试频点A(CF)全部频点316.23Hz325Hz///A(WF)测试频点A(CF)全部频点316.23Hz400Hz///表2 三种供电类别设备试验时的供电条件设备类别A(CF)A(NF)A(WF)供电条件115V/400Hz115V/360Hz115V/650Hz115V/360Hz115V/800Hz正常工作条件-频率调制交流频率调制是指在供电系统稳态工作期间由发电机耦合或传动装置速度变化引起的瞬态频率平均值周期性、随机性的或两者皆有的变化。典型的调制波形如图4所示。试验时供电条件如表2所示施加的频偏及重复率见表3每个频点的驻留时间是5个重复率周期或30s取大者。图4 频率调制图形表3 试验条件单位Hz频率偏移4.94.04.04.04.04.0重复率0.0140.0170.030.0540.10.17频率偏移4.04.04.04.02.21.4重复率0.30.541.01.73.05.4频率偏移0.750.520.350.270.2/重复率10173054100/正常工作条件-电压畸变交流非线性交流负载可导致交流电压畸变。考核该项目应以电压总谐波畸变电平THD为等级电平试验时供电条件如表2所示频率不变电压为100V。对A(CF)类和A(NF)类设备THD应为8%对A(WF)类设备THD则为10%。试验持续时间为30min。尽管DO-160标准给出了总谐波畸变电平但却未给出各次谐波相对于基波的占比给实际执行带来一定程度的困扰。表4则是GJB 181标准中对于该项目的要求THD为5%同时给出了主要奇次谐波的占比操作性强。此处建议总体单位能够提前了解发电机组输出的电源品质情况然后给出谐波分量的推荐值。表4 GJB 181标准中电压畸变的试验条件谐波次数相对于基波的百分比32.75%52.75%71.97%91.53%111.25%131.06%150.92%冲击电流冲击电流是指电路中瞬时地流过较高的电流主要与电路中电感和电容的储能有关。设备的供电条件如表5所示要求工作在最大稳态负载电流条件下。冲击电流的限值为3ms内最大稳态负载电流的9倍3ms-500ms内最大稳态负载电流的4倍500ms-2s最大稳态负载电流的2倍此后为额定值。其中最大稳态负载电流是额定电流有效值的1.41倍。图5则是冲击电流的试验布置图其中可调电阻的作用是减少电源源内阻相对于不同EUT的差异提高不同实验室之间测试结果的一致性。其中电阻设置值为电源输出为AC115V条件时电源与EUT之间的电压降为4V。表5 三种供电类别设备试验时的供电条件设备类别A(CF)A(NF)A(WF)供电条件105V-122V/400Hz105V-122V/360Hz105V-122V/650Hz105V-122V/360Hz105V-122V/800Hz图5 冲击电流试验布置图该试验分为两种施加条件一种是直接启动EUT的电源开关另一种则是在200ms内将供电电压降到5%以下然后再恢复至初始供电条件。四、3CTEST系统解决方案苏州泰思特电子科技有限公司自2024年陆续推出适用于DO-160G、GJB 181等标准中机载电源特性测试的系列产品如图6所示其中PPS 45C10机载交直流电源特性测试系统作为公司的主流产品满足上述标准中的全部供电制式测试主要特点有——输出功率20kW支持交直流输出交流电压 450V电流105A直流电压636V电流105A——全功率四象限负载——宽量程频率范围DC-200kHz——支持频率/幅度调制谐波输出——内置任意波形发生器可自行编辑波形模拟复杂输出——支持纹波闭环测试——一体化设计自动化测试及报告生成。PPS 45C10机载交直流电源特性测试系统PDG 54C12机载直流电源特性测试系统公司还可以进一步根据客户需求提升产品的功率和供电电流能力同时为更好地服务于低空经济新能源供电制式产品也推出了针对DC540V和800V供电的PDG 54C12机载直流电源特性测试系统满足电压DC1500V功率60kW电流120A同时该系统也兼顾DC28V供电制式产品。下图是一些典型的测试波形。HDC105-混合瞬变-条件STVF109-正常电压瞬变-条件JTVF302-非正常电压瞬变-条件NTVF602-一相或两相断电-条件B苏州泰思特电子科技有限公司3CTEST创建于2004年是专注于电磁兼容Electromagnetic Compatibility测试仪器及复杂电磁环境效应Electromagnetic Environment Effect试验测试技术研发的国家级高新技术企业。公司先后获批国家级博士后科研工作站、国家级专精特新“小巨人”企业并已参与50余项国家标准起草编制工作。在航空电子测试领域3CTEST的产品线全面覆盖RTCA/DO-160G、GJB 151B、GJB 181、MIL-STD-461G等军用和航空标准体系。从设备制造到系统集成3CTEST致力于为航空电子设备制造商提供一站式的DO-160G EMC测试解决方案助力国产机载设备顺利通过适航认证。