3CTEST解析8/20μs冲击电流测试的多样性挑战与冲击电流发生器选型策略
一、冲击电流波简述
冲击电流波主要分为两类：
第一类为指数波，包括1/20μs、4/10μs、8/20μs、30/80μs、10/350μs、10/1000μs等。
第二类为矩形方波，常见冲击方波的峰值持续时间在500μs至3200μs之间。
冲击电流发生器是能够产生上述冲击电流波的设备，属于电磁兼容抗扰度试验设备。其主要功能是模拟设备遭受雷电间接或直接效应、或其他瞬态过电压干扰时产生的瞬态浪涌电流，以考核被试品的冲击耐受能力及雷电冲击电流残压。
根据输出电流等级，冲击电流发生器可分为：
小型冲击电流发生器：0.5kA～20kA
大型冲击电流发生器：20kA～Iₘₐₓ
二、8/20μs冲击电流波的产生与标准要求
典型的8/20μs冲击电流发生电路由以下部分构成：
R₁₉：直流高压充电电阻
C₁₂：储能电容
SCR：可控硅半导体开关
R₂₀：回路匹配电阻
L₁：回路匹配电感
Rₚ：被试品等效阻抗（通常为mΩ级）
在校准时，按照GB/T 17626.5-2019、GB/T 18802.11-2020等标准要求，Rₚ默认短接为0Ω。
标准要求方面：
新标准进一步明确了波前时间（Tf）和半峰值时间（Td）的读取方式，更利于工程化应用。
对于10/350μs、10/1000μs等波形，Tf、Td的系数尚未完全量化，仅在个别标准（如GB/T 21714.1-2015）中以坐标轴形式进行波形定义说明。
3CTEST在产品设计中通常遵循以下参数范围进行综合评估：
电流幅值I：±10%
Tf = 8μs ±10%
Td = 20μs ±10%
反极性振荡 ≤30%
三、冲击电流测试的多样性挑战
冲击电流测试广泛应用于低压电涌保护器、氧化锌电阻片、气体放电管、TVS（瞬态电压抑制）管等浪涌防护器件与模块的测试。
主要挑战体现在以下几个方面：
标准对波形参数有明确要求（如I、Tf、Td、反极性振荡、极性），但未对发生器的回路参数、源阻抗及冲击能量等做详细规定。
实际测试中发现，不同源阻抗的冲击电流发生器，在相同设定电流幅值下，测量结果存在显著差异，尤其对小通流能量的压敏电阻影响明显。
以压敏电阻为例：
压敏电阻为非线性器件，其动态电阻（r）变化范围大（几十mΩ至十几Ω）。
冲击电流越小，动态阻抗越大。
冲击电流产生电路的等效阻抗越小，压敏电阻的动态电阻对输出电流波形参数的影响越大。
实测案例：
使用1Ω阻抗发生器，在40A～10kA冲击电流范围内，某型号压敏电阻动态电阻从约18Ω降至0.1Ω。
波前时间从5.26μs变化至8.06μs，变化2.8μs；半峰值时间从25.04μs变化至21.5μs，变化3.54μs；半峰值时间与波前时间比值从4.76降至2.67。
测试案例1
某电源类被测品，被测品不被击穿，设计额定为10kA保护阈值。设定15kA，测试仍能通过，测试效果远超设计预期。引起质疑。
分析被测品抑制电路；实测带载后的回路冲击电流；并分别使用不同内阻的冲击电流发生器进行测试比对。产品采用压敏、气体放电管、X电容、Y电容组合防护电路。
冲击电流防护电路中，经常组合使用抑制器件，逐级衰减，多级防护。
该被测品采用压敏、气体放电管、X电容、Y电容组合电路进行电源端口的浪涌防护。
实测带载后回路冲击电流远小于设定值，原因为压敏在10kA时仍具有较大等效阻抗，与发生器内阻不匹配，导致测试结果失真。
结论：该发生器与被测品不适配。
测试案例2
对同一批次、同一型号的压敏电阻进行冲击电流测试，测试环境一致。A发生器测试的结果良好；B发生器的压敏电阻几乎全部炸裂。引起质疑。
分析被测品电路；实测带载后的回路冲击电流；并分别使用不同内阻的冲击电流发生器进行测试比对。
该被测品为单一压敏电阻，无源测试。测试电流为3600A。
客户使用电流互感器、示波器，监测输出的冲击电流幅值，通过调节发生器的设定电流值，保证冲击电流值达到预期。
结论：被测压敏电阻在3.6kA冲击电流时，仍体现出较大的等效阻抗。
所使用的冲击电流发生器内阻较小，为了满足带载后的冲击电流能力，B发生器的开路电压远大于A发生器的开路电压，导致被测品过压损坏。B发生器与被测品不适配。
思考：
- 输出阻抗是否越大越好？
工程上需兼顾充电电压、设备体积等因素，尤其在高幅值输出时实现高阻抗较为困难。
- 输出阻抗能否连续可调？
具备可调能力可提升设备适用性，但需综合考虑成本与实现难度。
- 如何选择合适的冲击电流发生器？
需结合被测品特性、测试标准及实际应用场景综合判断。
四、冲击电流发生器的选型策略
充分了解被测品特性，判断其击穿电压，选择开路电压（充电电压）高于该值的发生器。
判断被测品的阻抗特性，选择输出阻抗为被测品等效阻抗5倍以上的发生器。
确认产品测试标准中是否有带载校准等强制要求（如风电、军工等领域）。