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Jul 16, 2023

Évaluation des sources d'énergie intelligentes et non statiques : une clarification rationnelle

Note de l'éditeur : l'article sur lequel cet article est basé a été présenté à l'origine

Note de l'éditeur : L'article sur lequel cet article est basé a été initialement présenté au Symposium international IEEE 2021 sur l'ingénierie de conformité des produits (ISPCE), organisé virtuellement en septembre 2021.

Il est reproduit ici avec l'aimable autorisation de l'IEEE. Copyright 2021, IEEE.

Les sources d'alimentation deviennent plus complexes à mesure que des systèmes sont conçus pour fournir de l'énergie via des câbles de communication et d'autres câblages d'infrastructure indépendamment de l'alimentation secteur fournie par le réseau électrique. Ce document propose de clarifier comment tester et mesurer correctement la tension, le courant et la puissance de ces alimentations ou sources qui ne se comportent pas comme une source secteur statique puisque le système de contrôle est intégré à la source d'alimentation et inclut le retour de la télécommande. l'équipement alimenté ou le câblage de distribution à la source pour maintenir un fonctionnement correct, ou même initier une sortie d'alimentation continue.

Des exemples de ces sources d'alimentation intelligentes ou non statiques comprennent l'USB, l'alimentation par Ethernet (PoE), l'alimentation inversée (RPF) et les technologies de « gestion intelligente des pannes ». Ces technologies et les systèmes intelligents de gestion des pannes (parfois appelés « systèmes d'alimentation gérés par panne ») peuvent inclure des sources qui détectent une connexion spécifiée à certains équipements distants, puis allument l'alimentation et/ou déconnectent/réduisent le niveau de tension lorsqu'une condition de panne est détectée. senti. Une condition de défaut détecté peut inclure une impédance ou un circuit de charge anormal et/ou un pontage humain simulé.

Le fait de ne pas être en mesure d'effectuer des tests appropriés et d'effectuer des mesures appropriées en se basant uniquement sur l'évaluation de l'équipement source peut entraîner la mise en service d'un équipement dangereux et créer potentiellement des risques d'électrocution et d'incendie dans l'équipement ou le câblage connecté.

Il y a beaucoup de choses que nous faisons à partir de notre formation et de notre expérience sans y penser à deux fois ; nous appelons ces hypothèses de base et ils font partie de chaque petit morceau de notre vie. Lorsqu'il s'agit de tester la sécurité des produits, on suppose toujours que l'alimentation nécessaire pour faire fonctionner l'équipement sous test (EUT) est facilement disponible et provient de l'alimentation secteur CC ou CA. En tant que tel, nous le référencons uniquement sur la plaque signalétique du produit, comme l'exige la norme de sécurité, ce qui est généralement adéquat. Mais nous devons maintenant examiner cela plus en détail pour appliquer correctement l'évaluation des sorties secondaires de l'équipement testé, appelé Power Sourcing Equipment (PSE), ou l'alimentation d'un appareil distant appelé Powered Device (PD). Le processus utilisé est bien connu et généralement appelé approvisionnement ou configuration, que nous utiliserons dans cette discussion. L'approvisionnement (généralement logiciel/micrologiciel) ou la configuration (généralement matérielle) comprend spécifiquement la fourniture du micrologiciel/logiciel ainsi que de l'équipement de charge qui doit être réglable pour les divers tests normaux, anormaux et de panne requis. Il peut également être nécessaire d'utiliser un équipement de support qui communique avec le PSE pour générer certaines sorties ou signaux qui doivent être mesurés.

En examinant la situation habituelle pour de nombreux appareils, équipements de bureau et commerciaux monophasés alimentés par le secteur, on s'attend à ce que la source d'alimentation soit disponible dans le laboratoire de test, fournisse la tension et le courant de plaque signalétique nécessaires et ait la capacité de gérer les courants Normal, Anormal et de Défaut nécessaires au bon fonctionnement pendant les tests. L'utilisation de la puissance brute du réseau sera certainement suffisante pour tester un tel équipement ; avoir une alimentation intermédiaire réglable (générateur local ou alimentation variable) nécessite un examen plus minutieux avant le début des tests. Rien de tout cela n'est même mentionné dans les normes de sécurité que nous utilisons normalement ; il est supposé.

Lorsqu'un produit PSE alimente également l'équipement en aval, il peut être difficile de le comprendre pleinement, sans faire d'hypothèses sur les caractéristiques. Lors de l'évaluation d'un PD, l'entrée nominale (tension et courant ou puissance) doit être comprise. Cependant, pour le PSE qui fournit l'énergie au PD, les normes de sécurité n'exigent généralement aucun étiquetage de ces sources. Ainsi, le laboratoire de test doit déterminer et comprendre les caractéristiques de la source pour évaluer un PD, et peut-être plus important encore, doit comprendre comment s'assurer que la source de sortie PSE est placée dans une situation qui permet aux tests d'être effectués d'une manière qui reproduit l'intention de la norme de sécurité. Et cela peut impliquer une connaissance considérable de l'équipement et inclure un équipement de support, un logiciel/micrologiciel spécial, et même la connexion d'un PD représentatif. Ces concepts peuvent être étrangers à de nombreuses évaluations de la sécurité des produits qui incluent souvent uniquement l'équipement spécifique soumis à l'évaluation. Lorsqu'un équipement supplémentaire est nécessaire, cela est souvent appelé un test au niveau du système, et de nombreuses normes de sécurité sont écrites sur la base du test d'un seul équipement unique, car l'équipement connecté en utilisation normale est souvent inconnu ou peut même ne pas être fabriqué par le même fournisseur. . Étant donné que les sources non statiques ou intelligentes utilisent des informations de contrôle supplémentaires (à une ou aux deux extrémités), cela doit être clairement divulgué et, dans la plupart des cas, des modules d'émission et de réception appropriés doivent être fournis juste pour que le circuit fonctionne. Tout équipement de charge nécessaire fourni s'ajoute à d'autres équipements logiciels/micrologiciels d'approvisionnement/configuration qui peuvent être nécessaires.

Il convient de noter que la CEI 62368-1 est spécifiquement désignée comme une norme d'équipement et, à ce titre, de nombreux laboratoires et fabricants testent indépendamment les PSE et les PD en tant qu'entités uniques autonomes. On fait souvent valoir que la CEI 62368-1 n'est pas une norme de système et que, par conséquent, l'équipement à l'extrémité distante (qu'il s'agisse d'un PSE ou d'un PD) n'entre pas dans le champ d'application de l'évaluation particulière. Cela crée toute une énigme, car on s'attend à ce que tester et charger l'équipement soit nécessaire pour obtenir les conditions attendues, mais sans véritable extrémité opposée du système ou un appareil représentatif de l'appareil le plus défavorable (ou peut-être même câblage où les pertes IR peuvent être une charge importante), vous ne pouvez pas atteindre la condition souhaitée pour les différents tests. Dans certains cas, le fabricant d'un PSE ou d'un PD ne fabrique même pas l'équipement distant, ce qui rend cela beaucoup plus difficile. Un exemple simple est PoE où un commutateur PoE peut être fabriqué par un grand fabricant de commutateurs et il peut avoir de 4 à 96 ports, avec une quantité maximale de puissance qu'il peut fournir avec l'alimentation PoE (par exemple 800 watts au total), et le logiciel contrôle comment une grande partie de la puissance est distribuée au câblage et aux PD (tels qu'un téléphone IP, une caméra de sécurité ou même un éclairage LED) en fonction des appareils connectés et de leur consommation d'énergie nécessaire. Et le plus souvent, les fabricants de PD ne fabriquent pas les PSE et vice versa.

Cette énigme nécessite de repenser les hypothèses et les exigences de la CEI 62368‑1 ; où l'approvisionnement/configuration pour des tests appropriés nécessite un concept et une configuration au niveau du système dans le but d'évaluer une seule entité au sein du système, ainsi qu'une compréhension approfondie des caractéristiques de fonctionnement des produits par le laboratoire de test. Le fabricant de l'équipement et le laboratoire d'essai doivent s'entendre sur l'équipement fourni pour la configuration d'essai qui permettra l'évaluation complète de l'équipement testé ; modules supplémentaires, etc., soit PSE ou PD, selon les besoins de l'évaluation.

La CEI 62368-1 ainsi que la CEI 60950-1 et la CEI 62368-3, et la plupart des autres normes supposent que les circuits externes de technologie de l'information et de la communication (TIC) alimentés par le PSE vers le PD sont alimentés par des circuits qui produisent un maximum tension dans un circuit ouvert sans charge, la mesure est communément appelée tension en circuit ouvert. En général, sous charge, la tension peut chuter lorsque la résistance est abaissée (la charge sur le PSE est augmentée) et le courant augmente jusqu'à ce qu'un repli se produise (généralement avec des sources d'alimentation à découpage) ou qu'un courant de court-circuit maximal soit fourni (généralement avec des sources linéaires ). Ces sources peuvent répondre comme prévu aux charges résistives aux valeurs de résistance telles que 2000 ohms ou 5000 ohms définies dans une norme de sécurité. Ces valeurs simulent une résistance typique du corps humain dans une condition spécifique. Pour être considérée comme sûre, la source doit soit fournir un courant de contact sûr, soit une tension de contact suffisamment faible, comme défini dans la norme CEI 62368‑1 Tableau 4, « Limites de la source d'énergie électrique… » pour fournir une protection contre les chocs électriques. Ces valeurs sont basées sur la CEI 60479-1 utilisant les techniques de mesure de la CEI 60990.

Cependant, de nombreuses technologies et alimentations plus récentes n'ont pas de sortie (ou ont une très petite sortie de pré-allumage ou de chatouillement) dans les charges résistives. En tant que tel, il devient évident que les tests ne sont pas effectués comme prévu, ce qui inclut les PD normaux. Cela inclut, mais sans s'y limiter, la détermination de la classification de la source, qui affecte des critères tels que les exigences d'isolation. Cela affecte également les mesures de température de surface et d'autres tests de charge thermique, car les sources ne fonctionnent pas à une puissance proche de leur puissance maximale.

Par exemple, PoE produit des tensions de sortie périodiques ou faibles à la recherche d'une signature d'impédance à partir d'un PD. Jusqu'à ce qu'il voie cette signature de prise de contact, il ne fournira pas de tension et de courants normaux pour alimenter un PD. Et dans le circuit ouvert ou dans d'autres conditions (telles que des charges non capacitives) spécifiées dans la norme CEI 62368-1, le PSE PoE n'enverra que ces petits signaux indéfiniment.

La grande majorité des rapports de test examinés par des laboratoires du monde entier n'indiquent aucune tension ou seulement une petite tension signalée pour ces types de circuits externes PoE. Ce n'est pas inattendu puisque la CEI 62368‑1 définit l'utilisation de charges non capacitives et/ou de circuits ouverts pour mesurer ou charger des équipements. Étant donné que ces conditions ne provoquent pas d'établissement de liaison approprié, l'activation de la source n'est pas accomplie de sorte que le circuit puisse être caractérisé ou évalué par rapport aux exigences de la norme de sécurité. Le test de l'équipement ou du ou des circuits dans les conditions de charge définies ne peut pas être effectué comme prévu tant que cette vérification initiale des caractéristiques du circuit n'a pas été effectuée avec succès, ce qui nécessite un simulateur de charge ou un PD et un câblage représentatifs du cas le plus défavorable.

Un autre exemple est une technologie qui fonctionne bien au-delà de RFT-V et RFT-C normalement (environ 330-400VDC avec plusieurs milliers de watts effectifs) mais, comme l'IEC 62368-1 est interprétée aujourd'hui, n'aurait aucune sortie car elle nécessite un PD qui est quelque peu capacitif et spécialement conçu pour ce PSE. La sortie est juste une impulsion occasionnelle dans un circuit ouvert ou une charge résistive non capacitive que la CEI 62368-1 spécifie pour les tests. Encore une fois, il s'agit d'un échec à fournir des conseils de configuration appropriés dans la norme pour faire fonctionner le circuit, puis le caractériser avant de le tester dans des conditions de charge spécifiques.

Les détails et l'intention devraient être clarifiés dans la 4e édition de la CEI 62368-1 à l'annexe B et ces mêmes clarifications décrites dans la justification de la CEI 62368-2 pour garantir que ces circuits sont testés et signalés de manière appropriée. Cela sera accompli en utilisant une méthode appropriée au niveau du système pour simuler le fonctionnement normal, y compris les conditions supposées dans la CEI 62368‑1 avec des circuits normalement testés avec des circuits ouverts et diverses charges, y compris des charges non capacitives, appliquées. Cependant, une question peut être posée sur la manière d'effectuer une mesure de tension en circuit ouvert, que ce soit au niveau de la source PSE ou de la charge PD lorsqu'un câble/charge supplémentaire est requis. La mesure peut devoir être effectuée sous une charge minimale. D'autres cas de test requis peuvent utiliser des résistances spécifiques pour charger ou mesurer des circuits et ceux-ci peuvent déclencher ou éteindre les sources. Les réponses ne sont pas simples et nécessitent une réflexion approfondie au cours du processus de test. Le caractère raisonnable doit être utilisé lors de l'exécution du test pour démontrer la conformité avec l'intention de la norme.

Vous trouverez ci-dessous un texte spécifique proposé article par article pour la CEI 62368‑1 afin de couvrir les problèmes abordés.

Le texte spécifique final de la norme sera ajusté, bien sûr, en fonction de la version de la norme qui est mise à jour.

L'équipement doit être conçu et construit de telle sorte que, dans des conditions de fonctionnement normales telles que spécifiées à l'article B.2, des conditions de fonctionnement anormales telles que spécifiées à l'article B.3 et des conditions de premier défaut telles que spécifiées à l'article B.4, des mesures de protection soient prévues pour réduire la risque de blessures ou, en cas d'incendie, de dommages matériels.

Les parties de l'équipement qui pourraient causer des blessures ne doivent pas être accessibles et les parties accessibles ne doivent pas causer de blessures.

Lorsqu'un équipement est conçu de telle sorte qu'une ou plusieurs de ses sources d'alimentation nécessitent une technique de configuration spécifique, une charge ou un protocole ou un logiciel pour activer la sortie d'alimentation, maintenir la sortie d'alimentation active ou obtenir la tension, le courant ou la puissance de sortie prévus dans des conditions normales, des conditions anormales et de défaut unique ainsi qu'une méthode pour obtenir cette sortie doivent être fournies pour évaluation et test et utilisées.

Par exemple, connecter des charges représentatives du pire cas ou des appareils alimentés externes, et répéter avec toute charge nécessaire, y compris dans des conditions de défaut dans le câblage de distribution et les charges appliquées.

Ceci est essentiel pour déterminer les caractéristiques telles que la tension et le courant de sortie pour les classifications ES et PS, l'utilisation sur le bâtiment et d'autres câblages, voir CEI 62368-1, annexe Q, les circuits destinés à être connectés au câblage du bâtiment, ainsi que la charge appropriée pour les tests de chauffage .

Ces exemples ne sont pas nécessairement exhaustifs.

La conformité est vérifiée par examen et par les essais correspondants.

Lorsque la source est un circuit à l'intérieur de l'équipement, le courant nominal de protection du circuit est :

Le calibre du dispositif de protection contre les surintensités si le courant est limité par un dispositif de protection contre les surintensités ; ou

Le courant de sortie maximal, si le courant est limité par l'impédance source de l'alimentation. Le courant de sortie est mesuré avec n'importe quelle charge résistive, y compris un court-circuit mesuré après stabilisation, généralement 60 s ou plus après l'application de la charge si le courant est limité par l'impédance ou si le dispositif de limitation de courant est un fusible, un disjoncteur ou un PTC appareil, ou à des temps plus longs tels que 5 s ou plus dans d'autres cas.

Si la source est d'un type qui ne produit pas de tensions/courants normaux dans une charge résistive, la source doit être connectée à un dispositif/impédance de terminaison qui active la tension/courant source et crée les conditions de test nécessaires, y compris le pire des cas. conditions d'essai.

5.7.1 Général

Les mesures de la tension de contact présumée, du courant de contact et du courant du conducteur de protection sont effectuées avec l'EST alimenté à la tension d'alimentation la plus défavorable (voir B.2.3).

Activation : si une source d'alimentation est d'un type qui nécessite une prise de contact/négociation entre une charge ou détecte intelligemment des charges et, par conséquent, ne permet pas la sortie de tensions/courants normaux dans des charges résistives, la source doit être connectée à un dispositif de terminaison /impédance qui active la tension/courant source et génère une sortie dans les conditions nominales spécifiées.

6.2.2.1 Général

Un circuit électrique est classé PS1, PS2 ou PS3 en fonction de la puissance électrique disponible pour le circuit à partir de la source d'alimentation. La classification de la source d'alimentation électrique doit être déterminée en mesurant la puissance maximale dans chacune des conditions suivantes :

Si la source ou le circuit de charge sont d'un type qui ne permet pas la sortie de tensions/courants normaux dans des charges résistives, la source doit être connectée à un dispositif/impédance de terminaison d'activation qui active la tension/courant source et génère le pire -alimentation du boîtier dans des conditions normales et de panne. Si l'on mesure un dispositif de charge de ce type, la source est la puissance efficace maximale qui peut être délivrée dans des conditions de fonctionnement normales ainsi que des défauts.

La puissance est mesurée aux points X et Y de la Figure 34, Mesure de puissance pour le pire cas de défaut et de la Figure 35, Mesure de puissance pour le pire cas de défaut de source d'alimentation.

Figure 1 : CEI 62368-1, Figure 34, Mesure de puissance pour le pire cas de défaut

Figure 2 : CEI 62368-1, Figure 35, Mesure de puissance pour le pire cas de défaut de source d'alimentation

L'équipement destiné à fournir de l'énergie via le système de câblage à un équipement distant doit limiter le courant de sortie à une valeur qui n'endommage pas le système de câblage, en raison d'une surchauffe, dans des conditions de fonctionnement normales ou des conditions de charge externe. Le courant continu maximum de l'équipement ne doit pas dépasser une limite de courant adaptée au calibre de fil minimum spécifié dans les instructions d'installation de l'équipement.

REMARQUE : Ce câblage n'est généralement pas contrôlé par les instructions d'installation de l'équipement, car le câblage est souvent installé indépendamment de l'installation de l'équipement.

Les circuits PS2 ou PS3 qui fournissent de l'énergie et qui sont destinés à être compatibles avec le LPS vers des circuits externes (voir l'annexe Q) doivent avoir leur puissance de sortie limitée à des valeurs qui réduisent la probabilité d'inflammation dans le câblage du bâtiment dans des conditions de fonctionnement normal et de défaut externe.

Les circuits de câble à conducteurs externes appariés, tels que ceux décrits dans le Tableau 13, « Tensions transitoires des circuits externes », numéros d'identification 1 et 2 ayant un diamètre de fil minimal de 0,4 mm, doivent avoir un courant limité à 1,3 Arms ou cc

EXEMPLE : Les caractéristiques temps/courant des fusibles de type gD et de type gN spécifiées dans la CEI 60269-2 sont conformes à la limite ci-dessus. Les fusibles de type gD ou de type gN de 1 A respectent la limite de courant de 1,3 A.

La conformité est vérifiée par des essais, des inspections et, si nécessaire, par les exigences de l'annexe Q.

Les bornes de sortie des équipements alimentant d'autres équipements, à l'exception des prises de courant et des prises d'appareil directement connectées au secteur, sont connectées à l'impédance de charge la plus défavorable, y compris le court-circuit.

Si la source est d'un type qui ne produit pas de tensions/courants normaux dans une charge résistive, la source doit être connectée à un dispositif/impédance de terminaison qui active la tension/courant source et crée les pires conditions normales et anormales.

E.1 Classification des sources d'énergie électrique pour les signaux audio Lors de la classification des signaux audio en tant que source d'énergie électrique (voir Tableau E.1), l'équipement doit être utilisé pour fournir une puissance de sortie maximale sans écrêtage dans son impédance de charge nominale. La charge est retirée et la classe de source d'énergie électrique est déterminée à partir de la tension de sortie en circuit ouvert résultante.

Si la source est d'un type qui ne produit pas de tensions/courants normaux dans une charge résistive, la source doit être connectée à un dispositif/impédance de terminaison qui active la tension/courant source, ce qui crée les pires conditions normales et anormales.

Q.1.1 Exigences

Une source d'alimentation limitée doit être conforme à l'un des éléments suivants :

Si un dispositif PTC est utilisé, il doit :

Lorsqu'un dispositif de protection contre les surintensités est utilisé, il doit s'agir d'un fusible ou d'un dispositif électromécanique non réglable, sans réarmement automatique.

Si la source d'alimentation est d'un type qui nécessite une prise de contact/négociation entre une charge ou détecte intelligemment des charges et, par conséquent, ne permet pas la sortie de tensions/courants normaux dans des charges résistives, la source doit être connectée à un dispositif/impédance de terminaison qui active la source de tension/courant et génère la puissance délivrée dans les conditions spécifiées.

Q.1.2 Méthode d'essai et critères de conformité

La conformité est vérifiée par inspection et mesurage et, le cas échéant, par examen des données du fabricant pour les batteries. Les batteries doivent être complètement chargées lors de la réalisation des mesures pour Uoc et Isc conformément au Tableau Q.1 et au Tableau Q.2. La puissance maximale doit être prise en compte, par exemple à partir d'une batterie et d'un circuit secteur.

La charge référencée dans les notes de bas de page b et c des tableaux Q.1 et Q.2 et dans Q1.1. est ajusté pour développer tour à tour le courant maximum et le transfert de puissance maximum. Les conditions de défaut unique sont appliquées dans un réseau de régulation conformément à l'article Q.1.1, point c) dans ces conditions de courant et de puissance maximales.

Q.2 Essai pour les circuits externes – câble conducteur apparié

L'équipement alimentant un câble conducteur à paires de circuits externes destiné à être connecté au câblage du bâtiment doit être vérifié comme suit.

Si la limitation de courant est due à l'impédance inhérente de la source d'alimentation, le courant de sortie dans toute charge résistive (voir note e de Q.1 ou f de Q.2), y compris un court-circuit, est mesuré. La limite de courant ne doit être dépassée à aucun moment après 60 s d'essai. Si la limitation de courant est assurée par un dispositif de protection contre les surintensités ayant une caractéristique temps/courant spécifiée :

Si la limitation de courant est fournie par un dispositif de protection contre les surintensités qui n'a pas de caractéristique temps/courant spécifiée :

Bien que conceptuellement simple, la mise en œuvre d'exigences adéquates pour réaliser l'évaluation complète nécessaire d'une unité PSE ou PD est complexe lorsqu'elle est intégrée aux exigences générales d'une norme telle que la CEI 62368-1 afin de garantir que chacune fonctionnera indépendamment dans une manière sûre.

Les détails présentés ici sont basés sur une expérience personnelle dans le traitement du processus d'évaluation de ce type d'équipement, une compréhension détaillée des exigences énoncées dans la norme ainsi que l'application du caractère raisonnable, une technique d'adaptation de la norme basée sur les risques, au processus de évaluation pour ces unités.

Le détail ici fournira à l'utilisateur une feuille de route complète via la CEI 62368-1 décrivant les détails spécifiques qui doivent être pris en compte dans l'évaluation.

Chaque partie au processus d'évaluation doit appliquer le caractère raisonnable dans l'adaptation de ces évaluations, comme cela se fait dans d'autres situations (qui ne sont généralement pas aussi complexes) pour assurer une évaluation complète des dangers en montrant que les mesures de protection mises en place sont adéquates pour protéger l'utilisateur et l'environnement local.

Les auteurs remercient l'IEC TC 108 HBSDT pour ses commentaires sur le traitement de ce problème non résolu et l'IEC directement pour les citations de base de l'IEC 62368-1 présentées avec des modifications ici en détail afin de traiter ce problème difficile en cours.

Jim WiesePeter PerkinspoepuissancePSEnormestests

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