Poniendo énfasis en IEC 62368

–Por Todd Phillips, Gerente de Mercado Global, Unidad de Negocios Electrónicos, Littelfuse, Inc. y Prasad Tawade, Gerente de Marketing Estratégico, Littelfuse, Inc.

El desarrollo del diseño y la seguridad del usuario son fundamentales en la regulación de productos y componentes basados ​​en energía y la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) ha liderado el camino con estándares para el diseño de equipos de tecnología de la información y productos de audio/video. Sin embargo, el enfoque tradicional para monitorear la seguridad de los equipos, que dependía del producto y se basaba en incidentes, ha llevado a que las normas anteriores, IEC 60950-1 (equipos de tecnología de la información y las comunicaciones) e IEC 60065 (equipos de audio y video), con el tiempo se conviertan en más reactivos y menos flexibles para abordar las nuevas tecnologías emergentes.

Como una nueva regulación, IEC 62368-1, se convirtió en el estándar único predeterminado el 20 de diciembre de 2020, los diseñadores ya no pueden optar por cumplir ni con el estándar de tecnología de la información/comunicación ni con el estándar de equipos de audio/video. Los límites entre la tecnología de la información/comunicaciones y la tecnología de audio/vídeo se han desdibujado. Por lo tanto, la norma de ingeniería de seguridad basada en peligros IEC 62368-1 se aplica a una amplia gama de aplicaciones.

Centrándose en la energía dentro del equipo y los entornos previstos, el nuevo estándar es menos específico del producto. Este enfoque, que tiene como objetivo alentar a los fabricantes a abordar los peligros conocidos en el diseño y el uso previsto del producto, pretende estar preparado para el futuro. Su uso es aplicable, ya sea para aplicaciones industriales o residenciales.

La nueva norma tiene un alcance relativamente amplio. Incluye todas las aplicaciones previamente cubiertas bajo diferentes estándares, o no cubiertas en absoluto. Abarca equipos electrónicos de hasta 600 voltios, incluidos puntos de venta, banca, otros equipos de oficina y telecomunicaciones, parlantes, cámaras de vigilancia, dispositivos domésticos inteligentes y otros equipos de audio/video. Este nuevo estándar también cubre los dispositivos de Internet de las cosas (IoT), computadoras portátiles, dispositivos móviles, sistemas de juegos y otros dispositivos electrónicos que funcionan con baterías.

La norma IEC 62368-1 se utiliza desde hace algunos años. Sin embargo, los diseñadores pueden elegir si cumplen con IEC 60950 o IEC 60065 en lugar de IEC 62368-1. Todo depende de la aplicación. Ahora el diseñador ya no tiene otra opción. El enfoque basado en peligros en IEC 62368-1 ha incluido el factor del diseño de un dispositivo y su uso para determinar los criterios de prueba y evaluación. El estándar también define qué componentes de protección considerar usar dentro del dispositivo. Como puede parecer que los estándares basados ​​en la energía han evolucionado de manera complicada, este nuevo enfoque permite mejorar la seguridad y la flexibilidad del diseño.

Para ayudar a aumentar la confiabilidad del producto, los componentes de protección de línea de CA deben cumplir con las pruebas específicas requeridas por IEC 62368-1. El paso de decidir la categoría de sobretensión es necesario para determinar los parámetros de algunas de las pruebas.

La ubicación del dispositivo que se conecta a la red eléctrica ayuda a definir la categoría de sobretensión. Si la proximidad a la red es cercana, la categoría y el peligro serán mayores. Podemos, por ejemplo, considerar un medidor eléctrico en el exterior de una casa conectado por un cable de servicio a un transformador como Categoría de Sobretensión IV. Se recomendará una categoría de sobretensión inferior para el cuadro de disyuntores del interior de una vivienda. Incluyendo PC, enrutadores, portátiles, tabletas y fuentes de alimentación relacionadas, los dispositivos personales entrarán en la Categoría de sobretensión II.

Los ingenieros pueden utilizar la categoría de sobretensión junto con el voltaje de línea para determinar la clasificación de tensión soportada. Pueden conectar adaptadores de corriente a tomas de 120 V para tener una clasificación de tensión soportada de 1500 V. Los adaptadores que se conectan a tomas de 240 V tendrán una clasificación de tensión soportada aumentada a 2500 V. Esta clasificación es una base importante para la selección de componentes y las pruebas aplicables. .

Si bien los estándares más antiguos no incluían pruebas relacionadas con varistores y tubos de descarga de gas (GDT) para protección contra sobretensiones, el nuevo estándar incluye estas pruebas clave. Expuestos a sobretensiones, los varistores pueden desgastarse con el tiempo. Con el tiempo, ellos mismos se convierten en un peligro. Ahora, se requieren pruebas adicionales ya que IEC 62368-1 hace referencia a un varistor como posible fuente de ignición.

Una prueba de esfuerzo llamada “prueba de sobrecarga del varistor (la parte del Anexo G.8 de la norma) aumenta progresivamente la potencia en el varistor. Usando una fuente de CA, la prueba aplica el doble del voltaje nominal del equipo a través de una resistencia al varistor bajo prueba. Hasta que el varistor falle o un fusible, desconexión térmica, GDT u otros componentes abran el circuito de forma segura, la prueba comienza con una resistencia alta y la reduce.

La prueba de sobretensión temporal es similar; sin embargo, define valores actuales específicos y la duración de la prueba. En ambos casos el varistor no puede causar daños. Al aumentar la clasificación del varistor como se define en la Tabla G.10 de IEC 62368-1, los ingenieros pueden evitar ambas pruebas de sobretensión. Sin embargo, siempre que un ingeniero de diseño dimensione el varistor para evitar la prueba, el ingeniero debe seleccionar los componentes posteriores con clasificaciones más altas, lo que aumenta el costo del producto. La tercera prueba es la prueba de aislamiento básica que evalúa la resistencia eléctrica de equipos con una conexión a tierra poco confiable, la mayoría de los enchufes no industriales. Esta prueba no es necesaria si el terreno cumple con los criterios definidos de un terreno confiable.

Los adaptadores de corriente universales, comúnmente utilizados en equipos de TI, aceptan una amplia gama de entradas de voltaje, por ejemplo, de 90 a 240 VCA. Con un conjunto común de componentes electrónicos, este rango de voltaje permite que el producto se utilice en todo el mundo. Los requisitos de seguridad dictados por IEC 62368-1 requieren protección tanto contra sobrecorriente como contra sobretensiones.

Para evitar daños por eventos de sobrecorriente y las pruebas de fallas que pasé, los ingenieros deben seleccionar el fusible correcto y considerar los siguientes puntos al elegir el fusible correcto:

El uso de estos requisitos identifica el mejor fusible para la aplicación. Para citar un ejemplo, Littelfuse recomienda su fusible de 3,15 A de la serie 215 debido a su alta capacidad de corte de 1500 A a 250 VCA.

Hay varias tecnologías de protección contra sobretensiones disponibles. En la categoría de componentes de seguridad se incluyen varistores, diodos TVS, tiristores de protección y GDT.

Los ingenieros deben considerar primero si el terreno se considera confiable para encontrar la mejor solución para la aplicación. Se encuentran conectores a tierra poco confiables en muchos lugares, por ejemplo, en hogares, oficinas y espacios comerciales. También son ejemplos los enchufes de pared con un conector de tierra suelto o un terminal de tierra dañado en el enchufe. Los conectores de tierra que normalmente existen en aplicaciones industriales son confiables. En tal caso, la tierra de las aplicaciones industriales está cableada o el equipo no funciona sin una buena conexión a tierra.

Para aplicaciones de tierra no confiables, cuando se usan varistores en el modo común, conexiones entre Alta y tierra de protección, o entre Neutro y tierra de protección, IEC 62368-1 establece que se debe considerar el uso de varistores con un GDT. Sin embargo, debe asegurarse de que cumplan con la prueba de sobrecarga de varistores del anexo G.8. Los varistores se pueden utilizar en el modo diferencial, alto a neutro. En este caso, los varistores deben cumplir todos los criterios descritos en el Anexo G.8.

¿Cómo elegir el varistor adecuado? Los ingenieros deben tener en cuenta que el voltaje mínimo de funcionamiento continuo debe ser al menos 1,25 veces el voltaje nominal máximo del equipo. El diámetro del varistor se determinará seleccionando la clasificación de sobretensión requerida del varistor. Para soportar el voltaje necesario para el cumplimiento, un GDT también debe pasar la prueba de resistencia eléctrica. El par debe pasar las pruebas de sobrecarga y sobretensión temporal después de elegir un GDT y un varistor.

Para citar el adaptador de corriente universal como ejemplo, las conexiones línea a línea y línea a neutro se pueden proteger contra transitorios de voltaje y rayos mediante un varistor de 300 V con protección térmica que cumple con los requisitos mínimos de sobretensión. Una buena opción es utilizar un GDT de 3000 V combinado en serie con un varistor de 300 V en conexiones de línea a tierra y de neutro a tierra.

La Figura 4 revela dos opciones recomendadas para la protección contra sobrecargas y sobretensiones de los adaptadores de corriente universales. Si utiliza una conexión a tierra poco confiable, debe usar un fusible y un varistor para la protección en modo diferencial. Con un producto conectado a una tierra confiable, debe usar dos elementos: uno es la combinación de la serie fusible-varistor para protección de línea en modo diferencial; otra es una combinación de dos varistores con un GDT para protección de modo común.

Littelfuse recomienda los componentes enumerados debajo de los esquemas, incluidos los varistores de las series TMOV y UltraMOV, así como los GDT de la serie CG3.

La serie TMOV TMOV14RP300E, que resiste un pulso de 6 kA y una energía de pulso de 250 J, es un varistor con protección térmica y un diámetro de disco de 14 mm clasificado para 300 VCA. La serie UltaMov V10E300P tiene un disco de 10 mm de diámetro y absorbe un pulso de corriente pico de 3,5 kA. Lo recomendamos para protección en modo común con un GDT.

Littelfuse recomienda el uso del CG3 3.3, que va acompañado del varistor V10E300P en conexiones de modo común. La alta tensión de ruptura se combina con una sobretensión nominal de 10 kA mediante los tubos de descarga de gas de la serie CG3.

Para muchas aplicaciones electrónicas, esta es la solución de protección contra sobretensiones más común. Al mismo tiempo, los diseñadores también pueden considerar otras soluciones. Al comparar tecnologías, los ingenieros deben considerar varios elementos de los componentes:

Bajo la premisa de que los ingenieros deben considerar los peligros conocidos y los entornos de uso al diseñar un producto, IEC 62369-1 introduce una nueva forma de abordar las pruebas de productos electrónicos. Este enfoque basado en los peligros tiene como objetivo seguir el ritmo de los avances tecnológicos. Al mismo tiempo, los diseñadores de productos tienen más flexibilidad dentro del marco.

Como los productos y componentes certificados según IEC 62369-1 están garantizados por los fabricantes, se puede adoptar un enfoque que utilice métodos de diseño y construcción nuevos e innovadores. Los diseñadores pueden encontrar las soluciones adecuadas para productos seguros y eficaces asociándose con fabricantes como Littelfuse o un distribuidor con experiencia en el nuevo estándar.

Si desea obtener más información, descargue la Guía de selección de productos de protección de circuitos, cortesía de Littelfuse, Inc.

Referencias