汽車電子靜電測(cè)試

ISO 10605國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)道路車輛的，它規(guī)定了評(píng)估電氣電子部件與電子模塊的各種 ESD測(cè)試方法。這些模塊與電氣電子部件包括信息娛樂(lè)和互連解決方案、GPS 接收器到電池和充電系統(tǒng)的控制模塊等等。以上每一個(gè)例子中的共同點(diǎn)是都需要連接，因?yàn)樗鼈儗⑴c系統(tǒng)處理器通信并受其控制。通常情況下，控制總線是 CAN 或 LIN 總線，而市場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始探索速度更快的總線，包括以太網(wǎng)和對(duì)汽車更為專用的BroadR Reach。在可靠性方面，這些數(shù)據(jù)總線雖然提供了通信路徑，同時(shí)也成為 ESD 等電氣瞬變的侵入途徑。

在消費(fèi)電子和工業(yè)市場(chǎng)中，最常引用的 ESD 標(biāo)準(zhǔn)是 IEC 61000-4-2。它為行業(yè)提供了應(yīng)該使用的ESD瞬變波形的指導(dǎo)準(zhǔn)則，以及測(cè)試方法。關(guān)鍵是要在已完成的產(chǎn)品和系統(tǒng)(成品)上進(jìn)行測(cè)試。這意味著智能手機(jī)、平板電腦或筆記本電腦應(yīng)是完全組裝好的，并且可以在所有電源輸入和數(shù)據(jù)端口插上相應(yīng)的電纜，然后在系統(tǒng)的機(jī)箱、連接器和電纜上完成 ESD 測(cè)試。在汽車市場(chǎng)中，這類似于使用 ESD “槍”將完全組裝的車輛的各個(gè)表面周圍全部掃一遍。

但是，情況不止于此。為了確保最高的可靠性，ISO 10605 規(guī)定，每個(gè)系統(tǒng)必須在車輛中安裝之前以單獨(dú)和完整的形式進(jìn)行測(cè)試。簡(jiǎn)而言之，確保整個(gè)車輛的 ESD 保護(hù)可靠性的最佳方法是首先確保每個(gè)構(gòu)件(電氣/電子子系統(tǒng))能夠承受反復(fù)的 ESD 瞬變。這樣做是為了確保模塊能夠應(yīng)對(duì)由裝配過(guò)程、維修技術(shù)人員或車輛乘員引起的電氣干擾。

在完全組裝的車輛中，在駕駛員、乘員、組裝人員和維修技術(shù)人員將與車輛接觸到的部位也要進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)增加這些模塊級(jí)測(cè)試要求，ISO 10605 將 IEC 61000-4-2 標(biāo)準(zhǔn)提升到一個(gè)新的水平。

GBT 19951-2019 道路車輛 電氣電子部件對(duì)靜電放電抗擾性的試驗(yàn)方法

ISO 10605:2008 Road vehicles — Test methods for electrical disturbances from electrostatic discharge

有關(guān)道路車輛的靜電放電ESD標(biāo)準(zhǔn)的最新版本為ISO 10605:2008該標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法和放電模塊已廣泛地被汽車廠商在內(nèi)部質(zhì)量控制中所采用。該標(biāo)準(zhǔn)最早于1994 年以技術(shù)報(bào)告的形式發(fā)布即 ISO/TR 10605:1994。

2001 年 ISO 發(fā)布了第一版正式標(biāo)準(zhǔn)，即 ISO 10605:2001。

本文就 ISO 10605:2008(第二版標(biāo)準(zhǔn)，以下簡(jiǎn)稱新版標(biāo)準(zhǔn)）中修改和新增的關(guān)鍵技術(shù)和主要條款，加以分析討論，以期幫助企業(yè)更好地理解和執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)的新要求。

介紹 ISO 10605:2008 新版標(biāo)準(zhǔn)中人體 ESD 模型的分類及表征特性：與 2001 版相比新版標(biāo)準(zhǔn)增加了150 pF / 330 Ω 和 330pF / 330 Ω 兩種放電模塊。同時(shí)，介紹了新版標(biāo)準(zhǔn)中接觸法校準(zhǔn)靜電槍的內(nèi)容和最新的勘誤單。最后討論了靜電槍的接地方式，指出靜電槍的接地線與水平耦合平面直接相連的情況并不能達(dá)到考核受試設(shè)備的效果。

1、人體模型的變化及放電方式

在ISO10605 標(biāo)準(zhǔn)中， 人體ESD模型是一個(gè)重要的術(shù)語(yǔ)定義。在新版中，該定義表述為” 由無(wú)源器件和電壓組成的網(wǎng)絡(luò)， 用來(lái)表征人體在汽車環(huán)境下作為靜電放電電荷源的特性。＂

在新版標(biāo)準(zhǔn)的正文和附錄中， 對(duì)人體模型無(wú)源器件的特性進(jìn)行了明確的表述， 見(jiàn)表1 。

表1 人體放電模型的無(wú)源器件

新版標(biāo)準(zhǔn)中， 根據(jù)無(wú)源器件的特性和人體模型在汽車環(huán)境下的實(shí)際放電模式，規(guī)定了四種放電模塊，即模塊150 pF/2 000 Ω，模塊330 pF/2 000 Ω，模塊150 pF/330Ω，模塊330 pF/330 Ω。

放電模塊150 pF/2 000 Ω 在2001版中就有要求，新版標(biāo)準(zhǔn)中保留了這個(gè)人體ESD模型， 代表人站在車外，但是放電通過(guò)車身形成回路。與IEC61000-4-2的人體ESD模型150 pF/330Ω相比，電容值相同，表征人體對(duì)地電容，等效電阻值增大為2 000 Ω ，是考慮到車身的電阻補(bǔ)償。

放電模塊330 pF/2 000 Ω在2001版中也有要求，新版標(biāo)準(zhǔn)中保留了這個(gè)人體ESD模型， 代表人坐在車內(nèi)。與IEC61000-4-2的人體ESD模型150 pF/330 Ω相比，由于車身的存在，人體對(duì)地電容的面積增大，所以等效電容增大。由于放電回路通過(guò)車身形成回路，等效電阻值增大為2 000 Ω。

放電模塊 150pF/330 Ω, 新版標(biāo)準(zhǔn)采用IEC 61000-4-2中的人體ESD模型，代表人體站在車外，直接通過(guò)人體皮膚進(jìn)行放電。但是，如果有整車存在的情況，人體皮膚直接放電的同時(shí)，車身的等效電阻如何考慮呢？恐怕是車身與大地已經(jīng)有良好的電連接存在了。

放電模塊330pF/330 Ω，是新版標(biāo)準(zhǔn)中比較特別的一個(gè)選擇，代表人坐在車?yán)铮刃щ娮枋侨梭w放電電阻。一般而言，車輛設(shè)備都是通過(guò)“搭鐵”的模式接地的，除非將車身或EUT直接與大地連接， 才會(huì)存在這種等效電阻模式。所以，這種情況在廠商的測(cè)試選擇中比較少， 但是該情況也是存在的，比如在汽車維修過(guò)程中，維修人員有時(shí)需要在車架上搭接一根地線，以保證維修人員安全。

表2 ESD測(cè)試方案參考

新版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)上述四種放電模塊的使用給出了明確的規(guī)定，如適用范圍，放電方式等見(jiàn)表2，其中有關(guān)電容的選擇，新版標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定比較明確，而對(duì)于等效電阻的選擇，則由廠商和實(shí)驗(yàn)室根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

在新版標(biāo)準(zhǔn)中， 將靜電槍的校準(zhǔn)方法修改為接觸法校準(zhǔn)，而在2001版中使用的是空氣放電法校準(zhǔn)。這一內(nèi)容的修改，與IEC 61000-4-2的校準(zhǔn)方法趨于一致，體現(xiàn)了新版標(biāo)準(zhǔn)在第一章適用范圍中的描述的觀點(diǎn)， 即本國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)部分依據(jù)IEC 61000-4-2。

同時(shí)，通過(guò)新版標(biāo)準(zhǔn)，可以看到標(biāo)準(zhǔn)制定者對(duì)這一變動(dòng)開(kāi)展了大量的研究工作。在IEC 61000-4-2中使用接觸法校準(zhǔn)， 強(qiáng)調(diào)放電槍與校準(zhǔn)件一定要接觸。而在ISO 10605的2001版中，使用空氣法校準(zhǔn)時(shí)，尤其強(qiáng)調(diào)放電的角度、移動(dòng)速度、確保單次放電，以及避免多次放電、低電位放電、測(cè)量設(shè)備自激響應(yīng)等內(nèi)容。所以，在新版標(biāo)準(zhǔn)中，附錄D分析了空氣放電的不利因素， 尤其是測(cè)試結(jié)果的不穩(wěn)定性和不一致性，需要大量的時(shí)間和反復(fù)測(cè)試來(lái)保證正確的評(píng)價(jià)。

在附錄E 中，給出了空氣放電校準(zhǔn)的原理。論述了空氣放電法校準(zhǔn)受空氣濕度、放電電極形狀、放電槍移動(dòng)速度、放電電弧長(zhǎng)度、放電電壓等因素影響較大，不確定因素太多。所以標(biāo)準(zhǔn)制定者認(rèn)為，由千該方法的復(fù)雜性，校準(zhǔn)方法還需要進(jìn)一步研究， 所以不再使用這一校準(zhǔn)方法，而是使用IEC 61000-4-2中的接觸放電方法。同時(shí)需要注意的是，使用接觸放電法校準(zhǔn)的靜電槍，會(huì)在空氣放電實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生不確定的電流變化。

審核編輯黃宇