ESD靜電放電抗擾度試驗(yàn)

引言

在當(dāng)今高度電子化的社會(huì)中，各類電子設(shè)備已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面，從智能手機(jī)、筆記本電腦到工業(yè)控制系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備，無(wú)一不依賴著復(fù)雜的電子電路和微處理器來(lái)執(zhí)行其功能。然而，這些精密的設(shè)備也面臨著來(lái)自各種環(huán)境因素的挑戰(zhàn)，其中靜電放電（ESD）便是不可忽視的一大威脅。因此，靜電放電抗擾度試驗(yàn)作為評(píng)估電子設(shè)備防護(hù)能力的重要手段，其重要性日益凸顯。

靜電放電抗擾度試驗(yàn)

靜電放電抗擾度試驗(yàn)（ESDImmunityTesting）是一種電磁兼容性（EMC）測(cè)試，用于評(píng)估電子設(shè)備在遭受靜電放電時(shí)的抗干擾能力。靜電放電是由帶電物體之間的電荷轉(zhuǎn)移引起的現(xiàn)象，常見于人與設(shè)備之間、設(shè)備與設(shè)備之間的接觸或靠近時(shí)。這種放電可能會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備的故障、損壞或性能下降。

靜電放電發(fā)生器試驗(yàn)基本線路及放電電流波形

靜電放電發(fā)生器簡(jiǎn)圖

靜電放電發(fā)生器輸出電流的典型波形與放電電極

靜電放電發(fā)生器試驗(yàn)布置實(shí)例

臺(tái)式和落地設(shè)備的試驗(yàn)配置和放電位置實(shí)例

靜電放電抗擾度試驗(yàn)的目的

上期我們?cè)贓FT電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)【鏈接】中講到，除了要保證設(shè)備的可靠性、發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計(jì)中的問(wèn)題、符合法律和標(biāo)準(zhǔn)要求、提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力外，還需要保護(hù)用戶安全：靜電放電不僅會(huì)影響設(shè)備的性能，還可能對(duì)用戶造成傷害。例如，電子設(shè)備因靜電放電導(dǎo)致故障時(shí)，可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)或電擊等危險(xiǎn)。通過(guò)靜電放電抗擾度試驗(yàn)，可以確保設(shè)備在遭遇靜電放電時(shí)不會(huì)出現(xiàn)危及用戶安全的情況，從而保護(hù)用戶的安全。

靜電放電抗擾度試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)

靜電放電抗擾度試驗(yàn)通常遵循國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）制定的IEC61000-4-2:2008標(biāo)準(zhǔn)，以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T17626.2-2018）。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測(cè)試的技術(shù)要求、測(cè)試程序和性能評(píng)估方法，以確保電子設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中能夠抵抗靜電放電的影響。

靜電放電抗擾度試驗(yàn)的等級(jí)

注：“Xa”可以是任意等級(jí),在專用設(shè)備技術(shù)規(guī)范中應(yīng)對(duì)這個(gè)級(jí)別加以規(guī)定，如果規(guī)定了高于表格中的電壓，則可能需要專用的試驗(yàn)設(shè)備。

靜電放電抗擾度試驗(yàn)方法及配置

靜電放電發(fā)生器應(yīng)保持與實(shí)施放電的表面垂直，以改善試驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性。

直接放電

除非在通用標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)中有其他規(guī)定，靜電放電只施加在正常使用時(shí)人員可接觸到的受試設(shè)備上的點(diǎn)和面，以下是例外的情況（放電不施加在下述點(diǎn)）

a)在維修時(shí)才接觸得到的點(diǎn)和表面

b)最終用戶保養(yǎng)時(shí)接觸到的點(diǎn)和表面，這些極少接觸到的點(diǎn)，如電池，錄音磁帶等。

c)設(shè)備安裝固定后或按使用說(shuō)明后不再接觸到的點(diǎn)和面，例如底部或設(shè)備靠墻面等。

d)外殼為金屬的同軸連接器和多芯連接器可接觸到的點(diǎn)，該情況下，僅對(duì)連接器的外殼施加接觸放電。

非導(dǎo)電（例如塑料）連接器內(nèi)可接觸到的點(diǎn)，應(yīng)只進(jìn)行空氣放電試驗(yàn)，使用靜電放電發(fā)生器的圓形電極頭，通常應(yīng)考慮以下六種情況：

注：若連接器插腳有防靜電放電涂層，涂層或設(shè)備上采用涂層的連接器附近應(yīng)有靜電放電警告標(biāo)簽。

a：產(chǎn)品（類）標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)絕緣連接器的各個(gè)插腳進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)采用空氣放電。

在實(shí)施放電的時(shí)候，發(fā)生器的放電回路電纜與受試設(shè)備的距離至少應(yīng)該保持0.2m。

在接觸放電的情況下，放電電極的頂端應(yīng)在操作放電開關(guān)之前接觸受試設(shè)備。

對(duì)于表面涂漆的情況，如廠家未說(shuō)明涂膜為絕緣層，則發(fā)生器應(yīng)穿入漆膜，以便與導(dǎo)電層接觸，如廠家指明時(shí)絕緣層，則應(yīng)只進(jìn)行空氣放電，這類表面不應(yīng)進(jìn)行接觸放電試驗(yàn)。

在空氣放電的情況下，放電電極的原型放電頭應(yīng)盡快地接近并觸及受試設(shè)備，每次放電之后，應(yīng)將靜電放電發(fā)生器的放電電極從受試設(shè)備移開，然后重新接觸發(fā)生器，進(jìn)行新的單次放電，這個(gè)程序應(yīng)當(dāng)重復(fù)至放電完成為止。在空氣放電試驗(yàn)的情況下，用作接觸放電的放電開關(guān)應(yīng)當(dāng)閉合。

間接放電

對(duì)放置于或安裝在受試設(shè)備附近的物體的放電應(yīng)用靜電放電發(fā)生器對(duì)耦合板接觸放電的方式進(jìn)行模擬。

除了直接放電論述之外，還需滿足以下兩點(diǎn)所提出的要求。

受試設(shè)備下面的水平耦合板

對(duì)水平耦合板放電應(yīng)在水平方向?qū)ζ溥吘壥┘樱诰嚯x受試設(shè)備每個(gè)單元中心點(diǎn)前面的0.1m處水平耦合板邊緣至少施加10次單次放電，放電時(shí)，放電電極的長(zhǎng)軸應(yīng)處在水平耦合板的平面，并與前面的邊緣垂直。

放電電極應(yīng)接觸水平耦合板的邊緣（見圖4.1臺(tái)式設(shè)備試驗(yàn)布置的實(shí)例）

垂直耦合板

對(duì)耦合板的一個(gè)垂直邊的中心至少施加十次的單次放電（見圖4.1臺(tái)式設(shè)備試驗(yàn)布置的實(shí)例），應(yīng)將尺寸為0.5m*0.5m的耦合板平行于受試設(shè)備放置且與其保持0.1m的距離。

放電應(yīng)施加在耦合板上，通過(guò)調(diào)整耦合板位置，使受試設(shè)備四面不同的位置都受到放電試驗(yàn)

不接地設(shè)備的試驗(yàn)方法

適用于安裝規(guī)范會(huì)設(shè)計(jì)不與任何接地系統(tǒng)連接的設(shè)備或設(shè)備部件（包括便攜式、電池供電和雙重絕緣設(shè)備（Ⅱ類設(shè)備））

基本原理：不接地設(shè)備或設(shè)備中不接地的部件不能如Ⅰ類供電設(shè)備自行放電，若在下一次靜電放電脈沖施加之前電荷未消除，受試設(shè)備或其部件的電荷累積可能使電壓為預(yù)期試驗(yàn)電壓的兩倍。因此雙重絕緣設(shè)備（Ⅱ類設(shè)備）的絕緣電容經(jīng)過(guò)幾次靜電放電累積，可能充電至異常高，然后以高能量在絕緣擊穿電壓處放電。

為了模擬單次靜電放電（空氣或接觸放電），在施加每個(gè)靜電放電脈沖之前，應(yīng)該消除受試設(shè)備上的電荷。如連接器外殼、電池充電插腳。金屬天線，都應(yīng)該在施加每次靜電放電脈沖之前對(duì)施加靜電放電脈沖的金屬點(diǎn)或部位上的電荷進(jìn)行釋放。例如水平耦合板和垂直耦合板即帶有470kΩ的泄放電阻的電纜。

由于受試設(shè)備和水平耦合板（臺(tái)式）之間以及受試設(shè)備和接地參考平面（落地式）之間的電容取決于受試設(shè)備的尺寸，靜電放電試驗(yàn)時(shí)，如果功能允許，應(yīng)安裝帶泄放電阻的電纜。放電電纜的一個(gè)電阻應(yīng)該盡可能的靠近受試設(shè)備的試驗(yàn)點(diǎn)，最好小于20mm，第二個(gè)電阻應(yīng)靠近電纜的末端，對(duì)于臺(tái)式設(shè)備電纜連接于水平耦合板上，對(duì)于立式設(shè)備電纜連接于接地參考平面上。

不接地臺(tái)式設(shè)備的試驗(yàn)布置

不接地落地式設(shè)備的試驗(yàn)布置

帶泄放電阻電纜的存在可能會(huì)影響歐協(xié)設(shè)備的試驗(yàn)結(jié)果。如有爭(zhēng)議時(shí)，若在連續(xù)放電之間電荷能有效地衰減，施加靜電放電脈沖時(shí)斷開電纜的試驗(yàn)優(yōu)先于連接上電纜的試驗(yàn)。

上述操作過(guò)于繁瑣時(shí)可以采用以下替代方法：

——連續(xù)放電的時(shí)間間隔應(yīng)長(zhǎng)于受試設(shè)備的電荷自然衰減所需的時(shí)間。

——使用帶泄放電阻（2*470kΩ）和碳纖維刷的接地電纜。

——使用加速受試設(shè)備的電荷“自然“泄放到環(huán)境的空氣-離子發(fā)生器（當(dāng)施加空氣放電時(shí)，離子發(fā)生器應(yīng)該關(guān)閉）

以上任何一種替代方法的使用都需在試驗(yàn)報(bào)告中注明。當(dāng)電荷衰減有爭(zhēng)議時(shí)，可以使用非接觸電場(chǎng)計(jì)監(jiān)視受試設(shè)備上的電荷，當(dāng)放電衰減低于初始值10%后，則認(rèn)定受試設(shè)備已經(jīng)放電。

靜電放電試驗(yàn)時(shí)，靜電放電發(fā)生器的電極應(yīng)保持在正常的垂直于受試設(shè)備表面的位置。

靜電放電抗擾度試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)應(yīng)按照試驗(yàn)計(jì)劃，采用對(duì)受試設(shè)備直接和間接的放電方式進(jìn)行。它包括：------受試設(shè)備的典型工作條件；------受試設(shè)備是按臺(tái)式設(shè)備還是落地式設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)；------確定施加放電點(diǎn)；------在每個(gè)點(diǎn)上，是采用接觸放電還是空氣放電；------所使用的試驗(yàn)等級(jí)；------符合性試驗(yàn)中在每個(gè)點(diǎn)上施加的放電次數(shù)；------是否還進(jìn)行安裝后的試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果判定

試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)依據(jù)受試設(shè)備的功能喪失或性能降級(jí)進(jìn)行分類。相關(guān)的性能水平由設(shè)備的制造商或試驗(yàn)的需求方確定,或由產(chǎn)品的制造商和購(gòu)買方雙方協(xié)商同意。建議按如下要求分類：

A. 在制造商、委托方或購(gòu)買方規(guī)定的限值內(nèi)性能正常

B. 功能或性能暫時(shí)喪失或降低,但在騷擾停止后能自行恢復(fù),不需要操作者干預(yù)

C. 功能或性能暫時(shí)喪失或降低,但需操作人員干預(yù)才能恢復(fù)

D. 因設(shè)備硬件或軟件損壞,或數(shù)據(jù)丟失而造成不能恢復(fù)的功能喪失或性能降低