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ESD靜電放電抗擾度試驗(yàn)

發(fā)布人:武漢萬象奧科 時間:2024-07-24 來源:工程師 發(fā)布文章
引言

在當(dāng)今高度電子化的社會中,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,無一不依賴著復(fù)雜的電子電路和微處理器來執(zhí)行其功能。然而,這些精密的設(shè)備也面臨著來自各種環(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)(ESD Immunity Testing)是一種電磁兼容性(EMC)測試,用于評估電子設(shè)備在遭受靜電放電時的抗干擾能力。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。這種放電可能會導(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

上期我們在EFT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)計中的問題、符合法律和標(biāo)準(zhǔn)要求、提高產(chǎn)品的市場競爭力外,還需要保護(hù)用戶安全:靜電放電不僅會影響設(shè)備的性能,還可能對用戶造成傷害。例如,電子設(shè)備因靜電放電導(dǎo)致故障時,可能會引發(fā)火災(zāi)或電擊等危險。通過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不會出現(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)通常遵循國際電工委員會(IEC)制定的IEC 61000-4-2:2008標(biāo)準(zhǔn),以及國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17626.2-2018)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測試的技術(shù)要求、測試程序和性能評估方法,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

試驗(yàn)方法:GB/T 17626.2-2018 /   IEC61000-4-2:2008

1a接觸放電

1b空氣放電

等級

試驗(yàn)電壓/kV

等級

試驗(yàn)電壓/kV

1

2

1

2

2

4

2

4

3

6

3

8

4

8

4

15

Xa

特定

特定

特定

注:“Xa”可以是任意等級,在專用設(shè)備技術(shù)規(guī)范中應(yīng)對這個級別加以規(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) 在維修時才接觸得到的點(diǎn)和表面

b) 最終用戶保養(yǎng)時接觸到的點(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:

情況

連接器外殼

涂層材料

空氣放電

接觸放電

1

金屬

——

外殼

2

金屬

絕緣

涂層

可接觸的外殼

3

金屬

金屬

——

外殼和涂層

4

金屬

a

——

5

金屬

絕緣

涂層

——

6

金屬

金屬

——

涂層

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)要求對絕緣連接器的各個插腳進(jìn)行試驗(yàn),應(yīng)采用空氣放電。

在實(shí)施放電的時候,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。

對于表面涂漆的情況,如廠家未說明涂膜為絕緣層,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

對水平耦合板放電應(yīng)在水平方向?qū)ζ溥吘壥┘?,在距離受試設(shè)備每個單元中心點(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,放電電極的長軸應(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臺式設(shè)備試驗(yàn)布置的實(shí)例)

垂直耦合板

對耦合板的一個垂直邊的中心至少施加十次的單次放電(見圖 4.1臺式設(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)范會設(shè)計不與任何接地系統(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,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,第二個電阻應(yīng)靠近電纜的末端,對于臺式設(shè)備電纜連接于水平耦合板上,對于立式設(shè)備電纜連接于接地參考平面上。


不接地臺式設(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影響歐協(xié)設(shè)備的試驗(yàn)結(jié)果。如有爭議時,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)。

上述操作過于繁瑣時可以采用以下替代方法:

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

——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,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)報告中注明。當(dāng)電荷衰減有爭議時,可以使用非接觸電場計監(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,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)計劃,采用對受試設(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;------符合性試驗(yàn)中在每個點(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)品的制造商和購買方雙方協(xié)商同意。建議按如下要求分類:

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

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

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

  4. 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





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