ESD靜電放電抗擾度試驗

在當今高度電子化的社會(huì )中，各類(lèi)電子設備已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面，從智能手機、筆記本電腦到工業(yè)控制系統、醫療設備，無(wú)一不依賴(lài)著(zhù)復雜的電子電路和微處理器來(lái)執行其功能。然而，這些精密的設備也面臨著(zhù)來(lái)自各種環(huán)境因素的挑戰，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作為評估電子設備防護能力的重要手段，其重要性日益凸顯。

靜電放電抗擾度試驗（ESD Immunity Testing）是一種電磁兼容性（EMC）測試，用于評估電子設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移引起的現象，常見(jiàn)于人與設備之間、設備與設備之間的接觸或靠近時(shí)。這種放電可能會(huì )導致電子設備的故障、損壞或性能下降。

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

臺式和落地設備的試驗配置和放電位置實(shí)例

上期我們在EFT電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗【鏈接】中講到，除了要保證設備的可靠性、發(fā)現并解決設計中的問(wèn)題、符合法律和標準要求、提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力外，還需要保護用戶(hù)安全：靜電放電不僅會(huì )影響設備的性能，還可能對用戶(hù)造成傷害。例如，電子設備因靜電放電導致故障時(shí)，可能會(huì )引發(fā)火災或電擊等危險。通過(guò)靜電放電抗擾度試驗，可以確保設備在遭遇靜電放電時(shí)不會(huì )出現危及用戶(hù)安全的情況，從而保護用戶(hù)的安全。

靜電放電抗擾度試驗通常遵循國際電工委員會(huì )（IEC）制定的IEC 61000-4-2:2008標準，以及國家標準（GB/T 17626.2-2018）。標準規定了測試的技術(shù)要求、測試程序和性能評估方法，以確保電子設備在實(shí)際應用環(huán)境中能夠抵抗靜電放電的影響。

注：“Xa”可以是任意等級,在專(zhuān)用設備技術(shù)規范中應對這個(gè)級別加以規定，如果規定了高于表格中的電壓，則可能需要專(zhuān)用的試驗設備。

靜電放電發(fā)生器應保持與實(shí)施放電的表面垂直，以改善試驗結果的可重復性。

除非在通用標準、產(chǎn)品標準或產(chǎn)品類(lèi)標準中有其他規定，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(hù)保養時(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。

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

注：若連接器插腳有防靜電放電涂層，涂層或設備上采用涂層的連接器附近應有靜電放電警告標簽。

a：產(chǎn)品（類(lèi)）標準要求對絕緣連接器的各個(gè)插腳進(jìn)行試驗，應采用空氣放電。

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備的距離至少應該保持0.2m。

在接觸放電的情況下，放電電極的頂端應在操作放電開(kāi)關(guān)之前接觸受試設備。

對于表面涂漆的情況，如廠(chǎng)家未說(shuō)明涂膜為絕緣層，則發(fā)生器應穿入漆膜，以便與導電層接觸，如廠(chǎng)家指明時(shí)絕緣層，則應只進(jìn)行空氣放電，這類(lèi)表面不應進(jìn)行接觸放電試驗。

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

對放置于或安裝在受試設備附近的物體的放電應用靜電放電發(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(mǎn)足以下兩點(diǎn)所提出的要求。

對水平耦合板放電應在水平方向對其邊緣施加，在距離受試設備每個(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(cháng)軸應處在水平耦合板的平面，并與前面的邊緣垂直。

放電電極應接觸水平耦合板的邊緣（見(jiàn)圖 4.1臺式設備試驗布置的實(shí)例）

對耦合板的一個(gè)垂直邊的中心至少施加十次的單次放電（見(jiàn)圖 4.1臺式設備試驗布置的實(shí)例），應將尺寸為0.5m*0.5m的耦合板平行于受試設備放置且與其保持0.1m的距離。

放電應施加在耦合板上，通過(guò)調整耦合板位置，使受試設備四面不同的位置都受到放電試驗

適用于安裝規范會(huì )設計不與任何接地系統連接的設備或設備部件（包括便攜式、電池供電和雙重絕緣設備（Ⅱ類(lèi)設備））

基本原理：不接地設備或設備中不接地的部件不能如Ⅰ類(lèi)供電設備自行放電，若在下一次靜電放電脈沖施加之前電荷未消除，受試設備或其部件的電荷累積可能使電壓為預期試驗電壓的兩倍。因此雙重絕緣設備（Ⅱ類(lèi)設備）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，應該消除受試設備上的電荷。如連接器外殼、電池充電插腳。金屬天線(xiàn)，都應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。

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

不接地臺式設備的試驗布置

不接地落地式設備的試驗布置

帶泄放電阻電纜的存在可能會(huì )影響歐協(xié)設備的試驗結果。如有爭議時(shí)，若在連續放電之間電荷能有效地衰減，施加靜電放電脈沖時(shí)斷開(kāi)電纜的試驗優(yōu)先于連接上電纜的試驗。

上述操作過(guò)于繁瑣時(shí)可以采用以下替代方法：

——連續放電的時(shí)間間隔應長(cháng)于受試設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。

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

以上任何一種替代方法的使用都需在試驗報告中注明。當電荷衰減有爭議時(shí)，可以使用非接觸電場(chǎng)計監視受試設備上的電荷，當放電衰減低于初始值10%后，則認定受試設備已經(jīng)放電。

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

試驗應按照試驗計劃，采用對受試設備直接和間接的放電方式進(jìn)行。它包括：------受試設備的典型工作條件；------受試設備是按臺式設備還是落地式設備進(jìn)行試驗；------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；------所使用的試驗等級；------符合性試驗中在每個(gè)點(diǎn)上施加的放電次數；------是否還進(jìn)行安裝后的試驗。

試驗結果應依據受試設備的功能喪失或性能降級進(jìn)行分類(lèi)。相關(guān)的性能水平由設備的制造商或試驗的需求方確定,或由產(chǎn)品的制造商和購買(mǎi)方雙方協(xié)商同意。建議按如下要求分類(lèi)：

1. A.       在制造商、委托方或購買(mǎi)方規定的限值內性能正常

2. 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,不需要操作者干預

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

4. D.       因設備硬件或軟件損壞,或數據丟失而造成不能恢復的功能喪失或性能降低