ESD靜電放電抗擾度試驗

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、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作為評估電子設(shè)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(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)生器簡圖

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(shè)備的試驗配置和放電位置實例

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(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，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，從而保護用戶的安全。

靜電放電抗擾度試驗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)備在實際應(yīng)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設(shè)備。

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

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)備上的點和面，以下是例外的情況（放電不施加在下述點）

a) 在維修時才接觸得到的點和表面

b) 最終用戶保養(yǎng)時接觸到的點和表面，這些極少接觸到的點，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，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，應(yīng)只進行空氣放電試驗，使用靜電放電發(fā)生器的圓形電極頭，通常應(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)要求對絕緣連接器的各個插腳進行試驗，應(yīng)采用空氣放電。

在實施放電的時候，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)只進行空氣放電，這類表面不應(yīng)進行接觸放電試驗。

在空氣放電的情況下，放電電極的原型放電頭應(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。在空氣放電試驗的情況下，用作接觸放電的放電開關(guān)應(yīng)當(dāng)閉合。

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行模擬。

除了直接放電論述之外，還需滿足以下兩點所提出的要求。

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)備試驗布置的實例）

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)備試驗布置的實例），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

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或部位上的電荷進行釋放。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)備的試驗點，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)備的試驗布置

不接地落地式設(shè)備的試驗布置

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優(yōu)先于連接上電纜的試驗。

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。

試驗應(yīng)按照試驗計劃，采用對受試設(shè)備直接和間接的放電方式進行。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)備進行試驗；------確定施加放電點；------在每個點上，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點上施加的放電次數(shù)；------是否還進行安裝后的試驗。

試驗結(jié)果應(yīng)依據(jù)受試設(shè)備的功能喪失或性能降級進行分類。相關(guān)的性能水平由設(shè)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