ESD静电放电抗扰度试验

引言

在当今高度电子化的社会中，各类电子设备已经渗透到我们生活的方方面面，从智能手机、笔记本电脑到工业控制系统、医疗设备，无一不依赖着复杂的电子电路和微处理器来执行其功能。然而，这些精密的设备也面临着来自各种环境因素的挑战，其中静电放电（ESD）便是不可忽视的一大威胁。因此，静电放电抗扰度试验作为评估电子设备防护能力的重要手段，其重要性日益凸显。

静电放电抗扰度试验

静电放电抗扰度试验（ESD Immunity Testing）是一种电磁兼容性（EMC）测试，用于评估电子设备在遭受静电放电时的抗干扰能力。静电放电是由带电物体之间的电荷转移引起的现象，常见于人与设备之间、设备与设备之间的接触或靠近时。这种放电可能会导致电子设备的故障、损坏或性能下降。

静电放电发生器试验基本线路及放电电流波形

静电放电发生器简图

静电放电发生器输出电流的典型波形与放电电极

静电放电发生器试验布置实例

 

 

 

台式和落地设备的试验配置和放电位置实例

静电放电抗扰度试验的目的

上期我们在EFT电快速瞬变脉冲群抗扰度试验【链接】中讲到，除了要保证设备的可靠性、发现并解决设计中的问题、符合法律和标准要求、提高产品的市场竞争力外，还需要保护用户安全：静电放电不仅会影响设备的性能，还可能对用户造成伤害。例如，电子设备因静电放电导致故障时，可能会引发火灾或电击等危险。通过静电放电抗扰度试验，可以确保设备在遭遇静电放电时不会出现危及用户安全的情况，从而保护用户的安全。

静电放电抗扰度试验的标准

静电放电抗扰度试验通常遵循国际电工委员会（IEC）制定的IEC 61000-4-2:2008标准，以及国家标准（GB/T 17626.2-2018）。标准规定了测试的技术要求、测试程序和性能评估方法，以确保电子设备在实际应用环境中能够抵抗静电放电的影响。

静电放电抗扰度试验的等级

试验方法：GB/T 17626.2-2018 /   IEC61000-4-2:2008
1a接触放电		1b空气放电
等级	试验电压/kV	等级	试验电压/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”可以是任意等级,在专用设备技术规范中应对这个级别加以规定，如果规定了高于表格中的电压，则可能需要专用的试验设备。

静电放电抗扰度试验方法及配置

静电放电发生器应保持与实施放电的表面垂直，以改善试验结果的可重复性。

直接放电

除非在通用标准、产品标准或产品类标准中有其他规定，静电放电只施加在正常使用时人员可接触到的受试设备上的点和面，以下是例外的情况（放电不施加在下述点）

a) 在维修时才接触得到的点和表面

b) 最终用户保养时接触到的点和表面，这些极少接触到的点，如电池，录音磁带等。

c) 设备安装固定后或按使用说明后不再接触到的点和面，例如底部或设备靠墙面等。

d) 外壳为金属的同轴连接器和多芯连接器可接触到的点，该情况下，仅对连接器的外壳施加接触放电。

非导电（例如塑料）连接器内可接触到的点，应只进行空气放电试验，使用静电放电发生器的圆形电极头，通常应考虑以下六种情况：

情况	连接器外壳	涂层材料	空气放电	接触放电
1	金属	无	——	外壳
2	金属	绝缘	涂层	可接触的外壳
3	金属	金属	——	外壳和涂层
4	金属	无	a	——
5	金属	绝缘	涂层	——
6	金属	金属	——	涂层

注：若连接器插脚有防静电放电涂层，涂层或设备上采用涂层的连接器附近应有静电放电警告标签。

a：产品（类）标准要求对绝缘连接器的各个插脚进行试验，应采用空气放电。

在实施放电的时候，发生器的放电回路电缆与受试设备的距离至少应该保持0.2m。

在接触放电的情况下，放电电极的顶端应在操作放电开关之前接触受试设备。

对于表面涂漆的情况，如厂家未说明涂膜为绝缘层，则发生器应穿入漆膜，以便与导电层接触，如厂家指明时绝缘层，则应只进行空气放电，这类表面不应进行接触放电试验。

在空气放电的情况下，放电电极的原型放电头应尽快地接近并触及受试设备，每次放电之后，应将静电放电发生器的放电电极从受试设备移开，然后重新接触发生器，进行新的单次放电，这个程序应当重复至放电完成为止。在空气放电试验的情况下，用作接触放电的放电开关应当闭合。

间接放电

对放置于或安装在受试设备附近的物体的放电应用静电放电发生器对耦合板接触放电的方式进行模拟。

除了直接放电论述之外，还需满足以下两点所提出的要求。

受试设备下面的水平耦合板

对水平耦合板放电应在水平方向对其边缘施加，在距离受试设备每个单元中心点前面的0.1m处水平耦合板边缘至少施加10次单次放电，放电时，放电电极的长轴应处在水平耦合板的平面，并与前面的边缘垂直。

放电电极应接触水平耦合板的边缘（见图 4.1台式设备试验布置的实例）

垂直耦合板

对耦合板的一个垂直边的中心至少施加十次的单次放电（见图 4.1台式设备试验布置的实例），应将尺寸为0.5m*0.5m的耦合板平行于受试设备放置且与其保持0.1m的距离。

放电应施加在耦合板上，通过调整耦合板位置，使受试设备四面不同的位置都受到放电试验

不接地设备的试验方法

适用于安装规范会设计不与任何接地系统连接的设备或设备部件（包括便携式、电池供电和双重绝缘设备（Ⅱ类设备））

基本原理：不接地设备或设备中不接地的部件不能如Ⅰ类供电设备自行放电，若在下一次静电放电脉冲施加之前电荷未消除，受试设备或其部件的电荷累积可能使电压为预期试验电压的两倍。因此双重绝缘设备（Ⅱ类设备）的绝缘电容经过几次静电放电累积，可能充电至异常高，然后以高能量在绝缘击穿电压处放电。

为了模拟单次静电放电（空气或接触放电），在施加每个静电放电脉冲之前，应该消除受试设备上的电荷。如连接器外壳、电池充电插脚。金属天线，都应该在施加每次静电放电脉冲之前对施加静电放电脉冲的金属点或部位上的电荷进行释放。例如水平耦合板和垂直耦合板即带有470kΩ的泄放电阻的电缆。

由于受试设备和水平耦合板（台式）之间以及受试设备和接地参考平面（落地式）之间的电容取决于受试设备的尺寸，静电放电试验时，如果功能允许，应安装带泄放电阻的电缆。放电电缆的一个电阻应该尽可能的靠近受试设备的试验点，最好小于20mm，第二个电阻应靠近电缆的末端，对于台式设备电缆连接于水平耦合板上，对于立式设备电缆连接于接地参考平面上。

 

不接地台式设备的试验布置

 

不接地落地式设备的试验布置

带泄放电阻电缆的存在可能会影响欧协设备的试验结果。如有争议时，若在连续放电之间电荷能有效地衰减，施加静电放电脉冲时断开电缆的试验优先于连接上电缆的试验。

上述操作过于繁琐时可以采用以下替代方法：

——连续放电的时间间隔应长于受试设备的电荷自然衰减所需的时间。

——使用带泄放电阻（2*470kΩ）和碳纤维刷的接地电缆。

——使用加速受试设备的电荷“自然“泄放到环境的空气-离子发生器（当施加空气放电时，离子发生器应该关闭）

以上任何一种替代方法的使用都需在试验报告中注明。当电荷衰减有争议时，可以使用非接触电场计监视受试设备上的电荷，当放电衰减低于初始值10%后，则认定受试设备已经放电。

静电放电试验时，静电放电发生器的电极应保持在正常的垂直于受试设备表面的位置。

静电放电抗扰度试验内容

试验应按照试验计划，采用对受试设备直接和间接的放电方式进行。它包括：------受试设备的典型工作条件；------受试设备是按台式设备还是落地式设备进行试验；------确定施加放电点；------在每个点上，是采用接触放电还是空气放电；------所使用的试验等级；------符合性试验中在每个点上施加的放电次数；------是否还进行安装后的试验。

试验结果判定

试验结果应依据受试设备的功能丧失或性能降级进行分类。相关的性能水平由设备的制造商或试验的需求方确定,或由产品的制造商和购买方双方协商同意。建议按如下要求分类：

A.       在制造商、委托方或购买方规定的限值内性能正常

B.       功能或性能暂时丧失或降低,但在骚扰停止后能自行恢复,不需要操作者干预

C.       功能或性能暂时丧失或降低,但需操作人员干预才能恢复

D.       因设备硬件或软件损坏,或数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或性能降低