EMC测试工程师笔记-静电抗干扰

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ESD静电放电工作原理:

 

ESD放电发生原理:在一定电场中,存在电荷分布不平衡或者不均,或存在电压差,两者必须存在其一才会发生电荷转移或者强烈放电。

ESD现象模拟:尖状物体靠近,圆形物体靠近,破坏了整个环境的静电系统平衡,产生了能量或者电荷转移或转化。

静电枪正式基于上述几个典型的现象来做了近似的模拟,首先让电荷和电压通过前级电路充电到高压和几局电荷,Q=CU,然后再扣动后级开关产生静电现象。其后级电路决定了产生ESD放电的基本放电常数,圆头和尖头决定了产生ESD放电的基本接触形式。

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总结:ESD放电不是顶在上面(比如金属或者特定介质)才有电荷转移或ESD放电现象,在没有接触到介质之前,其实已经将空气击穿了,空气成为一种导体,将能量传导了将要接触的地方,当紧密接触了,又有类似的重启电荷分配。因此,世界的ESD放电应该是渐进式放电,并非接触放电,但因接触或者渐近的速度不一样,导致测试结果不一样,为了规范这一现象,都采用了现在的ESD标准,采用了智能的ESD放电枪,它们的特点是,用圆头时,顶在金属上面放不出电,用尖头时不接触时候也放不出电,避免了各种组合的放电现象。值得注意的是,ESD放电头的高压在5秒之内电压不能衰减5%,否则它就不符合ESD放电标准。

 

静电放电的特点:

 

静电放电在大多数情况下是高电位、强磁场,瞬时大电流的过程,并会产生强烈的电磁辐射并产生电磁脉冲。有些静电放电(如电晕放电)其放电过程产生的电流比较小,但是通常绝大多数情况下静电放电过程会产生瞬时大电流,特别是带电导体或小金属体的带电人体对接地体产生静电放电时,可以产生脉冲宽度为ns或us级的强度为几十安培甚至上百安培的瞬时大电流。总体来说静电放电产生的电磁场分为电荷激发的以静电场为主的近场和电炉微分项产生的远场。

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总结:在近场中,电场和磁场与放电电流成正比,并具有幅值高、上升沿陡频谱宽的特点,电场可以达到数千伏/米,磁场则可以达到几十安/米。由于电容上的能量辐射、电场能量存储以及反射能量的叠加,使得近场的结构十分复杂;远场中,电场和磁场与放电电流和时间的变化率有关,远场是以辐射为主,其大小随距离增大而减小。近场和远场的电场值随放电电压的升高而增大,但是随着放电电压的升高,放电火花长度和脉冲电流上升时间的变大,会导致电流对时间的变化率产生的辐射场变小。

 

大气压和环境温度是否会对静电放电产生影响?

静电放电的影响,当气体的压强降低或温度升高时,由于分子密度降低,因而电子的平均自由程(分子碰撞频率)变大,电子动能变大,相应地使得电晕放电和击穿电压都有所降低。例如,当海拔每升高1000m,其放电电压大约下降10%左右;在高压下,例如在压缩空气中,电子的平均自由程较小,因此间隙的击穿放电电压升高。

 

 

静电测试耦合板接两个470K电阻作用是什么?

在静电放电实验中,静电放电测试环境中,有两块耦合板上各要接一条带2个470K电阻的接地线。经常有客户问到,为什么要接2个470Kr电阻呢?不用一个电阻,而是采用两个,有什么特殊含义吗?

根据标准,静电放电时都要进行接触放电中的间接放电试验,具体是测试桌上铺一水平耦合板,边上同时立一垂直耦合板,然后用静电枪对水平和垂直耦合板进行放电,看设备有无受到影响。这一测试是主要模拟人体对受试设备边上其它物体放电(简单点如手拿钥匙),间接测试受试设备有无受到影响。

按照标准,水平耦合板和垂直耦合板都是通过2个470K的电阻接地,而且2个电阻分布在接地线两端,这下问题来了:

这两个电阻什么作用?

为什么用2个470K电阻? 

这两个电阻为什么在接地线两端?

答:第一个问题或许大家知道,因为对水平耦合板和垂直耦合板放电是通过瞬态的电磁场和静电场影响设备,所以这两个电阻就是为防止静电荷沿地线快速泄放,静电场也就产生不了了;另外高阻抗容易积累电荷,最终电荷也是积累到这些电阻释放掉了。

第二个问题是因为人体对地电阻大约1M,两个470K电阻正好差不多;

第三个问题是两个电阻为什么在接地线两端(水平,垂直,辅助排放电荷接地线),因为阻抗不匹配,因此静电荷产生的电流会在两个电阻间来回反射直至消失,减少了流到地上的电流。

 

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