（知识点）空气放电方式的重要术语及术语

2.1标准适用范围

IEC61000-4-2由国际电工委员会（TheInternationalElectrotechnicalCommission-IEC）建立，其标准文本的名称为：”Electromagneticcompatibility(EMC)-Part4-2:Testingandmeasurementtechniques-Electrostaticdischargeimminitytest“，即“电磁兼容性-第4-2部分：试验和检测技术-静电放电抗扰度试验“。

IEC61000-4-2的不同版本内容略有修定和变化，本文主要参考IEC61000-4-2Edition2.0-2008.12发布的版本进行说明。

该标准要求了电气电子设施（equipment）遭到来自操作人员或物体直接接触造成放电（直接放电）时、以及人或物体对关键设施的邻近物体放电（间接放电）时的抗扰度要求和实验方式，还包含了不同环境和安装条件下实验等级的范围和试验程序。该标准的通用性和可重现性（reproducible）使他们可以量化评估电气电子仪器、即受试设备（EUT-equipmentundertest）在遭遇静电放电时的抗干扰性能。

该试验标准中有几个关于放电模式的重要术语：

（1）直接放电--directapplication

直接对受试设施实行放电，即借助传导直接耦合形式推进干扰。

（2）间接放电--indirectapplication

对受试设施附近的耦合板实施放电，以模拟人体对受试仪器附近的物体的放电，即透过空间辐射耦合形式推进干扰。耦合板（couplingplane）就是一块金属板。HCP：水平耦合板；VCP：垂直耦合板。

（3）接触放电方式--contactdischargemethod

试验出现器的电极保持与受试设备的接触并由出现器内的放电开关激励放电的一种实验手段。属于直接放电模式。

（4）空气放电方式--airdischargemethod

将实验出现器的充电电极靠近受试仪器并造成电火花对受试设备激励放电的一种实验手段。属于间接放电模式。

标准要求：接触放电是优先选用的实验方式，空气放电则用于不能使用接触放电的场合（如表层涂有绝缘层、计算机键盘缝隙等状况）。对于有金属壳体或对外接口的大个别产品或设施，目前这两种实验方式一般都被用户规定进行。

2.2试验配置

整个试验配置由实验出现器、受试设施和所需的辅助仪器组成。受试设施应按照生产工厂的安装说明书（即使有的话）进行布置。设备的静电抗扰度试验一般在实验室进行，设备调试后的实验只供有选取地进行，不强行推进，只在经生产商和客户双方协商批准时才进行。

2.2.1试验出现器

“试验出现器”又称“静电放电发生器”。

静电放电发生器应满足下列规格规定：

（1）接触放电输出电流至少1kV~8kV(标称值)

（2）空气放电输出功率大约1kV~15kV(标称值)

（3）输出电压允许误差±5%

（4）保持时间大约5s(放电前，由于电势泄露使实验电压骤降不少于10%的保持时间)

（5）输出功率极性正极性和电极性（可切换）

（6）放电操作模式单次放电（连续放电之间的间隔时间不超过1s）

储能电容器、放电电流或者放电开关应尽可能靠近放电电极/放电头（dischargetip）。静电放电发生器应具有大约20次/s的重复速率造成放电的能力并规定满足表2（以接触放电模式验证）的放电特性参数。

此外，接触放电和空气放电使用的放电电极头有所不同。

静电放电发生器的电极头在进行放电实验时一般应垂直于受试设备的表面。

静电放电发生器，又称静电放电模拟器、静电放电模拟出现器、静电放电测试设备、静电放电抗扰度检测仪器。

静电放电发生器在出厂前或者使用之后定期例行按上述规定进行校准，以保证使用其进行的检测结果具备可重复性、可对比性。IEC61000-4-2标准给出了运用具备标准电阻负载的“法拉第笼子”进行检测校验的方式。

2.2.2实验室内设施检测布置要求

测试试验室的地面应修改接地参考平面，它是一种最小尺寸为0.25mm的铜或铝的塑料型材，其它金属材料虽可使用但长度应不大于0.65mm。接地参考平面的最小长度为1m2，实际的规格取决于受试设备的厚度，而且每边大约应伸出受试设施或水平耦合板之外0.5m，并将它与保护接地系统相连。

受试仪器与试验室墙壁和其它金属性结构之间的距离最小1m。受试设施应遵循安全规范并按其使用规定布置和连线。按照受试设施的加装技术条件，应该将它与接地系统联结。不允许有其它附加的接地线。电源与信号线缆的布置应能体现实际安装条件。

静电放电发生器的放电回路电缆应与地线参考平面连结，该管道的总重量通常为2m。如果这个尺寸达到所选放电点必须的长度，如可能将多余的长度以无感模式离开接地参考平面放置，且与实验配置的其它导电部分维持不大于0.2m的距离。

与接地参考平面连结的接地线和所有联结点均应是低阻抗的，例如在低频场合下采取夹具等。

规定有耦合板的地方，例如允许引入间接放电的地方，这些耦合板采用和接地参考平面相似的塑料和重量，而且应经过两端各具有一个470kΩ电阻的线缆与地线参考平面连结，当导线置于接地参考平面上时，这些电阻器应能耐受住放电电压且带有良好的绝缘，以防止对接地参考平面的短路。

不同种类设备在实验室外进行ESD放电试验时布置要求及案例如下。

（1）台式设备（Table-topequipment）

台式受试设施放置在接地参考平面上0.8m高的木桌上，桌上的水平耦合板（HCP）面积为1.6mx0.8m。受试设施和连接线缆应当用0.5mm厚的绝缘衬垫与水平耦合板隔开。

如果受试设备过大而不能维持与水准耦合板各边的最小距离为0.1m，则应使用另一块同样的水平耦合板，并与第一块短边侧距离0.3m。但这时需要将桌子扩大或使用二个桌子，这些水平耦合板不必焊在一起，而应经过另一根带电流导线接到地线参考平面上。所有受试设施的加装脚架应保持原位。

（2）落地式设备（Floor-standingequipment）

落地式受试设备必须用0.05~0.15m厚的绝缘台架与接地参考平面隔开。受试设施的线缆也必须用0.5mm厚的阻燃衬垫与地线参考平面隔开。所有受试设施的加装脚架应保持原位。

（3）不接地设备（Ungraoundedequipment）

针对不与任何接地系统连结的器材或设施组件，包括便携式、内置或内部电源供电（不带或带充电器但没有地线的电源线）和双重绝缘设备(II类设备)不能像I类供电设施那样自行放电。若在下一个静电放电脉冲施加前电荷未清除，受试设施或受试仪器的组件上的极板累积可能使电流高达预期试验电压的两倍。如此，这类双重绝缘设备的阻燃体电阻经受多次静电放电累积电荷后可能达到绝缘击穿电压，从而瞬间以很大能量放电。

试验布置（针对台式设备或落地式设施）应分别与上述（1）（2）的表述基本相似。为模拟单次静电放电(空气放电或者接触放电）或新的一次静电放电测试，在施加静电放电脉冲之前应防止受试设施上或者已施加过静电放电脉冲的塑料点或部位上的电荷，如连接器机壳、电池充电插脚、金属天线。

消除施加静电放电点的电势应使用类似水平耦合板和平行耦合板用两端带有470kΩ泄放电流的电缆。

因受试设备和水平耦合板(台式)之间或者受试设备和接地参考平面(落地式)之间的电容取决于受试仪器的尺寸，静电放电实验时，如果功能允许，应加装带泄放电流的电线。放电电缆的一个电压应尽可能靠近受试设备的实验点，最好高于20mm，第二个电阻应靠近电缆的末端。对于台式设备管道联接于水平耦合板上(见图8)，对于台式设备管道联接于接地参考平面上（见图9)。

带泄放电阻电缆的存在或许会妨碍这种设备的实验结果。有争议时，若在连续放电之间积累的电荷能有效地损耗，施加静电放电脉冲时断开泄放电缆的试验优先于连接上泄放电缆的试验。

以下选用可成为代替方法：

连续放电实验的时间间隔应长于受试设备的电荷自然损耗所需的时间；

使用炭纤维刷清扫，炭纤维刷连接到两端带470kΩ泄放电流的地线电缆；

注：在电荷衰减有争议时，可用非接触式电场测试仪测量受试仪器上的电荷。当放电损耗至超过初始值的10%后，受试设备被觉得已充分放电。2008年公布的标准中删除了使用离子风机消除累积电荷的方法。

1）台式设备

对于台式设备，受试设备放于绝缘村垫(厚0.5mm）上，绝缘衬垫位于水平耦合板上。对受试设备上可触碰的塑料部分施加静电放电，其塑料部分和水平耦合板之间应使用带泄放电阻的导线连接。

2）落地式设备

针对与接地参考平面无任何金属连接的落地式设施，安装应类似于图9。对受试设备上可触碰的塑料部分施加静电放电，其塑料部分和接地参考平面(GRP)之间应使用带泄放电阻的导线连接。

2.2.3现场调试后设施检测布置要求

要求进行调试后鉴定实验时需要考量相邻的设施或许得到不利的妨碍。设备和平台应在其最后调试完毕条件下进行实验。但是经受现场ESD试验的设施或许促使其外部电路或元器件的功耗明显减少，从而大大增加了它的MTTF时间，这也许不是一个明智的试验要求。

为了便于放电回路电缆的联接，应将接地参考平面铺设在地板上并保持与受试设备约0.1m的距离，该接地平面应该用长度不大于0.25mm的铜或铝板，或使用最小尺寸为0.65mm的其他金属材料，条件允许时接地参考平面应是宽约0.3m和长约2m。应将这个接地参考平面连结到保护接地系统上，或联结到受试设施的接地端上。

静电放电发生器的放电回路电缆应联结到靠近受试设施的接地参考平面的某个点上。当受试设施安装在金属台面上时,应将台面通过每端接有470kΩ的电线连接到参考平面上，以避免电荷的积累。

2.3试验过程

2.3.1实验室环境条件

实验室的环境参数应对试验结果的制约降至最低。试验和校准应在要求的电磁环境和气候条件下进行。实验室的电磁环境不应妨碍实验结果。在空气放电实验的情记下，气候条件应在以下范围内：

环境温度：15°C~35°

相对湿度：30%~60%

大气压力：86kPa~106kPa

如果设备工作于特殊的气候条件，则按设备的规定修改环境条件。

2.3.2EUT的运行

应对受试仪器的实验程序和工具进行选取，使EUT能在所有的工作方式下正常运行。也可以运用特殊的检测工具并推动受试设施能被全面检测。对于符合性实验，受试仪器应在由初步实验所确认的最敏感方式下连续运行（程序循环）。如果规定有检测设施，为避免发生故障误指示的或许性，应对监测设备去耦。

2.3.3试验的实施

试验应根据试验计划，采用对受试设备直接和间接的放电模式进行。试验计划包括

受试设施的典型工作条件；

受试设施按台式仪器或落地式设施进行试验；

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实验。

为了确认实验计划的上述内容，可能必须先期进行一些试探性实验。

(1)对EUT直接放电试验

如果在通用标淮、产品标准或产品牌标准中有其它要求，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。以下是例外的状况(也称，放电不施加在以下点)：

a）在维修时才接触受到的点和表面。这种状况下，特定的静电放电简化方式应在相关文件中注明。

b）最后用户保养时接触到的点和表面。这些很少接触到的点，如换电池时接触到的电池、录音电话中的磁带等。

c）设施安装固定后或按使用表明使用后不再能接触到的点和面。例如，底部和/或设施的靠地面或加装端子后的地方。

d）外壳为塑料的同轴连接器和多芯连接器可接触到的点。该状况下，仅对连接器的壳体施加接触放电。非导电(比如，塑料)连接器内可接触到的点，应只进行空气放电实验。试验使用静电放电发生器的圆形电极头。

一般应考量以下六种状况：

e)因为功能原因对静电放电敏感并有静电放电警告标签的连接器或其它接触部份可接触到的点，如测量、接收或其它通信用途的射频输入端。

基本原理：许多连接器端子用于处理模拟或数字的高频信息，因而不能充分运用过压保护元件。过压保护继电器的寄生电阻会影响受试仪器工作频段内的工作。对于模拟信号，较好的缓解方案是运用带通滤波器。

在上述状况中，推荐的特定静电放电简化方法应在相关文件中注明。为了确认故障的临界值，试验电压应从最小值到选定的实验电压值随之降低(见第2.1章节中的试验等级)。最后的实验值不应达到产品的完善值，以防止损坏设备。

试验应以单次放电的方法进行。在预选点上，至少施加十次单次放电(以最敏感的极性)。

连续单次放电之间的时间间隔建议大约1s，但为了确认系统能否会出现故障，可能必须更长的时间间隔。

注：通过施加20次/s或以上放电重复率来进行试探扫描选择放电点（寻求较薄弱处）。

静电电放电发生器应维持与推进放电的表层垂直，以提高实验结果的可重复性。

在实施放电的之后，发生器的放电回路电缆与受试设施的距离大约应维持0.2m。

在接触放电的状况下，放电电极的顶端应在操作放电开关之前就接触受试设备。

针对表面喷涂的状况，应采取下列的操作程序：

如设备生产厂商末表明涂膜为阻燃层，则出现器的电极头应穿入漆膜，以便与涂覆层接触。

如厂家指明涂漆是绝缘层，则应只进行空气放电，这类表面不应进行接触放电实验。

在空气放电的状况下，放电电极的圆形放电头应尽可能快地接近并触碰受试设施(不要产生机械损伤)。每次放电之后，应将静电放电发生器的放电电极从受试仪器移开，然后再次触发出现器，进行新的单次放电，这个程序必须重复至放电完成为止。在空气放电实验的状况下，用作接触放电的放电开关应当闭合。

(2)对EUT间接放电试验

对放置于或发装在受试设施附近的物体的放电应用静电放电发生器对谐振板接触放电的方法进行模拟。

比如遵循上述（1）表述的测试过程之外，还需满足以下1）和2）中所强调的要求。

1）在受试设备下面的水平耦合板

对水平耦合板放电应在水准方向对其边缘施加。

在距受试设施每个单元(若适用)中心点后面的0.1m处水准耦合板边缘，至少施加10次单次放电（以最敏感的极性）。放电时，放电电极的长轴应处在水平耦合板的平面，并与其后面的边缘垂直。

放电电极应接触水平耦合板的边缘。

此外，应考量对受试设施的所有面都施加放电试验。

2）垂直耦合板

对耦合板的一个平行边的中心大约施加十次的单次放电(以最敏感的极性)(图6和图7)，应将长度为0.5mx0.5m的耦合板垂直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，通过微调耦合板位置，使受试设备四面不同的位置都得到放电试验。

2.4试验结果评价

试验结果应根据受试设施在实验中的功用丧失或性能下降现象进行分级（classified），相关的性能水准由设施的生产商或意愿方确认，或由产品的生产商和购买家双方协商一致。推荐按如下规定分级，作为衡量依据：

a）在生产商、委托方或购买家要求的限值内性能正常；

b)用途或性能暂时失去或减少，但在威胁中止后能自行修复，不应该操作者干预；

c)功能或性能暂时失去或减少，但需操作者干预就能恢复；

d)因设施硬件或工具损坏，或数据丟失而导致不能修复的功用丧失或性能下降。

生产商的科技规格可以准确说明对受试设备产生的这些制约是轻微的，因而是可以接受的。

这些分级(classification)可以成为负责相关产品通用标准、产品标准和产品牌标准的科技委员会制订产品技术规格的指南。或在没有适合的通用、产品或产品牌标准时，可成为生产商和购买家协商产品性能型号的框架。

三、参考文献

1)Electromagneticcompatibility(EMC)-Part4-2:Testingandmeasurementtechniques–Electrostaticdischargeimmunitytest,InternationalStandard.IEC61000-4-2,Edition2.2008-12