空气式静电放电的放电特性研究
空气式静电放电的放电特性研究
Study on the Discharge Characterization of Air Electrostatic Discharge
军械工程学院静电与电磁防护研究所 贺其元 刘尚合 陈京平
摘要
利用简单的静电放电模拟测试装置对ＩＥＣ
标准规定的空气式静电放电的放电特性进行了研究
峰值并用数字存储示波器记录
了放电电流和耦合电压的波形对空气式静
电放电的重复性关键词
静电放电
耦合
ａｉｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
放电尖端和接地物体之间形
成火花
献［５］给出了静电放电火花的电磁场数值模型
１
但是存在很多限制因素
对空气静电放电的实
验研究仍是一种有效的方法
通过金属半圆
文
１ 概述
随着新工艺
使得电子设备
ＥＳＤ
２
通过试验可
以了解电子设备遭受外部ＥＳＤ或ＥＦＴ／Ｂ骚扰的失效机制
环的耦合情况对空气式静电放电的重复性
为静电放电抗扰度
试验方法提供参考和依据
ＩＥＣ等标准化组织规定了两种ＥＳＤ模拟器的放电方法
而且它也是ＩＥＣ ６１０００－４－２［３］所规定的
主要试验方法
而且在有些场合不能采用接触式放电
另外
１．５ ｍ
５０２３７０４
０
测试装置主要由ＥＳＤ发生器第笼和数字存储示波器组成
半圆环天线
电流靶位于后壁的中心
法拉
放电电流通过同轴电缆和２０ ｄＢ
衰减器接入示波器
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其输出电压为０．２
示波器
正负极性可调选用Ａｇｉｌｅｎｔ ｉｎｆｉｎｉｉｕｍ
使用自制的金属半圆环对空气放电的辐射耦合情况进行测量
半径为１５ ｍｍ
的波阻抗
提
使ＥＳＤ发生器放电电极快速靠近电流靶而
发生空气放电
轴电缆接入示波器波器置于法拉第笼内
ＥＳＤ发生器选用日本Ｎｏｉｓｅｋｅｎ公司生产的ＥＳＳ－
将示
１０ ｋＶ
１２ ｋＶ
１５ ｋＶ
２ ｋＶ１８ ｋＶ
４ ｋＶ
６ ｋＶ
８ ｋＶ
２０ ｋＶ
电场波形应类似
关系
高高频成分的动态范围
［６］
峰值和金属半圆环耦合电压
的峰－峰值测量１０次并求其平均值
表１ 不同放电电压参数测量结果的平均值
电压
图２和
３ 空气式静电放电的放电特性分析
３．１ 空气式静电放电的重复性
通过测量发现
时似性
电流波形的重复性较差
２ ｋＶ
４ ｋＶ
６ ｋＶ
８ ｋＶ
相
图３分别为
从图２
在放电电压较低时
能够得到较好的重复性
在一定放电电压和环境条件
ａ
ｂ
６ ｋＶ时１０次放电电流波形的组合
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１２ ｋＶ时的放电电流波形
图３
可以获得误差允许的实验重复性
随着放电电压增加
这主要是由于不同放电电压下不同
放电电弧长度所引起的
后面都一样）
放电电流的峰值基本上都随放电电
压线性增加
压的对应关系是一致的由此可以建议
也与标准
Ｕ１
为正极性电压情况的耦合电压Ｕ
为放电电压
对接触式放电情况ｔ３０ｎｓ和ｔ６０ｎｓ放电电流的幅值与放电电
图５
正
可以看到
而是随电压增加有
下降的趋势
１２ ｋＶ的时候
因为ＥＳＤ对小环的辐射耦合不仅仅是放电电流的结
果大的关系
电压耦合情况也不同
放电电
注
内部放电电流和接地带有很
正负极性下的
流和耦合电压的频谱分布是一致的
负电压极性放电电流峰值的趋势
只
是其谱幅度
图６和图７分别给出了４ ｋＶ
时放电电流和耦合电压的功率谱
放电电流与耦合电压的频谱规律
基本上类似
３．３ 金属半圆环耦合电压与放电电压的关系
根据表１中的数据
如图５所示
图中右边的纵轴
为负极性情况的耦合电压
其原因与前面提到的一样
这也正是使用不同品牌的ＥＳＤ发
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表２ 使用不同ＥＳＤ发生器得到的失效电平和
小环耦合电压
归
失效电平
一化到１ ｋＶ时的
ｋＶ
图７ ４ ｋＶ时耦合电压的功率谱图
生器
与耦合空间系统
假设小环所耦合的峰－峰电压Ｕ耦合所蕴涵的能量被大小为Ｒ的电阻所消耗
ＥＳＤ模拟器的存储电容为
Ｃ
则相应的能量为
我们可以通过
这种比率与放电电压之间的关系来研究其
见表２
能量耦合情况
图８中屏蔽了电压为
从图８和图９可以看到
其能量的耦合比率随放电电压和失效电平都有线性
下降的趋势
而在较低的电压下器件发生了失效
但耦合到器件的电压峰－峰值不一定高
度
４ 结论
空气放电是一个十分复杂的过程
空气放电的电弧长
ＥＳＤ发生器的结构
下转第１０４页
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较大
应把机箱上的绝缘漆刮掉
石立华
２００６
京
陶宝祺
１９９７
２
编辑：刘青
E-mail: liuqing@http://
２
石立华． 电磁脉冲及其工程防护［Ｍ］． 北
图４给出了一种理想的安装电源滤波器的例子
滤波器的壳体和机壳接触良
好
另外
消除了输入输出线之间的骚扰耦合
参考文献
上接第１００
页
为了充分发挥滤波器的性能
１
接地线越短越好
滤波器壳体与机箱良好搭接
滤波器输入输出线分开５
［１］
Ｌａｃｈａｎｃｅ， Ｊ．， Ｌａｗｒｅｎｃｅ， Ｒ． ， Ｓｔｅｇｎｅｒ， Ｓ． Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ ｉｎ ｉｍｍｕｎｉｔｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ＣＩＳＰＲ ２４ ［Ｃ］／／Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ．［２］Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ： Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｒｐ．，２００１（１）： ８４－８８．
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Ｄａｖｉｄ Ｐｏｍｍｅｒｅｎｋｅ． ＥＳＤ： ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｆｉｅｌｄｓ， ａｒｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ［５］ｒｉｓｅ ｔｉｍｅ ｌｉｍｉｔ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ， １９９５ （３６）： ３１－５４．
毕增军， 盛松林， 孙驰， 等． 静电放电火花产生的电磁［６］场数值模型［Ｊ］． 强激光与粒子束， ２００３， １５（６）： ５８７－５９０．
被测装置采用模拟量光纤传输系统传输脉冲
信号点
组实验室间的比对显示
一方面
可产生满足标定要求的脉冲电场
采用分压
器测得电压可获得标准装置内的电场
在本文研究中未
考虑传感器的置入对场的均匀性的影响
动态范围大的特
一
Ｃｈｕｎｄｒｕ Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎ， Ｐｏｍｍｅｒｅｎｋｅ Ｄａｖｉｄ， Ｗａｎｇ Ｋａｉ，ｅｔ ａｌ． Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｍｅｔａｌ ＥＳＤ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｅｖｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｏｆａｉｌｕｒｅ ｌｅｖｅｌｓ－ｐａｒｔ Ｉ：ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｅｖｅｎｔ ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ［７］ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ， ２００４， ４６（４）： ４９８－５０４．
Ｗａｎｇ Ｋａｉ， Ｐｏｍｍｅｒｅｎｋｅ Ｄａｖｉｄ， Ｃｈｕｎｄｒｕ Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎ，ｅｔ ａｌ． Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｍｅｔａｌ ＥＳＤ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｅｖｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｏｆａｉｌｕｒｅ ｌｅｖｅｌｓ－ｐａｒｔ ＩＩ：ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｔｏ ｆａｉｌｕｒｅ ｌｅｖｅｌｓ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ， ２００４， ４６（４）： ５０５－５１１．
编辑：王淑华
E-mail: wangsh@http://
2006.6
