空气式静电放电的实验分析

针对国际电工委员会标准IEC 61000-4-2静电放电抗扰度试验方法存在的问题,对空气式静电放电进行实验研究.利用新型静电放电(ESD)模拟测试系统,在较宽范围的电压电平下,用数字存储示波器对放电电流的上升时间、峰值、自制金属半圆环天线上的耦合电压峰一峰值进行测量.测量结果的分析表明:不同空气湿度下的ESD特性存在着...     

空气静电放电若干特性分析

针对国际电工委员会标准IEC61000-4-2静电放电抗扰度试验方法存在的问题,对影响空气静电放电的一个重要因素-电弧结构进行了讨论。在此基础上,利用新研制的静电放电模拟测试系统,分析了接近速度和放电电压对放电电流峰值、上升时间、感应电压峰—峰值以及试验结果重复性的影响。试验结果表明:放电电压一定时,放电电流峰值、感应电压峰-峰值随接近速度的增大而增大;上升时间随接近速度的增大而减小;在一定的接近速度和放电电压下,空气静电放电也可以实现较好的重复性。这些规律性的试验结果,为建立静电放电抗扰度试验新方法提供了依据。     

对空气式静电放电的研究

为改善空气放电模拟方法,用静电放电模拟测试装置研究了IEC标准规定的空气式静电放电的放电特性。通过手动方式使充电后的放电电极快速靠近电流靶获得空气静电放电事件,放电电压具有2~20 kV较宽范围的电压电平和正负电压极性。利用Agilent数字存储示波器测量了空气静电放电放电电流的上升时间、峰值以及耦合到自制的金属半圆环上的峰-峰值电压,并记录了放电电流和耦合电压的波形。通过分析和比较测量结果研究了测量参数随放电电平的变化趋势。空气放电电流的特性与静电放电抗扰度试验标准IEC 61000-4-2对接触式放电的规定类似,耦合电压与放电电压之间没有直接的相关性。实验表明在一定电压范围、电极速度可控时可能获得空气放电的重复性。     

静电放电电磁场的特性及分布规律

现行的静电放电(ESD)抗扰度测试标准IEC 61000-4-2只规定了放电电流的波形,没有对实验平台上的辐射场进行说明,经常会出现实验结果不一致的情况。为解决静电放电抗扰度实验重复性差的问题,选取3种不同厂商生产的符合IEC标准规定的静电放电模拟器进行实验,并在不同位置测量放电过程中产生的磁场和电场。实验结果表明:在严格控制实验条件的情况下,模拟器的重复性可以得到保证。距离放电点较近处,不同品牌模拟器产生的电磁场一致性较差,但随着测试距离的增大差异逐渐减小。抗扰度实验平台上磁场强度随着测试距离的增加单调减少,而电场强度先减小,在靠近金属板边缘处反而增大。此外,电场和磁场均在距放电点20cm区域内变化剧烈,40cm以外区域内变化缓慢。所以,新的静电放电抗扰度测试标准应该规范放电过程中的电磁场,适当增大放电点和受试设备间的距离可提高抗扰度实验结果的一致性,并通过提高放电电压来保证测试的严酷等级。     

固定间隙的空气式静电放电

为更好地研究空气式静电放电,利用新型ESD模拟测试系统研究了固定间隙的空气式静电放电特性。在较宽范围的电压电平下,用数字存储示波器测量放电电流的上升时间、峰值、自制金属半圆环上的耦合电压峰-峰值,并记录了放电电流和耦合电压的波形。分析测量结果及其与放电电压和放电间隙之间的变化关系,可知在一定的间隙间距上,放电电流随着放电电压的增大而增大,高压放电也能产生上升沿比较陡的电流脉冲;在一定的放电电压下,存在着一个放电间隙间距使得放电电流峰值最大或耦合电压最大;不同电压下的频谱分布和能量分布不一样。     

静电放电辐射场模拟及干扰预测

为了深入研究静电放电(ESD)过程及其辐射场情况,解决实验测量数据重复性差、近场辐射场特性难以观测等问题。通过电磁仿真与实验相结合的方法建立ESD模拟器3维电磁模型,验证分析对水平耦合板放电的辐射场特性和受试设备(EUT)的耦合电压特性。研究发现:对水平耦合板放电的辐射场在放电点有最大电场强度,且电场强度随着与放电点距离的增加而呈现先快后慢的衰减。3维电磁仿真结果表明:ESD辐射场主要通过EUT壳体表面的缝隙和接口耦合到设备内部,耦合电压与测试结果一致。因此在电子设备设计阶段可利用该3维电磁模型对其内部抗扰度进行验证,从而降低电子设备抗干扰研发成本,提高设备ESD抗扰度测试过关率。     

空气式静电放电抗扰度试验方法

静电放电(electrostatic discharge,ESD)抗扰度试验作为电磁兼容(EMC)试验的一项重要内容,其执行标准IEC 61000-4-2还存在诸多问题,尤其是空气式ESD的重复性问题。为此,基于动能-势能转换原理,采用导轨带动电极运动结构和步进电机装置,用近似单摆结构的试验方法,设计和研制了2种新的ESD抗扰度试验平台,实现了空气式ESD抗扰度试验中对放电电极接近速度的准确控制。利用这2种ESD抗扰度试验平台对空气式ESD的重复性进行了研究。试验结果表明,ESD参数如放电电流峰值、接近速度和放电电压具有很好的规律性,并且在一定的放电电压和接近速度下,空气式ESD也可以具有较好的重复性。在相同放电电压和接近速度下,利用第2种ESD抗扰度试验平台得到的放电电流峰值和上升时间的变异系数均小于利用第1种ESD抗扰度试验平台得到的放电电流峰值和上升时间的变异系数,因此第2种单摆式ESD抗扰度试验平台的重复性要好于第1种ESD抗扰度试验平台的重复性。     

基于BP神经网络的静电放电电流解析表达式

针对静电放电(ESD)电磁脉冲测试及其辐射场计算这一难点问题,提出了一种基于BP(back propaga-tion)神经网络的任意曲线拟合方法,并给出了任意曲线的数学解析表达式通式。根据IEC 61000-4-2标准的相关规定,采用本方法得出了理想接触式ESD电流波形的解析表达式,神经网络隐含层神经元个数选取为9时,拟合曲线均方误差(MSE)为4.491 7×10-4。提取本方法得到的理想接触式ESD电流曲线的波形参数(上升时间为0.81ns,峰值电流为14.938 5A,30ns时电流值为8.038 9A,60ns时电流值为4.037 7A),证明了该解析式满足IEC61000-4-2的相关规定。通过对6kV放电电压的工程实测ESD电流波形曲线拟合,得到工程实测ESD电流波形的解析表达式,隐含层神经元个数选取为20时,拟合曲线均方误差为0.093 5。本方法为工程实测ESD辐射场的相关计算提供了更准确的解析表达式。     

电能表静电放电测量不确定度评定分析

指出静电放电抗扰度试验是电能表电磁兼容试验中重要的项目之一,而电能表静电放电抗扰度试验的测量不确定度判据在国标中并没有具体的要求。通过某种型号的电能表的测量结果,从实际出发,提出了静电放电抗扰度试验的测量原理,并建立了静电放电抗扰度试验的数学模型,提出了基于该数学模型的静电放电抗扰度试验的测量不确定度的分析计算,对于静电放电抗扰度试验是否通过不确定度判据的深入研究具有非常重要的意义。     

影响空气式静电放电特性的相关因素分析

为了提高静电放电特别是空气式静电放电试验结果的重复性,从理论和试验两方面对影响空气式静电放电(ESD)特性的相关因素进行了研究,结果表明:电弧长度是影响空气式ESD特性的一个最直接因素,不同电弧长度会得到差别很大的空气式ESD事件,相同放电条件下,电弧长度越短,峰值电流越大,上升时间越小;其它条件一定的情况下,电极的接近速度会影响到电弧长度而引入时间相关效应,进而影响空气式ESD特性,比如当放电电压一定时,接近速度越快,峰值电流越大,上升时间越小;不同的放电电极极性将产生空间极性效应或空间电荷效应,从而影响空气式ESD特性;不同的环境条件尤其是空气成分与空气湿度对空气式ESD的影响很大。这些研究成果将为空气式ESD的试验规律研究提供理论依据。     

基于实验的静电放电抗干扰措施研究

为了研究对电子设备实施静电放电(ESD)时的干扰机理以及几种抑制措施的实际效果,本文根据国际标准IEC61000-4-2(静电放电抗扰性实验和测量技术)给出的放电电流波形的要求,提出了一种简化放电模型,并且分析了由该放电模型得到的放电电流的时频特性。在放电模型的基础上,通过两个典型的实验阐述了在采取抗静电干扰屏蔽措施时,电荷的可能释放通路要保证导电连续这一重要原则,并且分析了抗静电屏蔽的薄弱环节和几种应对措施。引入接地电路模型,并且通过几个实验阐述了评判接地效果好坏的重要依据。对比了几种常用滤波元件在抑制静电干扰时的实际效果。     

重复脉冲上升时间对变频电机绝缘局部放电特征的影响

为研究重复脉冲电压上升时间对变频电机绝缘的局部放电特征影响规律,基于超高频天线、检波技术和宽带、高速数据采集和传输技术设计了重复脉冲电压下变频电机绝缘局部放电检测系统。研究了变频电机匝间绝缘在不同上升时间重复脉冲电压下的局部放电统计特性并对其机理进行了分析。结果表明:在微秒级的上升时间下,脉冲电压极性快速翻转导致变频电机绝缘薄弱处空间电荷电场和外部电场叠加,易超过局部放电起始电压,从而产生次数较多的小幅值放电,且放电幅值随着上升时间的减小而增大,但单个周期放电总量逐渐减少。因此设计耦合传感器时应根据重复脉冲上升时间和局部放电脉冲频域能量分布特点,设计高频响应较好的传感器,避免脉冲电源干扰使测试灵敏度降低,从而得到准确反映电机绝缘水平的PDIV和RPDIV。     

IEC61000-4-2规定的实验平台与方法的局限性

研究了静电放电抗扰度试验,发现满足IEC6100042标准规定的不同的ESD模拟器对同一试验对象所得实验结果不同;放电电流导数和模拟器内部开关继电器的电磁辐射对实验结果有很大影响。分析认为,造成上述问题的原因之一是IEC标准对电流校验波形的规定不够严格,未具体规定空气放电方式,使实验结果与实际不符。最后建议标准应规定电流导数波形参数,限制电流波形的振荡;必要时应对模拟器开关采取屏蔽措施,限制模拟器开关的辐射;应进一步研究空气放电的特点,建立符合实际应用需要的实验平台。     

重复短脉冲上升时间对变频电机绝缘局部放电统计特性的影响

重复脉冲电压下的局部放电起始放电电压测试是评估低压变频电机绝缘性能的主要手段。为提高测试灵敏度,研究重复脉冲电压波形参数对局部放电统计特性的影响,设计了可产生最短上升时间为10 ns的重复短脉冲发生装置,并利用超高频及紫外测试方法,在10～100 ns上升时间的重复短脉冲电压下研究了变频电机匝间绝缘的局部放电统计特性。结果表明:随着重复短脉冲上升时间的增加,局部放电的幅值减小、相位增大;紫外光子数则先减小并在上升时间从80 ns变化至100 ns时增加,研究认为随着上升时间的增大,多个放电点产生放电的重叠机率减小,检测得到的放电重复率反而有可能增大。     

ESD发生器开关动作对抗扰度试验的影响

分析了人体-金属静电放电(ESD)发生器开关动作的基本过程;说明了在ESD抗扰度试验中ESD发生器开关动作的影响。通过空气放电模拟测试装置测量并记录了ESS-200 AX、SANKI NS61000-2A和NSG-435 3种ESD发生器开关动作的影响。由小环耦合电压的测量研究了ESD发生器开关动作产生的辐射场。结果表明,使用不同的ESD发生器开关动作的影响程度不一样,且使用相同的ESD发生器开关闭合和开关释放的影响存在差异。对小环耦合电压的频谱分析表明,开关动作会产生频谱范围较宽的电磁骚扰,影响对高速逻辑器件的ESD抗扰度试验。在进行ESD抗扰度试验时,需考虑ESD辐射场,尤其需要降低或控制ESD发生器开关动作产生的辐射场。     

电子式电能表静电放电的抗扰度试验

依据《电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验GB／T17626．2—1998》、《多功能电能表DL614—1997》和《电子式电能表JJG596—1999》，简述电子式电能表的静电放电的抗扰度试验方法，并提出试验注意事项。     

静电放电对 PCB 轨线耦合的实验及仿真研究

印刷电路板(printed circuit board,PCB)易受到静电放电的危害,继而影响电子产品的正常使用。为了获得PCB的静电放电能量耦合规律,对简化的PCB进行静电放电测试。通过对PCB轨线上的耦合电压的测量,研究了放电位置、轨线特性及放电电压对静电放电电磁场耦合的影响。测试结果表明,放电位置、轨线宽度、长度和端接电阻会影响耦合电压的大小和变化趋势,放电电压和耦合电压呈现良好的线性关系。同时,根据在电磁仿真软件(compilation simulation technology microwave studio,CST-MWS)中建立的全波模型,从仿真的角度进一步论证了测试结果。研究结果对PCB电磁兼容设计具有一定指导意义。     

静电放电电磁脉冲辐射场数值建模与仿真

针对静电放电(ESD)电磁脉冲测试及其防护这一静电研究领域的难点问题,利用时域有限差分法并采用电偶极子辐射模式建立了ESD电磁脉冲辐射场的数值模型。在分析了拟合IEC 61000—4—2标准规定的ESD电流波形的5种数值模型后,根据t=0时刻电流值和电流导数为0的ESD电流要求,选择脉冲3项式作为ESD电流表达式进行仿真计算。采用4 kV放电电压作为脉冲源,通过仿真计算得出相对辐射源3个位置处的电磁场分量Ex和Hx。计算结果表明,ESD电磁脉冲辐射场在自由空间的时域特点是脉冲具有极快上升沿、幅度变化剧烈且衰减较快。仿真结果为ESD电磁脉冲测试及其防护提供理论支撑。     

智能电网电力集中器静电放电抗扰度机理及防护方法

针对智能电网中电力集中器等电子设备产生的静电放电(ESD)抗扰度问题,分别利用电路理论和Wilson偶极子模型分析了静电感应产生的高电压、大电流以及辐射电磁场,建立了非金属绝缘外壳系统、无接地系统和敏感器件模型.提出了基于ESD地和电磁屏蔽的静电放电防护方法,即通过ESD地与大地之间的分布电容泄放高电压、大电流,利用E...     

ESD脉冲对集成电路损伤效应的实验研究

为了研究复杂波形脉冲对集成电路的损伤效应,用改变ESD模拟器放电参数产生的不同的静电放电脉冲对某集成电路芯片进行了注入损伤效应实验。给出了各主要的损伤参数与放电电压的散点图,并借助曲线拟合的方法进行了分析。结果表明:IC芯片注入通路上的电阻在脉冲波形发生变化时变化不大,电流随放电电压增大;芯片上的峰值功率及峰值能量与放电电压满足P(W)=AUBD。最后,比较了各脉冲注入下器件的主要参数损伤阈值,得到结论:ESD模拟器放电参数改变对器件损伤阈值大小的影响在1~2倍间,相同参数在不同注入脉冲下的阈值处于同数量级。