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。     

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。     

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...     

静电放电抗扰度试验中放电电压对放电参数的影响

针对静电放电(electrostatic discharge,ESD)抗扰度测试中存在的重复性问题,利用建立的ESD模拟测试系统,试验研究了接触式静电放电和非接触式静电放电(又称空气式静电放电)这2种放电模式下的放电参数,比如放电电流、上升时间、半圆环天线上的耦合电压等随放电电压的变化关系。结果表明:接触式静电放电模式下,放电参数与放电电压呈现很好的线性关系,放电参数随着放电电压的增大而呈现增大趋势,基于这种线性关系建立了ESD模拟器的严酷度模型;非接触式静电放电模式下,放电参数与放电电压关系复杂,当放电电压较低时,放电电流和耦合电压随着放电电压的增大而呈现增大趋势,上升时间最初基本保持不变,随后也呈现增大趋势,当放电电压增大到一定值时,随着放电电压的进一步增大,放电参数呈现下降趋势。上述结果说明,放电电压在静电放电抗扰度试验中起着重要作用,在进行电子设备的静电放电抗扰度试验时,既要注重放电模式的选择,又要注重所选放电模式下放电电压的使用范围。     

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。     

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。     

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。     

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。     

空气间隙固定和连续变化时的空气静电放电事件研究

为得到2种状态下空气静电放电（ESD）辐射电磁场与放电间隙间距、放电电压和电极接近速度之间的关系,在-30～30kV的宽电压范围和多种温湿度条件下,通过实验测量记录了两种状态的空气ESD事件;给出了空气ESD事件的解释;提出了空气ESD存在“增长间隙区”、“跌落间隙区”、“平坦间隙区”和“零放电间隙区”4个放电间隙区。...     

Effect of Moving Speed of Charged Metallic Spherical Electrode on Electrostatic Discharge

In this investigation, the nature of the electrostatic discharge (ESD) that occurs when a charged object moves toward a stationary grounded object is experimentally clarified. The spark lengths, discharge currents, and induced voltages in a magnetic probe were measured when a charged metallic spherical electrode connected to a 422 pF capacitor approached a stationary grounded object, which was the current target, for different moving speeds of the charged metallic spherical electrode in a range of 1 mm/s to 100 mm/s. The charge voltages of the capacitor were +6.5 kV and +10 kV. Based on the results, the average gap length shortened with the speed of the spherical electrode. The average peak values of the discharge current and the induced voltage were likely to increase with the speed of the spherical electrode. The average rise times of the discharge current and the induced voltage were likely to drop with the speed of the spherical electrode. The relation between the spark length and the discharge current due to the ESD can be explained qualitatively by using an equation derived from the spark resistance formula proposed by Rompe and Weizel.     

Calculation of magnetic near field generated by the contact discharge of an ESD gun

An ESD (electrostatic discharge) testing is specified in the IEC 61000‐4‐2, in which the detailed waveform of the discharge current injected by an ESD gun is prescribed. However, due to lack of understanding of the discharge process, it is difficult to confirm whether or not the IEC current waveform can be injected onto actual equipment. We thus previously proposed an equivalent circuit model for the ESD gun based on its geometrical structure, and showed decisive factors for the discharge current. In this study, in order to confirm the feasibility of the above equivalent circuit model, we measured with a 6‐GHz wide‐band digital oscilloscope the discharge current through an SMA connector and the resultant magnetic near field for the contact discharge of an ESD gun. As a result, we found that both measured waveforms approximately agree with those calculated from our equivalent circuit model. We then measured with respect to charge voltages the magnetic near fields for the contact discharge of the ESD gun to the ground, which revealed that the measured waveform around the first peak is in fair agreement with the calculated one. Furthermore, we found that the magnetic field peak increases with increasing charge voltage, whose dependence can be predicted from our equivalent model. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 153(1): 17–24, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20194     

智能电器监控单元静电放电敏感性的实验研究

为研究智能电器监控单元的静电放电敏感性,利用静电放电发生器对设备机壳放电进行了实验研究。根据静电放电干扰的耦合途径以及智能电器监控单元的实际工作情况,选取电源模块直流侧电压作为研究智能电器监控单元的静电放电敏感性的对象,通过频谱分析得出直流侧对地电压和静电放电电压间的关系。装置采取屏蔽、接地和滤波等抗干扰措施时其静电放电敏感性降低,分析直流侧电压发生的相应变化得出结论:静电放电时,智能电器监控单元直流侧对地电压与装置的静电放电敏感性有一定的相关性。     

A modified LDMOS device with improved ESD protection performance

A modified lateral‐diffusion metal–oxide–semiconductor (MLDMOS) device with improved electrostatic discharge (ESD) protection performance is proposed for high‐voltage ESD protection. In comparison with the traditional LDMOS and the LDMOS with an embedded silicon‐controlled rectifier (LDMOS‐SCR), the proposed device has better ESD robustness and higher holding voltage. By optimizing key parameters, such as the spacing between the drain and the poly gate, the effective channel length, and the number of fingers, the MLDMOS can achieve a maximum failure current over 80 mA/µm, which is larger than that of LDMOS‐SCR. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

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。     

Fast electrostatic discharges between a charged thin dielectricfilm and a spherical electrode with or without dielectric coating

Short-gap (less than 1 mm) electrostatic discharge (ESD) between a charged thin dielectric film on an earthed-plate electrode and a spherical electrode, connected to the plate, with or without an uncharged thin dielectric film coating was observed. Discharge-current waveform, discharge gap length, current rise time, discharging photograph, and current peak value were recorded by the authors' measuring system. The initial charge supply effects by irradiation of β-ray or ultraviolet light were found to be not highly apparent; that is, the reproducibility of ESD experiments was not greatly improved. Surface-charge-polarity dependence of surface ESD between charged and uncharged dielectric films decreases with increase of the film thickness. The discharge gap length of ESD with a 1.5 μm uncharged film coating on the spherical electrode decrease to 50 or 70% compared with that between a charged film and a bare spherical metal electrode. Peak current and transferred charge value of ESD also decrease to roughly one-third of that between the film and the spherical electrode     

开关管高压放电检测仪的研制

由可调直流高压电源、放电检测器、控制器、触发器等构成高压放电检测仪,调节直流高压电源给储能器充电,当高压开关管在加高电压和等待工作过程中发生自击穿或受到高压脉冲触发导通时,放电检测器检测出开关管高压放电信号使放电指示和计数器工作。所研制的触发器检测开关管和高压放电检测仪,能确保开关管的高压放电不误检和漏检。