浅谈静电发生器

廖明灯

（博罗县质量技术监督检测所，广东 博罗 516100）

静电发生器是一种模拟静电放电过程和进行静电放电抗扰度试验的平台。静电放电抗扰度试验，是模拟物体或工作人员在接触测试设备时的放电以及物体或人对临近物体的放电，以评估测试设备遭受静电放电时的性能。一般而言，大部分的电子设备都需要经过静电放电抗扰度试验。静电放电信号发生器是试验的关键，每次在试验前都要对静电发生器进行验证，而对于放电型号的电压值和波形需要定期校准，这样才能保证做到试验的准确性，从而使误差得到减小。

1 静电发生器的功能范围

静电放电是一种自然现象，当两种不同介电强度的材料相互摩擦时，静电电荷就会产生。当其中一种材料上的静电荷积累到一定程度，在与另外一个物体接触时，就会通过另外一个物体进行放电。电子设备的主要干扰源之一就是静电放电及其影响。比如人行走在合成纤维的地毯上时，通过地毯与鞋子的摩擦，只要行走几步，人体上积累的电荷就可以达到 10～6 C以上。不同的人体所产生的静电放电，会有许多不同的电流脉冲，电流波形的上升时间在100 ps～30 ns之间。人体由于静电的存在，使其成为对电子设备或爆炸性材料的最大危害。静电放电及电磁场变化，可能危害电子设备的正常工作。静电放电多发生在人体接触半导体器件时，产生不可挽回的损坏，甚至可能导致数层半导体材料的击穿。

2 静电放电试验模拟

在低温的环境下，通过摩擦可以使人体带电。人体带电后，在接触设备的过程中，就可能对设备放电。静电放电抗扰度试验对两种情况进行了模拟：工作人员直接触摸设备时对设备的放电及对设备运作的影响；工作人员在触摸邻近的设备时对设备的影响。其中第一种情况称为直接放电，后一种情况称为间接放电，第二种通过对邻近物体的放电，间接构成对设备工作的影响。

静电放电的机理。电子设备因静电而损坏的情况并不多见，而由于静电放电造成对设备的干扰则很常见，它会使设备复位、锁死、数据丢失和工作不可靠，这种情况在寒冷干燥的冬季更加多见。在所有产品中，特别是便携式的电子产品，更容易受到人体接触而产生放电，引起设备损坏。要防止静电放电产生，必须知道静电放电引起的干扰是如何进入电子设备的。首先，一个充了电的导体在接近另一个导体时，就会在两个导体之间存在非常强的电场，就会产生静电放电，形成放电电弧，在0.7～1 ns的时间内，电弧电流甚至可以达到几十安培。

静电放电可能造成一定的后果。通过直接放电，引起设备中半导体器件的损坏，从而造成设备的永久性失效；由放电而引起的电磁场变化，造成设备的损坏。

3 静电发生器的测试方法

静电放电发生器（ESD Generator），是电磁兼容测量与试验中静电放电抗扰度试验中的重要设备。目的是为了检验电子设备受到外来静电放电时正常工作与否。静电放电发生器主要由日本和欧洲、美国以及我国少数厂家生产，国家标准和国际标准对静电放电发生器的波形和设备器件性能有非常特殊的要求。

3.1 测试方法

接地参考平面厚度不小于0.25 mm的铝板、铜板或厚度不小于0.65 mm的其他金属板材等材料。并且安全接地，接地参考平面每边至少伸出受试设备（EUT）0.5 m。最小尺寸为1 m×1 m。受试设备（EUT）与实验室墙壁和其他金属物体间的距离至少为1 m。落地式设备与接地参考平面间的绝缘支座的厚度为0.1 m。台式设备放在接地参考平面上0.8 m高的木桌上。在桌面上放置面积1.6 m×0.8 m的水平耦合板，并用一个厚0.5 mm的绝缘衬垫将受试设备、电缆与耦合板隔离。如果受试设备过大而不能保持与水平耦合板各边的最小距离为 0.1 mm，则使用另一块相同的水平耦合板放置在距第一块短边0.3 m处。两块水平耦合板用带有两个470 kΩ电阻的电缆连接到接地参考平面。垂直耦合板尺寸为0.5 m×0.5 m，平行受试设备放置并保持0.1 m的距离。

3.2 测试步骤

确定施加放电的测试点，工作人员可能触及机壳上的金属点；控制台或键盘上的任何点；人机通讯点，如按键、开关、按钮等；其他工作人员易接近的区域、发光二极管、指示器、栅格、缝隙等；日常使用中需更换电池的IC卡和电池夹的插缝等。根据产品类型及不同使用环境等因素选择。标准中对不同产品有相应的规定。为了确定产品的故障临界值，试验电压应从最小值开始调整。然后逐渐增加试验电压，直至达到规定要求的标准。

3.3 测试评估

试验方式应以单次放电的方式进行。每个测试点至少施加10次单次放电，并且要以最敏感的极性方式施加。两次单独放电时间间隔至少要1 s，如果系统相应时间较长，可以延长时间的间隔。试验点和敏感极性的确定，通过20次/s或以上的放电速率进行预测后确定。

静电发生器应当保持与实施放电的表面垂直。放电时放电回路电缆与受试设备将距离至少保持0.2 m，以免回路电缆产生的电流所产生的电磁场影响试验结果。空气放电和接触放电应选用相应的放电头。在接触放电的情况下，放电电极应在操作放电开关前与EUT保持接触。在空气放电时接触放电开关应当先闭合，放电头应尽可能快的接近EUT。每次放电后放电电极应从受试设备移开，重新充电后再进行下一次放电试验。在具体使用时，旁边可能放置有其他设备的受试设备（EUT），还应进行水平和垂直耦合板的放电试验。

在目前的市场上，静电放电发生器也有些达不到国家标准或国际标准的要求，或者不符合国际和国家标准要求。而一般用户由于对标准和市场上的静电发生器不可能在短时间内完全掌握或了解，在此提醒用户目前市场上不符合国际和国家标准要求的静电发生器，其主要问题有：静电放电重复频率达不到20次/s；接触放电头直径不符合标准要求，有的非常小。

在这些标准规定的要求中，最重要的是放电电流波形，即静电放电发生器的基本参数能满足标准要求，但多数国外的静电放电发生器放电电流波形中含有很高的振荡波形成分。

表1

当设备发生或接触放电后，附着在设备机壳上的电荷，就会通过设备壳上的缝隙与设备内部电路板或元器件间发生二次放电。因为设备内部PCB或元器件的阻抗较小，所以有可能二次放电的危害比一次放电危害更大。接触放电，带电物体直接接触设备表面后的放电过程。在向设备表面接近的过程中，在带电物体电压足够高或所携带的电荷足够多时，电压会击穿空气而形成放电过程。

4 结束语

综上所述，利用静电放电发生器进行验证时的波形和电压值等需要定期进行检测，这样才能使试验的准确性得到保证并使误差降到最小。

［1］田巍，张洛花.静电放电发生器的结构原理及研究现状［J］.科技资讯，2011（32）.

［2］季军.静电放电发生器的开发研究［D］.浙江工业大学，2010.

［3］张骏驰，王文俭，刘巍.静电放电发生器的校准系统的研究［J］.数字通信世界，2011（8）.

［4］闫万举.高压静电发生器的原理、结构和选用［J］.涂装与电镀，2010（6）.