静电放电及其抗扰度试验.ppt

静电放电及其抗扰度试验研究动态与进展刘尚合刘尚合（解放军军械工程学院）（解放军军械工程学院）1编辑ppt一、国内外研究现状一、国内外研究现状二、主要进展二、主要进展三、今后研究方向和发展趋势三、今后研究方向和发展趋势2编辑ppt 一、国内外研究现状3编辑ppt1.现有IEC试验标准及平台国际电工委员会最早的静电放电抗扰度试验国际电工委员会最早的静电放电抗扰度试验标准是在标准是在1991年发布的年发布的IEC801-2，现在国际，现在国际通用的通用的IEC61000-4-2标准是在标准是在1995年发布标年发布标准的基础上经过准的基础上经过1998年和年和2000年年2次修订后从次修订后从2001年正式执行的。年正式执行的。欧洲使用的欧洲使用的EN61000-4-2标准与其对等。美国标准与其对等。美国使用的使用的ANSI C63.16标准也基本上是基于标准也基本上是基于IEC而制定的。而制定的。我国现用的静电放电抗扰度试验标准我国现用的静电放电抗扰度试验标准GB/T17626.2等同于等同于1995年的年的IEC61000-4-2标标准，从准，从1999年年12月月1日正式实施。日正式实施。4编辑pptIEC61000-4-2标准对静电放电抗扰度试验方标准对静电放电抗扰度试验方法和试验平台都有具体的规范。法和试验平台都有具体的规范。标准规定了两种放电方式：接触式放电和空标准规定了两种放电方式：接触式放电和空气放电方式。气放电方式。标准规定了标准规定了4个试验等级和个试验等级和1个开放等级。个开放等级。对试验程序（试验条件、试验实施等）做了对试验程序（试验条件、试验实施等）做了具体规范。具体规范。另外，规定了台式设备和落地式设备另外，规定了台式设备和落地式设备2种试种试验配置（试验平台）。验配置（试验平台）。1.现有IEC试验标准及平台5编辑pptIEC标准电流波形6编辑ppt放电电压放电电压/kV IEC61000-4-2标准电流参数标准电流参数Tr/ns Ip10%/A I30ns30%/A I60ns 30%/A 20.717.54241584622.51268301687编辑ppt台式设备试验平台台式设备试验平台8编辑ppt立式设备试验平台立式设备试验平台9编辑ppt2.现有方法和平台存在的问题在按照试验标准进行抗扰度试验的过在按照试验标准进行抗扰度试验的过程中发现抗扰度试验本身存在一些缺陷，程中发现抗扰度试验本身存在一些缺陷，试验结果的有效性存在一些问题，这些局试验结果的有效性存在一些问题，这些局限性和问题将对产品的设计、生产和最终限性和问题将对产品的设计、生产和最终用途造成严重的影响。主要有以下一些试用途造成严重的影响。主要有以下一些试验局限和试验结果有效性问题：验局限和试验结果有效性问题：10编辑ppt不不同同厂厂家家的的模模拟拟器器静静电电放放电电抗抗扰扰度度试试验验结果不同。结果不同。模模拟拟器器开开关关对对试试验验结结果果有有显显著著影影响响，不不同同的的模模拟拟器器高高压压开开关关产产生生的的电电磁磁辐辐射射场场差别很大。差别很大。标标准准对对空空气气放放电电方方式式只只给给出出放放电电电电压压等等级级，对对放放电电接接近近速速度度，环环境境条条件件，电电流流波波形形等等没没有有具具体体规规定定，而而这这些些参参数数将将直直接影响试验结果。接影响试验结果。11编辑ppt对对一一种种ESDESD模模型型的的抗抗扰扰度度试试验验不不能能保保证证对对其其他他ESDESD模模型型的的抗抗扰扰度度试试验验有有效效，例例如如对对人人体体的的ESDESD抗抗扰扰度度试试验验方方法法不不能能保保证证对对家家具具ESDESD抗扰度试验有效；抗扰度试验有效；试试验验结结果果多多是是定定性性的的，很很少少能能够够给给用用户户提供定量的试验结果；提供定量的试验结果；用户没有标准的试验数据库可借鉴或比用户没有标准的试验数据库可借鉴或比照；照；12编辑ppt3.国外学者最新提出的研究方法 目前广泛应用的目前广泛应用的IEC61000-4-2IEC61000-4-2标准及规定的标准及规定的ESDESD抗扰度实验装置，虽然经过多次修改，但在抗扰度实验装置，虽然经过多次修改，但在抗扰度实验中许多学者仍发现存在问题，当前国抗扰度实验中许多学者仍发现存在问题，当前国际上仍有三个小组：际上仍有三个小组：IEC SC77B WG9IEC SC77B WG9，ANSI ANSI C63.16C63.16和和ESD-ESD-协会协会WG1 4WG1 4对对ESDESD标准进行修订。标准进行修订。美国密苏里大学的学者在美国密苏里大学的学者在2004年最后一期年最后一期IEEE EMC上发表两篇文章上发表两篇文章。对静电放电抗扰度对静电放电抗扰度试验和试验标准进行了研究试验和试验标准进行了研究。13编辑ppt实验装置示意图实验装置示意图14编辑ppt研究结果ESDESD失效电平与感应环上环感应的电压有失效电平与感应环上环感应的电压有很好的相关性很好的相关性;峰值电流的导数和上升时间与失效电平峰值电流的导数和上升时间与失效电平没有很好的相关性没有很好的相关性;环上的感应电压是超高速环上的感应电压是超高速CMOSCMOS器件失效器件失效电平的最好指标，由于器件使用高速电平的最好指标，由于器件使用高速CMOSCMOS的成分在增加而且未来将继续增加，的成分在增加而且未来将继续增加，所以需要修改所以需要修改ESDESD标准标准;15编辑ppt二、主要进展16编辑ppt故障现象故障现象模拟器模拟器放电电压放电电压/kV内内RAM的的0R7单元内容出错单元内容出错ESS-200AX2.002.20-5.80-6.00NSG4352.50 2.70-4.30 -4.50外外RAM存储器存储器内容被改写内容被改写ESS-200AX1.101.20-0.20-0.30NSG4353.10 3.20-0.20 -0.30两种模拟器效应试验结果比较两种模拟器效应试验结果比较17编辑ppt两种模拟器的波形参数两种模拟器的波形参数 放电放电电压电压kV ESS-200AX NSG435 tr/ps Ip/A I30ns/A I60ns/A Tr/ps Ip/A I30ns/A I60ns/A 28837.053.812.407696.744.082.67492314.358.114.3973413.388.035.01689621.66 12.326.7374320.00 12.428.07890729.33 16.359.0073326.94 16.66 10.25ESD电流基本参数均符合IEC标准要求，并不能看出两种模拟器的差异。18编辑ppt两模拟器ESD电流上升前沿并不重合，上升沿的陡峭程度将影响其包含的高频成分，进而影响实验结果。19编辑ppt放电电流峰值相近，但振荡电流(di/dt)不同，这对一些对电流导数敏感的受试设备来说是不利的。20编辑ppt 造造成成上上述述情情况况的的原原因因是是由由于于IEC标标准准对对电电流流校校验验波波形形的的规规定定不不够够严严格格，这这使使得得不不同同模模拟拟器器得得到到静静电电抗抗扰扰度度测测试试结结果果存存在在明明显显的的差差异。异。为为此此，我我们们建建议议，要要规规定定电电流流导导数数波波形形参参数数，限限制制电电流流波波形形的的振振荡荡，进进一一步步完完善善ESD模模拟拟器器的的校校验验标标准准，从从而而减减小小不不同同模模拟拟器静电抗扰度测试结果之间的差异。器静电抗扰度测试结果之间的差异。21编辑ppt 另另一一方方面面，需需要要进进一一步步研研究究空空气气放放电电的的特特点点,改改进进模模拟拟器器空空气气放放电电的的重重复复性性，用用严严格格控控制制的的空空气气放放电电方方式式和和相相应应的的实实验验平平台台，以以便便更更好好地地进进行行电电子子设设备备静静电电放放电电抗抗扰度性试验。扰度性试验。22编辑ppt一种新的ESD模拟测试装置原理图接地放电头电流靶20dB衰减示波器或ESD摸拟器放电电极半圆环天线法拉第笼后壁23编辑ppt一种新型的一种新型的ESD试验控制平台试验控制平台24编辑ppt接触式放电接触式放电36cm36cm处，阻抗不同时耦合电压峰值与放电电压关系的比较。处，阻抗不同时耦合电压峰值与放电电压关系的比较。隨着隨着ESDESD电压的升高，电子设备遭受的电磁干扰强度增大。电压的升高，电子设备遭受的电磁干扰强度增大。25编辑ppt不同放电电压不同放电电压(正极性）条件下正极性）条件下空气放电电流上升时间和耦合电压值空气放电电流上升时间和耦合电压值放电电压放电电压/kV24681012151820上升时间上升时间/ns0.552.6713.318.918.122.429.131.420.2峰值峰值/A4.828.3412.315.819.622.727.231.135.7耦合电压耦合电压/V1.401.000.800.681.080.490.570.612.0226编辑ppt不同放电电压（负极性）条件下不同放电电压（负极性）条件下空气放电电流上升时间和耦合电压值空气放电电流上升时间和耦合电压值放电电放电电压压/kV-2-4-6-8-10-12-15-18-20上升时上升时间间/ns0.6363.063.293.5718.226.617.517.5121.2峰值峰值/A-4.79-8.66-12.6-16.9-20.3-21.8-28.5-28.5-35.8耦合电耦合电压压/V1.2070.700.961.160.790.520.810.810.6127编辑pptESD电压与小环耦合电压关系图电压与小环耦合电压关系图 正极性的放电正极性的放电在在2kV到到12kV之间，之间，耦合电压随着放电耦合电压随着放电电压的增加而下降，电压的增加而下降，大于大于12kV的放电其的放电其耦合电压将逐渐增耦合电压将逐渐增加。加。负极性的空气负极性的空气放电耦合电压随放放电耦合电压随放电电压的增加基本电电压的增加基本上是单调地下降。上是单调地下降。28编辑ppt 这是因为空气放电时受大气环境特别是电极这是因为空气放电时受大气环境特别是电极渐进速度、电弧的等效电阻大小、空间电荷效应渐进速度、电弧的等效电阻大小、空间电荷效应等随机因素的影响比较严重。而这些因素之间又等随机因素的影响比较严重。而这些因素之间又有一定的关系，比如使电极渐进速度用机器控制有一定的关系，比如使电极渐进速度用机器控制在在80cm/S到到1m/S这种接近实际情况下人的动作速这种接近实际情况下人的动作速度，就可以得到比较理想的且符合实际的实验结度，就可以得到比较理想的且符合实际的实验结果。果。29编辑ppt通常条件下，人手移动速度测定值通常条件下，人手移动速度测定值30编辑ppt三、今后研究方向和发展趋势31编辑ppt1.研制满足静电放电辐射场测试要求的宽带脉研制满足静电放电辐射场测试要求的宽带脉冲电磁场测试系统，为冲电磁场测试系统，为ESD辐射场研究奠定辐射场研究奠定基础。基础。宽带脉冲电场测试仪 32编辑ppt1.研制满足静电放电辐射场测试要求的宽带脉研制满足静电放电辐射场测试要求的宽带脉冲电磁场测试系统，为冲电磁场测试系统，为ESD辐射场研究奠定辐射场研究奠定基础。基础。2.进一步研究能够模拟实际放电过程的空气放进一步研究能够模拟实际放电过程的空气放电规律和实验研究平台。电规律和实验研究平台。3.研究改进静电放电抗扰度试验标准。研究改进静电放电抗扰度试验标准。4.研究电子设备提高静电抗扰度等级的措施。研究电子设备提高静电抗扰度等级的措施。5.静电放电理论建模。静电放电理论建模。6.静电放电效应评估。静电放电效应评估。33编辑ppt