淺談靜電發生器

廖明燈

（博羅縣質量技術監督檢測所，廣東 博羅 516100）

靜電發生器是一種模擬靜電放電過程和進行靜電放電抗擾度試驗的平臺。靜電放電抗擾度試驗，是模擬物體或工作人員在接觸測試設備時的放電以及物體或人對臨近物體的放電，以評估測試設備遭受靜電放電時的性能。一般而言，大部分的電子設備都需要經過靜電放電抗擾度試驗。靜電放電信號發生器是試驗的關鍵，每次在試驗前都要對靜電發生器進行驗證，而對于放電型號的電壓值和波形需要定期校準，這樣才能保證做到試驗的準確性，從而使誤差得到減小。

1 靜電發生器的功能范圍

靜電放電是一種自然現象，當兩種不同介電強度的材料相互摩擦時，靜電電荷就會產生。當其中一種材料上的靜電荷積累到一定程度，在與另外一個物體接觸時，就會通過另外一個物體進行放電。電子設備的主要干擾源之一就是靜電放電及其影響。比如人行走在合成纖維的地毯上時，通過地毯與鞋子的摩擦，只要行走幾步，人體上積累的電荷就可以達到 10～6 C以上。不同的人體所產生的靜電放電，會有許多不同的電流脈沖，電流波形的上升時間在100 ps～30 ns之間。人體由于靜電的存在，使其成為對電子設備或爆炸性材料的最大危害。靜電放電及電磁場變化，可能危害電子設備的正常工作。靜電放電多發生在人體接觸半導體器件時，產生不可挽回的損壞，甚至可能導致數層半導體材料的擊穿。

2 靜電放電試驗模擬

在低溫的環境下，通過摩擦可以使人體帶電。人體帶電后，在接觸設備的過程中，就可能對設備放電。靜電放電抗擾度試驗對兩種情況進行了模擬：工作人員直接觸摸設備時對設備的放電及對設備運作的影響；工作人員在觸摸鄰近的設備時對設備的影響。其中第一種情況稱為直接放電，后一種情況稱為間接放電，第二種通過對鄰近物體的放電，間接構成對設備工作的影響。

靜電放電的機理。電子設備因靜電而損壞的情況并不多見，而由于靜電放電造成對設備的干擾則很常見，它會使設備復位、鎖死、數據丟失和工作不可靠，這種情況在寒冷干燥的冬季更加多見。在所有產品中，特別是便攜式的電子產品，更容易受到人體接觸而產生放電，引起設備損壞。要防止靜電放電產生，必須知道靜電放電引起的干擾是如何進入電子設備的。首先，一個充了電的導體在接近另一個導體時，就會在兩個導體之間存在非常強的電場，就會產生靜電放電，形成放電電弧，在0.7～1 ns的時間內，電弧電流甚至可以達到幾十安培。

靜電放電可能造成一定的后果。通過直接放電，引起設備中半導體器件的損壞，從而造成設備的永久性失效；由放電而引起的電磁場變化，造成設備的損壞。

3 靜電發生器的測試方法

靜電放電發生器（ESD Generator），是電磁兼容測量與試驗中靜電放電抗擾度試驗中的重要設備。目的是為了檢驗電子設備受到外來靜電放電時正常工作與否。靜電放電發生器主要由日本和歐洲、美國以及我國少數廠家生產，國家標準和國際標準對靜電放電發生器的波形和設備器件性能有非常特殊的要求。

3.1 測試方法

接地參考平面厚度不小于0.25 mm的鋁板、銅板或厚度不小于0.65 mm的其他金屬板材等材料。并且安全接地，接地參考平面每邊至少伸出受試設備（EUT）0.5 m。最小尺寸為1 m×1 m。受試設備（EUT）與實驗室墻壁和其他金屬物體間的距離至少為1 m。落地式設備與接地參考平面間的絕緣支座的厚度為0.1 m。臺式設備放在接地參考平面上0.8 m高的木桌上。在桌面上放置面積1.6 m×0.8 m的水平耦合板，并用一個厚0.5 mm的絕緣襯墊將受試設備、電纜與耦合板隔離。如果受試設備過大而不能保持與水平耦合板各邊的最小距離為 0.1 mm，則使用另一塊相同的水平耦合板放置在距第一塊短邊0.3 m處。兩塊水平耦合板用帶有兩個470 kΩ電阻的電纜連接到接地參考平面。垂直耦合板尺寸為0.5 m×0.5 m，平行受試設備放置并保持0.1 m的距離。

3.2 測試步驟

確定施加放電的測試點，工作人員可能觸及機殼上的金屬點；控制臺或鍵盤上的任何點；人機通訊點，如按鍵、開關、按鈕等；其他工作人員易接近的區域、發光二極管、指示器、柵格、縫隙等；日常使用中需更換電池的IC卡和電池夾的插縫等。根據產品類型及不同使用環境等因素選擇。標準中對不同產品有相應的規定。為了確定產品的故障臨界值，試驗電壓應從最小值開始調整。然后逐漸增加試驗電壓，直至達到規定要求的標準。

3.3 測試評估

試驗方式應以單次放電的方式進行。每個測試點至少施加10次單次放電，并且要以最敏感的極性方式施加。兩次單獨放電時間間隔至少要1 s，如果系統相應時間較長，可以延長時間的間隔。試驗點和敏感極性的確定，通過20次/s或以上的放電速率進行預測后確定。

靜電發生器應當保持與實施放電的表面垂直。放電時放電回路電纜與受試設備將距離至少保持0.2 m，以免回路電纜產生的電流所產生的電磁場影響試驗結果。空氣放電和接觸放電應選用相應的放電頭。在接觸放電的情況下，放電電極應在操作放電開關前與EUT保持接觸。在空氣放電時接觸放電開關應當先閉合，放電頭應盡可能快的接近EUT。每次放電后放電電極應從受試設備移開，重新充電后再進行下一次放電試驗。在具體使用時，旁邊可能放置有其他設備的受試設備（EUT），還應進行水平和垂直耦合板的放電試驗。

在目前的市場上，靜電放電發生器也有些達不到國家標準或國際標準的要求，或者不符合國際和國家標準要求。而一般用戶由于對標準和市場上的靜電發生器不可能在短時間內完全掌握或了解，在此提醒用戶目前市場上不符合國際和國家標準要求的靜電發生器，其主要問題有：靜電放電重復頻率達不到20次/s；接觸放電頭直徑不符合標準要求，有的非常小。

在這些標準規定的要求中，最重要的是放電電流波形，即靜電放電發生器的基本參數能滿足標準要求，但多數國外的靜電放電發生器放電電流波形中含有很高的振蕩波形成分。

表1

當設備發生或接觸放電后，附著在設備機殼上的電荷，就會通過設備殼上的縫隙與設備內部電路板或元器件間發生二次放電。因為設備內部PCB或元器件的阻抗較小，所以有可能二次放電的危害比一次放電危害更大。接觸放電，帶電物體直接接觸設備表面后的放電過程。在向設備表面接近的過程中，在帶電物體電壓足夠高或所攜帶的電荷足夠多時，電壓會擊穿空氣而形成放電過程。

4 結束語

綜上所述，利用靜電放電發生器進行驗證時的波形和電壓值等需要定期進行檢測，這樣才能使試驗的準確性得到保證并使誤差降到最小。

［1］田巍，張洛花.靜電放電發生器的結構原理及研究現狀［J］.科技資訊，2011（32）.

［2］季軍.靜電放電發生器的開發研究［D］.浙江工業大學，2010.

［3］張駿馳，王文儉，劉巍.靜電放電發生器的校準系統的研究［J］.數字通信世界，2011（8）.

［4］閆萬舉.高壓靜電發生器的原理、結構和選用［J］.涂裝與電鍍，2010（6）.