【12】电磁兼容试验

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1.
静电放电发生器元器件选择
通常,用150pF士10pF电容器模拟人体电容, 330Ω的放电电阻模拟人体电阻。 放电回路电缆,一般长为2m,它的结构应符合 发生器的波形要求,并且有足够的绝缘强度. 对于大型的较高的受试设备,若2m长的放电回 路不够长,可用不超过3m的电缆,且必须经过 检验,确定其放电电流波形符合技术规范。
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在实验室进行试验的标准环境条件
① 接地平面的最小尺寸为1m×1m,其各边应至 少比受试设备大0.1m,接地参考平面与保护地 相连; ② 接地参考平面应使用厚度不小于0.25mm的铜 板和铝板,如果用其他金属材料则厚度要求不 小于0.65mm; ③ 落地式设备与接地参考平面的绝缘支座的厚度 为0.1m,台式设备应位于接地参考平面上方 0.8m处,除此以外,两种设备的试验配置相同; ④ 受试设备按正常要求放置和连接。除参考平面 外,受试设备与其他任何导电结构之间距离应 大于0.5m;
主要进展--两种模拟器效应试验结果比较
故障现象 内RAM的 0~R7单元 内容出错 外RAM存 储器内容 被改写 模拟器 ESS-200AX NSG435 ESS-200AX 放电电压 /kV 2.00~2.20 - 5.80~ - 6.00 2.50 ~ 2.70 - 4.30 ~ - 4.50 1.10~1.20 - 0.20~ - 0.30 3.10~ 3.20 - 0.20 ~ - 0.30
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IEC标准电流波形
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放电电压 /kV
IEC61000-4-2标准电流参数
Tr/ns
Ip±10% I30ns±30%
/A /A
±30% /A
I60ns
2
4 6 8
2
4 6 8 0.7~1
7.5
15 22.5 30
4
8 12 16
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台式设备试验平台
34Leabharlann 立式设备试验平台35
现有方法和平台存在的问题
5.1.2 试验方法 实际出现的脉冲群现象中,其单个脉冲的重复频 率为l0kHz~1MHz。 在实际的试验中,往往利用较低的重复频率来 代替实际的脉冲群,实践证明,这些试验基本上 能够达到试验目的。
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① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
电快速瞬变脉冲群发生器特性参数(50Ω负载) 极性:正、负极性; 与供电电源电压异步; 脉冲群持续时间15(1+20%)ms; 脉冲群周期300(1±20%)ms; 脉冲重复频率:开路输出电压为0.25kV,5kV, 1kV和2kV时为5(1±20%)kHz,开路输出电压为 4kV时为2.5(1±20%)kHz; 单个脉冲的上升时间5(1±30%)ns; 脉冲持续时间(半峰值)为50(1±30%)ns; 开路输出电压范围:0.25kV(1-10%)~4kV(1 +10%)。
2.
3.
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静电放电发生器的特性校验
为了比较不同试验发生器所获得的试验结果,必 须利用试验时所用的放电回路电缆来验证下表所 示的特性。 静电放电发生器在验证过程中的输出电流波形应 与静电放电发生器输出电流的典型波形相符。
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实验室试验配置 静电放电试验分在实验室进行型式试验和 现场进行的设备安装后试验。优先采用实 验室进行试验。 ① 地面放置一块最小lm×lm、厚度≥0.25mm 的铜板或铝板,如果用其他金属材料,厚 度需≥0.65mm,接地平面的每边至少伸出 受试设备0.5m,并且同安全接地系统连接;
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5.2.3 试验步骤
试验环境条件 气候环境条件: 环境温度:15~35oC; 相对湿度:30%~60%; 大气压力:86~106kPa。 电磁环境条件:实验室的电磁环境不应影响试验 结果。 试验的实施 试验应按计划对受试设备采用接触和空气放电方 式进行。

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包括:



确定受试设备典型工作条件; 确定受试设备放置在桌面上或地面上进行试验; 确定施加放电点; 确定在每个点,是采取空气放电还是接触放电;
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⑤ 使用耦合夹耦合时,除了接地参考平面之外, 耦合板与其他所有导电器件之间距离不小于 0.5m;
⑥ 受试设备应严格按照产品技术要求规范接地, 不多加接地; ⑦ 用耦合装置来施加试验电压。
⑧ 耦合装置和受试设备之间的信号线和电源线的 长度应不大于1m。
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5.1.3 试验实施 试验计划
试验应根据试验计划进行,通常试验计划应包括: ① 试验类型; ② 试验等级; ③ 试验电压极性; ④ 发生器内部激励或外部激励; ⑤ 每种状态试验持续时间不小于1min; ⑥ 施加试验电压次数; ⑦ 受试设备端口; ⑧ 受试设备的典型工作条件等。
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试验电压直接耦合到交/直流电源端口的试验配置 采用耦合/去耦合网络和容性耦合夹。 耦合/去耦合网络主要用于电源端口试验,它一般 安装于群脉冲发生器内;


容性耦合夹主要用于I/O端口和通信端口试验。
如果线路中的电流超过耦合/去耦网络规定的电流 容量,这时采用安装后的实验方法,通过一个 33nF的耦合电容,将试验电压施加到设备电源端 口上。
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实验装置示意图
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研究结果

ESD失效电平与感应环上环感应的电压有很 好的相关性; 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; 环上的感应电压是超高速CMOS器件失效电 平的最好指标,由于器件使用高速CMOS的 成分在增加而且未来将继续增加,所以需 要修改ESD标准;
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② 受试设备与实验室墙壁和其他金属结构之 间距离至少1m;
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③ 受试设备按制造厂家安装说明书布置,
受试设备接地按设备技术条件接地,不允 许附加接地; ④ 电源与信号电缆的布置要反映实际安装条 件。与接地参考平面连接的接地线和所有 节点均为低阻抗; ⑤ 空气放电的耦合板与接地参考平面用相同 金属材料和厚度,每块耦合板两端各设置 470kΩ电阻的电缆与接地参考平面相连。
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5.2.1 试验等级

试验等级

试验等级应按照最贴近实际的安装和环境条件来 选择。
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选择特殊环境的试验等级时,最关键的参 数是放电电流的变化速率,可通过充电电 压,峰值放电电流和上升时间的不同组合 获得。
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从测量的角度出发,以实际环境中得到的 静电电压作为抗扰度要求似乎是顺理成章 的,但是,能量转移同放电之前存在的静 电电压的函数关系,远不如同放电电流的 函数关系明确。
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,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:
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不同厂家的模拟器静电放电抗扰度试验 结果不同。 模拟器开关对试验结果有显著影响,不 同的模拟器高压开关产生的电磁辐射场 差别很大。 标准对空气放电方式只给出放电电压等 级,对放电接近速度,环境条件,电流 波形等没有具体规定,而这些参数将直 接影响试验结果。
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1. 在技术规范内性能正常; 2. 功能或性能暂时降低或丧失,但能自行恢 复; 3. 功能或性能暂时降低或丧失,但需操作者 干预或系统复位; 4. 因设备(元件)或软件损坏或数据丢失而造 成不能自行恢复的功能降低或丧失。
5. 验收试验时,应在专门的产品标准中规定 试验程序和对试验结果的说明。
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确定所采用试验等级以及在每个放电点上的放电 次数。
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静电放电抗扰度研究进展 1.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 标准是在1991年发布的IEC801-2,现在国际通 用的IEC61000-4-2标准是在1995年发布标准的 基础上经过1998年和2000年2次修订后从2001 年正式执行的。 欧洲使用的EN61000-4-2标准与其对等。美国 使用的ANSI C63.16标准也基本上是基于IEC 而制定的。 我国现用的静电放电抗扰度试验标准 GB/T17626.2等同于1995年的IEC61000-4-2标 准,从1999年12月1日正式实施。
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1.现有IEC试验标准及平台
IEC61000-4-2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。 标准规定了两种放电方式:接触式放电和空 气放电方式。 标准规定了4个试验等级和1个开放等级。 对试验程序(试验条件、试验实施等)做了 具体规范。 另外,规定了台式设备和落地式设备2种试 验配置(试验平台)。

在较高的电压电平范围内,放电电流一般 不与预放电电压成正比。
预放电电压与放电电流之间的非正比关系 的可能原因是:高压电荷的放电一般通过 长电弧通道来实现,
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5.2.2 试验方法


静电放电发生器
静电放电发生器的主要参数包括: 充电电阻(Rc) 50MΩ~l00MΩ 储能电容(Cs十Cd) 150pF±10% 放电电阻(Rd) 330Ω±10% 输出电压 接触放电8kV(标称值) 空气放电l5kV(标称值) 输出电压示值的容许偏差 ±5% 输出电压极性 正/负极性(可切换的) 保持时间 至少5s 放电,操作方式 单次放电(连续放电之间的时间 至少1s) 放电电流波形 见下图
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EFT波形参数
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快速瞬变脉冲群发生器特性的校验
由于各种类型发生器的特性具有分散性,因而 可能出现试验结果的不确定性,这样就需要有 一个标准化的校验和试验程序。 为了能够比较由不同的试验发生器所得出的试 验结果,应校验试验发生器的特性。
1.
2.
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1. 2. 3. 4.
试验配置 电快速瞬变脉冲群试验有在实验室进行试验和在 设备安装条件下的现场试验两种,必要的设备包 括: 接地参考平台 耦合装置(耦合网络和耦合夹) 去耦网络 试验发生器等。 对于设备的供电电源端口,一般采用耦合/去耦 网络来施加试验电压。对于接地的机柜,机柜上 测试点应为保护接地导体的终端,
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NSG435
两种模拟器的波形参数
ESS-200AX NSG435 放电 电压 tr/ Ip I30ns I60ns Tr I30ns I60ns kV /ps /A /A /A /ps Ip /A /A /A 2 4 6 8 883 923 896 907 7.05 14.35 21.66 29.33 3.81 8.11 12.32 16.35 2.40 4.39 6.73 9.00 769 734 743 733 6.74 13.38 20.00 26.94 4.08 8.03 12.42 16.66 2.67 5.01 8.07 10.25
第五讲 电磁兼容试验
刘 洋 应用物理教研室
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5.1 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

由于用电器受到干扰,可能导致用电器产生性能 下降或失灵的现象。为评定产品对这类电快速瞬 变脉冲群抗扰度的水平,一般需进行电快速瞬变 脉冲群抗扰度试验。
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5.1.1 试验等级
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① ② ③ ④ ⑤
试验等级的选择 第1级:具有良好保护的环境 第2级:受保护的环境 第3级:典型的工业环境 第4级:严酷的工业环境 第5级:需要加以分析的特殊环境
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把试验电压耦合到受试设备 试验电压应施加在受试设备下列不同类型的线路 或端口上: 1. 供电电源端口 2. I/O端口和通信端口 3. 机柜的接地线 对供电电源端子和保护接地端子的试验 对I/O和通信端口的试验

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试验结果


由于受试设备和系统种类繁多,差异很大, 使得确定试验对系统和设备的影响的任务变 得比较困难。 在有关专业标准化技术委员会或产品技术规 范没有给出不同的技术要求时,试验结果应 按受试设备的工作情况和技术规范进行如下 分类:
5.2 静电放电抗扰度试验


静电放电抗扰度试验是模拟操作人员或物体 在接触设备时的放电以及人或物体对邻近物 体的放电,以评估电气和电子设备遭受静电 放电时的性能。 前者是通过导体直接耦合,是接触放电; 后者则是通过空间辐射耦合,是空气放电。

在试验中,接触放电用放电枪电极直接对准 被试物体的试验点实施放电,
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对一种ESD模型的抗扰度试验不能保证对 其他ESD模型的抗扰度试验有效,例如对 人体的ESD抗扰度试验方法不能保证对家 具ESD抗扰度试验有效; 试验结果多是定性的,很少能够给用户 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 照;
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国外学者最新提出的研究方法
目前广泛应用的IEC61000-4-2标准及规定的 ESD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,当前国际上仍 有三个小组:IEC SC77B WG9,ANSI C63.16和ESD协会WG1 4对ESD标准进行修订。 美国密苏里大学的学者在2004年最后一期IEEE EMC上发表两篇文章。对静电放电抗扰度试验和试 验标准进行了研究 。
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