静电放电发生器模型的研究及应用

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c r i g t h e u s f t n a d I o d n t e r q e t a d EC6 0 - — , i lt n cr u to e e u v ln m a - e a o e s o o s r 0 2 s 1 4 0 mu ai ic i f h q ia e tHu n M tl o t M d li e — s tb i e , ic a g n r c s ssmu a e d a a y e , O t e s u tr fd s h gn i u ta d ee n a a l h d d s h r i g p o e s i i l td a n l z d S h t c u e o ic a i g c r i n l me t — s n r r c p r me e sC e d tr n d t o x e t a d t e c a a trsi sa d i f e cn a t r f D r c s a e a tr a b e e mi e s me e tn , n h ce t n l n i g f co so n o h r i c n u ES p o e sc n b
图三 中, 、 分 别为 人 体 电容 、 电阻及 电 C、 感 , hI La 别为 手 、 C、 、 h分 前臂 及 手持 的小金 属 物件
mire c o i ee ns Eet s t i h re ( S ) s oh s cpoes i i c lt e etAc col t nc l e r met. lc ot i ds ag E D i as cat rcs whc i df ut orp a. - r ac c t i hs i
K y rs Eet s t sh re E D)Di h rig i utHu a — tl dlSmua o e wo d : lc ot i Di ag ( S ; s agn r i m nMe r ac c c cc ; a Mo e; i l in t
0 引 言
在人们的 日常工作生活 中,静 电放 电(l t — Ee r co s t i h re E D) t i D s ag , S 现象 可谓无 处不在 。所谓静 电 ac c 放电,是指带电体周围的场强超过周围介质的绝缘 击 穿场 强 时, 因介质 产生 电离而 使带 电体上 的静 电 荷 部分 或者 全部 消失 的现象 【 】 ] 电子工业 领域 , 。在 全 球每年因为静 电造成的损失高达百亿美元。 E D抗扰度试验 是模 拟操作 人员或物体在接 S 触设备 时的放电以及人或物体对临近物体的放 电, 以评估设备遭受 E D时的性能。而 E D发生器是 S S 模拟 E D过程、 S 进行抗扰度试验的前提和基础。在
IC 10-— E 6 004 2标准中, E D发生器 的构成 、 能 对 S 性 要求及波形校验等都有较详细的介绍。 () S 发生器 回路 简 图 1E D
R d 放 电开关

图一 E D 发生器 回路 简 图 S
图中的 是充电电阻, 。 c 是储能电容, 是放 电电阻 各元件参数如表一 。 表一 E D发生器回路的元件参数圄 S

6 % : (± + 3 ) =0O J 3ln
( ・ )
\ 一
V 、
_ ]
I 3埔 0 ,
l 6 0坦
设定流经电容 c 的电流为 i(, l )短路 电流为 i t (, 向分别如图三所示 。 c方 ) 那么, 根据基尔霍夫 电压、 电流定律, 得到非线性等效电路的微分方程组为:
,瓜 , =

( 3 )
取 t lsC =p , r n, h3 F 得到 L ̄ . 1H C 5p = h 01 J ,  ̄10F = 5
Rb 3 0 , b 0 0 U H,  ̄ : 0 /。 = 3 Q L = .5 P 3 f
2 仿真 结 果及分 析 MahWok t rs公 司 推 出 的基 于 Ma a t b平 台 的 l
d uc

(/t - / b f d : iC ) 1


d。t/ t g L i ) d c / (
l = 一/R ( 嚣 一/ 、 。 “ L 2 G b ‘ 。 } ‘f ) 6
dtd= c / R i i) t h/ (/ 帕一 L J
图二 E D发 生器输 出 电流的典 型波 形【 S 2 ] 表二 E D 电流的典 型波 形参数 【 S 2 ]
指 示 电 压
, V k 2

由于模型 中元件参数的数量级相差很大,无法 得到方程组 () 2 的确切解析表达式, 因此只能通过数 值 分 析 的 方 法 获得 参 数 值 。在 19 9 5年 发 布 的 IC10-— E 00 2标 准 中 规 定 的 模 型 参 数 为 : 4
三 所示 。
依据放 电电流波形参数和式 ( 调整回路参数, 2 ) 直至 符合要求。需要指出的是: 方程组 () 2 的求解必须通 过设定回路参数初始值的方法得以实现。 根据 E D S 过程 的原理 进行初 步分 析 :放 电电流 的第一个 峰值 主要是 由分布 电容 C 通过 和 L 放 电形成的, h I 皿 上升 时间 t 要是 由 c r 主 和 决定 , 因此 :
析,为静电发生器放电回路结构及元件参数的确定及参数对 E D放电过程的影响提供 一定的理论参考依 S 据 , 为更 好 的 了解 E D 过程 的特 点及 影 响 因素 , 而进 行 有效 的 E D保 护 等研 究方 面提 供 了便 捷 、 靠 还 S 从 S 可 的研究手段。 仿真结果表 明静 电波形参数均在标准误差范围之内。 由此证明模型参数设计正确 , E D过程 对 S 分 析合 理 。
p o e a ed sg f d l a a e e si c re t t ea ay i O ES p o e si r a o a l . r v s h t h e i no mo e r m tr o r c . h n l s f D r c s e s n b e t t p s s s
Cb 5 p ± 1 % =l 0 F 0 , + h= 3 f ± 1 % Rb R a 3 0 2 0 , :0 b- . -
放 电 的第一 十 峰值 电流( 0 ±1%)
/操
, 07 .一l
0 l —
在 3n 处 0s
/ A 4
表 中 c 为分 布 电容 ,存在 于 发生 器 与被 试 设
备、 参考接地板和耦合板之间。 () S 2 E D发生器输出电流的典型波形及参数 E D发生器 回路 的电流波形与被试设备及产 S 品本身的因素有很大关系。为 了能对发生器的特 l 生 作 出判断, 以便使发生器 的测试结果有一定的重复 性 、 比性 和 可能性 , 必要对 发生器 的 输出特 性进 对 有 行 一 定 的校 验 。为 此 , 生器 要对 一个 标 准化 的 电 发 阻负载进行静 电放 电, 电电流的波形形状及参数 放 必 须满 足 图二 和表二 的要 求 。
生器 回路简图, 将两回路中的元件参数一一对应 。 c 等效为储 能电容 c, h 。 等效为分布电容 c, 电电 c 放 阻 分成 和 I 两个部分, 等效为 的分布 电感, 等效为 R 乜的分布 电感与放电端导线 电感 之和。因此依据表一, 电路参数首先应该满足式 () 1 的要 求 。
参数 储能 电容 ( l ) c+ J 放 电电 阻( 冠 充 电 电阻( 心) 取 值 10F 0 5 p ±1 % 30 3 n± 1% O 5 0 Mn O 10
放 电电流 波形及 参数
如 图 2和表 2所 示
图三 人体 一 金属模型的仿真回路图Ⅲ
的电容 、 等效 电阻及 电感 [ 根据 图一 所示 的 E D 发 3 ] 。 S

在 6I 处的 0l s
/ A 2

作时 的上 升 时问 的电流 ( 3 % 电流 ( O 】 ±0) 士3 %
o ̄ . H, r3 1p ,L a00 - .pH。根 据 以 4 o2 C.  ̄ 0F h= .502 = 上参数范围,再利用 R n e u a u g— t 法解方程组 () K t 2,
k o etr Smuainrs l h w a v f r p rmees r lwi i ern eo a d r ro s wh c n wnb t . i lt ut s o t t e o e s h wa eom a a tr eal t nt g f tn ade r, ih a h h a s

S u y n p 1 c t o f E D G n r t r M d l t d a d A p a i n o S e e a o o e i
田 巍 石 磊
Ta i nW e h L i i S i e
( 南城建 学 院电气与 电子 工程 系,河南 平顶 山 4 73 ) 河 606 ( pr n l tcln l t nc nier gHea nvrt f bnC nt cin Deat tf e r aad e r iE gnei , nnU iesyoUra o sut , me o E ci E c o n i r o Hea igighn6 06 nnPn dnsa 7 3) 摘 要: 随着微 电子 元件 的广 泛应用 , 电危 害现 象 日益突 出。E D 是 一种很难 重 复的随机 过程 。在 这 静 S 种情况下, 本文根据 IC 10 .— 标准, E 60 0 2 4 构建等效人体 . 金属模型的静电仿真 电路 , 对放 电过程进行仿真分
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2 ' 2S 3 0
O l — 07 1 .~
l 2 I 6
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静电放电发生器模型的研究及应用
1模 型 的建 立
通过对不同行业静 电源与放 电特点的研究, 目 前 已建立了多种 E D模型, S 例如人体模型 、 场增强 模型、 机器模型等Ⅲ 。根据 E D抗扰度试验模拟的 S 对象,结合各种常见 E D测试模型的主要特点, S 目 前 IC、 B 等 相 关 标 准 均 采 用 人 体 .金 属 模 型 E G (MM) B 作为 E D 发生源等效模型 , S 仿真回路如 图
关 键词 :S 人体 . E D; 金属模 型 ; 影响规律 ; 考依据 参
中 图分 类号 : M1 T 5 文献 标识 码 : A 文章编 号 :6 1 7 2(0 1 .0 20 1 7 - 9 . 1) 0 8 .3 4 2 7
Ab t c : h n me o f lcr sa i a a d e o i g i c e sn l r mi e t t d p l ai n o s r t P e o n n o e t t t h z r si b c m n r a i g y p o n n h wie a p i to f a e o c s n wi c
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