Электростатический разрядник для многополевых испытаний на электромагнитную совместимость.

Резюме
Электростатический разряд является наиболее распространенным источником переходных электромагнитных помех для электронных и электрических изделий. Как основной исполнительный компонент испытаний на устойчивость к электростатическому разряду, форма выходного сигнала, точность параметров и стандартная процедура работы электростатического разрядника напрямую определяют достоверность результатов испытаний на электромагнитную совместимость. Стандарты GB/T 17626.2 (Китай) и IEC/EN 61000-4-2 (Международный стандарт) являются основными требованиями к испытаниям на электростатический разряд общего назначения. Традиционные измерительные приборы страдают от сложной конфигурации стандартных параметров, низкой согласованности формы сигнала и недостаточной межотраслевой адаптации. В данной работе рассматривается... LISUN ESD61000-2 генератор электростатического разряда В качестве объекта исследования был выбран прибор. В прибор предварительно установлены все необходимые стандартные процедуры тестирования, как отечественные, так и международные. Электростатический разрядник поддерживает однокнопочное воспроизведение заданных параметров уровня серьезности разряда, с выходным напряжением от 0.1 кВ до 30 кВ. Оснащенный сменными RC-модулями и многофункциональными разрядными электродами, он соответствует требованиям к испытаниям на соответствие стандартам ESD для четырех основных отраслей, включая бытовую электронику, автомобильную электронику, промышленное управление и медицинские приборы. В данной статье изложена логика стандартизированных процедур и основные технические показатели оборудования, приведена сравнительная таблица параметров для всей серии, а также подробно описаны различные схемы испытаний электростатического разрядника для разных отраслей промышленности, что предоставляет практические рекомендации по выбору оборудования для испытаний на ESD и стандартизированному проведению испытаний в научно-исследовательских лабораториях предприятий и сторонних испытательных учреждениях.

Введение

Современные электронные устройства, объединяющие микросхемы, сенсорные экраны и высокоскоростные коммуникационные интерфейсы, обладают постоянно снижающейся устойчивостью к высоковольтным электростатическим импульсам. Статическое электричество, генерируемое в сухих средах, при трении человека и контакте с материалами, может достигать десятков тысяч вольт. Мгновенный разряд легко приводит к поломке оборудования, потере данных и необратимому выходу из строя полупроводниковых компонентов. Поэтому испытание на устойчивость к электростатическому разряду является обязательным базовым требованием для сертификации CCC, CE и автомобильных компонентов.

Стандарт GB/T 17626.2 полностью заимствован из IEC/EN 61000-4-2 и единообразно определяет форму сигнала, режимы разряда, уровни напряжения и требования к испытательному стенду для электростатического разрядника. Он различает два основных режима испытаний: контактный разряд и разряд в воздухе, и делит уровни серьезности от 1 до 4, охватывая большинство гражданских и промышленных электронных изделий. Автомобильная электронная промышленность дополнительно соответствует стандарту GB/T 19951 (ISO 10605), который требует более высокого напряжения разряда и выделенных RC-цепей. Медицинские устройства соответствуют медицинским спецификациям ЭМС, которые накладывают строгие ограничения на стабильность оборудования во время испытаний.

Традиционные простые устройства для электростатического разряда не имеют встроенных стандартных процедур. Операторам необходимо вручную вводить такие параметры, как напряжение, время разряда, интервалы и полярность, что создает высокий порог срабатывания и риск человеческой ошибки. Однотипные разрядные электроды не удовлетворяют требованиям как общего тестирования электроники, так и тестирования автомобильных компонентов. Для решения этих проблем отрасли были разработаны соответствующие решения. LISUN ESD61000-2 Генератор электростатического разряда серии оснащен стандартизированным электростатическим разрядным пистолетом, который предварительно сохраняет полные схемы испытаний GB/T 17626.2 и IEC/EN 61000-4-2, что позволяет одним нажатием кнопки вызывать заданные стандартные параметры. Расширенные модели адаптированы к специальным стандартам испытаний для автомобильной электроники, а полные комплекты испытательных приспособлений позволяют проводить комплексное тестирование на соответствие требованиям ESD для различных отраслей промышленности. В данной работе, на основе оригинальной технической документации, систематически анализируется архитектура процедур оборудования, параметры производительности и схемы внедрения в промышленности.

Стандартизированная система испытаний электростатического разрядника и ESD61000-2 Генератор

Основной принцип испытания электростатического разрядника
Электростатический разрядник служит в качестве исполнительного элемента электростатического генератора. Внутри него интегрирована стандартная разрядная сеть 330 Ом/150 пФ. Взаимодействуя с высоковольтным модулем основного блока, он генерирует высоковольтные импульсы с наносекундными фронтами, время нарастания которых контролируется в пределах 0.6–1 нс, что полностью соответствует пределам формы сигнала, указанным в GB/T 17626.2. Прибор оснащен двумя основными типами электродов: электродом с острым наконечником для контактного разряда, который непосредственно воздействует на металлический корпус и контактные площадки оборудования; электродом с круглым наконечником для разряда в воздухе, который разрушает воздушный зазор изолированного корпуса для имитации разряда, вызванного близостью человека. ESD61000-2Модель C дополнительно оснащена большим круглым электродом диаметром Φ30 мм, соответствующим требованиям автомобильных испытаний ISO 10605.

Испытания делятся на прямое и косвенное разрядное воздействие. Для имитации электростатического воздействия от окружающих объектов используются горизонтальные и вертикальные соединительные пластины. Весь процесс испытаний, настройки напряжения и время разряда можно загрузить одним щелчком мыши с помощью встроенных стандартных процедур основного блока без ручного преобразования параметров, что обеспечивает сопоставимость и воспроизводимость данных испытаний для разных операторов и партий образцов.

Стандартные процедуры, выполняемые одним щелчком мыши, разработаны в соответствии со стандартами GB/T 17626.2 / IEC/EN 61000-4-2.
LISUN ESD61000-2 Основной блок оснащен ЖК-дисплеем с возможностью переключения между китайским и английским языками, а также полной встроенной библиотекой стандартных процедур тестирования, как отечественных, так и международных. Электростатический разрядник поддерживает как ручной, так и автоматический режимы запуска, и ниже перечислены четыре основных предустановленных процедуры:

• Стандартный режим уровня IEC: предварительно сохранены все параметры уровней серьезности от 1 до 4, контактный разряд при 2/4/6/8 кВ, разряд в воздухе при 2/4/8/15 кВ, автоматическое согласование чередующихся положительной и отрицательной полярностей, стандартный интервал разряда 1 с и 10 разрядов на одну контрольную точку, запуск одним нажатием кнопки после включения питания;

• Режим быстрого сканирования 20 разрядов в секунду: непрерывный разряд со скоростью 20 раз в секунду для быстрого сканирования корпусов оборудования, кнопок и интерфейсов, быстрого обнаружения чувствительных к электростатическому разряду слабых мест, подходит для поиска и устранения неисправностей в опытно-конструкторских прототипах;

• Программируемый пользовательский режим: поддерживает сохранение параметров, специфичных для отрасли, таких как ISO 10605 для автомобильной электроники и YY 9706.102 для медицинских изделий; можно сохранить несколько схем тестирования и напрямую вызвать их для последующих испытаний;

• Режим старения с подсчетом циклов: время разряда регулируется от 1 до 9999, интервалы разряда свободно устанавливаются от 0.05 с до 99.99 с, применяется для долговременной проверки электростатической надежности изделий.

Основной блок оснащен RS232 а также интерфейсы связи USB, которые можно подключать к автоматизированным испытательным системам для проведения полностью автоматических циклических испытаний с использованием электростатического разрядника, автоматической регистрации явлений отказа оборудования и упрощения составления отчетов по электромагнитной совместимости.

Сравнительная таблица основных технических параметров для полной версии ESD61000-2 Серия
Таблица 1. Основные технические параметры LISUN ESD61000-2 Генераторы последовательного электростатического разряда

Как показано в таблице выше, основные ESD61000-2 Модель, совместимая с электростатическим разрядным пистолетом, соответствует требованиям стандарта GB/T 17626.2 уровня 4 для таких изделий общего назначения, как мобильные телефоны, бытовая техника и малогабаритное промышленное контрольно-измерительное оборудование. Высоковольтная модель 2A адаптирована к жестким сценариям испытаний на высокое напряжение мощного промышленного оборудования. Модель 2C оптимизирована для использования с электродами и RC-компонентами автомобильных компонентов, совместима с электростатическим разрядным блоком ESD-FCP и соответствует как общим, так и автомобильным стандартам. Электростатические разрядные пистолеты всех трех моделей взаимозаменяемы, что снижает затраты на закупку лабораторного оборудования и техническое обслуживание.

Завод-изготовитель предоставляет отчет о калибровке, аккредитованный CNAS (Национальным институтом ядерной безопасности США). Выходной сигнал оборудования строго соответствует стандартным пределам. В качестве примера рассмотрим прямой разряд 8 кВ: пиковый ток составляет 29.40 А, а время нарастания импульса — 0.89 нс. Погрешность повторяемости сигналов положительного и отрицательного напряжения составляет менее 5%, и данные испытаний пригодны для подтверждения соответствия требованиям лабораторной квалификации.

Адаптация схем испытаний на электромагнитную совместимость электростатических разрядников для различных отраслей промышленности.

Индустрия потребительской электроники (мобильные телефоны, планшеты, устройства для умного дома, носимые устройства)
Корпуса мобильных телефонов, смарт-часов, мелкой бытовой техники и другой потребительской электроники в основном изготавливаются из пластика и стекла в качестве изоляционных материалов, в то время как металлические средние рамки и зарядные интерфейсы являются проводящими зонами. Национальные стандарты требуют проведения испытаний на электростатический разряд 4-го уровня: контактный разряд 8 кВ и разряд в воздухе 15 кВ. Лаборатории выбирают базовые параметры. ESD61000-2 Для запуска предустановленной процедуры IEC уровня 4 одним щелчком мыши замените стандартный круглый электрод электростатического разрядника для проведения разряда в воздухе на экранах и зазорах корпуса, а для контактного разряда на металлических средних рамах и USB-интерфейсах используйте электрод с острым наконечником. Создана полноценная тестовая платформа на основе стандартного стола для электростатических испытаний ESD-DESK. После тестирования работоспособность оборудования оценивается как нормальная или нет в соответствии со стандартом класса A/B/C/D, что является ключевым звеном сертификации ЭМС перед выпуском продукта.

Автомобильная электронная промышленность (центральное управление транспортными средствами, датчики, системы управления батареями, автомобильные камеры)
Автомобильные компоненты длительное время находятся в сухих и закрытых помещениях, что повышает риск электростатического разряда и требует соответствия двойным стандартам GB/T 17626.2 и GB/T 19951 (ISO 10605) с максимальным испытательным напряжением до 30 кВ. ESD61000-2Рекомендуется использовать вариант C для выбора оборудования. Замените большой круглый наконечник электрода диаметром Φ30 мм в электростатическом разряднике и установите автомобильную пластину электростатической связи ESD-FCP, запустите встроенную специальную процедуру тестирования для транспортных средств, установите режим длительной разрядки для имитации экстремальных условий работы в сухих условиях всего транспортного средства и проверьте устойчивость жгутов проводов и модулей управления к высоковольтным электростатическим разрядам.

Промышленность в сфере управления промышленными процессами (ПЛК, инверторы, промышленные сенсорные экраны, датчики)
В производственных цехах сильная запыленность и сухой воздух приводят к значительному накоплению статического электричества. Промышленное контрольно-измерительное оборудование, как правило, соответствует стандартам ESD уровня 3–4, а мощное оборудование должно выдерживать удары более высокого напряжения. ESD61000-2A В высоковольтной модели для проведения испытаний на разряд в шкафах оборудования, панелях управления и коммуникационных интерфейсах используется электростатический разрядный пистолет. В режиме программирования сохраняются параметры серийных испытаний производственных линий, а для проверки стабильной работы оборудования в сложных условиях промышленной электросети проводится разряд с непрямым соединением с металлическими заземляющими пластинами.

Промышленность медицинских изделий (мониторы состояния пациентов, диагностическое оборудование, инструменты для физиотерапии)
Медицинские устройства соответствуют спецификациям YY 9706.102 по электромагнитной совместимости, с уровнями электростатического разряда 6 кВ при контактном разряде и 8 кВ при воздушном разряде. В течение всего процесса тестирования не допускается искажение сигнала, отклонение данных измерений или автоматический перезапуск оборудования. Китайско-английский интерфейс ESD61000-2 Облегчает работу персонала медицинских учреждений. Режим однократного подсчета электростатического разрядника точно контролирует время разряда, а разряд низкой интенсивности подается на слабые сигнальные порты, такие как электрокардиограмма и датчики уровня кислорода в крови, чтобы избежать искажения физиологических сигналов, вызванного импульсными помехами.

Вспомогательные приспособления и стандартизированные процедуры испытаний

Для полного выполнения испытаний по стандартам GB/T 17626.2 и IEC/EN 61000-4-2, LISUN Предлагает три типа опорных узлов, совместимых с электростатическим разрядным пистолетом и ESD61000-2 основной модуль:

Во-первых, электростатический испытательный стол ESD-DESK, оснащенный испытательным стендом размером 1600×800 мм, металлической опорной заземляющей пластиной, горизонтальными и вертикальными соединительными пластинами, соответствует стандартным требованиям к компоновке для испытаний на заземление и косвенный разряд;

Во-вторых, калибровочный комплект электростатического разрядника ESD-CALA, соединенный с осциллографом и аттенюатором 20 дБ, позволяет периодически калибровать выходной ток и форму фронта сигнала электростатического разрядника, обеспечивая долговременное соответствие и достоверность данных испытаний;

Третий вариант: автомобильная пластина электростатической связи ESD-FCP, совместимая только с ESD61000-2C, используется для косвенного моделирования электростатического разряда в автомобильных компонентах.

Полный стандартизированный процесс тестирования: проверка безопасности заземления оборудования → вызов встроенной стандартной процедуры в соответствии с отраслевыми стандартами → замена соответствующего электрода для электростатического разрядника → установка интервала разряда и общего времени → быстрое сканирование 20 импульсов в секунду для определения чувствительных точек → формальное ступенчатое тестирование разряда → регистрация неисправностей оборудования и оценка уровней производительности в соответствии со стандартами. Для полного тестирования на устойчивость к электромагнитным помехам можно подобрать генератор быстрых импульсных электрических переходных процессов для завершения оставшихся этапов тестирования и экспорта унифицированных стандартизированных отчетов о тестировании.

Заключение

LISUN ESD61000-2 серия генератор электростатического разряда В качестве основного блока управления тестированием используется электростатический разрядник, в который интегрированы полные процедуры тестирования в соответствии с национальными и международными стандартами GB/T 17626.2 и IEC/EN 61000-4-2. Поддерживается вызов параметров уровня серьезности одним щелчком мыши, что значительно упрощает ручную настройку параметров. Благодаря широкому диапазону выходного напряжения от 0.1 кВ до 30 кВ, сменным стандартизированным RC-модулям и многофункциональным разрядным электродам, устройство отвечает требованиям тестирования на устойчивость к электростатическому разряду в четырех основных отраслях промышленности, включая бытовую электронику, автомобильную электронику, промышленное управление и медицинские приборы.

Полный комплект оборудования оснащен стандартными испытательными стендами и калибровочными данными CNAS с возможностью отслеживания, что подходит для выдачи квалифицированных протоколов испытаний сторонними испытательными организациями, а также для производственных предприятий для проверки прототипов в рамках НИОКР и выборочной проверки производственных линий. Встроенные стандартизированные процедуры гарантируют повторяемость и сопоставимость результатов испытаний между различными операторами и лабораториями, эффективно снижая пороговое значение для проведения электростатических испытаний и обеспечивая стабильную и надежную аппаратную поддержку различных электронных и электрических изделий для сертификации на соответствие требованиям ЭМС и повышения надежности практической эксплуатации.