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1、靜電放電模擬器的校準江蘇省電子產(chǎn)品監(jiān)督檢驗所校準實驗室高級工程師王英屈仁超摘要：本文介紹了自行研制的靜電放電模擬器的校準裝置，從靜電放電模擬器校準原理、校準設(shè)備、不確定度分析以及校準數(shù)據(jù)和波形實例等多方面論證了本校準裝置的可靠性、準確性，并附有實際測試波形。關(guān)鍵詞：靜電放電模擬器校準裝置不確定度取樣速率上升時間1、引言抗靜電測試是電磁兼容測試的一個重要項目。隨著電子系統(tǒng)的組成越來越復(fù)雜，系統(tǒng)因靜電放電而受到損壞的可能性大大增加，因此電子系統(tǒng)必須實施抗靜電測試以檢驗其抗靜電放電的能力。用于抗靜電放電的設(shè)備稱為靜電放電模擬器，也稱作靜電放電槍，它模擬自然產(chǎn)生的靜電放
2、電，其電壓可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)。我們根據(jù)IEC61000-4-2對靜電放電模擬器的校準要求，研制出一套靜電放電模擬器校準裝置，對提高靜電放電測試的準確性具有重要意義。2、靜電放電模擬器校準原理2．1靜電放電模擬器的原理通過人體對設(shè)備放電的簡單電路模型如圖形1所示。R設(shè)備放電槍C圖1人體放電模型人體的帶電模型是一個RC電路，對一臺設(shè)備放電相當于電容上帶有電荷的RC電路對設(shè)1備放電。根據(jù)上述原理，人們設(shè)計出了靜電放電模擬器。靜電放電模擬器的原理圖如圖2所示，它將電容器C充上預(yù)定的高電壓，再通過一電阻對被測設(shè)備進行放電，放電電壓通過對電容器上的電壓調(diào)節(jié)，經(jīng)模擬器放電端子對
3、試驗設(shè)備進行不同等級的靜電放電試驗。靜電放電模擬器開始試驗前，先用低電壓，然后逐漸升高電壓至規(guī)定的值，查看設(shè)備是否異常，如不異常，則設(shè)備滿足靜電放電測試要求。放電開關(guān)50~100MΩ330ΩC放電端子直流高壓電源放電回路端子圖2靜電放電模擬器原理圖2.2靜電放電模擬器指標為了保證靜電放電測試的準確性，必須使用滿足指標的靜電放電模擬器，靜電放電模擬器的技術(shù)指標在IEC61000-4-2中有詳細的規(guī)定。圖3靜電放電發(fā)生器輸出電流典型波形靜電放電模擬器的指標分為兩大部分。第一部分是靜態(tài)指標，主要是指靜電放電模擬器產(chǎn)生的實際靜電高壓與指標值是否一致，IEC61000-4
4、-2規(guī)定的指標見表1；第二部分是動態(tài)2指標，它是指靜電放電模擬器對標準化電阻負載施行靜電放電時產(chǎn)生的靜電脈沖波形是否達到標準規(guī)定的指標，其中包括脈沖的上升時間，脈沖的持續(xù)時間（50%），流經(jīng)標準負載的放電電流的峰值等，具體數(shù)據(jù)參見表2，圖形見圖3。表1IEC61000-4-2規(guī)定靜電放電模擬器靜電電壓指標放電方式極性輸出電壓(kV)允許偏差24空氣放電+/-8155%24接觸放電+/-68表2IEC61000-4-2規(guī)定靜電放電模擬器靜電脈沖指標第一峰值30ns處電流60ns處電流等指標電壓放電電流上升時間±30%±30%級（kV）±10%（ns）（A）（A）A
5、127.5422415840.7～1.03622.512648301682.3校準設(shè)備要求2.3.1靜電高壓表指標要求用于靜電放電模擬器靜電高壓測試的設(shè)備是高壓電壓表,對高壓電壓表的要求，電壓測量要有足夠的準確度，二是高壓電壓表必須有足夠高的輸入阻抗，因為靜電放電模擬器放電電容值很小，如果電壓表輸入阻抗不高，則放電常數(shù)很小，時間短會使得電壓表無法響應(yīng)，我們選擇了一種輸入阻抗大于30GΩ的高壓電壓表，完全滿足了測量的要求。32.3.2靜電脈沖測量設(shè)備要求因為靜電脈沖的前沿很陡，在0.7～1.0ns之間，所以對靜電脈沖波形參數(shù)的測試必須使用具有一定帶寬的高速取樣示波
6、器，IEC61000-4-2中規(guī)定取樣示波器的模擬帶寬要大于1GHz。3、靜電放電模擬器校準裝置的組成及工作原理3．1靜電高壓的測試用于靜電放電模擬器靜電高壓測試的設(shè)備是靜電電壓表，一是要有足夠高的電壓測量準確度，因為對被測靜電放電模擬器電壓不確定度的要求小于5%,則要求高壓電壓表的電壓不確定度1%。二是高壓電壓表必須有足夠高的輸入阻抗，因為靜電放電模擬器放電電容只有150рF，它的放電時間常數(shù)對于100MΩ級的電壓表只有0.015s，靜電放電模擬器中電容器上存儲的電荷會通過電壓表的輸入阻抗很快放掉，使得電壓表無法響應(yīng)。我們用很常見的Q3-V型靜電電壓表來測量靜
7、電槍的輸出電壓。Q3-V型靜電電壓表的高壓端鈕和接地端鈕間近似開路狀態(tài)（當周圍空氣溫度為+15℃～+25℃范圍內(nèi)，相對濕度不大于85%的條件下，絕緣電阻不小于30GΩ），輸入阻抗?jié)M足測量要求，量程分三檔(7.5kV、15kV和30kV)，我們用JSGB高壓表來同時校準Q3-V靜電電壓表（JSGB50的直流準確度是0.5%），并可從JSGB-50上直接讀取數(shù)值，這樣便可使其靜電高壓測量滿足電壓校準要求，唯一不足之處就是電壓指示響應(yīng)速度較慢，這一點可以用靜電槍的連續(xù)放電功能來克服。具體測量過程如下：接通Q3-V型靜電電壓表的電源，調(diào)整光標零點，把靜電槍的接地線與Q3
8、-V型靜電電壓表的接地端
