Kiểm tra khả năng chống lại phóng tĩnh điện theo Tiêu chuẩn IEC61000-4-2

2023.05.17

Ứng dụng

Giới thiệu sơ lược

Tĩnh điện thường ảnh hưởng rất lớn đến khả năng hoạt động chính xác của thiết bị và đi kèm với đó, có rất nhiều tiêu chuẩn được đưa ra đối với quá trình đánh giá thiết bị, đặc biệt là thiết bị điện tử. EDS là một giải pháp dành cho việc kiểm tra theo nhiều tiêu chuẩn như vậy.

Bộ mô phỏng "Phóng tĩnh điện" (ESD) có thể tái tạo và mô phỏng ESD được tích điện có chủ đích để kiểm tra xem thiết bị điện tử có bị trục trặc hoặc có hoạt động chính xác với ảnh hưởng của ESD hay không.

Bộ mô phỏng này tuân theo Tiêu chuẩn IEC61000-4-2 được tiêu chuẩn hóa bởi Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC).

Tiêu chuẩn IEC 61000-4-2: qui định các yêu cầu về miễn nhiễm và phương pháp thử cho các thiết bị điện, điện tử đối với hiện tượng phóng tĩnh điện trực tiếp từ người khai thác sử dụng và từ các đối tượng kề bên. Ngoài ra, tiêu chuẩn này còn xác định các mức thử tương ứng với các điều kiện lắp đặt, điều kiện môi trường khác nhau và các thủ tục thực hiện phép thử.

1. Tổng quan

Tiêu chuẩn kiểm tra khả năng miễn dịch quốc tế áp dụng cho thiết bị điện tử chống lại ESD được tạo ra trực tiếp từ cơ thể người hoặc gần vật bằng kim loại trong điều kiện sợi hóa học thảm hoặc quần áo được sử dụng ở nơi có độ ẩm tương đối thấp.

Tiêu chuẩn này giả định các trường hợp cơ thể người tích điện và phóng điện tới thiết bị điện tử và thử nghiệm với mạch điện để mô phỏng dạng sóng dòng điện được tạo ra trong các điều kiện như vậy.

2. Mức kiểm tra

Phạm vi mức thử nghiệm cho ESD

Các mức được thể hiện như sau

Mức	Điệp áp kiểm tra (xả tiếp xúc)	Điệp áp kiểm tra (xả không khí)
1	2kV	2kV
2	4kV	4kV
3	6kV	8kV
4	8kV	15kV
X	Đặc biệt	Đặc biệt

*X có thể là bất kỳ mức nào được xác định theo sự đồng ý giữa nhà sản xuất EUT và nhà cung cấp thiết bị mô phỏng

3. Bộ tạo thử nghiệm và Xác minh dạng sóng

Thông số kỹ thuật máy phát

Máy phát phải đáp ứng các thông số kỹ thuật sau.

Khả năng tích lũy năng lượng	150pF (điển hình)
Điện trở xả	330Ω (điển hình)
Điện áp ngõ ra	8kV/Xả tiếp xúc, 15kV/Xả không khí
Sai số của điện áp ngõ ra	±5%
Phân cực của điện áp đầu ra	Positive và negative (Có sẵn chuyển đổi)
Thời gian giữ	>= 5 giây.
Chế độ xả của hoạt động	Các lần xả đơn (Khoảng thời gian xả >=1 giây
Dạng sóng của dòng xả	Xem hình bên dưới

Xả dạng sóng hiện tại và đặc điểm của nó

Đặc điểm máy phát

Các đặc điểm trong bảng sau phải được xác minh để so sánh kết quả thử nghiệm ngay cả giữa các máy phát khác nhau

Mức	Điện áp chỉ định	Dòng xả đỉnh đầu tiên (±15%) lp	Thời gian tăng (±25%)	Dòng điện (±30%) ở 30ns	Dòng điện (±30%) ở 60ns
1	2kV	7.5A	0.8ns	4A	2A
2	4kV	15A	0.8ns	8A	4A
3	6kV	22.5A	0.8ns	12A	6A
4	8kV	30A	0.8ns	16A	8A

Điện dung Cs : 150pF
Điện trở xả Rd : 330

Sơ đồ đơn giản của máy phát ESD

Xác minh dạng sóng của Máy phát ESD

Đo dạng sóng bằng máy hiện sóng có độ rộng dải từ 2GHz trở lên khi sử dụng lồng Faraday và mục tiêu hiện tại. Gắn điện cực phóng điện trực tiếp vào mục tiêu hiện tại và vận hành máy phát với chế độ phóng điện tiếp xúc.

* Nên chèn khoảng. Bộ suy giảm 20dB để bảo vệ thiết bị đo mặc dù mục này không được quy định trong Tiêu chuẩn IEC.

4. Thiết lập thử nghiệm

Ví dụ về thiết lập thử nghiệm cho thiết bị đặt trên bàn

Thử nghiệm phóng điện trực tiếp là phóng điện trực tiếp tới EUT và kiểm tra ảnh hưởng.

Đặt một bàn gỗ cao 0,8m trên mặt đất và đặt một tấm ghép nằm ngang (HCP 1,6m × 0,8m).
Kết nối HCP với điện trở 470kΩ × 2 với mặt đất và đặt một tấm cách điện giữa HCP và EUT.
Thử nghiệm phóng điện gián tiếp là phóng tĩnh điện vào HCP và tấm khớp nối thẳng đứng (VCP 0,5m × 0,5m) và kiểm tra mức độ ảnh hưởng của EUT. Kết nối VCP với điện trở 470kΩ × 2 với mặt đất.

* Biến áp cách ly cho EUT không được quy định trong Tiêu chuẩn IEC.

Ví dụ về bố trí thử nghiệm cho thiết bị đặt trên sàn

Đặt một pallet cách nhiệt có chiều cao 0,1m lên mặt phẳng nền và đặt EUT trên pallet để thử nghiệm phóng điện trực tiếp.

Thử nghiệm phóng điện gián tiếp là phóng điện tĩnh điện tới VCP và kiểm tra mức độ ảnh hưởng của EUT. Kết nối VCP với điện trở 470kΩ × 2 với mặt đất.

* Thả nổi cáp từ mặt đất bằng tấm cách nhiệt dày 0,5mm.
* Giữ cáp GND của súng phóng điện cách bất kỳ bộ phận dẫn điện nào khác ngoài mặt đất ≧ 0,2m
* Biến áp cách ly cho EUT không được quy định trong Tiêu chuẩn IEC.

5. Quy trình kiểm tra

Điều kiện khí hậu và môi trường khác

Cần phải đặt hoàn toàn các thiết bị được mang đến từ các điều kiện khí hậu khác nhau ra ngoài, trước khi thực hiện phép thử. Ngoài ra, để ổn định chắc chắn tình trạng phóng điện, cần phải khắc phục các điều kiện khí hậu trong phòng thử nghiệm. Phải đáp ứng các điều kiện được liệt kê trong bảng sau để thực hiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn IEC61000-4-2.

Nhiệt độ môi trường	15ºC ~ 35ºC
Độ ẩm tương đối	30% ~ 60%
Áp suất không khí	86 kPa (860 mbar) ~ 106 kPa (1060 mbar)
Điều kiện điện từ	Mức độ không ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra

Thủ tục kiểm tra

Kiểm tra phóng điện trực tiếp: Phóng điện tiếp xúc (ở khoảng thời gian 1 giây) và phóng điện qua không khí

Kiểm tra phóng điện gián tiếp : Phóng điện tới VCP và HCP

Ít nhất 10 lần phóng điện đơn lẻ phải được áp dụng trong khoảng thời gian 1 giây hoặc lâu hơn ở cả hai cực dương và cực âm.

* Thử nghiệm sơ bộ phóng điện 20 lần trở lên mỗi giây có thể được thực hiện để chọn các điểm áp dụng phóng điện đơn lẻ.

6. Đánh giá kết quả kiểm tra và báo cáo kiểm tra

Kết quả kiểm tra được phân loại thành 4 mẫu sau tùy theo thông số kỹ thuật của EUT và điều kiện vận hành.

Hoạt động bình thường trong phạm vi sai số của thông số kỹ thuật
Suy hao hoặc mất mát tạm thời trong quá trình vận hành hoặc chức năng có thể phục hồi bằng chức năng tự phục hồi
Sự xuống cấp hoặc mất mát tạm thời trong quá trình vận hành hoặc chức năng cần được phục hồi nhờ sự can thiệp của người dùng hoặc thiết lập lại trong hệ thống.
Hệ thống (bộ phận) hoặc phần mềm bị hư hỏng và chức năng xuống cấp không thể phục hồi do mất dữ liệu.

Nhìn chung, nếu EUT miễn nhiễm với ESD trong quá trình thử nghiệm và nó đáp ứng các yêu cầu chức năng theo thông số kỹ thuật của sản phẩm sau khi thử nghiệm, thì kết quả thử nghiệm có thể được coi là "Đạt".
Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các điều kiện thử nghiệm và kết quả.

*Lưu ý: Quy trình thử nghiệm và thiết lập thử nghiệm này được trích từ tiêu chuẩn IEC61000-4-2 (2009) và tiêu chuẩn JIS C 61000-4-2 ed.2.0 (2005) để áp dụng cho các sản phẩm của NoiseKen. Vui lòng xem qua Tiêu chuẩn nếu cần thêm chi tiết.