电磁兼容性试验中对静电放电的整改探讨

刘心 余元骏 郭绮

摘要：文章简单介绍了静电放电的本质及其危害，对静电在设备中的耦合进行了分析。之后，针对静电的耦合路径探讨了几种较为常见的整改方案。

关键词：静电放电;耦合路径;整改思路

中图分类号：TP211⁺.4文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）11-0102-04

1静电放电及其常见危害

静电放电在生活和工作中是一种较为常见的一种电磁现象，其本质为具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触时产生的电荷转移。在电磁兼容性的静电放电试验中，主要是模拟人体接触设备时的放电。

由表1、2可知，在日常环境中，人体所产生静电荷的电压是比较高的。而当这种高电位电荷在从人体到仪器设备转移时，就会干扰数字信号的传输、芯片的正常工作，严重的时甚至会直接击穿高精密的集成芯片。

2静电干扰的实质

横截面较小的导线上的高频电流的趋肤效应明显，对于含有高频成分的静电电流而言，此类导体呈现高阻的状态。当电流流过时，将会在此导体上产生一个高电压。在数字电路中，各芯片管脚和数据总线上的电压均有严格的定义和要求，而此高电压的存在就违背了这种要求，造成了芯片不能正常工作或不能正确识别数据总线上的信号，这就是静电干扰的实质。

3对静电干扰的整改

对于静电放电试验中不合格情况的整改，一般都通过改变其耦合路径来实现。只要静电电流不再耦合到对其敏感的芯片上，该整改就是有效的。

改变静电的耦合路径一般分为2种：“堵”和“疏”。所谓“堵”，即是中断静电传输通路。比如在机壳的缝隙此填充绝缘材料，使得空气放电时，静电电流不能从此间流过。而“疏”，则是改变静电电流的流向，使其不再流动到敏感元件上，从而达到整改的目的。

3.1实例一

图1为一个手持式红外体温计的显示屏的正面部分。由于该显示屏为医疗用途，故空气放电时施加的最高电压为8kV。因放电电压较高且主板电路与显示屏之间的空气间隙较小，故静电从显示屏周围的缝隙耦合到的显示屏背部的金属衬板（见图2），继而进一步击穿此空气间隙并耦合到主板上的敏感元件（见图3），使得设备不能正常运行。

针对此种情况，整改分以下步骤进行：

第1步将显示屏背部的金属衬板和后面疑似会耦合静电的主板电路贴上绝缘胶布（见图4、图5），以增强对静电的绝缘——此举使得静电不能直接耦合到敏感元件或信号电路上。

第2步屏幕的背面贴上铝箔（见图6），其位置与图5主板上的对地回路贴合——其目的在于加强屏幕背面与对地回路的导电性。

第3步在机壳内屏幕正面的边缘处也贴上铜箔（见图7）。同时，要保证正面和背面金属衬板的铝箔处于相互贴合的状态。

通過以上3个步骤，一方面使得静电不能直接从缝隙耦合到敏感元件。另一方面，能让施加到屏幕边缘缝隙处的静电通过铺设的铝箔直接泄放到对地回路上。重新组装后，该设备顺利通过了静电放电试验。

3.2实例二

图8为某一印制板的走线实例。由图8可知，该印制板的蛇型走线数量较多且比较密集。在这样的情况下，该蛇形走线也较为容易耦合到施加在设备外壳或端口处的静电，并导致工作异常。

明确了原因后，将蛇形走线改短并将电路板更改为多层的结构，同时，在蛇型走线和地线之间接人了泄放电容（见图9）。如此一来，一方面减小了耦合到的静电;另一方面耦合到蛇型走线的静电被泄放到对地回路上，从而使设备恢复了正常工作。

4安装泄放电容时应注意的问题

1）由于泄放电容是安装在敏感元件/线路和地线回路之间，所以对地漏电流均有所增大，且容值越大对地漏电流越大。对不同的产品而言，其对应的安规标准所要求的对地漏电流限值是不同的。例如，标准GB9706.1规定：正常状态下的对地漏电流不得超过0.5mA。因此，电容数值的选取应控制在不使对地漏电流增大到超过相应安规标准所要求的限值范围内。

2）应谨慎选择电容的安装位置。电路的结构千差万别，对于泄放电容的安装，应结合电路的实际情况进行。

如图10所示，+6kV的静电施加在了USB端口处的可接触金属外壳上（该设备对正极性的静电荷十分敏感）。由于该外壳与地线连接，故静电电流会通过寄生电容耦合到其他电路上。

在这个案列中，由于设计人员没有对电路进行仔细的勘察和分析，生硬地将泄放电容安装在受干扰的电路和地线之间，结果不但没有改变静电的耦合途径，反而加大了静电的耦合程度，进一步加大了静电的危害。

作为补救措施，可将泄放电容加到下方的对地回路与主板电路之间，同时，在外部接口处的连接线上加装高频扼流圈——其作用主要为抑制高频电流，且安装位置应紧跟在外部端口之后（如图11所示）。这样，通过“堵”与“疏”并举，协同解决问题。

5外壳上按钮、操作面板的静电防护

1）采用耐高压的绝缘材料构成的薄膜按键和面板，可有效防止静电通过按键进入内部电路。

2）对于钢琴按键，可在按键的内部装上耐高压的绝缘材料构成衬垫。

3）对于某些对静电场敏感的设备，可在按钮、操作面板的下方加装导电聚酯膜。由于该薄膜的表面覆盖有导电层，因此能有效地将静电场屏蔽。同时，在使用时应注意导电层接地的良好性。

6结语

一般情况下，家用电器产品和医用电器产品的静电放电测试均是在产品的外壳部分进行。因此，分析静电从产品表面到内部的耦合路径成为静电整改的前提，而改变其耦合路径是静电整改的关键。在进行整改时，整改元件的布置一定要根据电路的实际情况进行，切不可生搬硬套，否则其结果往往会适得其反。