浅谈ESD静电放电试验
上海时代之光照明电器检测有限公司陆杰
一、基本概念
静电放电Electrostatic discharge抗扰度试验，简称ESD，是电磁兼容(EMC)的最重要试验之一，静电放电是具有不同静电电位的物体互相靠近或直接接触引起的电荷转移的现象。
二、试验标准
随着电子产品的集成度越来越高和运行速度越来越快，以及电磁环境越来越复杂，其标准也必定会越来越严酷。而静电放电抗扰度试验的目的是为了让电子电气设备在模拟静电放电测试的环境下，检测其性能是否满足国际标准IEC 61000-4-2和国内标准GB/T 17626.2规定的要求。
三、试验危害
静电放电是电子设备的一个主要干扰源。由于静电放电的存在，使人体成为对电子设备或者爆炸性材料的最大危害。静电放电可能引起油品、火工品等的燃烧，另外也会导致电子设备的功能失效甚至损坏。静电放电是普遍存在的自然现象，无处不在的影响着电子产品，是一种危害程度极高的电磁能量。
四、测试原理
静电就是静止的电荷。静电的产生是由于电子在外力的作用下，从一个物体转移到另一个物体或者是受外界磁场的影响而产生的极化现象。静电也是一种电能，是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果。静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差，会产生放电电流。
静电只存在于物体表面，而非物体内部，绝缘体中的电荷只保持在产生静电的那些区域，而不会出现在整个物体表面。因而绝缘体接地后不会失去这些电荷。与绝缘体相反，充电导体接地后便会失去自身电荷。将导体瞬间接地，那么远离带电体表面的电荷就会释放，则导体将携带正电荷。静电可以在您的身体上形成且在放电时很容易损坏灵敏的内部电路元件。一次非常小以致不能感觉出的静电放电可能造成永久性损坏。
五、静电放电在近场或远场的耦合方式
静电放电试验有两种方式：一种是直接放电，另一种是间接放电。
静电放电模拟器主要有高压发生器和放电头组成，其原理图如（图1）所示，工作时先对高压电容充电，然后闭合放电开关，向试验对象作直接或间接放电。直接放电有接触放电和空气放电两种方式。间接放电通过静电放电模拟器与耦合板接触放电来实现。
静电放电在近场其辐射耦合的基本方式可以是电容或电感方式，取决于静电放电源和接受器的阻抗。在高阻电路中，电流信号很小，信号用电压电平表示，此时电容耦合将占主导地位，静电放电感应电压为主要问题。在低阻电路中，信号主要由电流形式，因而电感耦合占主导地位，静电放电感应电流将导致大多数电路出现的问题。在远场，则存在电磁场耦合。
图1 静电放电原理图
六、试验要求
静电放电模拟器的主要指标有：空气放电电压为200V－16.5KV，接触放电电压为200V －9KV，放电模式为空气放电和接触放电，放电保持时间大于5S，操作模式可单次放电、多次连续放电，电极性可正可负。
ESD静电放电测试环境要求：温度15℃—35℃，湿度30%—60%，大气压力86Kpa—106Kpa，且实验室的电磁环境不应影响测试结果。
IEC规定的标准的静电放电电流波形如（图2）所示。
图2 静电放电发生器输出电流的经典波形
七、试验流程
1.设置EUT， 使之运行在需要测试的正常工作状态。
2.确定EUT的放电测试点， 贴上标签，放电测试点一般选择操作人在使用过程中容
易接触的部位。
3.接触放电点一般选择EUT的导电面或表面的一些金属体；在放电测试前，先将接触
放电端子垂直于EUT表面与之接触，采用单次放电， 各点在最敏感的极性至少测
试10次，对IT设备，至少测试50次，每次放电间隔时间为1秒。
4.空气放电点一般选择EUT的绝缘表面；在放电测试时，采用单次放电，各点在最敏
感的极性至少测试10次，每次放电间隔时间为1秒，先对静电枪进行充电， 然后
将空气放电端子尽可能快的垂直于EUT表面接触EUT待测点，每次放电完毕后移开
放电端子，再次充电准备下一次测试。
5.对EUT下面的水平耦合板和EUT附近的垂直耦合板用接触放电的方式进行放电。
6.用接触放电端子沿EUT各边在水平耦合板上距离EUT10cm点进行间接放电测试。 正
负极性至少放电10次，对IT设备，至少放电50次。
7.用接触放电端子在垂直耦合板上对EUT各面进行间接放电测试， 测试时垂直耦合
板距离EUT 各面10cm，测试点应选在垂直耦合板的一条垂直边的中点上，正负极
性至少放电10次，对IT设备，至少放电50次。
八、试验布置图
静电放电（ESD）EUT布置图：桌上型EUT如（图3）所示、落地式EUT如（图4）所示。
图3 实验室试验时，台式设备试验布置图
图4 实验室试验时，落地式设备试验布置图
九、对试验结果的评价
对于不同的试验结果，可以根据该产品的工作条件和功能规范按以下内容分类：
A类：技术要求范围内的性能正常；
B类：功能暂时降低或丧失，但可自行恢复性能；
C类：功能暂时降低或丧失，要求操作人员干预或系统复位；
D类：由于EUT硬件或软件的损坏或数据的丧失，而造成不可恢复的功能降低或丧失。
符合A类的产品，试验结果判合格。试验结果表明产品在整个试验过程中功能正常，性能指标符合技术要求。
符合B类的产品，试验结果应视其产品标准、产品使用说明书或者试验大纲的规定，当认为某些影响不重要时，可以判为合格。
符合C类的产品，试验结果除了特殊情况并且不会造成危害以外，其余多数判为不合格。
符合D类的产品判别为不合格。
符合B类和C类的产品试验报告中应写明B类或C类评判依据。符合B类应记录其丧失
功能的时间。