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醫用電氣設備電磁兼容標準YY0505/IEC60601-1-2

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1  靜電放電抗擾度測試

靜電放電抗擾度測試標準主要有三類：*類是標準，如IEC61000-4-2；第二類是地區性標準，如EN61000-4-2，GB/T17626.2；第三類是各產品族的抗擾度標準，如醫用電氣設備YY0505。GB/T17626.2/IEC61000-4-2是被接受和引用zui廣泛的標準。絕大多數的產品族標準的靜電放電測試標準都是在其基礎上增加若干細節或做一些改動。

1.1 靜電放電發生器

靜電放電發生器用于模擬人體或物體對鄰近的電氣和電子設備靜電放電時的情況，還包括從人體到靠近關鍵設備的物體之間可能發生的靜電放電。目的在于建立通用和可重現的基準，以評估電氣和電子設備在受靜電放電時的性能。

靜電放電實驗一般使用四種靜電放電模型：人體模型、機械模型、帶電設備模型和人體金屬模型。人體模型是模擬人帶電（通過運動等方式），然后人通過觸摸設備上的導體進行放電；機械模型則是模擬機械設備帶電的情況；帶電設備模型，是模擬IC等器件本身由于接觸分離及摩擦如從管內倒出帶電，在接觸或使用器件時發生的靜電放電；我們zui常使用的則是人體金屬模型，它是模擬帶電的人手持金屬物體，接觸設備并進行放電的情況。標準IEC61000-4-2采用人體金屬模型，主要參數為儲能電容C_S：150pF；放電電阻R_d：330Ω。如圖1所示。

圖1 靜電放電發生器簡圖

人體金屬放電模型在靜電放電的嚴酷程度上相對于其他模型要高很多。因為在同等的嚴酷程度等級及負載相同的情況下，人體金屬放電模型所釋放的能量是其他模型的十幾倍甚至幾十倍。

3.2 靜電放電發生器的校準

靜電放電發生器的校準特性參數主要是放電電壓和放電電流。放電電壓要求為：2-15kV，允差±5%。放電電流波形如圖2所示，放電電流的波形參數要求如表1所示。

圖2 放電電流波形

表1 波形參數

等級	指示電壓 kV	放電的*個峰值電流（±10%） A	放電開關操作時的上升時間tr（±25%） ns	在30ns時的電流（±30%） A	在60ns時的電流（±30%） A
1	±2	7.5	0.7～1	4	2
2	±4	15	0.7～1	8	4
3	±6	22.5	0.7～1	12	6
4	±8	30	0.7～1	16	8

發生器校準主要設備：高壓表、高速示波器、放電靶及法拉第籠或屏蔽室。高壓表的量程≥15kV，輸入阻抗≥1GΩ；高速示波器的模擬帶寬≥2GHz；放電靶應符合GB/T17626.2/IEC6100-4-2標準附錄中的要求，放電靶       衰減器        電纜鏈路的帶寬≥4GHz，插入損耗的變化不應超過±0.5dB（＜1GHz時）和±1.2dB（1GHz～4GHz時）。

避免靜電放電產生的輻射場影響示波器和電纜，需要使用法拉第籠或屏蔽室來放置示波器。法拉第籠或屏蔽室用于安裝放電靶的前面板的面積至少為1.2m×1.2m，從靶到平面的邊緣至少0.6m，如圖3所示。

圖3 靜電放電發生器校準連接示意圖

   發生器的接地線一般為標準要求的2m接地線，也可使用較長的接地線，但是必須能滿足波形校準的要求。校準所使用的接地線應與實際測試時所使用的接地線一致。接地線連接在靶下方0.5m處的靶平面底部中心的端子上。應從接地線的中部將其向后拉起，形成一個等邊三角形。在校準過程中，不允許將接地線放置在地板上。

3.2 試驗布置與試驗方法

    GB/T17626.2/IEC6100-4-2中規定了二種試驗布置：臺式設備和落地式設備的試驗布置。臺式設備：置于參考平面上0.8m高的木桌；并用一個厚0.5mm的絕緣襯墊將受試設備和電纜與水平耦合板隔離；水平耦合板（HCP）面積為1.6m×0.8m，。落地式設備：用厚度約為0.1m的絕緣支架將落地式設備和電纜與接地參考平面隔離。

地面應設置接地參考平面，zui小尺寸為1m²，實際尺寸取決于受試設備的尺寸，而且每邊至少應伸出受試設備或耦合板之外0.5m，并與保護接地系統相連。受試設備與實驗室墻壁和其他金屬性結構之間的距離zui小1m。耦合板須經過每端帶有一個470kΩ電阻的電纜與接地參考平面連接。

試驗過程中須注意的幾點問題：

1）接地設備

不接地設備或設備的不接地部件不能自行放電。為了防止受試設備或受試設備的部件上的電荷累積，在施加每個靜電放電前，應通過470kΩ泄放電阻消除施加靜電放電的部位上的電荷。

2）靜電放電點的選擇

靜電放電只施加在正常使用時人員可接觸到的受試設備上的點和面。除了：

a） 在維修時才接觸到的點和表面。

b） zui終用戶保養時接觸到的點和表面。

c） 設備安裝固定后或按使用說明使用后不再能接觸到的點和面。

d） 外殼為金屬的同軸連接器和多芯連接器可接觸到的點，僅對連接器的外殼施加接觸放電。非導電連接器內可接觸到的點，應只進行空氣放電。

e） 由于功能原因對靜電放電敏感并有靜電放電警告標簽的連接器或其他接觸部分可接觸到的點。

f）如設備制造廠家未說明表面涂漆為絕緣層，則發生器的電極頭應穿入漆膜，以便與導電層接觸。如廠家指明涂漆是絕緣層，則應只進行空氣放電。

4  靜電放電的整改及案例分析

4.1 靜電放電的整改

    靜電放電方式一般分為接觸放電方法和空氣放電方法。靜電放電干擾可以通過傳導和輻射兩種方式進行干擾。

傳導方式是某個電路部分構成了放電路徑，靜電放電電流直接侵入設備內電路。輻射方式,即靜電放電時產生的尖峰電流,這種電流包含有豐富的高頻成分（頻率可超過1GHz）。從而輻射磁場和電場。而設備電纜甚至PCB板上的走線會變成非常有效的接收天線。會在典型的電路中感應出較高的電平噪聲。因此損壞更有可能在傳導耦合時產生，而輻射耦合通常只導致失常。

根據靜電放電干擾原理，整改思路主要有：

1）把靜電泄放到大地或者對地阻抗zui小的點或面上，阻止靜電放電電流直接通過傳導方式侵入設備內部電路。

2）加強絕緣擊穿距離，阻斷靜電放電的路徑，使其無法放電，從而無法通過傳導或輻射方式干擾設備的內部電路。

3）對敏感的器件或電路進行防護或屏蔽措施，抑制傳導方式的干擾電流及吸收和屏蔽輻射方式的干擾電流，避免干擾電流通過傳導或輻射方式侵入設備內部電路。

抑制靜電放電干擾器件的特性必須具備響應速度要快、通流量要高、鉗位電壓要低。一般有：TVS管、壓敏電阻和電容等等。TVS管和壓敏電阻主要是能吸收器件上的瞬時脈沖產生的瞬時電流，防止敏感器件損壞或誤動作；電容可以對靜電電流產生的干擾信號進行濾波處理。

4.1 空氣放電

空氣放電對的開關、指示燈、按鈕等絕緣部分進行測試，當靜電電壓達到一定程度，就會擊穿絕緣間隙，泄放到大地，中間可能經過單板或者耦合到單板上，產生損壞或誤動作。整改時主要觀察具體的放電點還有周邊的一些敏感電路。此類問題的整改主要有三種處理措施：

1）結構處理

增加絕緣厚度，增長放電路徑距離即爬電路徑距離，從而阻斷靜電放電路徑。比如在液晶顯示面板、鍵盤之類上增加絕緣貼膜。

2）關鍵電路處理

對敏感電路增加防護器件，吸收和濾除靜電放電對敏感器件產生的干擾。

3）PCB布線處理

對于敏感電路走線，應減小環路，增加地線回流，同時要進行濾波處理。

4.2 接觸放電

    接觸放電主要對設備金屬結構部件放電，如金屬外殼、連接器等，直接泄放靜電，通常由于靜電泄放不暢或靜電泄放過程中，產生電磁場對設備敏感電路或芯片造成干擾。此類問題的整改主要有四種處理措施：

1）改善接地，減少接地阻抗。

2）改善搭接，需要多點搭接，必要時增加導電布或金屬鋸齒簧片加強接觸，保證接地可靠。

3）對于無接地外殼：把接口防護器件連接到對地阻抗zui小平面。

4）對于敏感電路需要增加防護器件或進行屏蔽處理來阻止靜電放電產生的干擾。

4.3 案例分析

空氣放電案例分析：

問題：對觸摸屏進行空氣放電試驗時，系統死機。

原因：空氣放電試驗時，靜電通過觸摸屏表面及外殼周圍縫隙路徑進行靜電放電，導致干擾信號侵入內部電路，造成系統死機。

處理方法：通過結構處理，對觸摸屏在不影響觸摸感應靈敏度的情況下，增加一層絕緣薄膜，增加絕緣厚度；對縫隙進行絕緣隔離，增長放電路徑長度，阻斷靜電放電，使其靜電放電放不出去，進而干擾不了內部電路。如圖4所示。

圖4 整改后結構圖

接觸放電案例分析：

問題：對金屬外殼、VGA連接器進行接觸放電試驗時，屏幕黑屏，無顯示、系統重起。

原因：接觸放電試驗時，靜電通過金屬外殼、連接器、VGA接口進行放電，干擾信號通過傳導方式侵入內部電路并且放電產生的電磁脈沖通過輻射方式耦合到內部電路，造成屏幕黑屏，無顯示、系統重起。

處理方法：通過對連接器進行干擾抑制，加裝帶濾波電容的連接器，對干擾信號直接泄放到地并且進行了濾波；同時加裝屏蔽殼，屏蔽靜電泄放產生的電磁脈沖干擾。如圖5所示。

圖5 整改后結構圖

5 結語

   通過對GB17626.2/IEC61000-4-2靜電放電抗擾度測試標準的介紹，特別是靜電放電的試驗目的、靜電放電生器原理和校準、靜電放電的試驗布置、試驗方法等。然后根據靜電放電的原理及放電方式進行了靜電放電失敗的整改措施和處理方法詳細的描述，zui后通過針對性的整改案例加深對標準和整改措施、方法的理解。