劉心 余元駿 郭綺

摘要：文章簡(jiǎn)單介紹了靜電放電的本質(zhì)及其危害，對(duì)靜電在設(shè)備中的耦合進(jìn)行了分析。之后，針對(duì)靜電的耦合路徑探討了幾種較為常見的整改方案。

關(guān)鍵詞：靜電放電;耦合路徑;整改思路

中圖分類號(hào)：TP211⁺.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）11-0102-04

1靜電放電及其常見危害

靜電放電在生活和工作中是一種較為常見的一種電磁現(xiàn)象，其本質(zhì)為具有不同靜電電位的物體相互靠近或直接接觸時(shí)產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移。在電磁兼容性的靜電放電試驗(yàn)中，主要是模擬人體接觸設(shè)備時(shí)的放電。

由表1、2可知，在日常環(huán)境中，人體所產(chǎn)生靜電荷的電壓是比較高的。而當(dāng)這種高電位電荷在從人體到儀器設(shè)備轉(zhuǎn)移時(shí)，就會(huì)干擾數(shù)字信號(hào)的傳輸、芯片的正常工作，嚴(yán)重的時(shí)甚至?xí)苯訐舸└呔艿募尚酒?/p>

2靜電干擾的實(shí)質(zhì)

橫截面較小的導(dǎo)線上的高頻電流的趨膚效應(yīng)明顯，對(duì)于含有高頻成分的靜電電流而言，此類導(dǎo)體呈現(xiàn)高阻的狀態(tài)。當(dāng)電流流過時(shí)，將會(huì)在此導(dǎo)體上產(chǎn)生一個(gè)高電壓。在數(shù)字電路中，各芯片管腳和數(shù)據(jù)總線上的電壓均有嚴(yán)格的定義和要求，而此高電壓的存在就違背了這種要求，造成了芯片不能正常工作或不能正確識(shí)別數(shù)據(jù)總線上的信號(hào)，這就是靜電干擾的實(shí)質(zhì)。

3對(duì)靜電干擾的整改

對(duì)于靜電放電試驗(yàn)中不合格情況的整改，一般都通過改變其耦合路徑來實(shí)現(xiàn)。只要靜電電流不再耦合到對(duì)其敏感的芯片上，該整改就是有效的。

改變靜電的耦合路徑一般分為2種：“堵”和“疏”。所謂“堵”，即是中斷靜電傳輸通路。比如在機(jī)殼的縫隙此填充絕緣材料，使得空氣放電時(shí)，靜電電流不能從此間流過。而“疏”，則是改變靜電電流的流向，使其不再流動(dòng)到敏感元件上，從而達(dá)到整改的目的。

3.1實(shí)例一

圖1為一個(gè)手持式紅外體溫計(jì)的顯示屏的正面部分。由于該顯示屏為醫(yī)療用途，故空氣放電時(shí)施加的最高電壓為8kV。因放電電壓較高且主板電路與顯示屏之間的空氣間隙較小，故靜電從顯示屏周圍的縫隙耦合到的顯示屏背部的金屬襯板（見圖2），繼而進(jìn)一步擊穿此空氣間隙并耦合到主板上的敏感元件（見圖3），使得設(shè)備不能正常運(yùn)行。

針對(duì)此種情況，整改分以下步驟進(jìn)行：

第1步將顯示屏背部的金屬襯板和后面疑似會(huì)耦合靜電的主板電路貼上絕緣膠布（見圖4、圖5），以增強(qiáng)對(duì)靜電的絕緣——此舉使得靜電不能直接耦合到敏感元件或信號(hào)電路上。

第2步屏幕的背面貼上鋁箔（見圖6），其位置與圖5主板上的對(duì)地回路貼合——其目的在于加強(qiáng)屏幕背面與對(duì)地回路的導(dǎo)電性。

第3步在機(jī)殼內(nèi)屏幕正面的邊緣處也貼上銅箔（見圖7）。同時(shí)，要保證正面和背面金屬襯板的鋁箔處于相互貼合的狀態(tài)。

通過以上3個(gè)步驟，一方面使得靜電不能直接從縫隙耦合到敏感元件。另一方面，能讓施加到屏幕邊緣縫隙處的靜電通過鋪設(shè)的鋁箔直接泄放到對(duì)地回路上。重新組裝后，該設(shè)備順利通過了靜電放電試驗(yàn)。

3.2實(shí)例二

圖8為某一印制板的走線實(shí)例。由圖8可知，該印制板的蛇型走線數(shù)量較多且比較密集。在這樣的情況下，該蛇形走線也較為容易耦合到施加在設(shè)備外殼或端口處的靜電，并導(dǎo)致工作異常。

明確了原因后，將蛇形走線改短并將電路板更改為多層的結(jié)構(gòu)，同時(shí)，在蛇型走線和地線之間接人了泄放電容（見圖9）。如此一來，一方面減小了耦合到的靜電;另一方面耦合到蛇型走線的靜電被泄放到對(duì)地回路上，從而使設(shè)備恢復(fù)了正常工作。

4安裝泄放電容時(shí)應(yīng)注意的問題

1）由于泄放電容是安裝在敏感元件/線路和地線回路之間，所以對(duì)地漏電流均有所增大，且容值越大對(duì)地漏電流越大。對(duì)不同的產(chǎn)品而言，其對(duì)應(yīng)的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)所要求的對(duì)地漏電流限值是不同的。例如，標(biāo)準(zhǔn)GB9706.1規(guī)定：正常狀態(tài)下的對(duì)地漏電流不得超過0.5mA。因此，電容數(shù)值的選取應(yīng)控制在不使對(duì)地漏電流增大到超過相應(yīng)安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)所要求的限值范圍內(nèi)。

2）應(yīng)謹(jǐn)慎選擇電容的安裝位置。電路的結(jié)構(gòu)千差萬別，對(duì)于泄放電容的安裝，應(yīng)結(jié)合電路的實(shí)際情況進(jìn)行。

如圖10所示，+6kV的靜電施加在了USB端口處的可接觸金屬外殼上（該設(shè)備對(duì)正極性的靜電荷十分敏感）。由于該外殼與地線連接，故靜電電流會(huì)通過寄生電容耦合到其他電路上。

在這個(gè)案列中，由于設(shè)計(jì)人員沒有對(duì)電路進(jìn)行仔細(xì)的勘察和分析，生硬地將泄放電容安裝在受干擾的電路和地線之間，結(jié)果不但沒有改變靜電的耦合途徑，反而加大了靜電的耦合程度，進(jìn)一步加大了靜電的危害。

作為補(bǔ)救措施，可將泄放電容加到下方的對(duì)地回路與主板電路之間，同時(shí)，在外部接口處的連接線上加裝高頻扼流圈——其作用主要為抑制高頻電流，且安裝位置應(yīng)緊跟在外部端口之后（如圖11所示）。這樣，通過“堵”與“疏”并舉，協(xié)同解決問題。

5外殼上按鈕、操作面板的靜電防護(hù)

1）采用耐高壓的絕緣材料構(gòu)成的薄膜按鍵和面板，可有效防止靜電通過按鍵進(jìn)入內(nèi)部電路。

2）對(duì)于鋼琴按鍵，可在按鍵的內(nèi)部裝上耐高壓的絕緣材料構(gòu)成襯墊。

3）對(duì)于某些對(duì)靜電場(chǎng)敏感的設(shè)備，可在按鈕、操作面板的下方加裝導(dǎo)電聚酯膜。由于該薄膜的表面覆蓋有導(dǎo)電層，因此能有效地將靜電場(chǎng)屏蔽。同時(shí)，在使用時(shí)應(yīng)注意導(dǎo)電層接地的良好性。

6結(jié)語(yǔ)

一般情況下，家用電器產(chǎn)品和醫(yī)用電器產(chǎn)品的靜電放電測(cè)試均是在產(chǎn)品的外殼部分進(jìn)行。因此，分析靜電從產(chǎn)品表面到內(nèi)部的耦合路徑成為靜電整改的前提，而改變其耦合路徑是靜電整改的關(guān)鍵。在進(jìn)行整改時(shí)，整改元件的布置一定要根據(jù)電路的實(shí)際情況進(jìn)行，切不可生搬硬套，否則其結(jié)果往往會(huì)適得其反。