场感应模式静电放电的防范及检测

张 贺，杨 辉，徐海燕

(上海建科检验有限公司，上海 201108)

场感应模式静电放电的防范及检测

张 贺，杨 辉，徐海燕

(上海建科检验有限公司，上海 201108)

场感应模式静电放电是一种常见的静电放电方式，其具有相当的隐蔽性，可对电子仪器设备等造成难以估量的损坏。当系统存在杂散电流、骚扰电流、噪声电压、接地干扰或传输线敷设不当时，就具备了发生场感应模式静电放电的基本条件。针对场感应静电放电产生的基本条件，介绍了静电泄放法和源头防范法2类防范方法，并提出了便于事前发现系统是否存在场感应静电放电风险的相应检测方法。

场感应；静电放电；检测

静电放电(ESD)是一种常见的自然现象，在静电放电过程中可产生高电压和瞬时大电流，能对电子产品等造成难以估测的破坏，该现象已引起各国研究者的普遍重视[1]。为便于研究分析，人们根据静电放电的特征，将其分为人体模式、机械模式、带电器件模式及场感应模式(FIM)等模型[2-3]。场感应模式是仪器设备中十分常见的静电放电方式。当对地绝缘的电气器件、仪器、导体及人体处于静电场中时，极化或静电感应会导致这些物体上的电荷分离，并使其电位升高，当外电场较强时，这些物体上的感应电位将足够高，可引发这些物体与其他物体间的场感应模式静电放电。由于场感应的来源广泛，例如接地导体上存在的杂散电和系统互连设备之间存在的骚扰电流等，人们一般难以察觉由其引发的静电放电，这对于控制产品质量和维护仪器设备正常使用十分不利。本文对场感应模式静电放电的形成及其防范技术进行了总结，以期给生产实践提供参考。

1 引发场感应模式静电放电的原因

1.1 引发场感应模式静电放电的基本条件

当具备如下某个条件时，系统内即有了场感应模式静电放电的基础。

1)杂散电流。即系统内设备的接地导体上存在着的流动电流。

2)骚扰电流。即通过供电电源线传输到设备上的电磁骚扰。系统互连设备之间存在着骚扰电流。

3)噪声电压。噪声是一种不传送信息的电磁现象，噪声电压是2点间由电磁骚扰引起的电压，系统内互连设备可触及导电部分之间存在着噪声电压。

4)接地干扰。即用电设备负载端中线对大地的电位差。当接地干扰超过限制标准时，存在着设备外壳与内部电路之间的静电放电。

5)各传输线敷设不当。当系统内电源线、接地线、通信线及功能传输线等敷设不当时，线间存在电磁耦合。

1.2 引发场感应模式静电放电的源头

当使用交流供配电系统时，如果三相线电流的不平衡度过大(>15%)，系统内将存在着中性导体电流的流动，及其对PE保护接地导体的电流侵入。

当使用直流供配电系统时，由于供配电系统电源工作接地导体上不可避免地存在大量直流返回电流，该电流将侵入与其互连的直流用电设备。又由于直流供电设备需要交流电源的输入，因而通过供电电源的传输则又将带入交流电源线电流的侵入。

2 场感应模式静电放电的防范措施

防御静电放电一般有2种方式：1)将产生的静电安全、迅速地泄放，即泄放静电方法；2)改变产生静电的条件，使得静电生成困难，即源头防范方法。

2.1 泄放静电方法

1)电子类仪器设备按不同频率，分区域建立电磁兼容性等电位联结接地平面，提供设备间低阻抗的联结接地通路，配设电磁兼容性等电位联结导体系统接地配置。电磁兼容性[4]是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作，而且不对该环境中任何其他设备或系统构成不能承受的电磁骚扰的能力。电磁兼容性等电位联结接地平面及其系统接地配置是将相同频率的设备或系统分区域联结到对地电位相等的接地板，并最终汇聚到主干接地板，通过主干接地电缆接大地。

2)电子类通信设备按不同电压，分区域建立PEF等电位联结接地平面，提供设备间低阻抗的联结接地通路，配设防御直流返回电流，兼有保护接地和功能性接地2种功能的PEF等电位联结导体系统接地配置。

3)UPS供配电系统控制三相线电流不平衡度≤15%，配置UPS馈出线输出端三相中线或单相低端重复接地构造。

4)配置辅助保护联结系统接地导线，从UPS配电柜内PE汇流排接出，提供电子显示屏幕设备支架、电子类仪器以及通信设备柜支架接地，防范设备外壳与内部电路之间的静电放电。

5)敷设电源线、接地线、通信线、功能传输线以及特低压信号设备控制系统的信号传输线时，必须抑制线间的电磁耦合干扰。

2.2 源头防范方法

当使用交流供配电系统时，应采取交流供配电系统的电源工作接地安全技术防御措施，将侵入交流供配电系统PE保护接地导体的70%以上电流引入大地。

当使用直流供配电系统时，应将直流供电设备支架单独隔离起来，隔断与周边设备的接触联系，并对直流供电设备绝缘铺设电源工作接地主干线，使其单独接大地；将直流供电设备需要的交流电源输入与其他设备的交流电源输入之间进行电气隔离，在交流总配电柜旁配置3重屏蔽隔离变压器，通过隔离变压器解决直流供电设备的交流电源输入。

3 场感应模式静电放电的检测

3.1 杂散电流的测量

杂散电流的测量应从接地主干线的总接地端开始测1个数据，再在接地主干线的引下端部位测1个数据，然后比较2个数据，前者小于后者，则表明接地主干线上存在的杂散电流没有完全引入大地；随后再测接地干线两端和接地支干线两端，直到设备接地线。

测量杂散电流采用数字钳形表。钳形表应能提供交、直流电流测量，且读数分辨力为0.01 A，电压测量读数分辨力为0.01 V。钳形表不能测量裸露导线，当碰到接地扁铁和接地铜排时应采用多用表来测量。

3.2 噪声电压和骚扰电流的测量

噪声电压是互连设备可触及导电部分2点间由电磁骚扰引起的电压。骚扰电流是互连设备之间通过电源线传输到设备上的电磁骚扰。噪声电压和骚扰电流的测量都应在互连设备可触及导电部分2点之间由远到近选点测量。

噪声电压和骚扰电流采用数字多用表测量。前者作交、直流电压测量，后者作交、直流电流测量。所用仪表应具有4位有效值，交、直流电压测量读数分辨率为0.1 mV，交、直流电流测量读数分辨率应为0.1 mA。

3.3 负载端接地干扰的检测

接地干扰是负载端中线对地线的电位差。负载端接地干扰应在负载端电气插座处测量，可选择用电量大的负载，测点选择约一半的电气插座。

接地干扰采用数字多用表测量，应用交流电流档。

3.4 各种线路敷设情况调查

对于电源线、接地线、通信线及功能传输线，应查看各种线路是否存在同线槽敷设情况，例如交、直流电源线是否同线槽敷设，不同频率的交流电源线是否同线槽敷设等。

3.5 交流供配电系统电气性能的检测

交流供配电系统电气性能应选择在总配电柜和UPS进线柜内测量，包括：1)测量三相线电流值，计算三相线电流不平衡度；2)测量中线流动的中性导体电流；3)测量PE保护导体侵入电流。

该检测采用数字钳形表。后2项测量内容如在汇流排上测量，应采用数字多用表。

3.6 直流供配电系统电气性能的检测

应预先对直流供电设备和直流用电设备配置情况进行调查，如果存在直流供电设备电源工作接地导线，可测量接地干线的直流返回电流值；如果直流供电设备是和众多设备保护接地串接互连后共同接大地，则测不到直流返回电流值，但可测到周边设备的电流侵入。

该检测采用数字钳形表，在设备PE接地导线上测量。

4 结语

静电放电可对电子产品和仪器设备等造成极大损坏，给人们的生产生活带来巨大损失。场感应模式是静电放电较为普遍的一种方式，其形成条件较为宽泛，人们在分析电子产品或仪器设备受损原因时常常容易忽视其影响。为了最大限度降低场感应模式静电放电带来的损失，应掌握其产生的条件和规律，总结有效的防范措施，并制定相应的检测方法。只有这样，才有可能制造出质量可靠的电子产品和仪器设备。

[1] 吴勇，刘国红，顾立娟，等.空气式静电放电的实验分析[J]. 高电压技术,2011,37(1):131-135.

[2] McAteer O J. Electrostatic discharge control [M]. New York: McGraw-Hill，1990.

[3] 刘尚合，魏光辉，刘直承，等. 静电理论与防护[M].北京:兵器工业出版社，1999.

[4] 汪东艳，张林昌.电力电子装置电磁兼容性的研究进展[J]. 电工技术学报，2000,15(1):47-51.

责任编辑马彤

PrecautionandDetectionofField-InducedModelElectrostaticDischarge

ZHANG He，YANG Hui，XU Haiyan

(Shanhai Jianke Technical Assessment of Construction Co., Ltd.， Shanghai 201108, China)

Field-Induced Model electrostatic discharge (FIM) is a common electrostatic discharge model, which has considerable hidden. It could cause incalculable damage to electronic equipment.If there exists one of the following sequences in the system, it has the basic condition to occur Field-Induced model electrostatic discharge (FIM), which is stray current, harassment current, noise voltage, ground disturbance or improper laying transmission lines. To precaution this model electrostatic discharge, two kinds of methods was introduced in the paper, they are discharging electrostatic to the ground and Source prevention. For the purpose of finding out whether a system is under the danger of FIM, relevant detection measurements were proposed.

field-induced model，electrostatic discharge，detection

O 441

：A

张贺(1983-)，男，硕士，工程师，主要从事结构材料和防静电工程等方面的检测评估工作。

2014-09-18