三基电子-静电放电测试SKS-0220G使用说明书

上 海 三 基 电 子 工 业 有 限 公 司=静 电 放 电 测 试 仪ELECTROSTATIC DISCHARGE TESTERSKS-0220G使 用 说 明 书上海三基电子工业有限公司注 意 事 项 本仪器是精密高压仪器，内部设计有保护措施，但为了安全和保护本仪器，请特别注意以下注意事项：1. 不要在湿度高的场合中使用本仪器。2. 仪器的F.G.端子要良好接地。3. 仪器通电后，不得用手去触摸放电枪的电极，以防电击。4. 关机时必须先使设备处于STOP状态，即非运行状态，才能切断主机的工作电源POWER。否则关机瞬间电压的突变可能会损坏高压电源。5. 仪器关闭后，不得立刻将放电枪从主机上拆卸下来，以防电击。6. 气隙放电正确操作顺序为：设定好空气放电电压后按住静电枪的扳机将枪头缓慢靠近被试品，待发生气隙放电后将枪头离开被试品同时松开扳机，反复这些操作直至放电次数达到测试要求。使 用 说 明一、静电放电测试仪概述 保护设备免受静电放电的危害，无论对生产厂或者用户都是一个十分重要的问题，特别是采用微电子器件组装以后，为了确保产品和系统的可靠性，对静电放电危害性问题的考虑显得尤其重要。 静电问题与环境条件以及使用场合有关，静电电荷尤其可能在干燥与使用人造纤维的环境中产生。一个最普通的例子是操作人员在控制室的地毯上走动时，他走每一步都可能从他的身体与织物交换中产生(包括得到或丢失)电荷；另外，操作人员和他的座椅间的摩擦也可能产生电荷交换。操作人员可以是直接的或是通过静电感应而带电，对于后者，除非操作人员有适当的接地措施，否则导了电的地毯就起不到任何保护作用。 图给出了不同织物的相对湿度下可能产生的静电电压值，从图中可见针对不同的人造织物与不同的环境条件，设备可以遭到高达数千伏的放电情况。 图 织物依据大气湿度可能带的电压值 已经带了电的人或物在靠近设备的过程中，就可以产生放电，这种放电有可能使设备的正常运行受到影响，也可能造成设备中的某些电子元件损坏。 针对静电问题，有必要利用专门研制的静电放电测试仪来模拟人或物在触摸设备中所产生的静电放电，从而了解对这种设备以及用这种设备所构成的系统在静电放电过程中的可靠性。 为了评定设备在经受静电放电过程中的可靠性，有必要制定出一些测试标准作为相应行业的试验准则。最著名的要数国际电工委员会(IEC)所颁布的电子与电气产品的电磁兼容性基础标准(IEC61000)，其中第4部分是关于测试方法的标准，它一共谈到了十来个分标，静电放电的测试则是其中的第2部分(IEC61000-4-2)。目前国际和国内所风行的一些行业(或产品)标准中，关于电磁兼容性的测试方法和要求大都取材于它。 SKS-0220G是上海三基电子工业有限公司生产的一种在性能上完全符合于IEC61000-4-2要求的静电放电测试仪。本使用说明书将介绍这种测试仪的主要技术性能、使用条件、操作方法和试验配置，尽可能地给用户在使用本仪器时带来方便。 二、IEC61000-4-2标准简介 由于IEC61000-4标准是国际电工委员会所颁布的一个基础性标准,它适合于各种电气与电子设备作电磁兼容性的测试, 所以对针对作静电放电测试的分标准IEC61000-4-2作一些介绍是必要的。 IEC61000-4标准的最大特点首先是体现在它的实用性,它对不同环境条件下的电气与电子设备的电磁兼容性有不同的要求，因此标准适用的面就非常之广。其次，为了确保测试结果的可比性和再现性，在标准中对仪器的构成、仪器的性能校验方法，以及配置等都有详细描述。本节就标准中提到的仪器组成，对测试仪的性能要求以及波形校验等作简要介绍。至于测试配置和使用方法将在随后的章节中予以注明。 2.1 试验的严酷度要求 IEC61000-4-2标准针对被试设备安装与环境条件，将考核要求分成不同的严酷度等级。 凡等级高的设备可以用在等级低的场合，反之则不可以。静电放电的严酷度等级见表1。严酷度等级接触放电测试电压(kV)气隙放电测试电压(kV) 1 2 2 2 4 4 3 6 8 4 8 15 X 特殊 特殊 表1 静电放电的严酷度等级 其中X是一个未定级，根据实际情况由设备制造厂与用户商量决定。 试验的严酷度等级应根据最符合实际的安装与环境条件来加以选择。表2是几种推荐的严酷度等级情况。 级别相对湿度抗静电织物人造织物最大电压(kV) 1 35 X 2 2 10 X 4 3 50 X 8 4 10 X 15 表2 几种推荐的严酷度等级表 对于其它材料，如木头、混凝土、陶瓷等的严酷度等级不会超过2级。2.2 静电放电测试仪组成简图 静电放电测试仪的组成简图见图2所示。测试仪放电时脉冲波形并不取决于高压直流电源，主要是决定于150pf的储能电容、330的放电电阻和外部负载的种类。至于静电放电测试仪的详细原理不进一步叙述。 图2 静电放电测试仪线路简图 2.3 对静电放电测试仪的主要性能要求IEC61000-4-2标准对静电放电测试仪的主要性能要求见表3所示。 储能电容(Cs+Cd) 150pF10% 放电电阻(Rd) 33010% 充电电阻(Rc) 50M100M 输出电压:8KV(额定值) 用于接触放电 15KV(额定值) 用于气隙放电 输出电压指示偏差 5% 输出电压极性 正或负 保持时间 至少5秒 放电方式:单次 至少1秒 放电电流波形 见图3 表3 静电放电测试仪的主要性能要求 表中Cd为分布电容(存在于发生器与被试设备之间、参考接地板和耦合板之间)。 在储能电容上测得的开路电压称为输出电压。 用在研究情况下，测试仪器的放电速率至少要达到每秒20次。 2.4 电流波形的校验 静电放电测试仪的电流波形与被试设备本身的因素有很大关系。举例说，设备如果接地良好，则放电波形就会由测试仪的储能电容和放电电阻所决定的方式经由设备外壳再传到大地。由于接地间的阻抗很低，因此放电波形就会产生非常陡峭的前沿和一个数值为数十毫微秒级的波尾。反之，如果设备外壳接地不良，结果放电波形的上升时间就会比前例多一个数量级，波尾则产生阻尼振荡。 为了能对静电放电测试仪的特性作出判断,以便使测试仪( 包括测试本身的和相同性质的其它型号的测试仪）的测试结果有一定的重复性、对比性和可能性，有必要对测试仪的输出特性进行一定的校验。为此，测试仪器要对一个标准化的电阻负载进行静电放电，放电的电流波形必需满足图3的要求。输出电压(kV)第一峰点电流(A)30ns处电流(A)60ns处电流(A) 2 7.5 4 2 4 15 8 4 6 22.5 12 6 8 30 16 8I at 60ns 图3 放电电流波形 IEC61000-4-2标准已将标准化的电阻负载结构给出在图4之中，测试时，测试仪直接对标准电阻放电，测试波形用的示波器要用1000MHz带宽。示波器带宽不够时，就可能使电流波的上升时间和第一电流峰值的测试结果受到限制。整个波形测试系统的布局见图5所示。 序 号 零件名称 备 注 1 N型接触器插座固定板 配M36.5mm螺钉12个 2 靶身 3 电阻固定板(1) 配N型插座固定板的连接螺钉M2.55mm3个 4 电阻固定板(2) 5 靶面 6 靶面固定螺钉 M36mm用于连接电阻固定板与靶面 7 51电阻 25个 8 240电阻 5个 图4 测试IEC61000-4-2波形用的标准电阻 图5 电流波形测试系统三、SKS-0220G静电放电测试仪 SKS-0220G静电放电测试仪是上海三基电子工业有限公司制造的一种在性能上完全满足IEC61000-4-2标准要求的测试仪。其最大静电电压可以达到20kV，足以覆盖标准中最严酷等级的静电电压要求(第4级气隙放电的静电电压要求为15kV)。所以SKS-0220G静电放电测试仪可用于绝大多数电气与电子设备对于静电放电试验，而且可以保证试验的可比性和再现性。3.1 主要技术参数 (1) 充电电压范围 0.50kV20.00kV(2) 静电极性 正/负/交替(3) 放电频率 0.05S9.99S(4) 放电方式 接触放电/空气放电(5) 探头单元 放电电容: 150pF 放电电阻: 330(6) 放电电极 圆锥形接触电极及球形气隙放电电极(7) 使用环境 温度: 1535 相对湿度: 3060 大气压力: 86KPa(860mbar)106KPa(1060mbar)(8) 使用电源 单相AC220V10%， 5060Hz (9) 外形尺寸 293320170mm（DWH）(10) 仪器净重量 约11kg(11) 附件 三芯电源线 放电枪 放电电极（尖头、圆头） 使用说明书 测试报告3.2 仪器面板功能描述 仪器面板示意见图6所示。图6 操作面板示意图 图中各部分的功能如下：(1) “UP”参数设定递增键该按键只在参数修改界面才有效，按下此键后，被设参数递增。(2) “DOWN”参数设定递减键该按键只在参数修改界面才有效，按下此键后，被设参数递增。(3) “LEFT”光标位置左移按键该按键若使用有效时，在液晶对应位置上显示为指向向左的箭头，该键无效时，液晶对应位置显示为*，当该按键有效时，按下按键，光标位置左移一位。(4) “RIGHT”光标位置右移按键该按键若使用有效时，在液晶对应位置上显示为指向向右的箭头，该键无效时，液晶对应位置显示为*，当该按键有效时，按下按键，光标位置左移一位。(5) “ENTER/SAVE”确定/保存复合键该按键有两种功能，在参数设定修改的界面下，该按键为SAVE保存功能，按下该键后，设定好的参数值会保存在设备中；在其它界面下，该按键为ENTER确定功能，按下按键后，设备会进入到下一操作界面。(6) “BACK”返回键该按键为返回键，该按键有效时，在液晶对应位置上显示为”BACK”，按下该键，界面返回到上一界面；该按键无效时，在液晶对应位置上显示为*。(7) “START”开始运行键该按键为运行键，当静电枪已经连接在主机上后，该按键才有效；按下按键，设备处于高压状态，等待枪的触发。(8) “STOP”停止运行键该按键为停止键，当设备处于高压运行状态时，按下按键，设备停止高压运行，枪触发无效。(9) “HV-ON”高压运行指示灯当设备处于高压运行状态时，该指示灯亮，停止状态，指示灯灭。(10) “OUTPUT”插口用于连接静电放电枪，放电枪内的控制信号，也由插口内的控制芯线提供。(11) “POWER”电源开关此开关用于接通SKS-0220G主电源，开关按入时，设备主电源接通。(12) 液晶显示屏用于显示操作界面，包括放电方式、放电电压、放电次数和间隔时间。3.3 仪器后面板功能的描述 仪器后面板的示意图见图7所示。 图7 SKS-0220的后面板图中各部分的功能如下:(1) POWER IN 插座 为仪器供电电源的输入插座。使用电压范围为AC220V10%。(2) FUSE 座子 仪器供电电源的保险丝座子。采用的保险丝为3A。(3) F.G. 端子仪器的接地端子。使用时应将F.G.端子通过导线与实验室保护接地铜排相连，即仪器可靠接地。(4) 支撑脚试验时可使仪器面板朝上直立在试验室地面,以便于测试人员操作。3.4 放电枪 放电枪的外形见图8所示。图8 放电枪 图中各部分功能如下:(1) 放电电极 放电电极有两个。一个为圆锥形，另一个为圆球形。前者用于接触放电试验，后者用 于气隙放电试验。根据试验要求的不同，用户可自行更换使用。注意圆锥体的尖端不 能折断。(2) 放电枪枪机 放电枪枪机的操作与放电模式有关，对空气放电来说，要扣一次枪机，放一次电。对接触放电来说，只要扣住枪机，放电便一直进行，放电速率由设定的间隔时间决定。(3) 放电电阻、储能电容压入仓 符合IEC61000-4- 2标准要求的放电电阻(330)和储能电容(150pF)由此压入，以保证与放电电极之间的距离最短，确保放电波形符合标准的要求。(4) 高压电缆(附高压探极)用来将直流高压电源的输出电压连接到放电枪中。作为放电枪控制用的一些信号线，也从这根电缆引入，所以这根电缆实际上是一根高压组合电缆。(5) 接地回线3.5 液晶开机界面 上 海 三 基 欢 迎 您 使 用 图9 3.6 液晶显示界面一 1. IEC等级 2. 用户设定3. 电压渐升 4. 主机触发 图10在该显示界面下，一共显示了四个可供选择的界面，分别是IEC等级界面、用户自设定界面、电压渐升界面和主机触发界面。通过LEFT左移键或RIGHT右移键将光标移动至想要进入的界面前，例如上图光标在IEC等级的前面，此时按下ENTER确认键后，界面将会进入相应的操作界面。其中显示屏最后一行的按键指示符中，若对应显示为*，则表示该按键为无效状态。3.7 IEC等级显示界面（图11） 接触放电 LEVEL 1 +2.00KV次数:1000 间隔：0.05S 图11该界面为IEC标准等级界面，是根据IEC标准设定的，分为LEVEL1LEVEL4四个等级，在四个等级下，电压值是固定的，不能修改，但极性可以设定，其它参数可以通过LEFT左移、RIGHT右移、ENTER确认键进行修改。按下BACK返回键后，会返回到前一界面。在该界面下参数的范围如下，放电方式为：接触放电/空气放电；LEVEL为：14；电压极性为：+/-；次数设定范围为：00019999；间隔时间为：0.05S9.99S，步进为：0.01S。3.8 用户自设定显示界面（图12） 接触放电 USER 1 +2.00KV次数:1000 间隔：0.05S 图 12该界面为用户自设定界面，可以根据自己的试验要求自定义电压值，在此界面下分了USER 1USER 4四个界面，用户可以分别保存四组参数，所有参数均可以通过LEFT左移、RIGHT右移、ENTER确认键进行修改保存。按下BACK返回键后会返回到前一界面。在该界面下参数的范围如下，放电方式为：接触放电/空气放电；USER为：14；电压范围为:0.50KV20.0KV，步进为：0.01KV；次数设定范围为：00019999；间隔时间为：0.05S9.99S，步进为：0.01S。3.9 电压渐升显示界面（图13） 接触放电 步进：1.0KV+02.0KV +15.0KV次数:1000 间隔：0.05S 图13该界面为电压渐升界面，在该界面下除了放电方式、放电次数和放电间隔这几个通用参数之外，另外还有三个参数：起始电压、终止电压和步进电压。参数设定好开始运行后，设备从起始电压开始放电，达到设定的放电次数后，设备会自动切换极性并保持电压值不变继续放电，当达到相同次数后设备再次自动切换极性并且电压渐升，当电压渐升后达到最高设定电压（终止电压）时，维持最高设定电压放电，直至达到设定的放电次数后设备自动终止放电。渐升电压的步幅为0.1KV5.0KV（最小步幅为0.1KV）；渐升电压起始范围为0.5KV15.0KV；渐升电压终止范围为0.6KV20.0KV；次数设定范围为00019999；间隔时间设定范围为0.05S9.99S，可调步幅为0.01S； 3.10 主机触发显示界面（图14） 连续放电 +2.00KV 次数:1000 间隔：0.05S 图14该界面为主机触发界面，不同于以上其它界面的是，在该界面下，放电动作的发生不是靠枪内部来触发的，而是靠主机的START按键来触发的，其中放电的方式又分为连续放电和单次放电两种。参数设定好后，按下START运行键后，在界面的下方会出现“READY”的英文提示字样，此时高压已经上电，当再次按下START运行键后，如果是设定的单次放电，则枪会放一次电，如果设定的是连续放电，则枪会按照设定好的间隔时间，连续放电，直至设定的次数为止。还有不同的是在此界面下，设备无保存功能。在该界面下参数的范围如下，放电方式为：单次放电/连续放电；电压为：0.50KV20.0KV，步进0.01KV；次数设定范围为：00019999；间隔时间为：0.05S9.99S，步进0.01S。四、静电放电试验的配置静电放电试验有两种方式：一种是接触放电，包括直接对导电地面的放电和对耦合板的放电；另一种是在绝缘表面的气隙放电。另外要对两种不同的测试方式区别开来，即实验室测试和现场测试。4.1 实验室放电试验的配置实验室地板上要有一块最小厚度为0.25mm 的铜材或铝材构成的参考接地板（如用其它金属板材，其厚度至少为0.65mm）。它的最小面积为1 。但实际尺寸要取决于被试设备的外形尺寸，它在每一边上至少要超出被试设备或试验桌上水平耦合板0.5m，同时还要使它与保护接地系统相连。被试设备要根据它的工作情况来连接，但被试设备与实验室的墙壁和其它金属物体之间至少要离开1m。被试设备根据安装规定与接地系统相连, 不允许再有附加接地，电源线和讯号电缆也要按照实际的安装位置来设置。测试仪的放电返回电缆要与参考地相连，其长度通常是2m。如果这一长度超过了对选定的放电点所需要的长度，其超过部分不应太靠近试验配置中的其它导电部分(至少0.2m)，而且与参考地之间不存在感应。接地电缆与参考接地板之间的连接，以及所有的焊点都应是低阻抗的。用于间接放电的耦合板其材料与厚度应和接地板是一致的，并通过每一端上均带有470k电阻的电缆与参考接地板相连接，这些电阻要经得起放电电压，同时当电缆在接地板上的时候也不会引起短路。4.1.1 台式被试设备图9是台式被试设备的试验配置，除图中说明外，被试设备和电缆与耦合板之间要用0.5mm 厚的绝缘物隔开。水平耦合板每边应至少比被试设备大出0.1m规定距离，如果被试设备太大，可选用更大的试验桌子或同时使用两张相同的试验桌子(拼在一起)，在两张桌子的拼合处复一块同样的金属板，金属板各压住每个桌面0.3m以上(水平耦合板不必拼焊在一起)。但要求两张桌子分别用带电阻的电缆与参考接地板相连。图9 台式设备的试验配置4.1.2 地面式被试设备地面式被试设备的配置详见图10所示。被试设备的安装将予保留。 图10 地面式被试设备的配置4.2 现场试验的配置现场试验完全按照现场的安装情况来做。为了使测试仪的放电返回电缆的接线方便，在地板上要放一块参考接地板。参考接地板距离设备大约 0.1 m。接地板宽0.3m长约2m。参考图11 现场试验的配置接地板要保护接地，如果不可能时，可直接接到被测设备的参考接地端子上。测试仪的放电返回电缆接到靠近被试设备的参考接地板上。如果被试设备是放在金属桌上，那么这张桌子要经过每一端都带有470k电阻的电缆再接到参考接地板上，以防止电荷的积累。图11是一个实例。五、试验方法5.1 实验室试验条件如果是气隙放电,则气候条件应在下例范围内： 环境温度：1535 相对湿度：3060 大气压力：86106KPa此外，实验室中的电磁环境应不影响测试结果。5.2 试验步骤(1) 通过后面板上的POWER IN(后面板(1)插座将仪器与外部电源相连。(2) 将放电枪插入OUTPUT插口(前面板(15)，注意插入时放电枪插口凹槽在正上方方 向。然后将连接套顺时针方向旋紧。(3) 选择是空气放电还是接触放电。如果要做接触放电试验，选用尖锥形的放电电极，如果要做气隙放电试验，选用球形的放电电极，注意，换放电电极及插入放电枪时必须使设备处在断电情况下进行，以免遭到电击。(4) 开机后选择需要进入的界面：IEC等级界面/用户设定界面/电压渐升界面/主机触发界面，在相应的界面下，先根据选好的放电电极，设定好放电方式，再根据要求设定电压、放电的次数和放电的间隔时间等。(5) 参数设定好后，按下START运行键，高压指示灯亮，液晶显示屏下方显示“HV-ON”，此时扣动枪上面的扳机，就会发生放电动作。在接触放电下，一直扣着扳机，枪会按照设定的间隔时间依次放电，在空气放电下，扣动一次扳机，枪才放一次电，若不松开扳机，枪则不会继续放电。若是在主机触发界面下，则是由主机来控制放电，操作参考3.10所述。当放电至设定的次数后，设备会自动停止放电，进入待机状态，若想在试验中间停止运行，只要按下STOP停止键，设备就进入待机状态。(6) 如果是接触放电，要使放电枪确实与被试品接触，并保持放电姿势不动，如果是空气放电，用手扣住扳机将放电枪慢慢接近试品（注意：不能接触），直到放电发生为止，然后移开枪身松开扳机，按试验要求的时间间隔，再重新扣住扳机将放电枪向被试品靠近，直至另一次放电发生为止。(7) 试验全部结束后，设备处于“STOP”停止运行状态，高压指示灯灭，按下“POWER”开关关断设备的电源。若要卸下放电枪，一定要先在关掉设备电源2分钟后再逆时针方向卸下，以确保安全。5.3 对被试设备的直接放电试验应在正常操作时，操作人员可能触摸到被试设备表面上的点和面进行。试验电压由小到大逐渐增加，最后增至所选定的严酷度等级。测试时采用单次放电。每点10次，每次放电后要间隔1秒后再做另一次放电。有时为了确定系统是否出错，间隔时间取得稍长一点。对用于研究为目的的试验，有时可以将放电速率用到每秒20次。放电中，放电枪要垂直于放电表面，这有助