汽车静电放电测试

远方EMC&电源技术应用探索NO.20111025EMC技术与应用--汽车电磁兼容前言本期为大家介绍汽车静电放电抗扰度测试的相关内容。我们从标准要求、各汽车厂家测试区别等方面经行分析，希望能够为各位在产品设计和测试时提供帮助。后续会对汽车微脉冲干扰、电压跌落、高能量抛负载等测试项目进行分期介绍，敬请期待。一、标准要求汽车电子零部件和整车静电放电抗扰度测试标准主要有三类：1.国际标准，如IS010605；2.地区性标准，如北美地区的SAEJ1113-13；3.由各汽车整车厂商自行设定的测试标准。从标准的被接受程度上来看，ISO10605无疑是应用最广泛的，我们的国家标准（GB-T_19951-2005_道路车辆-静电放电产生的电骚扰试验方法）就是引用于ISO10605。下面我们看下，各大汽车厂商的标准引用情况：汽车厂商测试标准引用标准雪铁龙B217110ISO10605/IEC61000-4-2福特ES-XW7T-1A278-ACISO10605通用GWM3097ISO10605宝马GS95002ISO10605日产E-28401NDS02ISO10605/IEC61000-4-2戴姆勒克莱斯勒PF-10540SAEJ1113-13大众TL82466-2000IEC61000-4-2马自达MESPW67600ISO10605/SAEJ1113-13表1汽车厂商的静电放电测试标准和引用标准远方EMC&电源技术应用探索NO.20111025二、静电放电模型汽车静电是模拟人与汽车在接触过程中，由于静电电位不同而引起的电荷转移，放电模型如图1所示。从接触环境上分，又有车内环境和车外环境。ISO10605规定的Rd为2000Ω，车内人体电容Cs为300pF，车外人体电容Cs为150pF，放电模型分别如图a和图b所示。远方EMC&电源技术应用探索NO.20111025汽车厂商对人体模型采用的标准也不尽相同，而是根据对模型参数的理解及测试严酷度的需求对模型的参数进行调整（见表2）。汽车厂商模块试验敏感度分类试验整车试验雪铁龙Cs=330pFRd=2000ΩCs=150pFRd=330Ω/福特Cs=330pF/Cs=150pFRd=2000ΩCs=150pFRd=2000Ω/通用Cs=330pF/Cs=150pFRd=2000ΩCs=150pFRd=2000Ω/宝马Cs=150pFRd=330ΩCs=150pFRd=330Ω/日产Cs=330pFRd=2000ΩCs=150pFRd=330Ω/戴姆勒克莱斯勒Cs=330pF/Cs=150pFRd=300ΩCs=150pFRd=2000Ω/大众Cs=330pFRd=330ΩCs=150pFRd=330ΩCs=330pF/150pFRd=330Ω马自达Cs=330pFRd=2000ΩCs=330pFRd=2000Ω/表1汽车厂商采用的汽车放电模型参数以戴姆勒克莱斯勒的标准为例，在做模块试验时，采用ISO10605规定的330pF作为人体电容，同时采用IEC61000-4-2规定的330Ω作为人体电阻。这样，一方面使人体放电模型更接近人体在车辆内部的状态，同时又可以保证足够的测试严酷度。三、测试方法ISO10605中规定了三种情况的试验规程：电子模块试验（实验室环境，设备通电进行）、整车试验、为包装搬运而规定的电子模块敏感度分类试验（实验室环境，设备不同点）。整车厂商的测试标准中大都包换电子模块试验和敏感度分类试验，只有德国大众公司要求进行整车试验。远方EMC&电源技术应用探索NO.201110253.1电子模块试验3.1.1试验布置示意图图2电子模块ESD测试布置(通电运行)1——ESD电源；2——ESD模拟器；3——动作执行器；4——电池；5——接地带；6——绝缘块(如果需要)7——被试设备；8——接地平板3.1.2实验步骤：3.1.2.1把被试设备放置在接地平板上(见图2)。如果被试设备是安装在底盘上的电子模块，则将其直接放置在接地平板上并使它们相连。如果电子模块正常安装时是与地绝缘的，试验时电子模块与接地平板间放置一个绝缘块。把电子模块的所有电源端子与电源相连，并给相关其他端子提供必要的输入信号以使被试设备处于其工作模式下，确保远方EMC&电源技术应用探索NO.20111025被试设备至少工作于待机运行模式。3.1.2.2对车内各暴露于表面的把手、按键、开关等操纵件，或车内乘员容易触及的表面进行试验。试验电压应为附录B规定的各电压等级，或试验计划特别规定的电压，分别对被测物进行直接接触放电和空气放电，具体按照3.1.2.4和3.1.2.5进行试验。3.1.2.3各放电试验点在每种电压等级下承受至少3次正电压放电和3次负电压放电，放电间隔最少5s。在每种电压等级下，设备的放电试验点先承受一种极性的放电试验，再承受反极性的放电试验。在每连续3次放电试验期间和之后，检验被试设备是否符合所有使用功能的要求。3.1.2.4直接接触放电将直接接触放电端安装在ESD模拟器上，并对可触及的放电点直接接触放电试验，试验电压采用表B.1规定的接触放电电压等级。3.1.2.5空气放电将空气放电端安装在ESD模拟器上，距离被试设备至少15mm。放电端垂直(±15°)对准放电位置，以速度不大于5mm/s缓慢靠近，直至放电。按照表B.1中空气放电电压等级测试各点。如无放电产生，则继续移动放电端直至放电端与放电点接触。如仍无放电产生，则此位置及此电压等级下的试验停止。3.1.2.6试验报告在试验报告中记录所有相关信息，试验条件和试验偏离情况(视觉的，听觉的，失效的等)。3.2整车试验3.2.1试验规定3.2.1.1在对车辆进行放电试验之前，确保已经在规定的验证周期内执行了附录A规定的ESD模拟器放电验证程序。3.2.1.2放电试验点至少应包括乘客车厢内的乘员能触及的全部电器开关和控制器件，还应包括车辆正常操作使用的按钮、拉杆。手柄。3.2.1.3标准试验流程中，车辆的发动机运行在主动驾驶或怠速下。如果试验流程涉及到使用测功机以某种路面速度行驶的试验系统(如巡航控制)，应在试验时规定车速。远方EMC&电源技术应用探索NO.201110253.2.2试验布置示意图图3整车ESD试验布置1——被试设备；2——ESD模拟器。3.2.3试验步骤3.2.3.1将ESD模拟器接地电缆与乘客车厢内的车身部分电气连接(见图3)。建议连接到金属座椅调节轨道或底盘上。3.2.3.2在乘客车厢内各试验点处，用空气放电的方法(见3.1.2.5)模拟真实的ESD活动。模拟器充分充电后，以不大于5mm/s的速度缓慢接近放电点，直至产生放电。使用330pF、2000Ω放电端，4kV、8kV和15kV电压，对车内可触及的全部放电点进行试验。3.2.3.3使用150pF、2000Ω放电端，25kV电压，对站在车外(此时人体等效电容减小)及进入车内过程中可方便触及的放电点进行试验，如前照灯开关，点火开关。3.2.3.4各放电试验点在每种电压等级下承受至少3次正电压放电和3次负电压放电，放电间隔至少5s。试验参数见表B.2。3.2.3.5在每种电压等级下，整车的全部放电试验点应先承受一种极性的放电试验，再承受反极性的放电试验。3.2.3.6试验期间运行各系统，如加热器控制，空调控制，收音机控制，数显等，以确定其响应。远方EMC&电源技术应用探索NO.201110253.3为包装搬运而规定的电子模块敏感度分类试验3.3.1试验规定3.3.1.1在试验前应先确定接触面试验点，电子模块工作模式，被试模块数量和任何不同于标准试验的特殊说明和变动。3.3.1.2在对被试设备放电试验之前，确保已经在规定的验证周期内执行了附录A规定的ESD模拟器放电验证程序。3.3.1.3在实施ESD之前，需进行被试设备的全部功能试验(检查上升时间，漏电电流等)。被试设备的功能状态应符合A类(见附录B)。3.3.2试验布置示意图图4电子模块的包装搬运敏感度分类试验布置1——模拟器电源；2——ESD模拟器；3——1M静电消耗电阻；4——接地带；5——被试设备；6——静电消耗材料；7——接地平板(如果静电消耗材料的生产厂家要求)。远方EMC&电源技术应用探索NO.201110253.3.3试验规定3.3.3.1被试设备不通电。根据图5进行试验布置。3.3.3.2用接地(带)线连接ESD模拟器高压接地端与接地平板。3.3.3.3把被试设备安放在4.9描述的静电消耗材料上，以便释放(被试设备)机架积聚的电荷。3.3.3.4步骤地对被试设备施加表B.3列出的试验电压。3.3.3.5被试设备搬运时容易触及的(但不限于)连接管脚、壳体、按钮、开关显示、容器螺母和开口施加ESD。此过程应包括搬运时易触及的凹形连接管脚。用横截面积在0.5mm和2mm，长度不大于25mm的绝缘实心金属丝引出凹形连接管脚。注:外壳搭铁，凹形管脚且手指不易触及的模块不必进行本试验。3.3.3.6如果一个接插件内有多个管脚，引出的导线拥挤在一起，以至于对特定导线的放电变得十分困难。此时，应使用多个接插件以减少每个接头内导线的数量。分开评价每个接头的结构。3.3.4实验步骤：3.3.4.1直接接触放电ESD模拟器应使用表B.3规定的直接接触放电电压对选择的放电点进行直接接触放电试验。每次对被试设备放电之后，被试设备的残余电荷都应以下列顺序用1MΩ电阻器(见图4)短接泄地:a)放电位置与地之间；b)被试设备接地点与地之间。针对每个试验点，在每种电压等级下，施加至少6次放电影响:3次正极性，3次负极性。3.3.4.2空气放电ESD模拟器应使用空气放电端，对各放电点施加表B.3规定的空气放电电压。ESD模拟器放电端距离被试设备至少15mm。放电端垂直(±15°)对准放电位置，以速度不大于5mm/s缓慢靠近，直至放电。每次对被试设备放电之后，被试设备的残余电荷都应以下列顺序用1MΩ电阻器(见图4)远方EMC&电源技术应用探索NO.20111025短接泄地:a)放电位置与地之间；b)被试设备接地点与地之间。针对每个试验点，在每种电压等级下，施加至少6次放电影响:3次正极性，3次负极性。如无放电产生，则继续移动探头直至模拟器放电端与放电点接触。如仍无放电产生，则此位置及此电压等级下的试验停止。对不可触及(无接头型)的试验点进行试验时，应缓慢移动放电端足够接近目标以便产生放电。应考虑到存在ESD模拟器放电端不能直接触及的试验点的情况。3.3.5试验要求3.3.5.1对被试设备的所有试验点，以规定的正极性和负极性电压等级进行放电试验之后，被试设备应进行全部可用的功能试验，其功能状态应与附录B规定的一致。3.3.5.2建议被试设备应至少能承受±4kV的直接接触放电而不损坏，否则该产品在搬运中很难避免ESD损坏。3.3.6试验报告在试验报告中记录相关试验信息，包括任何特殊的试验条件和性能偏离情况。四、汽车设计要点为了提高抗静电能力，在设计时应注意如下几点：1、通过绝缘介质把内部电路和外界隔离开来，避免静电放电的发生。2、使用金属或塑料中加入导电材料的外壳，把内部电路屏蔽起来，防止静电放电电流冲击内部电路。3、搭铁为静电放电提供一条低阻抗通道，可以释放积累的电荷，有效防止静电放电。4、设备中不用的输入端不允许处于不连接或悬空状态，而应当直接或通过适当电阻与搭铁线或电源端相连通。5、良好的PCB板设计可以有效地减少ES干扰对产品造成的影响，这也是电磁兼容设计中ESD设计部分的一个重要的内容。6、除了硬件措施外，软件抑制方案也是减少系统锁定等失常的有效方法。远方EMC&电源技术应用探索NO.20111025附录A图A.1ESD模拟器验证布置1——模拟器电源；2——ESD模拟器；3——同轴标靶；4——示波器；5——接地(带)线；6——双层屏蔽同轴电缆；7——20dB衰减器(可选)；8——接地平板。远方EMC&电源技术应用探索NO.20111025图A.2ESD模拟器验证布置图示1——ESD模拟器；2——20dB衰减g8(可选)；3——波器输入；