醫(yī)用電氣設(shè)備電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)主要有三類：*類是標(biāo)準(zhǔn)，如IEC61000-4-2；第二類是地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)，如EN61000-4-2，GB/T17626.2；第三類是各產(chǎn)品族的抗擾度標(biāo)準(zhǔn)，如醫(yī)用電氣設(shè)備YY0505。GB/T17626.2/IEC61000-4-2是被接受和引用zui廣泛的標(biāo)準(zhǔn)。絕大多數(shù)的產(chǎn)品族標(biāo)準(zhǔn)的靜電放電測試標(biāo)準(zhǔn)都是在其基礎(chǔ)上增加若干細(xì)節(jié)或做一些改動。

1.1 靜電放電發(fā)生器

靜電放電發(fā)生器用于模擬人體或物體對鄰近的電氣和電子設(shè)備靜電放電時的情況，還包括從人體到靠近關(guān)鍵設(shè)備的物體之間可能發(fā)生的靜電放電。目的在于建立通用和可重現(xiàn)的基準(zhǔn)，以評估電氣和電子設(shè)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(jī)械模型、帶電設(shè)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(shè)備上的導(dǎo)體進(jìn)行放電；機(jī)械模型則是模擬機(jī)械設(shè)備帶電的情況；帶電設(shè)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(nèi)倒出帶電，在接觸或使用器件時發(fā)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(shè)備并進(jìn)行放電的情況。標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-2采用人體金屬模型，主要參數(shù)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(fā)生器簡圖

人體金屬放電模型在靜電放電的嚴(yán)酷程度上相對于其他模型要高很多。因為在同等的嚴(yán)酷程度等級及負(fù)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(fā)生器的校準(zhǔn)

靜電放電發(fā)生器的校準(zhǔn)特性參數(shù)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(shù)要求如表1所示。

圖2 放電電流波形

表1 波形參數(shù)

發(fā)生器校準(zhǔn)主要設(shè)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(yīng)符合GB/T17626.2/IEC6100-4-2標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)超過±0.5dB（＜1GHz時）和±1.2dB（1GHz～4GHz時）。

避免靜電放電產(chǎn)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(fā)生器校準(zhǔn)連接示意圖

   發(fā)生器的接地線一般為標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)的要求。校準(zhǔn)所使用的接地線應(yīng)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(yīng)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(zhǔn)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(guī)定了二種試驗布置：臺式設(shè)備和落地式設(shè)備的試驗布置。臺式設(shè)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(shè)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(shè)備：用厚度約為0.1m的絕緣支架將落地式設(shè)備和電纜與接地參考平面隔離。

地面應(yīng)設(shè)置接地參考平面，zui小尺寸為1m²，實際尺寸取決于受試設(shè)備的尺寸，而且每邊至少應(yīng)伸出受試設(shè)備或耦合板之外0.5m，并與保護(hù)接地系統(tǒng)相連。受試設(shè)備與實驗室墻壁和其他金屬性結(jié)構(gòu)之間的距離zui小1m。耦合板須經(jīng)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(shè)備

不接地設(shè)備或設(shè)備的不接地部件不能自行放電。為了防止受試設(shè)備或受試設(shè)備的部件上的電荷累積，在施加每個靜電放電前，應(yīng)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(shè)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(yǎng)時接觸到的點和表面。

c） 設(shè)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(dǎo)電連接器內(nèi)可接觸到的點，應(yīng)只進(jìn)行空氣放電。

e） 由于功能原因?qū)o電放電敏感并有靜電放電警告標(biāo)簽的連接器或其他接觸部分可接觸到的點。

f）如設(shè)備制造廠家未說明表面涂漆為絕緣層，則發(fā)生器的電極頭應(yīng)穿入漆膜，以便與導(dǎo)電層接觸。如廠家指明涂漆是絕緣層，則應(yīng)只進(jìn)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(dǎo)和輻射兩種方式進(jìn)行干擾。

傳導(dǎo)方式是某個電路部分構(gòu)成了放電路徑，靜電放電電流直接侵入設(shè)備內(nèi)電路。輻射方式,即靜電放電時產(chǎn)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(shè)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(yīng)出較高的電平噪聲。因此損壞更有可能在傳導(dǎo)耦合時產(chǎn)生，而輻射耦合通常只導(dǎo)致失常。

根據(jù)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(dǎo)方式侵入設(shè)備內(nèi)部電路。

2）加強(qiáng)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(dǎo)或輻射方式干擾設(shè)備的內(nèi)部電路。

3）對敏感的器件或電路進(jìn)行防護(hù)或屏蔽措施，抑制傳導(dǎo)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(dǎo)或輻射方式侵入設(shè)備內(nèi)部電路。

抑制靜電放電干擾器件的特性必須具備響應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)生的干擾信號進(jìn)行濾波處理。

4.1 空氣放電

空氣放電對的開關(guān)、指示燈、按鈕等絕緣部分進(jìn)行測試，當(dāng)靜電電壓達(dá)到一定程度，就會擊穿絕緣間隙，泄放到大地，中間可能經(jīng)過單板或者耦合到單板上，產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(guān)鍵電路處理

對敏感電路增加防護(hù)器件，吸收和濾除靜電放電對敏感器件產(chǎn)生的干擾。

3）PCB布線處理

對于敏感電路走線，應(yīng)減小環(huán)路，增加地線回流，同時要進(jìn)行濾波處理。

4.2 接觸放電

    接觸放電主要對設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)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(chǎn)生電磁場對設(shè)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(dǎo)電布或金屬鋸齒簧片加強(qiáng)接觸，保證接地可靠。

3）對于無接地外殼：把接口防護(hù)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(hù)器件或進(jìn)行屏蔽處理來阻止靜電放電產(chǎn)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(jìn)行空氣放電試驗時，系統(tǒng)死機(jī)。

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(jìn)行靜電放電，導(dǎo)致干擾信號侵入內(nèi)部電路，造成系統(tǒng)死機(jī)。

處理方法：通過結(jié)構(gòu)處理，對觸摸屏在不影響觸摸感應(yīng)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(jìn)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(jìn)而干擾不了內(nèi)部電路。如圖4所示。

圖4 整改后結(jié)構(gòu)圖

接觸放電案例分析：

問題：對金屬外殼、VGA連接器進(jìn)行接觸放電試驗時，屏幕黑屏，無顯示、系統(tǒng)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(jìn)行放電，干擾信號通過傳導(dǎo)方式侵入內(nèi)部電路并且放電產(chǎn)生的電磁脈沖通過輻射方式耦合到內(nèi)部電路，造成屏幕黑屏，無顯示、系統(tǒng)重起。

處理方法：通過對連接器進(jìn)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(jìn)行了濾波；同時加裝屏蔽殼，屏蔽靜電泄放產(chǎn)生的電磁脈沖干擾。如圖5所示。

圖5 整改后結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)語

   通過對GB17626.2/IEC61000-4-2靜電放電抗擾度測試標(biāo)準(zhǔn)的介紹，特別是靜電放電的試驗?zāi)康摹㈧o電放電生器原理和校準(zhǔn)、靜電放電的試驗布置、試驗方法等。然后根據(jù)靜電放電的原理及放電方式進(jìn)行了靜電放電失敗的整改措施和處理方法詳細(xì)的描述，zui后通過針對性的整改案例加深對標(biāo)準(zhǔn)和整改措施、方法的理解。