Приложение A
(справочное)
А.1 Общие положения
Защита ТС от разрядов статического электричества имеет большое значение для изготовителей и потребителей.
Широкое использование микроэлектронных компонентов усиливает необходимость исследования различных проблем надежности ТС поиска путей повышения надежности.
Проблема импульсных разрядов статического электричества становится более значимой для неконтролируемых условий окружающей среды и расширяющегося применения оборудования и систем.
ТС также могут быть подвержены воздействию электромагнитного поля, если возникают разряды от обслуживающего персонала на близлежащие предметы. Кроме того, разряды могут возникнуть между металлическими предметами, такими, например, как стулья и столы, находящиеся поблизости от оборудования. Считается, что испытания, приведенные в настоящем стандарте, достаточно точно моделируют эффекты от воздействия описанных явлений.
Электростатические разряды от оператора могут привести к сбоям функционирования ТС или повреждению электронных компонентов. Эти явления зависят от параметров импульса разрядного тока (амплитуда, время нарастания, длительность и т.д.).
Важность проблемы и необходимость разработки защитных мер, помогающих предотвратить нежелательные эффекты из-за разряда статического электричества на ТС, потребовало разработки стандартизованных методов испытаний, описанных в настоящем стандарте.
А.2 Влияние условий окружающей среды на уровни заряда
Возникновению электростатических зарядов в наибольшей степени способствуют использование синтетических покрытий и низкая относительная влажность воздуха в помещениях. Существует много способов возникновения электростатических разрядов. Обычной является ситуация, когда оператор передвигается по ковру из синтетического материала и с каждым его шагом электроны передаются из его тела на ковер. Трение между одеждой оператора и стулом может вызвать накопление электростатических зарядов. Оператор может заряжаться непосредственно или при помощи электростатической индукции, в последнем случае проводящий коврик не обеспечит защиты до тех пор, пока оператор не будет заземлен на него.
Максимальные значения напряжения, до которого могут быть заряжены различные ткани в зависимости от относительной влажности воздуха, приведены на рисунке А.1.
Рисунок А.1 - Максимальные значения напряжения, до которого могут быть заряжены операторы при контакте с материалами, приведенными в разделе А.2
ТС могут подвергаться воздействию электростатических разрядов напряжением до нескольких киловольт в зависимости от типа синтетической ткани и относительной влажности окружающего воздуха.
А.3 Влияние условий окружающей среды на разрядный ток
Для определения требований помехоустойчивости при воздействии электростатических разрядов в качестве основного параметра используются значения электростатического напряжения, устанавливаемые в соответствии с условиями окружающей среды у потребителя. Однако установлено, что передача энергии испытуемому ТС зависит не только от значения электростатического напряжения, вызывающего разряд, но в большей степени, от значение импульсного разрядного тока.
Также установлено, что пропорциональность значения разрядного тока по отношению к значению напряжения перед разрядом нарушается при более высоких значениях напряжения.
Вероятными причинами нарушения пропорциональности между значением напряжения перед разрядом и значением разрядного тока при более высоких значениях напряжения могут быть:
- влияние разряда через длинную дугу при высоких значениях напряжения, что приводит к увеличению времени нарастания импульса разрядного тока и, следовательно, уменьшению пропорциональности более высоких спектральных компонентов разрядного тока напряжению перед разрядом;
- влияние процесса развития разрядного тока через небольшие емкости при высоких значениях напряжения в предположении, что объем заряда будет оставаться постоянным для типичных случаев генерации заряда.
Исходя из вышеизложенного, требования помехоустойчивости для окружающей среды у потребителя должны быть определены в значениях амплитуды разрядного тока.
Использование данной концепции облегчает проектирование испытательного генератора. Компромисс в выборе зарядного напряжения испытательного генератора и разрядного сопротивления позволяет обеспечить требуемые значения амплитуды разрядного тока.
А.4 Выбор степеней жесткости испытаний
Степени жесткости испытаний, выбираемые в соответствии с типовым размещением и условиями окружающей среды, приведены в таблице А.1.
Таблица А.1 - Выбор степеней жесткости испытаний
Степень жесткости |
Относительная влажность, %, не более |
Антистатический материал |
Синтетический материал |
Максимальное напряжение, кВ |
1 |
35 |
|
2 |
|
2 |
10 |
|
4 |
|
3 |
50 |
|
8 |
|
4 |
10 |
|
15 |
Рекомендуемые степени жесткости испытаний должны соответствовать указанным в разделе 5.
Для некоторых материалов, например, дерево, бетон и керамика, степень жесткости испытаний должна быть не выше 2.
При выборе степени жесткости испытаний для конкретной обстановки необходимо учитывать воздействия наиболее существенных параметров электростатического разряда.
Наиболее существенным параметром, возможно, является скорость изменения разрядного тока, которая может быть различной при различных комбинациях значений зарядного напряжения, пикового разрядного тока и времени нарастания импульса.
Например, требуемое воздействие электростатического разряда напряжением 15 кВ в среде с применением синтетического материала более чем достаточно перекрывается при использовании контактного разряда испытательного генератора со степенью жесткости 4 (8 кВ/30 А) в соответствии с требованиями настоящего стандарта.
Вместе с тем, при крайне низкой влажности среды и применении синтетических материалов возникают более высокие напряжения, чем 15 кВ. Поэтому в случае испытаний ТС с изолированными поверхностями целесообразно применять метод воздушного разряда при напряжении не более 15 кВ.
А.5 Выбор точек воздействия
Испытательные точки для воздействия электростатическими разрядами могут включать в себя, например:
- точки на металлических частях корпуса, которые электрически изолированы от земли;
- любые точки на панели управления или на клавиатурах ТС и любые другие точки связи "человек - машина", такие как переключатели, рукоятки, кнопки, индикаторы, светодиоды, щели, решетки, корпуса соединителей и другие, доступные для оператора места.
А.6 Техническое обоснование использования метода контактного разряда
Результаты испытаний методом воздушного разряда во многом зависят от влияния скорости приближения разрядного наконечника, влажности воздуха и конструкции испытательного оборудования, что приводит к изменениям времени нарастания импульса и силы тока разряда.
В приведенной в настоящем стандарте конструкции испытательного оборудования электростатический разряд моделировался посредством разряда заряженного конденсатора через разрядный наконечник на испытуемое ТС, при котором разрядный наконечник через зазор создает искру на поверхности испытуемого оборудования.
Искровой разряд - сложное физическое явление. Было установлено, что при изменяющемся до возникновения искрового разряда зазоре результирующее время нарастания (или нарастающий фронт) разрядного тока может изменяться от менее 1 нс до более 20 нс в зависимости от изменения скорости приближения.
Сохранение постоянной скорости приближения не приводит к стабилизации времени нарастания. Для некоторых комбинаций напряжение / скорость приближения время нарастания импульса разрядного тока может иметь разброс до 30 раз.
Примечание - При высоких напряжениях воздушный разряд может представлять собой последовательность разрядов.
Единственным переключающим устройством, которое в состоянии стабильно создавать быстро нарастающие разрядные токи, является реле. Реле должно функционировать при достаточно высоких напряжениях и обеспечивать одиночный контакт (для избежания двойных разрядов на фронте нарастания). Для более высоких напряжений предпочтительными являются вакуумные реле. Опыт показывает, что при использовании реле в качестве переключающего элемента не только форма импульса разрядного тока является намного более стабильной в своей нарастающей части, но также и результаты испытаний реальных ТС являются более воспроизводимыми.
Следовательно, импульсное управляемое реле является устройством, обеспечивающим создание требуемого импульса тока с заданными амплитудой и временем нарастания. Этот ток соотносится с реальным напряжением электростатического разряда, как указано в А.3.
А.7 Выбор элементов испытательного генератора
Для того, чтобы отобразить емкость человеческого тела, используют накопительную емкость номинальным значением 150 пФ.
Для имитации сопротивления человека, держащего в руке металлический предмет, например ключ или инструмент, должен быть использован резистор сопротивлением 330 Ом. Установлено, что эта ситуация достаточно типична, чтобы отобразить все разряды от человека.
А.8 Техническое обоснование выбора характеристик испытательного генератора
При испытаниях реальных ТС на устойчивость к электростатическим разрядам был выявлен ряд причин, влияющих на воспроизводимость результатов испытаний конкретных ТС. Рассматривались характеристики рабочих мест для испытаний при использовании контактного разряда и способы калибровки. В текст настоящего стандарта были введены уточнения, относящиеся к рабочим местам для испытаний и к калибровке. Рассматривался также вопрос об изменении технических характеристик испытательного генератора, однако в настоящем стандарте данные характеристики остались без изменения. Ниже приводится обоснование такого решения.
Существуют две причины, влияющие на воспроизводимость результатов испытаний при использовании метода контактного разряда, связанные с характеристиками испытательного генератора:
- форма разрядного тока испытательного генератора после первого пика, т.е. в интервале времени от 2 до 60 нс;
- излучаемое электромагнитное поле испытательного генератора, создаваемое при подаче электростатического разряда на испытуемое ТС.
Были проведены испытания с модифицированными испытательными генераторами, форма разрядного тока которого соответствует требованиям настоящего стандарта. Результаты испытаний показали:
- жесткость испытаний, влияющая на функционирование испытуемых ТС, изменялась при использовании различных испытательных генераторов;
- изменение требований привело к улучшению форм разрядного тока испытательных генераторов во временной и частотной областях;
- новая форма разрядного тока не обеспечила существенного улучшения воспроизводимости результатов испытаний конкретных испытуемых ТС.
Исследование влияния излучаемого импульсного электромагнитного поля требует значительных ресурсов для проведения серии испытаний, при этом необходимо провести углубленный технический анализ с тем, чтобы понять, как контролировать соответствующие параметры, влияющие на воспроизводимость результатов испытаний.
Считается, что изменения, внесенные в настоящий стандарт, приведут к улучшению воспроизводимости результатов испытаний. Вместе с тем, для включения в последующие издания стандарта результатов оценки влияния излучаемых импульсных полей на воспроизводимость результатов испытаний потребуются дополнительные исследования.
