安防产品静电放电抗扰度试验及防护技术研究

■ 文/公安部检测中心 吴芳 谢峰

关键字：安防产品 静电放电抗扰度 电磁兼容

1 引言

随着安防行业的迅速发展，近年来安防产品在社会公共安全领域中应用越来越广，成效越来越显著。为了更好保障安防产品的质量和应用成效，检测成为安防电子产品的重要验证方式。安防产品的检测项目通常包括产品的功能和性能、环境适应性、安全性和电磁兼容性等方面。其中，电磁兼容性中的静电放电（ESD）抗扰度是验证安防产品质量的重要指标，此项试验主要是为模拟安防产品遭受来自操作者和对邻近物体的静电放电干扰，检验对产品功能和性能造成的影响。

2 静电放电及其危害

静电放电是常见的电磁兼容（EMC）问题，其实质是不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移，具有高电位、瞬时大电流的特点。静电放电具有一定的危害性，一种危害是可直接通过能量交换造成电子设备产生故障，损坏电子元器件，特别是CMOS集成电路、场效应晶体管等敏感性元器件受到静电放电干扰时导致性能下降，甚至击穿；另一种危害是引起产品内部电场与磁场变化，产生高幅值、宽频带的电磁辐射，这种电磁辐射干扰通过多种途径耦合到电子控制设备，干扰信息和数据的传输和存储，导致控制设备误动作、显示错误、信息丢失、设备性能下降、设备程序运行紊乱等现象。

在日常检测过程中，安防产品在进行静电放电试验时常见故障有以下几种情况：一种是试验过程中出现功能的降低或丧失，但在骚扰停止后，样品能自行恢复，如数字硬盘录像机的重启，监控设备画质变差再恢复等等；另一种是试验中安防产品存在损坏但不能自行恢复，如指纹采集设备损坏不能正常采集指纹，报警设备出现误报警等等。

3 安防产品静电放电抗扰度试验采用标准

静电放电抗扰度试验国家标准主要有《GB/T 17626.2－2006 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验》和《GB/T 19951-2005 道路车辆 静电放电产生的电骚扰试验方法》。在安防电子产品的GA行业标准一般均采用GB/T 17626.2进行产品静电放电抗扰度试验。标准中对标准的适用范围、静电放电试验的术语和定义、试验等级、试验发生器、试验配置、试验程序、试验结果的评价和试验报告等方面作出了规定。

4 安防产品静电放电抗扰度试验

静电放电抗扰度试验中主要包含试验设备的原理，试验等级，实验室试验配置及注意事项及实验实施和注意事项等方面的内容。

4.1 静电放电发生器

图1 静电放电发生器简图

静电放电模拟器的放电电极头应配置Φ8半球形电极头（用于空气放电）和Φ12锥形电极头（用于接触放电）。

4.2 静电放电抗扰度试验严酷度等级

安防电子产品的静电放电试验等级如表1所示：

表1 静电放电抗扰度试验等级

4.3 实验室试验配置及注意事项

4.3.1 实验室试验布置

为了更好的模拟实际情况，静电放电抗扰度标准中对实验室的布置要求如下：

a）接地参考平面，材料为0.25mm以上的铜板或铝板，在选用其它金属材料时，厚度至少是0.65mm，参考接地板长宽尺寸不限，最小尺寸为1m2，但要求四边超出试验桌面水平耦合板或地面设备每一边0.5m以上，并和实验室保护地相连；

b）水平耦合板（HCP）和垂直耦合板（VCP）（采用与接地参考平面相同的金属和厚度）；

c）两端各带有470kΩ电阻的静电泄放电缆两根，分别接在水平耦合板和垂直耦合板与接地平板之间；

d）0.8m高的木桌及绝缘垫（厚度0.5mm），用于台式设备；

e）绝缘架（高度0.1m），用于落地式设备。

4.3.2 实验室试验场地布置注意事项

a）在距受试设备1m以内应无墙壁和其他金属物品（包括仪器）；

b）不允许有额外的接地线；

c）静电发生器的接地回线与受试设备表面至少保持0.2m的间距，避免相互间有附加感应，影响试验结果。

4.4 试验实施及注意事项

按照标准进行静电放电抗扰度试验时分为以下步骤：

第一步：明确受试设备的典型工作条件

试验应在设备的典型工作条件下进行，受试设备的典型工作条件应为表征设备基本功能的最为严酷的工作状态。

第二步：选取测试点

静电放电方式分为直接放电和间接放电。直接放电只施加在正常使用时人员可接触到的受试设备上的点和面，间接放电施加于水平耦合板和垂直耦合板。

直接放电的测试点应选择在受试设备在正常使用过程中人接触到设备表面或设备的突出部位，通常包括：面板、门、设备零部件上暴露的结构框架区域、控制板、按钮、键盘、键盘区、拉拔环、指示灯和发光二极管、开关电路断路器、易接近的保险丝和保险丝固定器（支架）、开关、静电手环的插座、为金属插座设计的插孔（槽）、金属微型连接器、测试电工插座等。在正常运行状态下，插孔、插座、连接器和其他的一些插座作为测试点应该安装上与之相配合的连接器或者电缆，并且在暴露的表面上进行静电放电测试。相反，如果这些插孔、插座、连接器和其他的一些插座没有正常安装与它们相配合的连接器或者电缆，那么静电放电电极尖端不能插入这些孔或者可接触的区域进行放电。

测试点不应包括下述点位：

a）在维修时才接触到的点和表面；

b）最终用户保养时接触到的点和表面；

c）设备安装固定后或按使用说明使用后不再能接触到的点和面；

d）外壳为金属的同轴连接器和多芯连接器可接触到的点，仅对连接器的外壳施加接触放电。非导电连接器内可接触到的点，应只进行空气放电；

e）由于功能原因对静电放电敏感并有静电放电警告标签的连接器或其他接触部分可接触到的点；

f）如设备制造厂家未说明表面涂漆为绝缘层，则发生器的电极头应穿入漆膜，以便与导电层接触。如厂家指明涂漆是绝缘层，则应只进行空气放电。

第三步：静电放电实施

在正式测试前，可用20次/秒的放电速率进行预测试，对被试设备表面试探一遍，目的是找出设备对静电放电敏感的部位。试探过程中有引起设备数显跳动、误报警、动作异常迹象的部位都作为正式试验考察部位。

正式测试时，按照标准的规定优先采用接触放电的放电方式，空气放电则用在不能使用接触放电的情况下。试验过程中放电的时间间隔和次数要根据受试设备的情况采取不同的方式。对于有接地的设备，试验中可以以连续放电的方式进行，每次间隔1s以或者其他规定的时间间隔。对于没有接地的设备，在试验过程中应进行单次放电，放电的时间间隔应保证前一次放电的电荷在设备上已经泄放完成，避免电荷的积累使得放电点的电压增加影响试验结果。对选定点以正极性和负极性在每个最敏感上至少施加10次放电。试验电压要由低到高逐渐增加到规定值。

4.5 试验结果判定

按照电磁兼容抗扰度标准的要求，静电放电抗扰度试验结果也分为以下4级：

A：在制造商、委托方或购买方规定的限值内性能正常；

B：功能或性能暂时降低或丧失，但在骚扰停止后能自行恢复，不需操作者干预；

C：功能或性能暂时降低或丧失，但需操作人员干预或系统复位；

D：因设备或软件的损坏，或数据丧失而造成不能自行恢复至正常状态的功能降低或丧失。

在安防产品的日常检测过程中，试验结果判定应符合行业要求。一般安防行业标准的判定依据是A或B，即可接收最低情况下受到干扰后能自行恢复。判据C在极特殊的情况下做为合格判据，判据D一般作为不合格判据。

5 静电放电防护措施

静电放电引起的干扰实质是多种途径产生了电荷的转移，影响了产品电路的正常运行。解决静电放电干扰的主要方法是“疏”和“堵”。“疏”即是电荷疏导，防止电荷积累；“堵”即是防止静电放电对电路放电。大部分的静电放电防护措施基本都是从这两点着手，下面介绍一些常见的静电放电防护措施。

5.1 接地

接地是直接将静电放电电荷通过导线连接泄放到大地，是静电放电防护措施中最直接、最有效的方法。对金属外壳而言，外壳各部件之间的搭接非常重要，搭接路径要保持低阻抗，在预计有静电放电的电流经过的部位采用多点接地，对不会有静电电流流过的部位采用单点接地；电缆连接器的外壳、电缆线的屏蔽层和金属开关外壳要与金属机箱良好连接，而且离开机箱接地点越近越好。

5.2 介质隔离

通过绝缘材料把内部电路和外界隔离开，也是静电防护常用的防护措施之一。1mm厚的PVC塑料、ABS塑料及聚酯材料可以抵挡8kV的静电电压。绝缘外壳的孔洞、缝隙与内部电路间应留有足够的空间，2cm左右的空气隙可以阻止静电放电的发生。介质隔离一方面防止直接对内部电路放电，另一方面延长静电放电的缝隙长度，对静电电荷起到疏导作用。

5.3 屏蔽

对于静电敏感的器件，可采用屏蔽罩来保护产品免受静电放电影响。用一个金属屏蔽体将敏感器件包围，由于金属是等电位体，被包围的空间没有静电场存在，但屏蔽体要进行良好的接地，使屏蔽体的静电泄放，起到保护作用。

6 结语

通过上面的介绍，企业对安防产品的静电放电试验的试验设备、试验等级和试验方法等有更深的了解，为企业产品的研发和生产提供更好的保障。