Pistole simulatori ESD: applicazione e ricerca tecnica nei test di immunità ESD delle apparecchiature elettriche ed elettroniche

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Grazie alle tecnologie digitali e intelligenti, le apparecchiature elettriche ed elettroniche si stanno evolvendo rapidamente verso un'elevata integrazione e un basso consumo energetico, e la loro sensibilità alle interferenze da scariche elettrostatiche (ESD) è aumentata significativamente. Essendo una fonte comune di interferenze elettromagnetiche per le apparecchiature elettroniche, le ESD possono causare crash del dispositivo, perdita di dati o persino danni all'hardware. Pertanto, i test di immunità ESD sono diventati un elemento chiave nella verifica dell'affidabilità del prodotto. Questo documento prende in esame... LISUN ESD61000-2 Pistole simulatore ESD Come oggetto di ricerca, ne illustra sistematicamente l'architettura tecnica, le funzioni principali e la conformità agli standard, analizzando approfonditamente il principio tecnico del dispositivo nel riprodurre accuratamente gli impulsi ESD e nel fornire condizioni di test standardizzate. Combinando dati di test reali e scenari applicativi multisettoriali, vengono verificate l'accuratezza e l'affidabilità del dispositivo nella valutazione dell'immunità ESD delle apparecchiature elettriche ed elettroniche. I risultati della ricerca mostrano che LISUN ESD61000-2 Le pistole simulatori ESD soddisfano i requisiti di standard nazionali e internazionali come GB/T 17626.2 (IEC/EN 61000-4-2), offrendo soluzioni di test professionali per la ricerca e sviluppo di apparecchiature elettroniche, l'ispezione di qualità in fabbrica e la certificazione di terze parti. Sono di grande importanza per garantire il funzionamento stabile delle apparecchiature in scenari di interferenza ESD.

1. introduzione
Le scariche elettrostatiche (ESD) sono un fenomeno di interferenza elettromagnetica comune in natura. Quando un oggetto carico entra in contatto o si avvicina a un'apparecchiatura elettronica, rilascia istantaneamente una grande quantità di carica formando una corrente impulsiva (con un valore di picco fino a decine di ampere e un tempo di salita di soli 0.6-1 ns), causando un impatto elettromagnetico sui chip e sui circuiti interni dell'apparecchiatura. Secondo le statistiche di settore, circa il 25% dei guasti delle apparecchiature elettroniche è causato da ESD. Tra questi, settori come l'elettronica di consumo e l'elettronica automobilistica sono a maggior rischio di interferenze ESD a causa dell'elevata integrazione delle apparecchiature. Ad esempio, malfunzionamenti come il malfunzionamento del touch screen degli smartphone e gli arresti anomali dei sistemi di navigazione di bordo sono per lo più correlati a disturbi istantanei dei circuiti causati da ESD.

Per standardizzare il processo di test di immunità ESD, la Commissione elettrotecnica internazionale (IEC) ha emesso il IEC 61000-4-2 e la Cina ha formulato contemporaneamente lo standard GB/T 17626.2, che richiede chiaramente l'uso di apparecchiature speciali per simulare scenari ESD di diversi livelli per valutare le prestazioni di immunità delle apparecchiature. Le apparecchiature di prova ESD tradizionali presentano problemi come parametri di impulso di scarica instabili, modalità di prova singola e scarsa compatibilità, rendendo difficile soddisfare le esigenze di prova di prodotti diversi. ESD61000-2 serie di pistole simulatori ESD sviluppate da LISUN Sono progettati per le esigenze di test di immunità ESD di apparecchiature elettriche ed elettroniche. Adottando moduli RC (resistenza-capacità di scarica) ad alta precisione e una tecnologia di controllo intelligente, sono in grado di riprodurre accuratamente vari scenari di impulsi ESD, come scariche in aria e scariche a contatto, con un intervallo di tensione di uscita di 0.1-30 kV, adattandosi alle esigenze di test dell'elettronica di consumo, dell'elettronica automobilistica, del controllo industriale e di altri settori. Questo articolo analizzerà in modo completo il valore tecnico e il valore applicativo industriale di questi dispositivi. LISUN ESD61000-2 Pistole simulatori ESD da quattro dimensioni: principio tecnico dell'attrezzatura, prestazioni dei parametri principali, scenari applicativi e conformità agli standard.

2. Architettura tecnica e principi fondamentali delle funzioni di base LISUN ESD61000-2 Pistole simulatore ESD
2.1 Progettazione dell'architettura tecnica
. LISUN ESD61000-2 Le pistole simulatori ESD adottano un concetto di progettazione "modulare + integrato", suddiviso in cinque sistemi principali. Ogni sistema lavora in modo collaborativo per ottenere una generazione accurata di impulsi ESD e un controllo intelligente del processo di test:
• Sistema di generazione e regolazione ad alta tensione: include un modulo di potenza ad alta frequenza e alta tensione e un circuito di feedback della tensione, in grado di realizzare una regolazione continua della tensione di 0.1-20 kV (ESD61000-2) e 0.1-30 kV (ESD61000-2A/2C), con precisione della tensione controllata entro ±5%. Attraverso un meccanismo di feedback a circuito chiuso, questo sistema monitora in tempo reale la tensione di uscita e la corregge dinamicamente, evitando deviazioni di tensione causate da fluttuazioni della rete elettrica o variazioni di carico e garantendo la stabilità dell'energia ESD.
• Modulo di resistenza-capacità di scarica (RC): come componente principale per la simulazione di forme d'onda di impulsi ESD, il ESD61000-2 è dotato di un modulo standard da 330Ω/150pF (soddisfacendo i requisiti di IEC 61000-4-2 standard), mentre il ESD61000-2A/2C fornisce quattro moduli sostituibili, ovvero 150pF/330Ω e 150pF/2000Ω. I parametri RC possono essere commutati in base agli standard di prova (come GB/T 17626.2 per l'elettronica generale e GB/T 19951 per l'elettronica automobilistica) per riprodurre impulsi ESD in diversi scenari. Ad esempio, 330Ω/150pF viene utilizzato per simulare l'ESD del corpo umano, mentre 2000Ω/150pF viene utilizzato per simulare l'ESD del guscio dell'apparecchiatura.
• Sistema di elettrodi di scarica e grilletto: è dotato di un elettrodo appuntito (per la scarica a contatto) e di un elettrodo arrotondato (per la scarica in aria). ESD61000-2C è inoltre dotato di un elettrodo arrotondato di 30 mm di diametro per adattarsi alle esigenze di scarica di diversi oggetti di prova: la scarica a contatto è adatta a gusci conduttivi o superfici metalliche (come la cornice centrale metallica di uno smartphone), mentre la scarica ad aria è adatta a superfici isolanti (come gusci di plastica). La modalità di trigger supporta la modalità manuale (scarica singola) e automatica (scarica continua, con una frequenza di 0.05-99.99 s/scarica), soddisfacendo la duplice esigenza di test in batch e di test accurati a punto singolo.
• Sistema di controllo e registrazione dati: dotato di un display LCD con supporto per cinese e inglese, supporta molteplici funzioni di test come test singolo, test di conteggio (1-9999 volte), test di livello IEC (commutazione automatica tra i livelli 1-4) e modalità di programmazione (tensione, tempi e intervalli personalizzabili). Il dispositivo può registrare dati in tempo reale come il numero di scariche, il valore di tensione e lo stato di guasto e generare un report standardizzato al termine del test, facilitando la tracciabilità e l'analisi dei dati.
• Sistema di protezione di sicurezza: integra protezione da sovracorrente ad alta tensione, protezione da perdite e un pulsante di arresto di emergenza. In caso di tensione anomala o perdite, il dispositivo interrompe automaticamente l'alimentazione ad alta tensione; il corpo del dispositivo è rivestito con materiali isolanti e sono presenti segnali di avvertimento di sicurezza nell'area dell'elettrodo di scarica per impedire agli operatori di toccare accidentalmente i componenti ad alta tensione e garantire la sicurezza del processo di test.

2.2 Principio di funzionamento principale: riproduzione accurata degli impulsi ESD
Il fulcro dei test di immunità ESD è simulare la forma d'onda della corrente impulsiva durante i processi ESD reali. LISUN ESD61000-2 Genera forme d'onda impulsive conformi ai requisiti standard attraverso la tecnologia "carica e scarica RC + calibrazione della forma d'onda". Il principio specifico è il seguente:
• Fase di carica: l'alimentatore ad alta tensione carica il condensatore di accumulo di energia (ad esempio 150pF) tramite una resistenza di limitazione della corrente finché la tensione del condensatore non raggiunge il valore impostato (ad esempio ±8 kV). Il processo di carica è monitorato da un circuito di feedback della tensione per garantire che la deviazione tra la tensione del condensatore e il valore impostato non superi il ±5%.
• Fase di scarica: il segnale di trigger attiva l'interruttore di scarica e il condensatore di accumulo di energia si scarica rapidamente attraverso la resistenza di scarica (ad esempio 330Ω) e l'elettrodo per formare una corrente impulsiva istantanea. Il tempo di salita della corrente è controllato entro 0.6-1 ns (soddisfacendo i requisiti di IEC 61000-4-2 standard) e la corrente di picco cambia con la tensione (ad esempio, la corrente di picco è di circa 29.4 A a 8 kV).
• Calibrazione della forma d'onda: prima di lasciare la fabbrica, il dispositivo viene sottoposto a calibrazione CNAS di terze parti (utilizzando il kit di calibrazione ESD-CALA) per calibrare le forme d'onda della corrente impulsiva (prima corrente di picco, corrente a 30 ns/60 ns e tempo di salita) a diverse tensioni, assicurando che i parametri della forma d'onda soddisfino i requisiti standard. Ad esempio, quando si scarica a una tensione positiva di 8 kV, la prima corrente di picco dovrebbe raggiungere 29.4 A ±10%, la corrente a 30 ns dovrebbe essere mantenuta a 16.2 A ±15% e la corrente a 60 ns dovrebbe essere stabilizzata a 9.3 A ±20%, in modo da garantire la comparabilità e la ripetibilità dei risultati dei test.

3. Prestazioni dei parametri e soluzioni di supporto di LISUN ESD61000-2 Pistole simulatore ESD
3.1 Confronto dei parametri principali e dati di calibrazione
. LISUN ESD61000-2 la serie comprende tre modelli: ESD61000-2, ESD61000-2Ae ESD61000-2C. Ogni modello differisce per intervallo di tensione, modulo RC e standard applicabili e può adattarsi alle esigenze di test di diversi settori. Le tabelle seguenti mostrano il confronto dei parametri principali di questa serie di modelli e i dati di calibrazione dei modelli. ESD61000-2:
Tabella 1 Confronto dei parametri principali di LISUN ESD61000-2 Campionati

Tabella 2 Dati di calibrazione di LISUN ESD61000-2 Simulatori di armi ESD (rapporto CNAS di terze parti)

Dai dati di calibrazione si può osservare che i parametri della corrente impulsiva del ESD61000-2 A diverse tensioni e polarità, tutti soddisfano i requisiti dello standard GB/T 17626.2. La deviazione del primo picco di corrente è inferiore a ±5% e il tempo di salita è stabile a 0.89-0.97 ns, il che dimostra la capacità di riprodurre accuratamente gli impulsi ESD.

3.2 Soluzioni di test di supporto
Per garantire che l'ambiente di test soddisfi i requisiti standard, LISUN fornisce tre tipi di attrezzature di supporto, che lavorano insieme con il ESD61000-2 serie di pistole simulatori ESD per costruire un sistema completo di test di immunità ESD:
• Tavolo di prova ESD ESD-DESK: progettato in conformità con i requisiti della norma GB/T 17626.2, include un tavolo di prova da 1600 x 800 mm, una piastra di messa a terra metallica di riferimento (2800 x 1800 mm), piastre di accoppiamento orizzontali/verticali (che simulano i componenti metallici attorno all'apparecchiatura) e guarnizioni isolanti (che impediscono la messa a terra del campione). Può simulare l'ambiente di messa a terra e l'effetto di accoppiamento elettromagnetico in scenari di utilizzo reali ed è adatto per testare apparecchiature elettroniche generiche come smartphone, computer e router.
• Kit di calibrazione per pistola ESD ESD-CALA: utilizzato per la calibrazione regolare dei parametri della forma d'onda degli impulsi delle pistole simulatori ESD, include una piastra di montaggio del bersaglio, un bersaglio di calibrazione per la pistola ESD, un attenuatore da 20 dB per il collegamento dell'oscilloscopio al bersaglio e i relativi cavi. La forma d'onda di corrente sul bersaglio viene acquisita da un oscilloscopio e la forma d'onda standard viene confrontata per determinare se il dispositivo necessita di regolazioni, garantendo l'affidabilità a lungo termine dei dati di prova.
• Piastra di accoppiamento ESD per elettronica automobilistica ESD-FCP: progettata per le esigenze di test dell'elettronica automobilistica (in linea con GB/T 19951-2019), include una piastra di accoppiamento in ottone da 300*600 mm, un nastro di accoppiamento largo 40 mm e un'isola di scarica con diametro di 80 mm. Simula l'accoppiamento ESD tra apparecchiature elettroniche (come navigatori e caricabatterie per veicoli) e la carrozzeria del veicolo nell'ambiente di bordo ed è adatta per ESD61000-2Modello C.

4. Scenari di applicazione industriale di LISUN ESD61000-2 Pistole simulatore ESD
4.1 Campo dell'elettronica di consumo: test di immunità ESD degli smartphone
In quanto apparecchiature elettroniche ad alta integrazione, gli smartphone sono soggetti a interferenze ESD in parti come schermi, pulsanti e porte di ricarica e devono passare IEC 61000-4-2 Test di livello 3 (scarica in aria da 15 kV, scarica a contatto da 8 kV). Un produttore di smartphone ha utilizzato il LISUN ESD61000-2A Pistole simulatori ESD per test:
• Oggetto del test: smartphone completo (inclusa cornice centrale in metallo e schermo in vetro);
• Piano di prova: scarica a contatto (telaio centrale in metallo, porta di ricarica) con una tensione di 8 kV, 10 scariche per ciascuna delle polarità positiva/negativa; scarica in aria (schermo in vetro, pulsanti in plastica) con una tensione di 15 kV, 10 scariche per ciascuna delle polarità positiva/negativa;
• Risultato del test: i campioni qualificati non hanno subito crash o riavvii durante il test e la funzione touch era normale; i campioni non qualificati (il chip driver dello schermo di un certo lotto non aveva protezione ESD) hanno riscontrato sfarfallio dello schermo durante la scarica in aria da 12 kV. Successivamente, aggiungendo un diodo di protezione ESD TVS, l'apparecchiatura ha superato il test da 15 kV e ha soddisfatto i requisiti di accesso al mercato.

4.2 Campo dell'elettronica automobilistica: test dei sistemi di navigazione di bordo
Le apparecchiature elettroniche per autoveicoli devono essere conformi allo standard GB/T 19951 (ISO 10605) e i requisiti di prova sono più rigorosi (come un numero maggiore di scariche e metodi di accoppiamento complessi). Un'azienda di elettronica per autoveicoli ha utilizzato ESD61000-2Piastra di accoppiamento C + ESD-FCP per testare il sistema di navigazione di bordo:
• Scenario di prova: simulare l'accoppiamento ESD tra il navigatore e la carrozzeria del veicolo durante il funzionamento del veicolo, utilizzando il metodo di accoppiamento del campo elettrico (applicando ESD tramite la piastra di accoppiamento ESD-FCP);
• Parametri di prova: tensione di 12 kV, 50 scariche, intervallo di 1 s, polarità alternate;
• Verifica chiave: durante il test, il navigatore deve mantenere le normali funzioni di navigazione e trasmissione vocale, senza perdita di dati o blocchi dell'interfaccia. Un campione ha subito un'interruzione del segnale GPS durante una scarica a 10 kV a causa di una messa a terra inadeguata del PCB. Dopo aver ottimizzato il progetto di messa a terra, ha superato con successo il test a 12 kV.

4.3 Campo di controllo industriale: test dei controllori PLC
Le apparecchiature di controllo industriale (come PLC e convertitori di frequenza) devono resistere a elevate interferenze ESD in ambienti industriali. Un'azienda di automazione ha utilizzato ESD61000-2 per testare il controllore PLC:
• Parti di prova: pulsanti del pannello PLC (scarica a contatto 6 kV), guscio (scarica in aria 10 kV), interfaccia di comunicazione (scarica a contatto 6 kV);
• Standard di prova: IEC 61000-4-2 Livello 4 (il livello più alto per gli ambienti industriali);
• Risultato del test: i PLC qualificati potevano ancora ricevere/inviare normalmente comandi di controllo dopo il test, senza deviazioni nei segnali di uscita; i PLC non qualificati hanno avuto interruzioni di comunicazione durante la scarica di contatto da 6 kV perché l'interfaccia di comunicazione non era protetta. Successivamente, aggiungendo uno strato di schermatura e un circuito di protezione ESD, le prestazioni di immunità dell'apparecchiatura sono state migliorate.

5. Conformità agli standard e verifica delle prestazioni di LISUN ESD61000-2 Pistole simulatore ESD
5.1 Conformità agli standard
. LISUN ESD61000-2 Le pistole simulatori ESD della serie sono rigorosamente conformi agli standard autorevoli nazionali e internazionali per garantire l'universalità e il riconoscimento dei risultati dei test:
• Standard generali di elettronica: GB/T 17626.2-2018 “Compatibilità elettromagnetica – Tecniche di prova e misurazione – Test di immunità alle scariche elettrostatiche”, IEC/EN 61000-4-2:2008, che copre l'elettronica di consumo, le apparecchiature informatiche, gli elettrodomestici e altri settori;
• Standard per l'elettronica automobilistica: GB/T 19951-2019 "Veicoli stradali - Condizioni ambientali e prove per apparecchiature elettriche ed elettroniche - Parte 2: Carichi elettrici", ISO 10605:2023, applicabile alle apparecchiature elettroniche di bordo, alle colonnine di ricarica e ad altri prodotti;
• Standard di calibrazione: superare la calibrazione di terze parti riconosciuta da CNAS, in linea con JJF 1597-2016 "Specifiche di calibrazione per pistole simulatori ESD", garantendo che i parametri del dispositivo soddisfino i requisiti di tracciabilità della quantità.

5.2 Verifica delle prestazioni
Per verificare la stabilità del test ESD61000-2, lo stesso dispositivo è stato utilizzato per condurre 10 test ripetuti su un campione di prova ESD standard (piastra metallica) (scarica di contatto da 8 kV, polarità positiva). I risultati sono i seguenti:

I dati mostrano che la deviazione dei parametri dei 10 test è inferiore a ±0.5%, il che dimostra che ESD61000-2 ha un'eccellente ripetibilità dei test e può evitare errori di valutazione causati dalle fluttuazioni del dispositivo.

6. conclusioni
Grazie al controllo della tensione ad alta precisione, ai moduli RC sostituibili e alle funzioni di test multimodali, LISUN ESD61000-2 Pistole simulatore ESD Risolve i problemi delle apparecchiature tradizionali, come "forme d'onda imprecise, scenari singoli e operazioni complesse", e fornisce una soluzione standardizzata e altamente affidabile per i test di immunità ESD delle apparecchiature elettriche ed elettroniche. La sua applicazione nell'elettronica di consumo, nell'elettronica automobilistica, nel controllo industriale e in altri settori non solo aiuta le aziende a identificare le vulnerabilità di protezione ESD dei prodotti, ma fornisce anche dati chiave per il supporto dei prodotti nel conseguimento delle certificazioni internazionali (come CE, FCC, CQC). È di grande importanza per migliorare l'affidabilità delle apparecchiature elettroniche e garantire la sicurezza degli utenti.