1. 前言

本文章主要介绍静电放电模拟器的用途、结构、计量特性、校准条件、校准项目和校准方法。计量校准主依据为 JJF 1397-2013《静电放电模拟器校准规范》（现行）；产品试验波形参照 GB/T 17626.2-2018（对应 IEC 61000-4-2:2008），对出口项目或客户有特殊要求时，按 IEC 61000-4-2:2025​ 增补差异确认。

本方法可在 EMC 实验室开展静电放电模拟器期间核查，也可供计量机构校准时参考使用。

2. 静电放电模拟器概述

2.1 用途

主要用于模拟人体或物体对邻近电气和电子设备发生静电放电时的情形，以评估电气和电子设备在承受静电放电时的性能。

2.2 结构

主要部分包括：

  • 充电电阻 Rc　　　　　　—— 放电开关
  • 储能电容器 Cs　　　　　—— 可更换的放电电极头
  • 分布电容 Cd　　　　　　—— 放电回路电缆
  • 放电电阻 Rd　　　　　　—— 充电开关
  • 电压指示器　　　　　　　—— 电源装置

　　

图1 静电放电模拟器简图

　　


2.3 实图

　实验室使用的静电放电模拟器是瑞士EMTEST品牌NX30，接触放电和空气放电电压可达30kV，配有四模块可满足民品和汽车电子测试要求。

　　

图2 静电放电模拟器实图(NX30)

3. 计量特性

3.1 输出电压

输出电压范围依设备型号确定；本实验室 NX30 接触放电与空气放电范围为 ±0.2 kV ～ ±30 kV。

校准选点覆盖常用试验等级（±2 kV、±4 kV、±6 kV、±8 kV），并按实际使用的最高档位扩展。

示值允许偏差：参照 IEC 61000-4-2，为设定值的 ±5%（当厂家技术指标更严时取严）。

3.2 接触放电电流

接触放电电流波形与图3相符。

民品测试采用单模块 150 pF / 330 Ω，波形参数见表1（依据 GB/T 17626.2-2018 / IEC 61000-4-2:2008 基线，与 IEC 61000-4-2:2025 同向兼容）。

汽车电子测试按 ISO 10605:2023；国标暂按 GB/T 19951-2019（现行），自 2027-01-01​ 起切换至 GB/T 19951-2026（等同采用 ISO 10605:2023，MOD），多模块参数（如 330 pF/2 kΩ、150 pF/2 kΩ 等）按对应标准选取。

　　

图3 接触放电电流波形

　　

表1 波形参数

　

　

4. 校准条件

　　4.1 环境条件

　　4.1.1 温度：15℃~35℃

　　4.1.2 相对湿度：30%~60%

　　4.1.3 周围无影响正常校准工作的电磁干扰和机械震动

　　4. 2 校准用设备

　　4.2.1 高压表或具有类似功能和指标的单台仪器或多台仪器的组合，例如高压衰减器和示波器或直流电压表的组合，也可以使用静电电压表。(高压表见图4)

　　量程：≥15kV;

　　输入阻抗：≥1GΩ。

　　

图4 高压表

　　

4.2.2高速示波器或具有类似功能和指标的单台仪器或多台仪器的组合。(2GHz示波器见图5)

　　模拟带宽：≥2GHz

　　

图5 泰克2GHz示波器MSO54

　　

4.2.3 静电放电靶(见图6)

　　静电放电靶应符合 IEC 61000-4-2:2025 附录（与 JJF 1397-2013 附录结构兼容）的要求。靶应配合适当的衰减器和电缆，以连接到示波器；靶–衰减器–电缆链路须整体校准。

  • 低频转移阻抗：经校准
  • 链路带宽：≥ 4 GHz
  • 插入损耗变化不应超过：
    • ±0.5 dB（< 1 GHz）
    • ±1.2 dB（1 GHz ～ 4 GHz）

　　

图6 静电放电靶(CTR2)

　　


4.2.4 用于安装静电放电靶的前面板尺寸至少为1.2m×1.2m，从靶中心到前面板平面的边沿至少0.6m(参见图7)。示波器放置在前面板后，应确保校准系统具有足够的抗干扰性。

　　注：如果可以通过测量证明对测量系统的直接耦合路径不影响校准结果，那么可以不需要将示波器屏蔽起来。如果示波器在下面的情况中没有被触发，那么可以认为校准系统具有足够的抗干扰性能，无需屏蔽室或法拉第笼。

　　

图7 静电放电靶安装板

　　本司设计的静电放电靶安装板可以满足校准要求，重量轻放便运输可以替代法拉第笼。

　　


5. 校准项目和校准方法

　　5.1输出电压校准

　　输出电压校准见图8。静电放电模拟器工作在接触放电模式或空气放电模式。将静电放电模拟器的放电电极与高压表的输入端相连接。分别测量不同设定电压下的开路输出电压。

　　

图8 输出电压校准

　　


5.2 接触放电电流校准

　　5.2.1 接触放电电流校准布置见图9

　　

图9 接触放电电流校准布置图


　　静电放电靶必须安装在符合图7要求的垂直校准平面的中心。从靶中心到平面的边缘至少0.6m。静电放电模拟器的接地线应该连接在靶下方0.5m处的靶平面底部中心的端子上。应从接地线的中部将其向后拉起，形成一个等腰三角形。在校准过程中，不允许将接地线放置在地板上。

　　在校准过程中，静电放电模拟器安装在三脚架或者等效的非金属的低损耗支持物上。

　　在进行接触放电时，静电放电模拟器的放电电极应垂直于静电放电靶平面。

　　

5.2.2 静电放电模拟器和示波器设置

　　静电放电模拟器工作在接触放电模式。分别将电压设置到±2kV，±4kV，±6kV和±8kV，示波器阻抗设置为50Ω，将示波器设置为能够观测到静电放电电流完整波形的合适的量程和触发模式(根据静电放电靶技术指标设置示波器)，示波器水平时间轴设置成10ns/div。在每一个电压等级，分别对静电放电靶进行5次接触放电，按照5.2.3至5.2.6的描述，用示波器对放电电流波形进行记录。

　　本司(世纪汇泽)使用的静电靶是CTR2(见图6)，技术指标见表2

　　

表2 静电放电靶CTR2技术指标

　　

案列分析：

　　如做+2kV接触放电电流校准时，示波器阻抗设置成50Ω，预估示波器波形显示值,设置示波器每格垂直幅度mV/div：

　　预估示波器显示电压值Vm=2kV峰值电流标称值7.5A* 静电靶转移阻抗0.2Ω=1.5V，因为示波器垂直幅度显示范围为8格，所以垂直幅度每格设置成200 mV/div。

　　向静电靶施加+2kV电压，读取示波器实际显示电压值Vm，计算峰值电流I：

　　峰值电流I=示波器实际显示电压值Vm÷静电靶转移阻抗Zsys

　　5.2.3 第一峰值电流测量

　　根据示波器采集的电流波形，记录第一峰值电压的值，使用电压值除以静电靶转移阻抗得到电流值。

　　5.2.4 30ns和60ns电流测量

　　根据示波器采集的电流波形，以到达第一峰值10%时的点为时间起点，分别记录30ns和60ns后的电压值，使用电压值除以静电靶转移阻抗得到电流值。

　　5.2.5 电流上升时间测量

　　根据示波器采集的电流波形，记录从第一峰值的10%到90%的间隔时间，作为上升时间。

　　5.2.6 放电电流波形图

　　可分别保存示波器采集的电流波形图。