安全使用工业电子产品V1.4

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安全使用电子产品

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过电压，静电，接地

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2012-11-12 V1.3

Norland

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前言

随着电子技术的飞速发展，电子元件的高集成化、电子产品的小型化，敏感电子设备的工作电压不断降低且大都使用集成电路模块，耐压、过流的能力脆弱，其对过电压(OV, overvoltage)、电磁波干扰(EMI, electromagnetic interference)、无线电波干扰(RFI, radio frequency

interference)及静电放电(ESD, electro-static discharge)也越来越敏感。从返修记录来看，其中过电压和静电放电造成的损坏占比较大，且部分产品并未彻底损毁，只体现为性能下降、部分功能失效，常见表现有激光弱、无法通讯等等，这些损坏均无明显的痕迹，且在现场也不易发现损坏原因。因此本文着重探讨过电压和静电放电对电子产品的影响。

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第一章：过电压

1 过电压的概念：

由电源系统外部(主要是雷电)和系统内部工作造成的工作电压超过正常供电值，即称为过电压。其中暂态过电压存在的时间非常短，只有几十微秒的时间。

1.1 外部过电压：

直击雷：避雷针并不能百分之百的拦截上空来的雷电，有的雷电并不是经最短的路径泄

放电流，有时绕过避雷针，对建筑物产生侧击或绕击。而且据有关资料介绍，一个直击雷不仅仅影响到被击中的对象，而且对周围半径1.5km范围内都有影响。 感应雷：强大的脉冲电流放电过程中由于空间电磁场的急剧变化对周围的导线或金属物

体产生电磁感应发生过电压，以致发生闪击的现象，也叫二次雷。当感应到导线时传输的距离更远。

接触带电：未接地情况下，由于各种原因导致的带电导体触碰到产品外壳，同时产品没

有接地保护。

国际电工委员会已将雷电灾害称为“电子化时代的一大公害”。根据大量案例分析可以认为：由雷电感应和雷电波侵入造成的雷电电磁脉冲(LEMP)是电子设备损坏的主要原因。感应过电压波侵入途径是室外通讯线和电源线，导线屏蔽程度对雷击事故发生差别非常大，不加屏蔽或简单屏蔽多次遭雷击，屏蔽效果很好的导线，雷击发生率极低。据估算，对于无屏蔽架空线路雷电感应过电压，在一公里远处有50kA的雷击电流，在4m高的导线上可产生5kV的感应过电压，显然，这对电子设备都会造成巨大的灾难。对于地下电缆的雷电感应过电压，5 kA雷电流流入地网，在其附近(5～10m)的无屏蔽电缆上将感应出5～7.5 kV的高压。但电缆有金属护套并两端接地，则感应过电压将降为5%～10%。

1.2 内部过电压：

在电力系统内部，由于断路器的操作、负荷的投入和切除或系统故障等系统内部的状态变化，而使系统参数发生变化，从而引起的电力内部电磁能量转换或传输过渡过程，将在系统中出现过电压，这种过电压称为内部过电压。在电力系统引起的内部过电压的原因大致可分为： 电力大负荷的投入和切除(大功率电机、大功率空调机、冷冻机、电焊机、天车、电容

器组增能等);

感性负荷的投入和切除(电机、继电器的线圈、带负荷垫板变压器); 功率因素补偿电容器的投入和切除;

短路故障等（三相输电线路a相短路接地故障时 ，b、c 相上的电压会升高。）。

内部过电压虽然没有外部过电压的危害大，但是，由于长时间的积累，容易造成元器件的老化、影响设备的正常使用、减少设备的使用寿命。

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第二章：静电

1 静电的产生

静电在我们的日常生活中可以说是无处不在，我们的身上和周围就带有很高的静电电压，几千伏甚至几万伏。随着工业的发展，一些电阻率很高的高分子材料（塑料、橡胶等制品）迅速被广泛推广使用。特别是化学合成材料的迅速发展，使之不仅在电子设备、建筑材料和日常生活办公设备上得到广泛应用，而且人员的衣着也大量使用化学合成制品制作。当这两类高分子材料相互摩擦时，即会产生静电，由于其电阻率很高，产生的静电电荷不易释放，越积越多，静电电压也越来越高，据资料显示可达几千甚至几万伏，其影响不容忽视。

在各种活动中人体的静电电压（kV）

穿不同布料时人体带电电压（kV）

穿不同鞋质时人体带电电压（kV）

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二十世纪40－50年代很少有静电问题，因为那时是晶体三极管和二极管，而所产生静电也不如现在普遍存在。在60年代，随着对静电非常敏感的MOS器件的出现，静电问题也出现了，到70年代静电问题越来越来严重。80－90年代，随着集成电路的密度越来越大，一方面其二氧化硅膜的厚度越来越薄（微米_纳米），其承受的静电电压越来越低，尤其是高速、高密度的IC 、LSI、DTL等对于100V以下的静电均极为敏感、最新发展的IC对30~40V以下的静电压亦有其敏感性。另一方面，产生和积累静电的材料如塑料，橡胶等高分子材料大量使用，使得静电越来越普遍存在。

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2 静电放电的危害

静电放电(Electro-Static Discharge, ESD)引起的元件损害是电子设备应用现场最普遍、最严重的静电危害，是造成电子系统失效最大的潜在原因。研究指出，如果没有静电的保护措施，那么有高达50％的electrical failure是由ESD所造成的。

静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差而产生放电电流（特点：高电位、强电场、瞬时大电流，会产生强烈的电磁辐射形成电磁脉冲EMP）。可通过直接传导、电容耦合、电感耦合影响电子产品：

静电放电破坏，使元件受损(介质击穿、烧毁或永久性失效；性能劣化、潜在性失效或

参数指标下降，影响产品正常使用)。

静电放电电场或电流产生的热使元件受伤(潜在损伤)

静电放电产生的电磁场幅度很大(达几百伏/米)、谱极宽(从几十兆到几千兆)，对电子元

器件造成干扰甚至损坏(电磁干扰)

部分电子元器件静电压容忍度

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3 静电破坏的特点：

隐蔽性

人体不能直接感知静电除非发生静 …… 此处隐藏：3792字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……