切换式电源的静电放电能力防制技术.PDF

切换式电源的静电放电能力防制技术 ( 日期：2012-05-16 作者: 刘孝勇) 【前言】 切换式电源产品在做验证时，经常会遭遇到 ESD 的相关问题，有时处理起来需花 费非常多的时间，笔者从事切换式电源电路设计多年，希望能藉由之前 ESD 对策的经 验与 ESD 的相关理论基础做个整理，让目前正从事或未来想从事切换式电源设计的人 员对静电防制技术能有初步的认识。 本文章内容包括静电的介绍，切换式电源的 ESD 测试法规与测试方法，切换式电 源的 ESD 防制观念，ESD 防制方法与ESD 问题解决方式等。 静电介绍 多数的物体皆会储存电荷，而所谓的静电，即物体表面的电荷分布不平衡，当正电 荷分布较多时带正电，当负电荷分布较多时则带负电；当一个带电的物体靠近或接触到 另一个带不同电位的物体时，彼此会有电位差，就会产生电子转移的现象，此现象称为 静电放电，当彼此电位差太大时，会因此产生高电流而导致组件受损。 只要是容易累积大量电荷的物体，皆有可能成为静电放电的来源，大至大型机台， 小至电子零件，涉及的来源十分广泛，而多数的电子零件都是带电荷的组件，人体也是 优良的带电荷来源(如下表所示) ，因此电子产品很容易因人体的静电将其损坏。 静电电压（ＫＶ） 人体动作 10~20%相对湿度 65%~90%相对湿度 在地毯上走动 35 1.5 在塑料地板走动 12 0.25 坐离塑料椅 18 1.5 在地上滑动塑料材的箱子 18 1.5 相对湿度愈高，产生的静电电压愈低。 切换式电源电路的 ESD 法规与测试方法 因人体是良好的带电体，很容易因人体的静电放电将电子产品损坏，因此安规就定 义了一些 ESD 的测试规范与要求，而切换式电源电路的 ESD 测试规范是依据 IEC61000-4-2 ，人体放电模型可由电容及电阻所组成，人体的等效电容容值约150pF ， 因此IEC 便依此概念，利用一个高压电源对人体的等效电容充电，而串联的高电阻 (50M~100M)是为了防止充电电流过高的电磁干扰，待充电电容储存到高压电源的电压 后，由静电枪的放电开关（如图一的切换开关）来控制放电，在放电时电荷会经由一串 联电阻(330ohm)放电到待测物(DUT, device under test) ，其等效测试线路如下 充電開關 放電開關 放電尖端 50~100M 330 直流電壓 150pF 放電返回 路徑 IEC61000-4-2 ESD 等效测试线路 图一 IEC61000-4-2 所规范仪器校正时的测试标准如图二所示，用一铁箱（法拉第空箱） 将示波器置于箱中，并用幅射吸收材置于铁壳内以防止干扰，静电枪由外部透过一个 2ohm 阻抗进入到示波器，即可量测放波形，其测试图与波形图需符合下面表一所示， 放电波形必需达到0.7~1ns 的上升时间到第一个放电电流的最高值，在30ns 后仍能保 持最高值电流的一半以上，在60ns 后仍能保持最高值电流的 1/4 以上，才能符合 IEC61000