GB/T 19951-2019: 道路車輛 電氣/電子部件對靜電放電抗擾性的試驗方法

GB/T 19951-2019 英文版(現貨，9秒內發貨www.GB-GBT.cn): Road vehicles -- Disturbances test methods for electrical/electronic component from electrostatic discharge

(資料圖片)

1 范圍

本標準規定了車輛電氣/電子部件對裝配、維修過程中及駕乘人員在車內外可能產生的靜電放電

(ESD)耐受性能的試驗方法,包括部件和整車層面試驗。

本標準適用于 M、N、O、L類車輛(不限定車輛動力系統,例如火花點火發動機、柴油發動機、電動

機)用電氣電子部件。

2 規范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。

GB/T 29259-2012 道路車輛 電磁兼容術語

3 術語和定義

GB/T 29259-2012界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

被測設備

接受試驗的電氣電子單個組件或組合件。

3.2

空氣放電

將試驗發生器的充電電極靠近DUT、由作用在DUT上的電弧進行放電的一種試驗方法。

3.3

接觸放電

試驗發生器的電極保持與DUT接觸、通過觸發發生器內的放電開關對DUT進行放電的一種試驗

方法。

3.4

直接放電

直接對DUT實施放電的試驗方法。

3.5

間接放電

對DUT附近的耦合板實施放電的試驗方法。一般用來模擬人體對DUT附近的物體進行放電。

3.6

表面

DUT無縫外殼、縫隙或開口。例如:翹板開關、觸點、通風孔、揚聲器出聲口。

3.7

保持時間

放電前因泄漏而引起試驗電壓下降10%所持續的時間。

3.8

水平耦合平板

位于水平方向、用來模擬對DUT附近物體進行放電的金屬平板。

4 試驗條件

試驗時的環境條件如下,當采用其他試驗條件時,應記錄在試驗報告中:

---環境溫度:(25±10)℃;

---相對濕度:20%~60%(推薦20℃和30%相對濕度)。

用戶應指定試驗電平,參見附錄C。

5 試驗場地

應在滿足環境條件的實驗室進行,可使用專用場地,如屏蔽室或電波暗室。

注:ESD試驗會產生瞬態場,會干擾幾米遠的敏感電子設備或接收機,選擇試驗位置時,要給予考慮。

6 試驗設備

6.1 ESD發生器

ESD發生器應能產生重復頻率至少為10次/s的放電,無論自動還是手動控制,都不應影響放電電

流波形。當2m長的放電回線不夠時(例如,高大的DUT),可以使用長度不超過3m的電線,要確保放

電電流波形符合要求。ESD發生器的特性參數見表1。

注:當ESD發生器通過外部電源供電或通過獨立單元控制時,連接電纜與ESD發生器的放電回線保持距離,避免非預期的電流會流過這些電纜。

6.2 放電電極

6.2.1 接觸放電電極

接觸放電所用電極一般采用不銹鋼材料。

6.2.2 空氣放電電極

空氣放電所用電極如圖2所示。當空氣放電的試驗電壓大于15kV時,可使用較大的放電電極(例

如,直徑為20mm~30mm)以避免預放電。

6.3 接觸放電電流驗證

接觸放電電流應按附錄A進行驗證。接觸放電波形參數應滿足表2規定。按表2計算的接觸放電

波形如圖4a)和b)所示。

6.4 水平耦合平板和接地/參考平面

水平耦合平板(HCP)和接地/參考平面(GRP)應為金屬板(例如,紫銅,黃銅或鋁),最小厚度為

0.25mm。當使用鋁板時,應注意避免鋁板因氧化導致導電連接性變差,GRP應放置在非導電桌的下面。

HCP的尺寸應比DUT的投影尺寸(包括連接電纜)至少大0.1m,且不小于1.6m×0.8m。HCP

應位于GRP上邊,高度為0.7m~1.0m。GRP的尺寸至少應與HCP的尺寸相同。

6.5 絕緣塊

如使用絕緣塊,應采用潔凈無吸濕性的材料制成(例如聚乙烯材料),相對介電常數在1~5之間。

絕緣塊的厚度為 GB-GBT.com (50±5)mm,其每側至少比試驗布置的尺寸大20mm。

6.6 絕緣墊

如使用絕緣墊,應采用潔凈無吸濕性的材料制成(例如聚乙烯材料),相對介電常數在1~5之間。

絕緣墊的厚度為2mm~3mm,其每側至少比試驗布置的尺寸大20mm。應確保放電電壓為25kV時

絕緣墊不會被擊穿。

7 放電模式

7.1 一般規定

試驗時有兩種放電方式:接觸放電和空氣放電。附錄D給出了空氣放電和接觸放電的試驗指南。

7.2 接觸放電

在接觸放電中,發生放電之前,ESD發生器的放電電極的尖端應與DUT接觸。

7.3 空氣放電

在空氣放電中,放電電極充電到試驗電壓,然后以規定的速度接近DUT,當放電尖端足夠接近

DUT時,放電尖端和試驗點之間的電介質材料被擊穿,通過電弧放電。

空氣放電過程中,放電電極的接近速度影響注入電流上升時間和幅度,接近的速度應為0.1m/s~

0.5m/s。實際操作時ESD發生器應盡可能快地接近DUT直到放電發生或放電尖端接觸放電點,且不

會損壞DUT或發生器。

8 部件試驗方法(DUT通電)

8.1 一般規定

對DUT試驗應采用直接放電和間接放電:

---直接放電可采用接觸或空氣放電直接施加于DUT或可接觸的遠端連接部件,例如開關和

按鍵;

---間接放電為模擬DUT附近導電物體出現的放電,通過外部金屬(例如水平耦合板)施加。間

接放電僅采用接觸放電方式。

注:附錄E給出了使用直接放電試驗方法可選的試驗布置和程序。

按DUT在車輛上的安裝位置,ESD發生器的電容可選擇330pF或150pF,電阻為330Ω。如不

能確定DUT的位置,應僅使用330pF的電容。

對導電表面應使用圖1所示的接觸放電電極進行接觸放電。如試驗計劃中有要求,也可對導電表

面施加空氣放電。對非導電表面應使用圖2所示的空氣放電電極進行空氣放電。

在對DUT進行放電之前,應按附錄A對ESD發生器進行定期驗證。

8.2 試驗計劃

在試驗前,應編制試驗計劃,內容包括:

---詳細的試驗布置;

---試驗點;

---DUT的工作模式;

---任何不同于標準試驗的特殊說明和變化。

8.3 直接放電試驗程序

8.3.1 一般規定

直接放電施加于設備正常工作狀態下所有規定的試驗點上。產品的響應與放電極性有關,應使用

兩種極性放電。

8.3.2 試驗布置

按圖5將DUT放置在水平耦合板(HCP)上。如DUT安裝時直接與車身連接,試驗時將其直接放

置在HCP上進行。如安裝時與車身不連接,試驗時DUT與HCP間應放置絕緣墊。

試驗時DUT應與完成其功能測試的必要外圍設備相連接,試驗線束的長度應為1.50m~2.50m。

如不能使用實車中的外圍設備,在試驗計劃中應說明替代的外圍設備和放電試驗點。

試驗桌上所有部件之間的最小距離為0.2m。試驗線束應沿著 HCP的邊緣平行放置,距離 HCP

的邊緣為0.1m。試驗線束應捆扎并放置在絕緣塊上。電線規格應按實車進行選定。供電蓄電池應放

置在試驗桌上,其負極直接與HCP進行連接。注意蓄電池有爆炸危險,應采取適當的保護措施。

直接放電時ESD發生器的放電回線應與 HCP相連,發生器的放電回線應距DUT和其電纜至少

0.2m(以減小對電纜的耦合,避免影響試驗結果)。ESD的試驗桌(試驗表面)應距其他導電結構(例

如,屏蔽室的表面)至少 GB-GBT.cn 0.1m。

8.3.3 直接放電時的電極連接

8.3.3.1 接觸放電

接觸放電之前,ESD發生器的放電電極的尖端應與DUT接觸。

對于表面涂漆的導電層,如設備制造廠家未說明涂膜為絕緣層,電極尖端應穿透漆膜,與導電層接觸。

8.3.3.2 空氣放電

空氣放電過程中,放電電極的尖端應盡可能快地接近DUT。

注:當殼體是非導電面,或是導電表面噴涂了絕緣層并做了相應聲明,則作為絕緣面,只進行空氣放電。

8.3.4 ESD發生器的方向

對直接放電,ESD發生器的放電尖端應垂直于DUT的表面。如做不到,可與DUT的表面至少成

45°角。

8.3.5 ESD的放電次數和時間間隔

對每一個規定的試驗電壓和極性(參見附錄C),所有的直接放電試驗點應至少施加3次放電。連

續單次放電之間的時間間隔應足夠長(不小于1s),確保新的放電之前使電荷消除。可以使用以下方法

消除電荷:

---DUT的殘余電荷應按下列順序、采用連接不低于1MΩ的泄放線方法接觸泄地:(1)放電位置

和地之間;(2)DUT接地點與地之間。如有證據表明串接1MΩ導線不會影響試驗結果,可連

接到DUT上。

---延長連續兩次放電之間的時間間隔,由于自然的電荷衰減,聚集的電荷將消失。

---使用空氣離子發生器加快DUT的自然放電過程。當施加空氣放電時,應關閉離子發生器。

8.3.6 試驗電壓

試驗電壓增加到最大試驗電平之前,應至少施加兩個電壓。

注:有些產品在施加特定試驗電壓時,會出現敏感響應,不需要在其他試驗電壓下再進行測試。

8.4 間接放電試驗程序

8.4.1 一般規定

通過ESD發生器對水平耦合板施加接觸放電,以模擬放置或安裝在DUT附近的物體進行放電。

接觸放電應施加在DUT每側的水平耦合板上(ESD脈沖應施加在水平耦合板的邊沿)。DUT應放置

在水平耦合板上,其表面應距水平耦合板上最近的放電點為0.1m。對 HCP的邊沿施加放電時,要調

整DUT的位置以保持其表面和水平耦合板的邊沿之間的距離為0.1m。

8.4.2 試驗布置

按圖6將DUT放置在水平耦合板(HCP)上。如DUT安裝時直接與車身連接,試驗時將其直接放

置在HCP上進行。如安裝時與車身不連接,試驗時DUT與HCP間應放置絕緣墊。

試驗時DUT應與完成其功能測試的必要外圍設備相連接,試驗線束的長度應為1.50m~2.50m。

如不能使用實車中的外圍設備,在試驗計劃中應說明替代的外圍設備和試驗放電點。

試驗桌上所有部件之間的最小距離為0.2m。試驗線束應沿著 HCP的邊緣平行放置,距離 HCP

的邊緣為0.1m。試驗線束應捆扎并放置在絕緣塊上。電線規格應按實車進行選定。供電蓄電池應放

置在試驗桌上,其負極直接與HCP進行連接。注意蓄電池有爆炸危險,應采取適當的保護措施。

間接放電時ESD發生器的放電回線應與HCP或GRP(根據試驗計劃)相連,發生器的放電回線應

距DUT和其試驗線束至少0.2m(以減小對電纜的耦合,避免影響試驗結果)。ESD的試驗桌(試驗表

面)應距其他導電結構(例如,屏蔽室的表面)至少0.1m。

8.4.3 ESD的放電次數和時間間隔

對每一個規定的試驗電壓和極性(參見附錄C),所有的間接放電試驗點應施加放電50次。對

HCP的放電,連續單次放電之間的時間間隔應大于50ms。

8.4.4 ESD發生器的方向

對HCP進行放電時,當放電電極接觸 HCP的邊緣,應和 HCP位于同一平面內。HCP的水平平

面內不進行放電。

8.4.5 試驗電壓

按8.3.6規定。

9 部件試驗方法(DUT不通電)

9.1 一般規定

模擬在裝配過程中或維修時人體對DUT的直接放電。

在對DUT施加放電之前,應按照附錄A的規定對ESD發生器進行定期驗證。ESD發生器的電容

應為150pF,電阻值在試驗計劃中規定。

9.2 試驗計劃

在試驗前,應編制試驗計劃,內容包括:

---詳細的試驗布置;

---試驗點;

---DUT的工作模式;

---任何不同于標準試驗的特殊說明。

9.3 試驗程序

9.3.1 一般規定

接觸放電施加在裝配過程中或維修時可能會接觸到的所有管腳和面,空氣放電施加在所有的表面

和點上。

對搬運時容易觸及的(但不限于)每一個連接管腳(包括DUT凹形連接管腳)、殼體、按鈕、開關、顯

示屏、殼體上的螺母和開口施加放電。用截面積為0.5mm2~2mm2、長度不大于25mm的絕緣實心

金屬絲引出凹形連接管腳。

如果一個連接器內有多個密集管腳,難以逐個施加放電時,使用橫截面積為0.5mm2~2mm2、長

度不大于 GB-GBT.cn 25mm的絕緣實心金屬絲引出。

直接放電應施加在試驗計劃規定的所有試驗點上。產品的響應與放電極性有關,應使用兩種極性

進行放電。

9.3.2 試驗布置

圖7給出了ESD試驗的布置,接地連接線中應包括2個470kΩ的電阻(圖6中7)。DUT試驗時

不接外圍設備,按供應商交付樣品狀態進行。

當試驗計劃中有要求時,DUT和 HCP之間應使用靜電耗散墊。靜電耗散墊的尺寸應大于DUT

的水平投影尺寸,材料的表面電阻率應為107Ω/平方單位~109Ω/平方單位。

直接放電時ESD發生器的放電回線應與 HCP相連,發生器的放電回線應距DUT和其電纜至少

0.2m(以減小對電纜的耦合,避免影響試驗結果)。ESD的試驗桌(試驗表面)應距其他導電結構(例

如,屏蔽室的表面)至少0.1m。

9.3.3 直接放電時的電極連接

按8.3.3規定進行。

9.3.4 ESD發生器的方向

應符合8.3.4規定。

9.3.5 ESD的放電次數和時間間隔

應符合8.3.5規定。

9.3.6 試驗電壓

應符合8.3.6規定。

9.3.7 試驗后功能要求

試驗后,應對DUT進行完整的功能試驗,其各項功能應正常,沒有永久的損壞。此外,還應驗證電

磁兼容保護電路的有效性(例如,分別確保電磁抗擾和發射的輸入電容)。

10 整車試驗方法

10.1 一般規定

對僅可在車內觸及的部件進行放電,發生器的電容為330pF,電阻為330Ω或2kΩ,最大試驗電壓

為15kV。對僅可在車外觸及的部件進行放電,發生器的電容為150pF,電阻為330Ω或2kΩ,最大試

驗電壓為25kV。對于車內和車外都可觸及的部件,使用兩種電容,最大試驗電壓分別為15kV和

25kV。

在對部件施加放電之前,應按照附錄A的規定,對ESD發生器進行定期驗證。

對導電表面使用接觸放電電極進行接觸放電。如試驗計劃中有要求,空氣放電也應施加到導電表

面。對非導電表面使用空氣放電電極進行空氣放電。

10.2 試驗計劃

在試驗前,應編制試驗計劃,內容包括:

---試驗點;

---部件的工作模式;

---車輛的工作模式(例如,駕駛、怠速、巡航);

---任何不同于標準試驗的特殊說明和變化。

10.3 試驗程序

10.3.1 一般規定

試驗時部件應處于正常工作狀態,放電施加于規定的所有試驗點上。產品的響應與放電極性有關,

應使用兩種極性放電。

10.3.2 試驗布置

對僅可在車內觸及的部件,ESD發生器的放電回線應直接連接到車身的金屬接地上(例如座椅導

軌、門鎖)。圖8a)給出了車內試驗布置的例子。

對僅可在車外觸及的部件,ESD發生器的放電回線應直接連接到車身的最近金屬接地上或直接連

接到距離放電點最近的車輪下金屬板上。圖8b)給出了車外試驗布置的例子。

對車內、車外均可觸及的部件,分別按圖8a)和b)進行布置。

試驗時發動機運行在驅動或怠速模式。如被測系統(例如巡航控制)需按一定車速行駛要使用測功

機時,應在試驗計劃中規定速度。

10.3.7 試驗點的選取

應對乘員可觸及的車輛內外的所有部件(例如,開關、顯示屏、車身表面、轉向鎖、控制器、天線)進行放電。

11 試驗報告

試驗報告應包括:試驗設備(特別是放電網絡)、試驗等級、試驗地點、受試設備、放電點、環境條件、接地條件、DUT的工作模式、DUT的監測條件、系統的互相作用以及其他與試驗有關的信息。

附 錄 A

(規范性附錄)

ESD發生器的驗證

A.1 電流靶的輸入阻抗

用于測量ESD發生器放電電流的電流靶,在內部電極和地之間測得的直流輸入阻抗應不大于

2.1Ω。

注1:電流靶可用于ESD電流流進理想接地平面的測量。為了盡可能地減小理想導電平面和電流靶的輸入阻抗之間的差異所導致的誤差,輸入阻抗的限值設定為2.1Ω。當電流靶的輸入阻抗太小時,輸出信號也非常小,耦合到電纜和示波器會導致測量誤差。此外,當電阻值越小時,寄生電感越大。

注2:附錄B給出了電流靶的詳細描述。

A.2 ESD發生器的驗證

A.2.1 一般規定

ESD評估結果的相關性非常重要,在使用不同制造商的發生器進行試驗或者試驗持續時間很長情

況下尤其重要。評估中重復性是重要因素。ESD發生器應按已確認的質量保證系統在規定

時間周期內進行驗證。ESD發生器應在所要求的重復率下滿足所有技術指標。

A.2.2 驗證設備

ESD發生器的校準需要以下設備:

---模擬帶寬至少為1GHz的示波器。

---電流靶。

---能夠測量至少25kV,精度至少為5%的高壓表;為避免影響高壓輸出,可使用靜電電壓表。

---尺寸至少為1.2m×1.2m的參考平面:同軸電流靶安裝在參考平面上,電流靶距平面的任何

邊緣至少為0.6m。

---衰減器(當需要時)。

A.2.3 接觸放電模式下發生器的驗證程序

A.2.3.1 在驗證放電電流之前,應使用高壓表在電極尖端確定ESD發生器試驗電壓的幅值。試驗電壓

測量精度見表1。

注:為確保測量準確,電極輸出電壓的驗證考慮ESD發生器的電氣結構(例如,電路結構)和高壓表的技術指標(例如,輸入阻抗和輸入寄生電容)。

A.2.3.2 進行驗證時環境條件應符合第4章規定。

A.2.3.3 電流靶應安裝在尺寸至少為1.2m×1.2m的垂直參考平面中心(見圖A.1)。ESD發生器的

放電回線應直接連接到驗證參考平面電流靶的下方,距電流靶0.5m。放電回線應在其中點向后拉伸,

形成一個等腰三角形。在驗證過程中,放電回線不應位于地面上。

A.2.3.4 表A.1給出了放電電流的驗證程序。為驗證ESD發生器的電流波形是否滿足規范,應測量以

下參數:

---Ip,放電電流的峰值,單位:A;

---I1,t1時的電流值,單位:A(見表2);

---I2,t2時的電流值,單位:A(見表2);

---tr,電流的上升時間,單位:ns。

A.2.3.5 如測量結果能夠證明測量系統的間接耦合路徑不會影響驗證結果時,不需要屏蔽室(尺寸至

少為1.2m×1.2m、安裝電流靶、帶GRP)來保護所使用的示波器。當示波器的觸發電平設定為不大于

第一個峰值電流對應的峰值輸出電壓的10%,ESD發生器放電到電流靶的外環(代替內環),示波器無

觸發時,則認為驗證系統具有足夠的抗擾度,也不需要屏蔽室。

關鍵詞： 試驗電壓 放電電極 試驗方法