CN113419130B - 一种静电放电发生器放电电流校验装置及校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于静电放电发生器的放电电路校验技术领域，具体地说，涉及静电放电发生器放电电流校验的装置及校验方法，包括：静电放电发生器、定向耦合器、短路负载、衰减器和示波器；整个校验装置设置在试验台上，将静电放电发生器的接触放电电极紧抵定向耦合器输入端口连接器的内芯，静电放电发生器的地线与定向耦合器输入端连接器的外壳连接；定向耦合器输出端与短路负载同轴连接；定向耦合器的正向检测端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与示波器连接；定向耦合器的反向监测端空载；静电放电发生器用接触放电方式对定向耦合器输入端口连接器内芯放电，用示波器测量静电放电发生器接触放电电压的波形参数，进而转换成放电电流的波形参数。

Description

一种静电放电发生器放电电流校验装置及校验方法

技术领域

本发明属于静电放电发生器的放电电路校验技术领域，具体地说，涉及一种静电放电发生器放电电流校验装置及校验方法。

背景技术

在电磁兼容领域，人体对电子、电气和机电设备的静电影响是一个重要的内容。人体静电经常导致设备工作异常、性能降级甚至损坏。因此，模拟静电放电的测试在全世界范围内得到了广泛地应用。

描述静电放电发生器的技术参数主要包括：输出电压、电压极性、放电电流的上升时间、放电电流的峰值电流以及在30ns和60ns处放电电流的幅值。对静电放电发生器进行放电电流校验，就是对上述技术参数进行校验，根据校验结果，从而判断该静电放电发生器是否符合实际需求。

现有的放电电流校验方法的具体过程主要包括：用电流靶法对静电放电发生器的放电电流进行计量级校准，用空气法对试验布置进行验证。

电流靶法是标准推荐的校准方法，其中需要用到电流靶、2GHz带宽示波器等，但是，检测实验室内通常都没有配备电流靶这个装置，很多实验室也不具备2GHz带宽示波器，导致他们在自己实验室不能自行测量放电电流波形的参数，从而无法获得静电放电发生器的技术参数，无法进行放电电流校验。

而用空气放电法，只能对试验布置进行验证，通过放电产生的火花大小，来判断试验布置是否有问题，包括静电放电发生器工作是否正常。这种验证过于粗糙，无论是电流大小还是波形时间都量化不够，而且，火花大小随放电电极的移动速度、温湿度、气压、每个人观察的感受不同而不同。但是，空气放电法会导致以下情况发生：检测试验室频繁使用静电放电发生器进行试验，但在送校之前，因为没有对其进行放电电流校验，因此，对静电放电发生器的性能缺乏足够的了解，有可能在设备性能不满足标准的情况下进行试验，导致测试结果不准确或出现错误。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种静电放电发生器放电电流校验装置，该装置包括：静电放电发生器、定向耦合器、短路负载、衰减器和示波器；该方法使用的仪器都是实验室常用的设备。

整个校验装置设置在试验台上，将静电放电发生器的接触放电电极紧抵定向耦合器输入端口连接器的内芯，静电放电发生器的地线与定向耦合器输入端连接器的外壳连接；定向耦合器输出端与短路负载同轴连接；定向耦合器的正向检测端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与示波器连接；定向耦合器的反向监测端空载；

利用静电放电发生器对定向耦合器输入端口连接器的内芯，采用接触放电方式放电，测量静电放电发生器接触放电电压的波形参数，进而转换成放电电流的波形参数，从而判断静电放电发生器工作性能正常与否，实现对静电放电发生器放电电流校验。

作为上述技术方案的改进之一，所述接触放电模式为先将静电放电发生器的放电电极紧抵定向耦合器输入端口连接器的内芯，然后再按下静电放电发生器的放电开关的放电模式。

作为上述技术方案的改进之一，所述静电放电发生器使用150Ω/330pF RC放电网络、接触放电电极和随机接地线。

作为上述技术方案的改进之一，所述定向耦合器的频率范围至少覆盖100kHz～1GHz，50Ω。

作为上述技术方案的改进之一，所述短路负载为和定向耦合器输出端直接连接的同轴短路器。

本发明还提供了一种静电放电发生器放电电流校验方法，该方法包括：

步骤1)设定静电放电发生器的输出电压；

步骤2)设定静电放电发生器输出电压的极性，将静电放电发生器的放电电极紧抵定向耦合器输入端口连接器阴头内芯；

步骤3)按下静电放电发生器的放电开关，用示波器测量放电波形的峰值电压和上升时间；然后调整时间控制旋钮，用游标测量放电波形在30ns和60ns处的电压，并将其作为一组测量数据；

步骤4)重复步骤2)-步骤3)4次，再得到4组测量数据；每组测量数据包括：放电波形的峰值电压和上升时间，以及放电波形在30ns和60ns处的电压；

步骤5)利用得到的5组测量数据，分别按参数分组平均，依次得到各参数在该极性下的平均值；得到平均测量数据，其包括：放电波形的峰值平均电压和平均上升时间；放电波形在30ns和60ns处的平均电压；

步骤6)改变静电放电发生器的极性，重复步骤2)～5)，得到更换极性后的平均测量数据；

步骤7)将步骤5)得到的平均测量数据和6)得到的更换极性后的平均测量数据，均除以示波器的电阻，得到对应极性的放电电流数据；

步骤8)根据预先设定的静电放电发生器放电电流数据的各个基准值，对步骤5)和6)得到的对应极性的放电波形的上升时间，以及步骤7)得到的放电电流数据进行比较，判断该静电放电发生器的放电电流波形是否符合预定的要求。

作为上述技术方案的改进之一，所述步骤8)具体包括：

假设静电放电发生器的峰值电流基准值为A，如果步骤7)得到的对应极性的放电波形的峰值电流在A×(1-15％)～A×(1+15％)之间，则判断静电放电发生器的峰值电流正常，完成校验；

假设静电放电发生器在30ns处的电流幅值的基准值为B，如果步骤7)得到的对应极性的电流幅值在B×(1-30％)～B×(1+30％)之间，则判断静电放电发生器在30ns处的电流幅值正常，完成校验；

假设静电放电发生器在60ns处的电流幅值的基准值为C，如果步骤7)得到的对应极性的电流幅值在C×(1-30％)～C×(1+30％)之间，则判断静电放电发生器在60ns处的电流幅值正常，完成校验；

假设静电放电发生器的脉冲的上升时间的基准值为D，如果步骤5)和6)得到的上升时间在D×(1-25％)～D×(1+25％)之间，则判断静电放电发生器的脉冲上升时间正常，完成校验。

作为上述技术方案的改进之一，当静电放电发生器输出不同的电压时，示波器输出对应的不同的电流；示波器测得的各个电流比值与静电放电发生器输出的各个电压比值相同。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明的装置解决了针对没有电流靶就无法定量测量静电放电发生器放电电流参数的问题，采用定向耦合器替代电流靶来进行放电电流波形的测量，为电磁兼容检测实验室提供了一个比较容易实现的静电放电发生器放电电流校验手段，可以更好地控制静电放电发生器的工作状态，避免静电放电发生器因为频繁使用可能导致的故障，提高测试结果的可信度和准确度。

附图说明

图1是本发明的一种静电放电发生器放电电流校验装置的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和实例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供了一种静电放电发生器放电电流校验装置，该装置包括：静电放电发生器、定向耦合器、短路负载、衰减器和示波器；

整个校验装置设置在试验台上，将静电放电发生器的接触放电电极紧抵定向耦合器输入端口连接器的内芯，静电放电发生器的地线与定向耦合器输入端连接器的外壳连接；定向耦合器输出端与短路负载同轴连接；定向耦合器的正向检测端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与示波器(50Ω)连接；定向耦合器的反向监测端空载；

利用静电放电发生器对定向耦合器输入端口的连接器的内芯，采用接触放电方式放电，测量静电放电发生器接触放电电流的波形参数，进而转换成放电电流的波形参数，从而判断静电放电发生器工作性能正常与否，实现对静电放电发生器放电电流校验。

其中，所述接触放电模式为先将静电放电发生器的接触放电电极紧抵定向耦合器输入端口连接器的内芯，然后再按下静电放电发生器的放电开关的放电模式，进行放电。其中，紧抵的解释为紧紧连接；

其中，所述静电放电发生器使用150Ω/330pF RC放电网络、接触放电电极和随机接地线。

所述定向耦合器的频率范围至少覆盖100kHz～1GHz，50Ω；正向耦合系数40dB，100W。

所述短路负载为和定向耦合器输出端直接连接的同轴短路器。

衰减器：1GHz，50Ω，100W，≥20dB；示波器：1GHz，5GSa/a；

其中，整个装置中涉及到的连接均采用同轴电缆连接，电缆采用屏蔽性能良好和低损耗的同轴电缆。

本发明还提供了一种静电放电发生器放电电流校验方法，该方法用定向耦合器来替代电流靶进行静电放电发生器放电电流参数的方法，基于电磁兼容实验室常用仪器，能测量静电放电发生器接触放电电流的波形参数，从而判断静电放电发生器工作性能正常与否。

该方法包括：

步骤S1)静电放电发生器使用150Ω/330pF RC放电网络、接触放电用的放电电极，设置其处于接触放电模式、正极性；

步骤S2)对拟使用的示波器测量通道进行设置：使其输入阻抗为50Ω，根据衰减器的衰减倍数输入示波器输入端口幅值的修正系数；调整示波器的时间控制旋钮和幅度控制旋钮(具体值需要根据静电放电发生器的输出电压、衰减器的衰减倍数确定)、触发信号、其极性及其电平；取样信号选用多次平均(不少于5次)；选用自动测量功能中的峰值电压、上升时间功能；利用光标功能测量30n或60ns处的电压；

其中，测试电压峰值和上升时间参数时，时间控制旋钮可调到1ns/格或2ns/格，测量30n和60ns处的电压时，时间控制旋钮可调到10ns/格或20ns/格；电压控制旋钮需要根据静电放电信号发生器输出电压大小、衰减器衰减倍数、定向耦合器的耦合系数进行调整，尽量使显示的波形在纵轴上展开；

步骤S3)设定静电放电发生器的输出电压，在本实施例中，设定静电放电发生器的输出电压为2kV；静电放电发生器输出不同的电压时，示波器输出对应的不同的电流；示波器测得的各个电流的比值与静电放电发生器输出的各个电压的比值相同；例如，静电放电发生器依次输出不同的电压值：2kV、4kV、6kV、8kV，其各个电压的比值为1:2:3:4；示波器依次输出对应的不同电流5A、10A、15A、20A，其各个电流的比值为1:2:3:4。

步骤S4)设定静电放电发生器输出电压的极性，例如正极性，将静电放电发生器的放电电极紧抵定向耦合器输入端口连接器阴头内芯；其中，需要时，可用同轴转接器转接；

步骤S5)按下静电放电发生器的放电开关，用示波器测量放电波形的峰值电压和上升时间；然后调整时间控制旋钮，用游标测量放电波形在30ns和60ns处的电压，并将其作为一组测量数据；

步骤S6)重复步骤4)-步骤5)4次，再得到4组测量数据；每组测量数据包括：放电波形的峰值电压和上升时间，以及放电波形在30ns和60ns处的电压；

步骤S7)利用得到的5组测量数据，分别按参数分组平均，依次得到各参数在该极性下的平均值，该平均测量数据包括：放电波形的峰值平均电压和平均上升时间；以及放电波形在30ns和60ns处的平均电压；

步骤S8)改变静电放电发生器的极性，例如从正极性调整为负极性，重复步骤4)～7)，得到更换极性后的平均测量数据；其中，更换极性后的平均测量数据包括：更换极性后的放电波形的峰值平均电压和平均上升时间；以及更换极性后的放电波形在30ns和60ns处的平均电压；

步骤S9)将步骤7)得到的平均测量数据和步骤8)得到的更换极性后的平均测量数据，除以示波器的电阻(50Ω)，得到对应极性的放电电流数据；其中，对应极性的放电电流数据包括：对应极性的放电波形的峰值电流；对应极性的放电波形在30ns和60ns处的电流；

步骤S10)根据预先设定的静电放电发生器放电电流数据中的各个基准值，对步骤7)和步骤8)得到的放电波形的上升时间，以及步骤9)得到的放电电流数据进行比较，即可判断该静电放电发生器的放电电流波形是否符合预定的要求。

至于预先设定的放电电流基准值，可以在被校静电放电发生器计量合格回来后，立即用上述测试系统和方法测量，然后将所得的峰值电流平均值、30ns和60ns处的电流平均值、上升时间的平均值作为基准值。

具体地，假设静电放电发生器的峰值电流基准值为A，如果步骤S9)得到的对应极性的放电波形的峰值电流在A×(1-15％)～A×(1+15％)之间，则判断静电放电发生器的峰值电流正常，完成校验；

假设静电放电发生器在30ns处的电流幅值的基准值为B，如果步骤S9)得到的对应极性的电流幅值在B×(1-30％)～B×(1+30％)之间，则判断静电放电发生器在30ns处的电流幅值正常，完成校验；

假设静电放电发生器在60ns处的电流幅值的基准值为C，如果步骤S9)得到的对应极性的电流幅值在C×(1-30％)～C×(1+30％)之间，则判断静电放电发生器在60ns处的电流幅值正常，完成校验；

假设静电放电发生器的脉冲的上升时间的基准值为D，如果步骤S7)和8)得到的上升时间在D×(1-25％)～D×(1+25％)之间，则判断静电放电发生器的脉冲上升时间正常，完成校验。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种静电放电发生器放电电流校验装置，其特征在于，该装置包括：静电放电发生器、定向耦合器、短路负载、衰减器和示波器；

整个校验装置设置在试验台上，将静电放电发生器的接触放电电极紧抵定向耦合器输入端口连接器的阴头内芯，静电放电发生器的地线与定向耦合器输入端口连接器的外壳连接；定向耦合器输出端与短路负载同轴连接；定向耦合器的正向监测端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与示波器连接；定向耦合器的反向监测端空载；

利用静电放电发生器对定向耦合器输入端口的连接器的阴头内芯，采用接触放电模式放电，测量静电放电发生器接触放电电压的波形参数，进而转换成放电电流的波形参数，实现对静电放电发生器放电电流校验。

2.根据权利要求1所述的静电放电发生器放电电流校验装置，其特征在于，所述接触放电模式为先将静电放电发生器的放电电极紧抵定向耦合器输入端口的连接器阴头内芯，然后再按下静电放电发生器的放电开关的放电模式。

3.根据权利要求1所述的静电放电发生器放电电流校验装置，其特征在于，所述静电放电发生器使用150Ω/330pF RC放电网络、接触放电电极和随机接地线。

4.根据权利要求1所述的静电放电发生器放电电流校验装置，其特征在于，所述定向耦合器的频率范围至少覆盖100kHz~1GHz。

5.根据权利要求1所述的静电放电发生器放电电流校验装置，其特征在于，所述短路负载为和定向耦合器输出端直接连接的同轴短路器。

6.一种静电放电发生器放电电流校验方法，该方法基于权利要求1-5之一所述的静电放电发生器放电电流校验装置完成校准，该方法包括：

步骤1）设定静电放电发生器的输出电压；

步骤2）设定静电放电发生器输出电压的极性，将静电放电发生器的放电电极紧抵定向耦合器输入端口连接器阴头内芯；

步骤3）按下静电放电发生器的放电开关，用示波器测量放电波形的峰值电压和上升时间；然后调整时间控制旋钮，用游标测量放电波形在30ns和60ns处的电压，并将其作为一组测量数据；

步骤4）重复步骤2）-步骤3）4次，再得到4组测量数据；每组测量数据包括：放电波形的峰值电压和上升时间，以及放电波形在30ns和60ns处的电压；

步骤5）利用得到的5组测量数据，分别按参数分组平均，依次得到各参数在该极性下的平均值；得到平均测量数据，其包括：放电波形的峰值平均电压和平均上升时间；以及放电波形在30ns和60ns处的平均电压；

步骤6）改变静电放电发生器的极性，重复步骤2）～5），得到更换极性后的平均测量数据；

步骤7）将步骤5）得到的平均测量数据和步骤6）得到的更换极性后的平均测量数据，均除以示波器的输入电阻，得到对应极性的放电电流数据；

步骤8）根据预先设定的静电放电发生器放电电流数据的各个基准值，对步骤5）和6）得到的对应极性的放电波形的平均上升时间，以及步骤7）得到的放电电流数据进行比较，判断该静电放电发生器的放电电流波形是否符合预定的要求。

7.根据权利要求6所述的静电放电发生器放电电流校验方法，其特征在于，所述步骤8）具体包括：

假设静电放电发生器的峰值电流基准值为A，如果步骤7）得到的对应极性的放电波形的峰值电流在A

（1-15%）～A

（1+15%）之间，则判断静电放电发生器的峰值电流正常，完成校验；

假设静电放电发生器在30ns处的电流幅值的基准值为B，如果步骤7）得到的对应极性的电流幅值在B

（1-30%）～B

（1+30%）之间，则判断静电放电发生器在30ns处的电流幅值正常，完成校验；

假设静电放电发生器在60ns处的电流幅值的基准值为C，如果步骤7）得到的对应极性的电流幅值在C

（1-30%）～C

（1+30%）之间，则判断静电放电发生器在60ns处的电流幅值正常，完成校验；

假设静电放电发生器的脉冲的上升时间的基准值为D，如果步骤5）和6）得到的上升时间在D

（1-25%）～D

（1+25%）之间，则判断静电放电发生器的脉冲上升时间正常，完成校验。

8.根据权利要求6所述的静电放电发生器放电电流校验方法，其特征在于，当静电放电发生器输出不同的电压时，示波器输出对应的不同的电流；示波器测得的各个电流的比值与静电放电发生器输出的各个电压的比值相同。

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