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        在人們的正常社會活動中,大多數情況下,人體都帶有靜電。尤其是在冬季,空氣干燥,幾乎人人身上都攜帶著幾百甚至數千伏的靜電,如果電子產品或系統的抗靜電能力不夠強,就容易受到靜電的干擾,嚴重的可能會被損壞。因此,電磁兼容的設計人員在設計產品時,會用各種方法,來解決靜電放電的問題,并通過進行靜電放電抗擾度試驗來驗證產品的抗靜電能力。小型消防車作為重要的搶險救援裝備,其靜電放電防護性能設計顯得尤為重要,直接關系到搶險救援的效率、關系到人員生命安全。

      靜電放電的硬件防護設計及其在小型消防車控制系統回路中的應用

        一、靜電和靜電放電的危害
        靜電(Staticelectricity)即靜止電荷產生的電,如在開路電池的端子上的電或同毛皮摩擦后的硬橡膠上的電,或在不涉及運動的情形下所考慮的電。放電(Discharge)是帶電體的電荷消失而趨于中性的現象。放電時產生的放電電流及其電磁場經電路耦合可能引起電氣設備的故障或損壞,尤其是計算機芯片、集成電路等等。雷擊損害是靜電放電的極端,它的危害范圍更大。
        靜電放電產生的是一種高頻電磁場。靜電放電對電路造成的影響有兩個機理,一個是靜電放電電流直接流進電路,影響電路的工作,乃至損壞電路硬件;另一個是靜電放電路徑附近產生很強的電磁場,對電路造成影響。
        二、靜電場和靜電放電的防護
        1、靜電放電的防護
        對靜電放電的防護通常采用二種方法:一是堵,即堵滲式防護,加強介質絕緣不讓靜電放出。二是疏,即導流式防護,用外殼良好接地,讓靜電在建立起足以能達到危害程度的電磁場前,直接導入大地。
        2、靜電場的防護

        上述無論使用哪種屏障,靜電場的問題都不能解決。使用金屬擋板時的不同點是,當放電發生后,電場是在擋板和器件之間,而不是在人體和器件之間。要徹底解決靜電場的問題和電荷注入問題,必須將系統(包括電纜)完全包圍起來,或者將金屬擋板接地。

      靜電放電的硬件防護設計及其在小型消防車控制系統回路中的應用

        三、靜電放電的硬件解決方法
        靜電放電效應可劃分成以下三個部分:靜電放電之前靜電場的效應;放電產生的電荷注入效應;靜電放電電流產生的場效應。實踐表明:對靜電場的防護主要由屏蔽效果來決定;如果有良好的接地系統可有效地減小靜電放電所產生的電荷注入效應;對PCB產生影響大的主要是第三種效應。
        1、結構的ESD防護設計
        為防止靜電經殼體縫隙對電路板的放電,建議在殼體縫隙內部設置導電內襯并就近接地。導電內襯材料的導電率應與殼體材料的導電率相仿。
        在被保護的導線上串接鐵氧體磁珠能有效地抵抗靜電放電電流的侵入。當然,鐵氧體磁珠的材料是與欲抑制的放電電流頻率有關。
        當殼體內電路與殼體有較大的電位差時,可能出現殼體內的二次放電,要避免這類情況的出現,可采取以下四個方法:一是使用非金屬殼體;二是將電路的地與殼體聯接;三是進一步減小殼體的接地阻抗(如增加搭接面積、環型接地、就近接地等);四是采用雙重屏蔽結構設計等等。
        就近防護或接地可提高顯著提高防護效果,過長的接地距離,一是增加了接地阻抗;二是將放電的影響范圍擴大了。
        鍵盤與控制面板的防護設計實例在絕緣面板與電路板之間增加一層導電的隔離板,將可能產生的靜電放電能量直接引入大地。
        液晶顯示屏的ESD防護,要求液晶顯示屏四周用金屬框保護,并用環型接地線來加強金屬框的靜電保護作用。環型接地線要就近接地。
        2、系統間的ESD防護設計
        系統間ESD防護接地系統的設計特例:電纜的靜電放電防護,通常,對屏蔽線的靜電防護采用屏蔽層與機箱進行良好的搭接后并接地;對無屏蔽的對稱線的靜電防護采用串接磁珠、端接TVS二極管、在系統的接線端口設置鐵氧體磁珠與高頻電容組合的去耦電路等。
        3、PCB的ESD防護設計
        通常,騷擾源與接收電路之間的場耦合可以通過下列方式之一減小。(1)在源端使用濾波器以衰減信號;(2)在接收端使用濾波器以衰減信號;(3)增加距離以減小耦合;(4)降低源和/或接收電路的天線效果以減小耦合;(5)采用一致的、低阻抗參考平面(如同多層PCB板所提供的)耦合信號,使它們保持共模方式等。PCB的ESD防護設計通?梢酝ㄟ^下述方式進行。
       。1)保持環路面積;(2)使導線長度盡可能的短;(3)盡可能在PCB上使用完整的地線面;(4)加強電源線和地線之間的電容耦合;(5)隔離電子元件與靜電放電電荷源;(6)PCB上的機殼地線的阻抗要低、隔離要好。

        小型消防車控制系統回路的靜電防護或靜電放電控制,首先要從靜電放電的防護及設計著手,通過EMC測試不斷優化元器件在產品內部的工作條件。然后根據測試結果按電磁騷擾的分布情況,采用相適應的控制措施,以取得佳的工作效能。就產品的制造商來說,在電子產品的設計階段就應充分考慮產品設計對EMC影響,這樣從經濟、技術意義上來講,這是佳的電子產品EMC控制方法。

      靜電放電的硬件防護設計及其在小型消防車控制系統回路中的應用

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