ESD模拟器的特性仿真及实验验证

论文摘要

静电放电（electrostatic discharge,ESD）的形成机理复杂,会通过不同的效应对电子设备造成复杂而严重的危害。但实际中的静电放电随机性较强,因而可重复性较差。为此,静电放电模型被建立以模拟实际的静电放电。基于这些模型,也建立了IEC 61000-4-2等相关标准。IEC标准规定了静电放电测试设备,即ESD模拟器的特性,并对静电放电测试进行了标准化,因而大大提高了测试的重复性。但在标准的执行过程中,可重复差的问题依然存在,其主要原因在于ESD模拟器产生的电磁场的可重复性问题,而电磁场会对电子设备的静电放电测试造成较大影响。因此,本文的主要研究内容是ESD模拟器仿真模型的建立与实验验证,重点为全波模型的静电放电电磁场耦合的仿真与验证。对ESD模拟器的仿真研究有着重要的意义,通过仿真能够产生稳定的结果,并为测试提供有力的参考。主要工作如下:根据实际ESD模拟器的结构,分别在PSPICE和CST中建立ESD模拟器的电路模型与全波模型。根据IEC 61000-4-2规定的标准电流波形和相关参数,对电路模型和全波模型进行初步验证。基于该电路模型,结合非线性电弧阻抗模型在MATLAB中对空气放电电流进行计算,验证了放电间隙对空气放电电流的影响。印刷电路板（printed circuit board,PCB）对静电放电十分敏感,因此选择PCB作为验证全波模型电磁场耦合的待测设备。对PCB进行了系统地静电放电测试。通过耦合电压研究了放电模式、放电电压、放电位置以及PCB轨线的长度、宽度和端接电阻对电磁场耦合的影响,并得到了电磁场耦合规律。建立PCB和IEC 61000-4-2抗扰度测试平台等全波模型,结合ESD模拟器全波模型在仿真环境下进行静电放电测试,获得仿真结果。对耦合电压测试值和仿真值的大小以及电磁场耦合规律进行了比较。结果表明,仿真能够在一定程度上再现实际静电放电测试中的电磁场耦合,ESD模拟器全波模型的有效性得到了进一步验证,同时仿真结果也再次验证了测试得到的耦合规律。本文从PCB电磁场耦合规律的新角度验证了全波模型的有效性,测试和仿真得到的耦合规律的相互验证为ESD模拟器全波模型的应用提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究的背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 数学模型
•     1.2.2 电路模型
•     1.2.3 全波模型
•   1.3 本文主要研究内容及章节安排
• 第2章 静电放电及电磁场耦合机理
•   2.1 静电起电
•   2.2 静电放电类型及危害
•   2.3 静电放电模型及静电放电抗扰度测试
•   2.4 电磁场耦合机理
•   2.5 本章小结
• 第3章 ESD模拟器的仿真研究
•   3.1 电路模型
•     3.1.1 接触放电仿真
•     3.1.2 空气放电仿真
•   3.2 全波模型
•     3.2.1 全波模型的建立
•     3.2.2 全波模型的初步验证
•   3.3 本章小结
• 第4章 PCB静电放电测试及全波模型验证
•   4.1 待测PCB及实验配置
•   4.2 对板接触放电测试
•     4.2.1 测试方法
•     4.2.2 末端放电点测试结果
•     4.2.3 侧端放电点测试结果
•     4.2.4 放电电压对耦合电压的影响
•     4.2.5 对耦合电压的分析
•   4.3 对板空气放电测试
•     4.3.1 测试方法
•     4.3.2 放电电压对耦合电压的影响
•     4.3.3 放电距离对耦合电压的影响
•     4.3.4 轨线宽度对耦合电压的影响
•   4.4 辐照效应试验
•   4.5 全波模型验证
•     4.5.1 末端放电点验证
•     4.5.2 侧端放电点验证
•     4.5.3 辐照效应试验验证
•   4.6 本章小结
• 第5章 总结及展望
•   5.1 本文工作总结及结论
•   5.2 创新点
•   5.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 舒晓榕

导师: 徐晓英

关键词: 静电放电,仿真,轨线,电磁场耦合

来源: 武汉理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 武汉理工大学

分类号: O441.1

DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.000319

总页数: 93

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