GB/T 19951-2019: 道路车辆 电气/电子部件对静电放电抗扰性的试验方法

GB/T 19951-2019 英文版(现货，9秒内发货www.GB-GBT.cn): Road vehicles -- Disturbances test methods for electrical/electronic component from electrostatic discharge

(资料图片)

1 范围

本标准规定了车辆电气/电子部件对装配、维修过程中及驾乘人员在车内外可能产生的静电放电

(ESD)耐受性能的试验方法,包括部件和整车层面试验。

本标准适用于 M、N、O、L类车辆(不限定车辆动力系统,例如火花点火发动机、柴油发动机、电动

机)用电气电子部件。

2 规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 29259-2012 道路车辆 电磁兼容术语

3 术语和定义

GB/T 29259-2012界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

被测设备

接受试验的电气电子单个组件或组合件。

3.2

空气放电

将试验发生器的充电电极靠近DUT、由作用在DUT上的电弧进行放电的一种试验方法。

3.3

接触放电

试验发生器的电极保持与DUT接触、通过触发发生器内的放电开关对DUT进行放电的一种试验

方法。

3.4

直接放电

直接对DUT实施放电的试验方法。

3.5

间接放电

对DUT附近的耦合板实施放电的试验方法。一般用来模拟人体对DUT附近的物体进行放电。

3.6

表面

DUT无缝外壳、缝隙或开口。例如:翘板开关、触点、通风孔、扬声器出声口。

3.7

保持时间

放电前因泄漏而引起试验电压下降10%所持续的时间。

3.8

水平耦合平板

位于水平方向、用来模拟对DUT附近物体进行放电的金属平板。

4 试验条件

试验时的环境条件如下,当采用其他试验条件时,应记录在试验报告中:

---环境温度:(25±10)℃;

---相对湿度:20%~60%(推荐20℃和30%相对湿度)。

用户应指定试验电平,参见附录C。

5 试验场地

应在满足环境条件的实验室进行,可使用专用场地,如屏蔽室或电波暗室。

注:ESD试验会产生瞬态场,会干扰几米远的敏感电子设备或接收机,选择试验位置时,要给予考虑。

6 试验设备

6.1 ESD发生器

ESD发生器应能产生重复频率至少为10次/s的放电,无论自动还是手动控制,都不应影响放电电

流波形。当2m长的放电回线不够时(例如,高大的DUT),可以使用长度不超过3m的电线,要确保放

电电流波形符合要求。ESD发生器的特性参数见表1。

注:当ESD发生器通过外部电源供电或通过独立单元控制时,连接电缆与ESD发生器的放电回线保持距离,避免非预期的电流会流过这些电缆。

6.2 放电电极

6.2.1 接触放电电极

接触放电所用电极一般采用不锈钢材料。

6.2.2 空气放电电极

空气放电所用电极如图2所示。当空气放电的试验电压大于15kV时,可使用较大的放电电极(例

如,直径为20mm~30mm)以避免预放电。

6.3 接触放电电流验证

接触放电电流应按附录A进行验证。接触放电波形参数应满足表2规定。按表2计算的接触放电

波形如图4a)和b)所示。

6.4 水平耦合平板和接地/参考平面

水平耦合平板(HCP)和接地/参考平面(GRP)应为金属板(例如,紫铜,黄铜或铝),最小厚度为

0.25mm。当使用铝板时,应注意避免铝板因氧化导致导电连接性变差,GRP应放置在非导电桌的下面。

HCP的尺寸应比DUT的投影尺寸(包括连接电缆)至少大0.1m,且不小于1.6m×0.8m。HCP

应位于GRP上边,高度为0.7m~1.0m。GRP的尺寸至少应与HCP的尺寸相同。

6.5 绝缘块

如使用绝缘块,应采用洁净无吸湿性的材料制成(例如聚乙烯材料),相对介电常数在1~5之间。

绝缘块的厚度为 GB-GBT.com (50±5)mm,其每侧至少比试验布置的尺寸大20mm。

6.6 绝缘垫

如使用绝缘垫,应采用洁净无吸湿性的材料制成(例如聚乙烯材料),相对介电常数在1~5之间。

绝缘垫的厚度为2mm~3mm,其每侧至少比试验布置的尺寸大20mm。应确保放电电压为25kV时

绝缘垫不会被击穿。

7 放电模式

7.1 一般规定

试验时有两种放电方式:接触放电和空气放电。附录D给出了空气放电和接触放电的试验指南。

7.2 接触放电

在接触放电中,发生放电之前,ESD发生器的放电电极的尖端应与DUT接触。

7.3 空气放电

在空气放电中,放电电极充电到试验电压,然后以规定的速度接近DUT,当放电尖端足够接近

DUT时,放电尖端和试验点之间的电介质材料被击穿,通过电弧放电。

空气放电过程中,放电电极的接近速度影响注入电流上升时间和幅度,接近的速度应为0.1m/s~

0.5m/s。实际操作时ESD发生器应尽可能快地接近DUT直到放电发生或放电尖端接触放电点,且不

会损坏DUT或发生器。

8 部件试验方法(DUT通电)

8.1 一般规定

对DUT试验应采用直接放电和间接放电:

---直接放电可采用接触或空气放电直接施加于DUT或可接触的远端连接部件,例如开关和

按键;

---间接放电为模拟DUT附近导电物体出现的放电,通过外部金属(例如水平耦合板)施加。间

接放电仅采用接触放电方式。

注:附录E给出了使用直接放电试验方法可选的试验布置和程序。

按DUT在车辆上的安装位置,ESD发生器的电容可选择330pF或150pF,电阻为330Ω。如不

能确定DUT的位置,应仅使用330pF的电容。

对导电表面应使用图1所示的接触放电电极进行接触放电。如试验计划中有要求,也可对导电表

面施加空气放电。对非导电表面应使用图2所示的空气放电电极进行空气放电。

在对DUT进行放电之前,应按附录A对ESD发生器进行定期验证。

8.2 试验计划

在试验前,应编制试验计划,内容包括:

---详细的试验布置;

---试验点;

---DUT的工作模式;

---任何不同于标准试验的特殊说明和变化。

8.3 直接放电试验程序

8.3.1 一般规定

直接放电施加于设备正常工作状态下所有规定的试验点上。产品的响应与放电极性有关,应使用

两种极性放电。

8.3.2 试验布置

按图5将DUT放置在水平耦合板(HCP)上。如DUT安装时直接与车身连接,试验时将其直接放

置在HCP上进行。如安装时与车身不连接,试验时DUT与HCP间应放置绝缘垫。

试验时DUT应与完成其功能测试的必要外围设备相连接,试验线束的长度应为1.50m~2.50m。

如不能使用实车中的外围设备,在试验计划中应说明替代的外围设备和放电试验点。

试验桌上所有部件之间的最小距离为0.2m。试验线束应沿着 HCP的边缘平行放置,距离 HCP

的边缘为0.1m。试验线束应捆扎并放置在绝缘块上。电线规格应按实车进行选定。供电蓄电池应放

置在试验桌上,其负极直接与HCP进行连接。注意蓄电池有爆炸危险,应采取适当的保护措施。

直接放电时ESD发生器的放电回线应与 HCP相连,发生器的放电回线应距DUT和其电缆至少

0.2m(以减小对电缆的耦合,避免影响试验结果)。ESD的试验桌(试验表面)应距其他导电结构(例

如,屏蔽室的表面)至少 GB-GBT.cn 0.1m。

8.3.3 直接放电时的电极连接

8.3.3.1 接触放电

接触放电之前,ESD发生器的放电电极的尖端应与DUT接触。

对于表面涂漆的导电层,如设备制造厂家未说明涂膜为绝缘层,电极尖端应穿透漆膜,与导电层接触。

8.3.3.2 空气放电

空气放电过程中,放电电极的尖端应尽可能快地接近DUT。

注:当壳体是非导电面,或是导电表面喷涂了绝缘层并做了相应声明,则作为绝缘面,只进行空气放电。

8.3.4 ESD发生器的方向

对直接放电,ESD发生器的放电尖端应垂直于DUT的表面。如做不到,可与DUT的表面至少成

45°角。

8.3.5 ESD的放电次数和时间间隔

对每一个规定的试验电压和极性(参见附录C),所有的直接放电试验点应至少施加3次放电。连

续单次放电之间的时间间隔应足够长(不小于1s),确保新的放电之前使电荷消除。可以使用以下方法

消除电荷:

---DUT的残余电荷应按下列顺序、采用连接不低于1MΩ的泄放线方法接触泄地:(1)放电位置

和地之间;(2)DUT接地点与地之间。如有证据表明串接1MΩ导线不会影响试验结果,可连

接到DUT上。

---延长连续两次放电之间的时间间隔,由于自然的电荷衰减,聚集的电荷将消失。

---使用空气离子发生器加快DUT的自然放电过程。当施加空气放电时,应关闭离子发生器。

8.3.6 试验电压

试验电压增加到最大试验电平之前,应至少施加两个电压。

注:有些产品在施加特定试验电压时,会出现敏感响应,不需要在其他试验电压下再进行测试。

8.4 间接放电试验程序

8.4.1 一般规定

通过ESD发生器对水平耦合板施加接触放电,以模拟放置或安装在DUT附近的物体进行放电。

接触放电应施加在DUT每侧的水平耦合板上(ESD脉冲应施加在水平耦合板的边沿)。DUT应放置

在水平耦合板上,其表面应距水平耦合板上最近的放电点为0.1m。对 HCP的边沿施加放电时,要调

整DUT的位置以保持其表面和水平耦合板的边沿之间的距离为0.1m。

8.4.2 试验布置

按图6将DUT放置在水平耦合板(HCP)上。如DUT安装时直接与车身连接,试验时将其直接放

置在HCP上进行。如安装时与车身不连接,试验时DUT与HCP间应放置绝缘垫。

试验时DUT应与完成其功能测试的必要外围设备相连接,试验线束的长度应为1.50m~2.50m。

如不能使用实车中的外围设备,在试验计划中应说明替代的外围设备和试验放电点。

试验桌上所有部件之间的最小距离为0.2m。试验线束应沿着 HCP的边缘平行放置,距离 HCP

的边缘为0.1m。试验线束应捆扎并放置在绝缘块上。电线规格应按实车进行选定。供电蓄电池应放

置在试验桌上,其负极直接与HCP进行连接。注意蓄电池有爆炸危险,应采取适当的保护措施。

间接放电时ESD发生器的放电回线应与HCP或GRP(根据试验计划)相连,发生器的放电回线应

距DUT和其试验线束至少0.2m(以减小对电缆的耦合,避免影响试验结果)。ESD的试验桌(试验表

面)应距其他导电结构(例如,屏蔽室的表面)至少0.1m。

8.4.3 ESD的放电次数和时间间隔

对每一个规定的试验电压和极性(参见附录C),所有的间接放电试验点应施加放电50次。对

HCP的放电,连续单次放电之间的时间间隔应大于50ms。

8.4.4 ESD发生器的方向

对HCP进行放电时,当放电电极接触 HCP的边缘,应和 HCP位于同一平面内。HCP的水平平

面内不进行放电。

8.4.5 试验电压

按8.3.6规定。

9 部件试验方法(DUT不通电)

9.1 一般规定

模拟在装配过程中或维修时人体对DUT的直接放电。

在对DUT施加放电之前,应按照附录A的规定对ESD发生器进行定期验证。ESD发生器的电容

应为150pF,电阻值在试验计划中规定。

9.2 试验计划

在试验前,应编制试验计划,内容包括:

---详细的试验布置;

---试验点;

---DUT的工作模式;

---任何不同于标准试验的特殊说明。

9.3 试验程序

9.3.1 一般规定

接触放电施加在装配过程中或维修时可能会接触到的所有管脚和面,空气放电施加在所有的表面

和点上。

对搬运时容易触及的(但不限于)每一个连接管脚(包括DUT凹形连接管脚)、壳体、按钮、开关、显

示屏、壳体上的螺母和开口施加放电。用截面积为0.5mm2~2mm2、长度不大于25mm的绝缘实心

金属丝引出凹形连接管脚。

如果一个连接器内有多个密集管脚,难以逐个施加放电时,使用横截面积为0.5mm2~2mm2、长

度不大于 GB-GBT.cn 25mm的绝缘实心金属丝引出。

直接放电应施加在试验计划规定的所有试验点上。产品的响应与放电极性有关,应使用两种极性

进行放电。

9.3.2 试验布置

图7给出了ESD试验的布置,接地连接线中应包括2个470kΩ的电阻(图6中7)。DUT试验时

不接外围设备,按供应商交付样品状态进行。

当试验计划中有要求时,DUT和 HCP之间应使用静电耗散垫。静电耗散垫的尺寸应大于DUT

的水平投影尺寸,材料的表面电阻率应为107Ω/平方单位~109Ω/平方单位。

直接放电时ESD发生器的放电回线应与 HCP相连,发生器的放电回线应距DUT和其电缆至少

0.2m(以减小对电缆的耦合,避免影响试验结果)。ESD的试验桌(试验表面)应距其他导电结构(例

如,屏蔽室的表面)至少0.1m。

9.3.3 直接放电时的电极连接

按8.3.3规定进行。

9.3.4 ESD发生器的方向

应符合8.3.4规定。

9.3.5 ESD的放电次数和时间间隔

应符合8.3.5规定。

9.3.6 试验电压

应符合8.3.6规定。

9.3.7 试验后功能要求

试验后,应对DUT进行完整的功能试验,其各项功能应正常,没有永久的损坏。此外,还应验证电

磁兼容保护电路的有效性(例如,分别确保电磁抗扰和发射的输入电容)。

10 整车试验方法

10.1 一般规定

对仅可在车内触及的部件进行放电,发生器的电容为330pF,电阻为330Ω或2kΩ,最大试验电压

为15kV。对仅可在车外触及的部件进行放电,发生器的电容为150pF,电阻为330Ω或2kΩ,最大试

验电压为25kV。对于车内和车外都可触及的部件,使用两种电容,最大试验电压分别为15kV和

25kV。

在对部件施加放电之前,应按照附录A的规定,对ESD发生器进行定期验证。

对导电表面使用接触放电电极进行接触放电。如试验计划中有要求,空气放电也应施加到导电表

面。对非导电表面使用空气放电电极进行空气放电。

10.2 试验计划

在试验前,应编制试验计划,内容包括:

---试验点;

---部件的工作模式;

---车辆的工作模式(例如,驾驶、怠速、巡航);

---任何不同于标准试验的特殊说明和变化。

10.3 试验程序

10.3.1 一般规定

试验时部件应处于正常工作状态,放电施加于规定的所有试验点上。产品的响应与放电极性有关,

应使用两种极性放电。

10.3.2 试验布置

对仅可在车内触及的部件,ESD发生器的放电回线应直接连接到车身的金属接地上(例如座椅导

轨、门锁)。图8a)给出了车内试验布置的例子。

对仅可在车外触及的部件,ESD发生器的放电回线应直接连接到车身的最近金属接地上或直接连

接到距离放电点最近的车轮下金属板上。图8b)给出了车外试验布置的例子。

对车内、车外均可触及的部件,分别按图8a)和b)进行布置。

试验时发动机运行在驱动或怠速模式。如被测系统(例如巡航控制)需按一定车速行驶要使用测功

机时,应在试验计划中规定速度。

10.3.7 试验点的选取

应对乘员可触及的车辆内外的所有部件(例如,开关、显示屏、车身表面、转向锁、控制器、天线)进行放电。

11 试验报告

试验报告应包括:试验设备(特别是放电网络)、试验等级、试验地点、受试设备、放电点、环境条件、接地条件、DUT的工作模式、DUT的监测条件、系统的互相作用以及其他与试验有关的信息。

附 录 A

(规范性附录)

ESD发生器的验证

A.1 电流靶的输入阻抗

用于测量ESD发生器放电电流的电流靶,在内部电极和地之间测得的直流输入阻抗应不大于

2.1Ω。

注1:电流靶可用于ESD电流流进理想接地平面的测量。为了尽可能地减小理想导电平面和电流靶的输入阻抗之间的差异所导致的误差,输入阻抗的限值设定为2.1Ω。当电流靶的输入阻抗太小时,输出信号也非常小,耦合到电缆和示波器会导致测量误差。此外,当电阻值越小时,寄生电感越大。

注2:附录B给出了电流靶的详细描述。

A.2 ESD发生器的验证

A.2.1 一般规定

ESD评估结果的相关性非常重要,在使用不同制造商的发生器进行试验或者试验持续时间很长情

况下尤其重要。评估中重复性是重要因素。ESD发生器应按已确认的质量保证系统在规定

时间周期内进行验证。ESD发生器应在所要求的重复率下满足所有技术指标。

A.2.2 验证设备

ESD发生器的校准需要以下设备:

---模拟带宽至少为1GHz的示波器。

---电流靶。

---能够测量至少25kV,精度至少为5%的高压表;为避免影响高压输出,可使用静电电压表。

---尺寸至少为1.2m×1.2m的参考平面:同轴电流靶安装在参考平面上,电流靶距平面的任何

边缘至少为0.6m。

---衰减器(当需要时)。

A.2.3 接触放电模式下发生器的验证程序

A.2.3.1 在验证放电电流之前,应使用高压表在电极尖端确定ESD发生器试验电压的幅值。试验电压

测量精度见表1。

注:为确保测量准确,电极输出电压的验证考虑ESD发生器的电气结构(例如,电路结构)和高压表的技术指标(例如,输入阻抗和输入寄生电容)。

A.2.3.2 进行验证时环境条件应符合第4章规定。

A.2.3.3 电流靶应安装在尺寸至少为1.2m×1.2m的垂直参考平面中心(见图A.1)。ESD发生器的

放电回线应直接连接到验证参考平面电流靶的下方,距电流靶0.5m。放电回线应在其中点向后拉伸,

形成一个等腰三角形。在验证过程中,放电回线不应位于地面上。

A.2.3.4 表A.1给出了放电电流的验证程序。为验证ESD发生器的电流波形是否满足规范,应测量以

下参数:

---Ip,放电电流的峰值,单位:A;

---I1,t1时的电流值,单位:A(见表2);

---I2,t2时的电流值,单位:A(见表2);

---tr,电流的上升时间,单位:ns。

A.2.3.5 如测量结果能够证明测量系统的间接耦合路径不会影响验证结果时,不需要屏蔽室(尺寸至

少为1.2m×1.2m、安装电流靶、带GRP)来保护所使用的示波器。当示波器的触发电平设定为不大于

第一个峰值电流对应的峰值输出电压的10%,ESD发生器放电到电流靶的外环(代替内环),示波器无

触发时,则认为验证系统具有足够的抗扰度,也不需要屏蔽室。

关键词： 试验电压 放电电极 试验方法