ГОСТ Р 51317.4.2-2010 (МЭК 61000-4-2:2008) Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний

     
Приложение D
(справочное)

Излучаемые поля при электростатических разрядах, создаваемых человеком, держащим металлический предмет, и испытательным генератором электростатических разрядов

D.1 Обзор процессов, вызывающих электромагнитные поля

D.1.1 Общие сведения

Форма импульса тока в настоящем стандарте, а также в его предыдущих изданиях установлена, исходя из того, что происходит электростатический разряд от человека, держащего в руке небольшой металлический предмет. Электростатический разряд от человека, а также разряд от испытательного генератора электростатических разрядов создают сильные электромагнитные поля.

Ниже рассмотрены подача разряда от человека, а также процесс, происходящий в испытательном генераторе электростатических разрядов.

D.1.2 Электростатический разряд от человека

При подаче электростатического разряда от человека на испытуемое ТС происходят следующие события:

а) при приближении металлического предмета, который держат в руке, к металлической поверхности испытуемого ТС до появления разрядного тока уже существует электростатическое поле. Тока нет (или есть очень небольшой), нет и магнитного поля;

b) при возникновении разряда между металлическим предметом в руке и испытуемым ТС электростатическое поле между ними ослабевает. Напряжение в дуге уменьшается от своего исходного значения до 25-40 В в течение 50 пс - 5 нс. Время уменьшения напряжения в дуге зависит от исходного значения напряжения, параметров дуги и других факторов. Первым шагом в череде событий, вызывающих сильные переходные электромагнитные поля, является первоначальное уменьшение напряженности электрического поля;

с) в металлическом предмете, находящемся в руке человека, и в ТС начинает возникать ток. Основной фронт тока распространяется со скоростью света и в течение времени, равного 0,8 нс, достигает руки человека. По мере дальнейшего распространения тока в испытуемом ТС и руке человека возникают отражения и потери из-за излучения и сопротивления, что приводит к сложной модели плотности тока как в испытуемом ТС, так и в теле человека;

d) по мере продолжения процесса передачи электростатического разряда составляющие тока с наивысшей частотой быстро затухают, в основном из-за излучения. Форма разрядного тока с увеличением времени становится более гладкой (с меньшим уровнем высокочастотных составляющих), и, наконец, тело человека входит в электростатическое равновесие с испытуемым ТС. Однако остаточный заряд на теле человека не может быть нулевым, т.к. дуга должна исчезнуть до того, как тело человека полностью разрядится. Если рука человека и металлический предмет продолжают приближаться к испытуемому ТС, может возникнуть повторный разряд при меньшем напряжении. Этот процесс приводит к последовательным электростатическим разрядам, каждый из которых характеризуется меньшим напряжением и более быстрым временем нарастания (частично из-за низкого напряжения);

e) во время каждого из последовательности разрядов наблюдатель будет отмечать повышенную плотность заряда в какой-либо точке руки, тела или испытуемого ТС до появления разряда, быстрое изменение разрядного тока во время фазы разряда и небольшой остаточный заряд после разряда;

f) изменяющаяся плотность заряда и изменяющиеся токи приводят к возникновению излучаемого электромагнитного поля. Характеристики поля в ближней зоне определяются непосредственно током и зарядом, для больших расстояний характеристики поля определяются производными тока и заряда. Измерения показывают, что переходные поля электростатического разряда для первых наносекунд возмущения достигнут условий поля в дальней зоне на расстоянии 10 см от дуги;

g) производные по времени тока и заряда будут оказывать большое влияние на нарушение функционирования электронных систем;

h) необходимо отметить, что при электростатическом разряде от человека производные тока и заряда определяются временем уменьшения напряжения в дуге. Таким образом, время нарастания тока электростатического разряда определяет высокочастотные компоненты электромагнитного поля.

Из вышесказанного следует, что переходные поля электростатического разряда "человек - металл" являются важной частью процесса электростатического разряда. При конструировании идеального испытательного генератора электростатических разрядов данные поля должны быть воспроизведены.

D.1.3 Испытательный генератор электростатических разрядов

Ниже рассмотрены процессы, происходящие в испытательном генераторе электростатических разрядов.

Поскольку большинство испытаний проводят в контактном режиме, обеспечивающем большую воспроизводимость, ниже рассматриваются испытательные генераторы, работающие в контактном режиме.

При подаче электростатического разряда имеют место следующие события:

a) разрядный наконечник испытательного генератора прикладывают к заземленной (в большинстве случаев) части испытуемого ТС;

b) конденсатор в генераторе электростатических разрядов заряжают до подачи разряда. Во многих моделях испытательных генераторов большая часть электростатического поля, появляющегося в результате процесса заряда, формируется внутри испытательного генератора. В результате электростатическое поле до разряда значительно меньше электростатического поля, измеренного в той же точке от человека, заряженного тем же напряжением;

c) разряд создается при замыкании реле внутри генератора электростатических разрядов. Конструкция специальных реле обеспечивает хорошую воспроизводимость форм разрядного тока. Однако из-за того, что реле является внутренним и не является точкой, в которой испытательный генератор соприкасается с испытуемым ТС, появление разрядного тока отличается от возникновения разряда от человека;

d) напряжение в реле уменьшается очень быстро (менее чем за 100 пс), что приводит к распространению тока от реле по всем направлениям и на все контактирующие металлические части и другие металлические части, находящиеся поблизости. Ток распространяется со скоростью света (в диэлектриках с меньшей скоростью). Время нарастания тока равно времени уменьшения напряжения;

f) время уменьшения напряжения составляет менее 100 пс, но в настоящем стандарте требуется, чтобы время нарастания тока было равно (0,8±0,2) нс при измерении в точке контакта с целью. Для этого испытательные генераторы электростатических разрядов конструируют так, чтобы увеличить время нарастания тока от очень небольшого в реле до стандартизованного значения в разрядном наконечнике;

g) переходные электромагнитные поля вызываются производными по времени всех токов и производными по времени плотности заряда. Необходимо отметить принципиальную разницу электростатических разрядов от испытательного генератора и от человека с металлическим предметом в руке. Для разряда от человека нарастание тока в дуге представляет собой кратковременный процесс, который и определяет спектр переходных электромагнитных полей. Однако для испытательного генератора электростатических разрядов в контактном режиме высокочастотный спектр определяется не временем нарастания тока в разрядном наконечнике, а временем уменьшения напряжения в реле;

h) учитывая то, что все изменяющиеся токи в испытательном генераторе вызывают появление переходных электромагнитных полей, следует отличать переходные поля, создаваемые изменяющимися токами в реле длительностью 100 пс, от переходных полей, вызываемых изменяющимися токами в точке разряда длительностью (0,8±0,2) нс. Переходные поля, вызываемые быстрыми токами в испытательном генераторе, являются, как правило, нежелательными, т.к. они приводят к появлению высокочастотных составляющих поля, отсутствующих при эквивалентном разряде от человека с теми же значениями времени возрастания тока в точке разряда.

Вклад быстрых процессов в образование переходных электромагнитных полей в значительной степени зависит от конструкции испытательного генератора. Данные электромагнитные поля могут быть подавлены или могут доминировать при испытаниях в зависимости от применяемого испытательного генератора. К сожалению, требования к данным переходным электромагнитным полям в настоящем стандарте не установлены, в результате чего влияние переходных полей на функционирование испытуемого ТС может сильно зависеть от конкретного испытательного генератора.