连接器选型与ESD【EMC学习】

【现象描述】

某工业产品需要通过土8kV的ESD空气放电测试。该产品的连接器采用塑料外壳，在连接器的位置需要进行空气放电。测试过程中发现塑料外壳的连接器会出现空气放电现象，并且产品出现错误现象，导致测试失败。

【原因分析】

进行空气放电测试时，放电电极的圆形放电头应尽可能快地接近并触及受试设备（不要造成机械损伤）。每次放电之后应将静电放电发生器的放电电极从受试设备移开，然后重新触发发生器，进行新的单次放电，这个程序应当重复至放电完成为止。

对于空气放电测试来说，其实质上是一个带电物体接近一个电位不相等的导体或接地导体时，带电物体上的电荷会通过另一个导体或接地导体泄放，这就是空气静电放电现象。当放电现象发生时，由于静电放电波形具有很高的幅度和很短上升沿，这样就会产生强度大、频谱宽的电磁场，对被放电的电子设备、线路或器件造成电磁干扰。

上升沿的长度取决千放电路径的电感。

对于本案例中测试的产品来说，当放电电极的圆形放电头很快地接近并接触测试点（连接器的塑料表面）时，如果接触点周边一定的空气击穿距离范围内（如 8 kV 时，为 6 mm)存在较低电位的导体或接地导体，就会出现放电现象。研究测试中所用的连接器之后，发现此连接器外塑料表面到其内部导体之间的距离小于3mm, 如下图所示。

随着放电现象的发生，产生的干扰也随之对内部电路产生影响。也许有些产品中发生此类的放电现象不一定使测试失败，但是不得不说这是一种极大的风险。

【处理措施】 根据分析，重选连接器，使新选的连接器表面到内部导体之间的距离在6mm以上。

【思考与启示】 对于塑料外壳的产品或连接器件选型时也要注意，塑料结构件表面缝隙到内部导体之间的空气距离是否足够来防止ESD击穿。任何空气空间的存在可以使 ESD 向电子设备的内部金屈导体或电路产生 ESD电弧。要利用距离保护内部电路，以下几种方式可以帮助建立一个击穿电压大于测试电压的抗 ESD环境。 (1)确保电子设备与下列各项之间的路径长度超过足够的距离，如 8kV要求有6mm 以上的距离。 • 包括接缝、通风口和安装孔在内任何用户能够接触到的点。在电压一定的情况下，电弧通过介质的表面比通过空气传播得更远。 • 任何用户可以接触到的未接地金属，如紧固件、开关、操纵杆和指示器。 (2)将电子设备装在机箱凹槽或槽口处来增加接缝处的路径长度。 (3)在机箱内用聚脂薄膜带来覆盖接缝及安装孔，这样延伸了接缝／过孔的边缘，增加了路径长度 。 (4)用金属帽或屏蔽塑料防尘盖罩住未使用或很少使用的连接器。 (5)使用带塑料轴的开关和操纵杆，将塑料手柄/套子放在上面来增加路径长度。避免使用带金属固定螺丝的手柄。 (6)将LED 和其他指示器装在设备内孔里，并用带子或盖子将它们盖起来，从而延伸孔的边沿或使用导管来增加路径长度 。 (7)延伸薄膜键盘边界使之超出金属线足够的距离，如8kV 空气静电放电需要6 mm以上的距离。 (8)将散热器靠近机箱接缝，通风口或安装孔的金属部件上的边和拐角要做成圆弧形状，以免出现尖端放电。 (9)塑料机箱中，靠近电子设备或不接地的金属紧固件不能突出在机箱中。 • 在触摸橡胶键盘上，确保布线紧凑并且延伸橡胶片以增加路径长度。 • 在薄膜键盘电路层周围涂上黏合剂或密封剂。 • 在机箱箱体接合处， 要使用耐高压硅树脂或垫圈实现密闭、防ESD、防水和防尘。

注：以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》