EMC 避坑指南 · 技术笔记

IEC 61000-4-2 第 3.0 版:静电放电枪及其校准有哪些变化

2025 年版为放电电流增加了第二峰值限值,首次把空气放电电极纳入校准,并重新绘制了带有尺寸标注接地平板的校准布置图。每一处改动对实验室及其证书意味着什么。

IEC 61000-4-2:2025 取消并替代了已沿用十七年的 2008 年版。试验方法大部分仍是熟悉的样子,标准真正移动的位置在于发生器的规格及其校准——按旧表格出具的证书回答不了新表格的问题。本文把两个版本并排摆开,只谈会落到校准台上的三处变化:电流波形、空气放电电极和校准布置。

要点速览
  • 波形。表 3 现在由四项参数变为五项。新增的第二峰值电流,即 10 ns 至 40 ns 之间的最大电流,必须落在标称值的 −20 % / +40 % 之内。表中还为空气放电电极增加了 15 kV 这一行。
  • 空气放电电极。这是前言中列出的第一项变化。空气放电电极现在要校准:在所用的最高空气放电电压下测量开路电压;若任一电极内含有元件,还要在装上空气放电电极、发生器处于接触放电模式的情况下测量电流波形。
  • 校准布置。校准布置新增了一块至少 1.5 m × 1.2 m、并与垂直平板搭接的参考接地平板,规定了带容差的 1.0 m 电流测量靶高度、回流电缆与供电电源的要求,以及不低于 8 GS/s 的示波器采样率。电流测量靶本身的图样没有变化。

1. 放电电流现在多了一个必须满足的第二峰值

2008 年版用每一档电压下的四个数值来定义接触放电电流:第一峰值、上升时间,以及参考点之后 30 ns 与 60 ns 处的电流。2025 年版保留了这四项及其容差,并增加了第五项:第二峰值电流,定义为参考点之后 10 ns 至 40 ns 窗口内的最大电流。它的容差是不对称的,为 −20 % 至 +40 %,标称值取第一峰值的 60 %。

4 kV 下的接触放电电流,依据标准的图 2 绘制。标称值取自表 3。 第二峰值窗口,10 ns 至 40 ns(新增) 010304060100 ns 15 A9 A8 A4 A Ip1 15 A ±15 % 上升时间 0.8 ns ±25 % Ip2 9 A, −20 % / +40 % I30 8 A ±30 % I60 4 A ±30 %
波形形状只用于说明各项参数,并非按比例绘制。四个黑色标记在 2008 年版中就已存在,红色的那个是新增的——它给多数发生器在第一峰值与 30 ns 点之间产生的那个隆起加上了容差,而旧表格从未对它作过约束。
表 3 的参数2008 年版2025 年版
第一峰值电流 Ip1每 2 kV 为 7.5 A,±15 %无变化
上升时间 tr,10 % 至 90 %0.8 ns,±25 %无变化
第二峰值电流 Ip2未作规定10 ns 至 40 ns 内的最大值:2、4、6、8 kV 下分别为 4.5、9.0、13.5、18.0 A,−20 % / +40 %
30 ns 处的电流 I30每 2 kV 为 4 A,±30 %无变化
60 ns 处的电流 I60每 2 kV 为 2 A,±30 %无变化
表中所列的电压档2、4、6、8 kV 接触放电2、4、6、8 kV 接触放电,另加用于空气放电电极的 15 kV 一行(第一峰值 56.3 A、第二峰值 33.8 A、30 A、15 A)
接触放电输出电压,表 2至少 1 kV 至 8 kV至少 2 kV 至 8 kV

实际后果是:持 2008 年版表格证书的发生器,其第二峰值从未被测量过。知名厂家的多数发生器都会通过,因为第二峰值取决于 150 pF / 330 Ω 网络与放电枪的结构,但“会通过”并不是校准结果。按 2025 年版出具的证书比旧证书多出一列,而依据新版工作的评审员会去找这一列。

2. 空气放电电极首次纳入校准

2008 年版只在接触放电模式下校准发生器。空气放电电极只是在做试验时装上去,对它唯一的要求就是与接触放电电极共用的开路电压容差。空气放电电极对电流波形究竟有什么影响,从来没有被测量过;2025 年版的前言把填补这一空白列为其第一项重要变化。

第 6.3.1 条现在分为两种情形。如果接触放电电极与空气放电电极都是内部不含任何有源或无源电子元件的普通导体,那么空气放电的校准仅限于在所用的最高空气放电电压下、于空气放电电极处测量开路电压。如果任一电极内含元件——目前有几种设计确实如此——则还要按与接触放电相同的程序测量电流波形:发生器处于接触放电模式,但装上空气放电电极,在表 1 所列的某一档电压下进行。这正是表 3 增加 15 kV 一行的原因:空气放电的电压档最高到 15 kV;当发生器无法在 15 kV 下校准时,注释允许采用次低一档的空气放电电压。电极内部装有什么,由制造商提供信息,证书应说明适用的是哪一种情形。

随之而来的还有两项要求。校准时发生器的供电方式应与试验时一致,因此一支既用市电、又用电池的放电枪需要两种供电方式各校准一次。此外,第 7.2.2 条(试验前的核查)现在规定两种放电电极都应核查,并把观察小火花列为一种可接受的方法。

3. 校准布置现在有“地面”了

2008 年版的布置是一块垂直校准平板,电流测量靶距任一边缘至少 0.6 m,回流电缆在测量靶下方 0.5 m 处连接并向后拉成三角形,另有一条注释说发生器应置于三脚架上。2025 年版保留了这块平板,并增加了旧图中没有的参考接地平板,还给出了尺寸、高度与容差。

2008 年版,图 B.5 垂直校准平板 地面:未规定接地平板,也未规定测量靶高度 电流测量靶 静电放电发生器 三脚架 接地点 回流电缆在其中点处 向后拉起 ≥ 0.6 0.5 未给出高度 2025 年版,图 5 垂直校准平板 参考接地平板,进深 ≥ 1.5 m、宽度 ≥ 1.2 m,与垂直平板搭接 电流测量靶 静电放电发生器 三脚架 接地点 回流电缆在其中点处 向后拉起 不得贴放在平板上,也不得由人手持 ≥ 0.6 0.5 ±0.05 0.5 ±0.05 电源 置于接地平板上
依据两个版本的图样简化绘制的立面图。电流测量靶与垂直平板没有变化,新增的是测量靶以下的一切:带尺寸的参考接地平板、带容差的高度,以及对电缆与供电电源的规定。
布置项目2008 年版,附录 B2025 年版,第 6.3 条
垂直校准平板电流测量靶距任一边缘至少 0.6 m无变化
参考接地平板未作规定至少 1.5 m × 1.2 m,与垂直平板电气连接,且大到足以覆盖回流电缆拉起后的投影
测量靶高度未作规定;接地点位于测量靶下方 0.5 m接地点位于测量靶下方 0.5 m ±0.05 m、接地平板上方 0.5 m ±0.05 m,因此测量靶高度为 1.0 m
回流电缆在中点处向后拉成三角形;不得置于地面上三角形布置不变;不得贴放在接地平板上,也不得由操作者手持
供电电源发生器按实际使用方式供电(注释)外部电源置于接地平板上,电缆沿接地平板与垂直平板走线;若试验中市电与电池两种方式都使用,则两种方式都要校准
发生器的支承三脚架或等效的非金属支架(注释)三脚架或等效的非导电支架,放电电极垂直于平板(作为要求)
示波器模拟带宽至少 2 GHz带宽至少 2 GHz,且采样率至少 8 GS/s
高电压测量量程至少 15 kV 的表计,必要时使用静电电压表电阻分压器配电压表,读数的 ±1 %,最小输入电阻按发生器制造商的规定,或采用同等准确度的静电电压表
记录的放电次数每一档电压、每种极性各 5 次等级 1 至 4 每种极性各 5 次;报告中至少给出一条 8 kV 正极性波形
电流测量靶,附录 B 与附录 C输入阻抗不大于 2.1 Ω;测量链插入损耗在 1 GHz 以内为 ±0.5 dB,4 GHz 以内为 ±1.2 dB无变化,包括示例测量靶图样

接地平板的意义比它的尺寸所暗示的要大。回流电缆对其下方任何物体的电容都是放电回路的一部分,而 2008 年版的图样把这一点留给了房间本身。两家实验室用同样的测量靶、同样的放电枪,可能测出不同的 I30 值,只因为一家是混凝土地面、另一家是架空金属地板。把一块有明确规定的平板与校准平板搭接、让电缆离开它、并固定测量靶的高度,就消除了这个变量——这也正是第二峰值容差得以写出来的前提。

这对一份证书意味着什么

先看证书声称依据的是哪一版依据 IEC 61000-4-2:2008 出具的证书并没有错,但它没有第二峰值的结果,也没有空气放电电极的结果。如果贵方的产品类标准现在引用 2025 年版,就应要求下一次校准按新版进行。
要找的是五项参数,而不是四项Ip1、tr、Ip2、I30 与 I60,在 2、4、6 与 8 kV 下、两种极性各放电 5 次,并附上 8 kV 正极性波形。
要找空气放电电极的结果要么是在所用最高空气放电电压档下的开路电压,要么——当电极内含元件时——是装上空气放电电极、在接触放电模式下测得的波形。证书应说明适用的是哪一种情形以及为什么。
要找对校准布置的说明包括接地平板、测量靶高度以及所用的供电方式。已经采用 2025 年版布置的实验室会明确写出来,因为那是它实实在在搭建起来的。

按新版设计的发生器

我们供货与校准最多的三款静电放电模拟器,制造商均按 IEC 61000-4-2 第 3.0 版的要求给出规格,其中包括第二峰值容差与空气放电电极校准。

Teseq NSG 437 静电放电模拟器与放电电极
Teseq

NSG 437

30 kV 空气放电与接触放电,标配 150 pF / 330 Ω 网络,另有 60 多种可选网络,符合 IEC 61000-4-2 的球形与尖端放电电极可互换,每次开机自检校准。

Teseq NSG 438 静电放电模拟器与基座
Teseq

NSG 438

30 kV 模拟器,配基座与轻量放电枪,彩色触摸显示屏,具备电压保持与内置泄放功能,电池经 30 kV 下 30,000 次放电的考核。

EM TEST esd NX30 静电放电模拟器与基站
EM TEST

esd NX30

30 kV 空气放电与接触放电,配电池基站,R/C 网络可更换,泄放功能可切换,带操作日志与 esd.control 标准试验流程库。

规格取自 2025 年 7 月版的 AMETEK CTS 数据手册。报价请联系我们。

我们的立场

IEC 61000-4-2 的 2008 年版与 2025 年版都在我们据以校准的认可范围之内,涵盖放电电流波形参数、接触放电与空气放电的电压指示,以及电流测量靶的插入损耗,静电放电模拟器校准指南列出了各项范围。按 2025 年版进行的校准会报告表 3 的五项参数、所适用的空气放电电极情形以及所用的校准布置,证书上并注明版本。如果贵方发生器上一份证书依据的是 2008 年版,请把它发给我们,我们会告诉您下一份证书需要补上什么。

“Shocking. Positively shocking.”(震惊,实在令人震惊。此处 shocking 一语双关,亦指电击。)
詹姆斯·邦德,《金手指》

第 3.0 版对这次“电击”查得更多了:第二峰值,以及首次纳入校准的空气放电电极。

告诉我们您需要测试什么

我们会在一个工作日内回复报价或方案。

联系我们