ESD Simülatör Silahları: Elektrikli ve Elektronik Ekipmanların ESD Bağışıklık Testinde Uygulama ve Teknik Araştırma

Özet
Dijital ve akıllı teknolojilerin etkisiyle, elektrikli ve elektronik ekipmanlar yüksek entegrasyon ve düşük güç tüketimine doğru hızla gelişmekte ve elektrostatik deşarj (ESD) girişimine karşı hassasiyeti önemli ölçüde artmıştır. Elektronik ekipmanlar için yaygın bir elektromanyetik girişim kaynağı olan ESD, cihaz çökmelerine, veri kaybına ve hatta donanım hasarına neden olabilir. Bu nedenle, ESD bağışıklık testi, ürün güvenilirliği doğrulamasında önemli bir bağlantı haline gelmiştir. Bu makale, LISUN ESD61000-2 ESD Simülatör Silahları Araştırma nesnesi olarak, teknik mimarisini, temel işlevlerini ve standart uyumluluğunu sistematik olarak açıklamakta ve cihazın ESD darbelerini doğru bir şekilde yeniden üretme ve standart test koşulları sağlama konusundaki teknik prensibini derinlemesine analiz etmektedir. Gerçek test verileri ve çok sektörlü uygulama senaryolarıyla birleştirildiğinde, cihazın elektrikli ve elektronik ekipmanların ESD bağışıklığını değerlendirmedeki doğruluğu ve güvenilirliği doğrulanmaktadır. Araştırma sonuçları, LISUN ESD61000-2 ESD Simülatör Tabancaları, GB/T 17626.2 (IEC/EN 61000-4-2) gibi uluslararası ve yerel standartların gerekliliklerini karşılayarak, elektronik ekipman Ar-Ge, fabrika kalite denetimi ve üçüncü taraf sertifikasyonu için profesyonel test çözümleri sunar. ESD girişim senaryolarında ekipmanın istikrarlı çalışmasını sağlamak açısından büyük önem taşır.

1. Giriş
Elektrostatik Deşarj (ESD), doğada yaygın bir elektromanyetik girişim olgusudur. Yüklü bir nesne elektronik ekipmana temas ettiğinde veya yaklaştığında, anında büyük miktarda yük salarak bir darbe akımı oluşturur (tepe değeri onlarca ampere kadar ve yükselme süresi yalnızca 0.6-1 ns'dir). Bu akım, ekipmanın dahili yongaları ve devreleri üzerinde elektromanyetik etkiye neden olur. Sektör istatistiklerine göre, elektronik ekipman arızalarının yaklaşık %25'i ESD'den kaynaklanmaktadır. Bunlar arasında, tüketici elektroniği ve otomotiv elektroniği gibi alanlar, yüksek ekipman entegrasyonu nedeniyle ESD girişimi açısından daha yüksek risk altındadır. Örneğin, akıllı telefon ekranlarının dokunmatik arızası ve araç içi navigasyon sistemlerinin çökmesi gibi arızalar çoğunlukla ESD'nin neden olduğu anlık devre bozukluklarıyla ilişkilidir.

ESD bağışıklık test sürecini standartlaştırmak için Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) IEC 61000-4-2 standart ve Çin, aynı anda, ekipmanın bağışıklık performansını değerlendirmek için farklı seviyelerdeki ESD senaryolarını simüle etmek üzere özel ekipman kullanımını açıkça gerektiren GB/T 17626.2 standardını formüle etti. Geleneksel ESD test ekipmanlarının dengesiz deşarj darbesi parametreleri, tek test modu ve zayıf uyumluluk gibi sorunları vardır ve bu da çeşitli ürünlerin test ihtiyaçlarını karşılamayı zorlaştırır. ESD61000-2 ESD Simülatörü Silah serisi tarafından geliştirildi LISUN Elektrikli ve elektronik ekipmanların ESD bağışıklık test ihtiyaçları için tasarlanmıştır. Yüksek hassasiyetli deşarj direnç-kapasitans (RC) modülleri ve akıllı kontrol teknolojisini benimseyen bu cihazlar, 0.1-30 kV çıkış voltaj aralığında hava deşarjı ve temas deşarjı gibi çeşitli ESD darbe senaryolarını doğru bir şekilde yeniden üretebilir ve tüketici elektroniği, otomotiv elektroniği, endüstriyel kontrol ve diğer alanların test ihtiyaçlarına uyum sağlar. Bu makalede, bu ürünün teknik değeri ve endüstriyel uygulama değeri kapsamlı bir şekilde analiz edilecektir. LISUN ESD61000-2 ESD Simülatörü Dört boyuttan silahlar: ekipman teknik prensibi, çekirdek parametre performansı, uygulama senaryoları ve standart uyumluluğu.

2. Teknik Mimari ve Temel İşlev Prensipleri LISUN ESD61000-2 ESD Simülatör Silahları
2.1 Teknik Mimari Tasarımı
The LISUN ESD61000-2 ESD Simülatör Silahları, beş temel sisteme bölünmüş "modüler + entegre" bir tasarım konseptini benimser. Her sistem, ESD darbelerinin doğru bir şekilde üretilmesini ve test sürecinin akıllı bir şekilde kontrol edilmesini sağlamak için iş birliği içinde çalışır:
• Yüksek Gerilim Üretimi ve Düzenleme Sistemi: 0.1-20 kV'luk sürekli gerilim düzenlemesini gerçekleştirebilen yüksek frekanslı yüksek gerilim güç modülü ve gerilim geri besleme devresi içerir (ESD61000-2) ve 0.1-30 kV (ESD61000-2A/2C), voltaj doğruluğu ±%5 oranında kontrol edilir. Kapalı devre geri besleme mekanizması sayesinde bu sistem, çıkış voltajını gerçek zamanlı olarak izler ve dinamik olarak düzeltir, böylece elektrik şebekesi dalgalanmaları veya yük değişimlerinden kaynaklanan voltaj sapmalarını önler ve ESD enerjisinin kararlılığını sağlar.
• Deşarj Direnci-Kapasitans (RC) Modülü: ESD darbe dalga formlarını simüle etmek için temel bileşen olarak, ESD61000-2 standart 330Ω/150pF modülü ile donatılmıştır (gereksinimlerini karşılar) IEC 61000-4-2 standart), iken ESD61000-2A/2C, 150pF/330Ω ve 150pF/2000Ω gibi dört değiştirilebilir modül sunar. RC parametreleri, farklı senaryolarda ESD darbelerini yeniden üretmek için test standartlarına (genel elektronik için GB/T 17626.2 ve otomotiv elektroniği için GB/T 19951 gibi) göre değiştirilebilir. Örneğin, insan vücudundaki ESD'yi simüle etmek için 330Ω/150pF, ekipman gövdesindeki ESD'yi simüle etmek için ise 2000Ω/150pF kullanılır.
• Deşarj Elektrodu ve Tetikleme Sistemi: Sivri uçlu elektrot (temas deşarjı için) ve yuvarlak uçlu elektrot (hava deşarjı için) ile donatılmıştır. ESD61000-2C, farklı test nesnelerinin deşarj ihtiyaçlarına uyum sağlamak için 30 mm çapında büyük yuvarlak bir elektrotla donatılmıştır: temas deşarjı iletken kabuklar veya metal yüzeyler (örneğin bir akıllı telefonun metal orta çerçevesi) için, hava deşarjı ise yalıtkan yüzeyler (örneğin plastik kabuklar) için uygundur. Tetikleme modu, manuel (tek deşarj) ve otomatik (sürekli deşarj, 0.05-99.99 sn/deşarj frekansında) seçenekleri destekleyerek, toplu test ve tek noktadan hassas test gibi iki farklı ihtiyacı karşılar.
• Kontrol ve Veri Kayıt Sistemi: Çince ve İngilizce dillerini destekleyen bir LCD ekrana sahip olan cihaz, tek test, sayma testi (1-9999 kez), IEC seviye testi (1-4 seviyeleri arasında otomatik geçiş) ve programlama modu (özelleştirilebilir voltaj, süre ve aralıklar) gibi birden fazla test fonksiyonunu destekler. Cihaz, deşarj sayısı, voltaj değeri ve arıza durumu gibi verileri gerçek zamanlı olarak kaydedebilir ve test tamamlandıktan sonra standart bir rapor oluşturarak veri izlenebilirliğini ve analizini kolaylaştırır.
• Güvenlik Koruma Sistemi: Yüksek voltaj aşırı akım koruması, kaçak koruması ve acil durdurma düğmesi entegre edilmiştir. Cihazda anormal voltaj veya kaçak olduğunda, yüksek voltajlı güç kaynağını otomatik olarak keser; cihaz gövdesi yalıtım malzemeleriyle sarılmıştır ve deşarj elektrodu alanına, operatörlerin yüksek voltajlı bileşenlere yanlışlıkla dokunmasını önlemek ve test sürecinin güvenliğini sağlamak için güvenlik uyarı işaretleri yerleştirilmiştir.

2.2 Temel İşlev Prensibi: ESD Darbelerinin Doğru Üretilmesi
ESD bağışıklık testinin özü, gerçek ESD süreçleri sırasında darbe akımı dalga formunu simüle etmektir. LISUN ESD61000-2 "RC şarj ve deşarj + dalga formu kalibrasyonu" teknolojisiyle standart gereklilikleri karşılayan darbe dalga formlarının üretimini gerçekleştirir. Spesifik prensip aşağıdaki gibidir:
• Şarj Aşaması: Yüksek voltajlı güç kaynağı, akım sınırlayıcı bir direnç üzerinden enerji depolama kapasitörünü (örneğin 150 pF) şarj eder ve kapasitör voltajı ayarlanan değere (örneğin ±8 kV) ulaşana kadar şarj eder. Şarj işlemi, kapasitör voltajı ile ayarlanan değer arasındaki sapmanın ±%5'i aşmamasını sağlamak için bir voltaj geri besleme devresi tarafından izlenir.
• Deşarj Aşaması: Tetik sinyali, deşarj anahtarını tetikler ve enerji depolama kapasitörü, deşarj direnci (örneğin 330Ω) ve elektrot üzerinden hızla deşarj olarak anlık bir darbe akımı oluşturur. Akım yükselme süresi, 0.6-1 ns aralığında kontrol edilir (bu, aşağıdaki gereksinimleri karşılar: IEC 61000-4-2 (standart) ve tepe akımı voltajla değişir (örneğin, tepe akımı 8 kV'da yaklaşık 29.4 A'dir).
• Dalga Formu Kalibrasyonu: Cihaz, fabrikadan çıkmadan önce, darbe akımı dalga formlarını (ilk tepe akımı, 30 ns/60 ns akım ve ön kenar süresi) farklı voltajlarda kalibre etmek için üçüncü taraf CNAS kalibrasyonuna (ESD-CALA kalibrasyon kiti kullanılarak) tabi tutulur ve dalga formu parametrelerinin standart gereklilikleri karşıladığından emin olunur. Örneğin, 8 kV pozitif voltajda deşarj sırasında, ilk tepe akımı 29.4 A ±%10'a ulaşmalı, 30 ns'deki akım 16.2 A ±%15'te tutulmalı ve 60 ns'deki akım 9.3 A ±%20'de sabitlenmelidir; böylece test sonuçlarının karşılaştırılabilirliği ve tekrarlanabilirliği sağlanır.

3. Parametre Performansı ve Destekleyici Çözümler LISUN ESD61000-2 ESD Simülatör Silahları
3.1 Temel Parametre Karşılaştırması ve Kalibrasyon Verileri
The LISUN ESD61000-2 Seri üç modelden oluşmaktadır: ESD61000-2, ESD61000-2A, ve ESD61000-2C. Her model, voltaj aralığı, RC modülü ve geçerli standartlar açısından farklılık gösterir ve farklı endüstrilerin test ihtiyaçlarına uyum sağlayabilir. Aşağıdaki tablolar, bu model serisinin temel parametre karşılaştırmasını ve kalibrasyon verilerini göstermektedir. ESD61000-2:
Tablo 1 Çekirdek Parametre Karşılaştırması LISUN ESD61000-2 Dizi

Tablo 2 Kalibrasyon Verileri LISUN ESD61000-2 ESD Simülatör Silahları (Üçüncü Taraf CNAS Raporu)

Kalibrasyon verilerinden, darbe akımı parametrelerinin ESD61000-2 Farklı voltaj ve polaritelerdeki tüm ürünler, GB/T 17626.2 standardının gerekliliklerini karşılamaktadır. İlk tepe akımının sapması ±%5'ten azdır ve ön kenar süresi 0.89-0.97 ns'de sabittir; bu da ESD darbelerini doğru bir şekilde yeniden üretme yeteneğine sahip olduğunu kanıtlamaktadır.

3.2 Destekleyici Test Çözümleri
Test ortamının standart gerekliliklerini karşıladığından emin olmak için, LISUN birlikte çalışan üç tip destekleyici ekipman sağlar ESD61000-2 ESD Simülatör Silahları serisi, eksiksiz bir ESD bağışıklık test sistemi oluşturmak için:
• ESD-DESK ESD Test Masası: GB/T 17626.2 gerekliliklerine uygun olarak tasarlanmış olup, 1600-800-800 mm'lik bir test masası, bir referans metal topraklama plakası (2800*1800 mm), yatay/dikey bağlantı plakaları (ekipmanın etrafındaki metal bileşenleri simüle eder) ve yalıtım contaları (numunenin topraklanmasını önler) içerir. Gerçek kullanım senaryolarında topraklama ortamını ve elektromanyetik bağlantı etkisini simüle edebilir ve akıllı telefonlar, bilgisayarlar ve yönlendiriciler gibi genel elektronik ekipmanları test etmek için uygundur.
• ESD-CALA ESD Tabanca Kalibrasyon Kiti: ESD Simülatör Tabancalarının darbe dalga formu parametrelerinin düzenli kalibrasyonu için kullanılır. Kit, bir hedef montaj plakası, ESD tabancası için bir kalibrasyon hedefi, osiloskopu hedefe bağlamak için 20 dB'lik bir zayıflatıcı ve kablolar içerir. Hedef üzerindeki akım dalga formu bir osiloskop tarafından toplanır ve standart dalga formu, cihazın ayarlanması gerekip gerekmediğini belirlemek için karşılaştırılır ve test verilerinin uzun vadeli güvenilirliği sağlanır.
• ESD-FCP Otomotiv Elektroniği ESD Saha Bağlantı Plakası: Otomotiv elektroniği test ihtiyaçları için tasarlanmıştır (GB/T 19951-2019 ile uyumlu), 300*600 mm pirinç bağlantı plakası, 40 mm genişliğinde bağlantı bandı ve 80 mm çapında bir deşarj adası içerir. Araç içi ortamda elektronik ekipmanlar (navigatörler ve araç içi şarj cihazları gibi) ile araç gövdesi arasındaki ESD bağlantısını simüle eder ve aşağıdakiler için uygundur: ESD61000-2C modeli.

4. Endüstriyel Uygulama Senaryoları LISUN ESD61000-2 ESD Simülatör Silahları
4.1 Tüketici Elektroniği Alanı: Akıllı Telefonların ESD Bağışıklık Testi
Yüksek entegrasyonlu elektronik ekipmanlar olan akıllı telefonlar, ekranlar, düğmeler ve şarj portları gibi kısımlarda ESD parazitine maruz kalmaya eğilimlidir ve bu nedenle elektronik devrelerden geçmeleri gerekir. IEC 61000-4-2 Seviye 3 testi (15 kV hava deşarjı, 8 kV temas deşarjı). Bir akıllı telefon üreticisi, LISUN ESD61000-2A Test için ESD Simülatör Silahları:
• Test Nesnesi: Komple akıllı telefon (metal orta çerçeve ve cam ekran dahil);
• Test Planı: 8 kV gerilimli temas deşarjı (metal orta çerçeve, şarj portu), her biri pozitif/negatif polarite için 10 deşarj; 15 kV gerilimli hava deşarjı (cam ekran, plastik düğmeler), her biri pozitif/negatif polarite için 10 deşarj;
• Test Sonucu: Kalifiye numunelerde test sırasında herhangi bir çökme veya yeniden başlatma yaşanmadı ve dokunmatik işlevi normaldi; kalifiye olmayan numunelerde (belirli bir partinin ekran sürücü çipinde ESD koruması yoktu) 12 kV hava deşarjı sırasında ekran titremesi görüldü. Daha sonra, bir TVS ESD koruma diyotu eklenerek, ekipman 15 kV testini geçti ve pazar erişim gereksinimlerini karşıladı.

4.2 Otomotiv Elektroniği Alanı: Araç İçi Navigasyon Sistemlerinin Test Edilmesi
Otomotiv elektronik ekipmanları GB/T 19951 (ISO 10605) standardına uygun olmalıdır ve test gereklilikleri daha katıdır (artırılmış deşarj sayısı ve karmaşık bağlantı yöntemleri gibi). Bir otomotiv elektroniği işletmesi, ESD61000-2Araç içi navigasyon sistemini test etmek için C + ESD-FCP bağlantı plakası:
• Test Senaryosu: ESD-FCP bağlantı plakası aracılığıyla ESD uygulayarak elektrik alan bağlantı yöntemini kullanarak, araç çalışması sırasında navigatör ile araç gövdesi arasındaki ESD bağlantısını simüle edin;
• Test Parametreleri: 12 kV gerilim, 50 deşarj, 1 sn aralık, alternatif polariteler;
• Temel Doğrulama: Test sırasında, navigatör veri kaybı veya arayüz donması olmadan normal navigasyon ve ses yayını işlevlerini sürdürmelidir. Bazı numunelerde, yetersiz PCB topraklaması nedeniyle 10 kV deşarj sırasında GPS sinyali kesintisi meydana gelmiştir. Topraklama tasarımı optimize edildikten sonra, 12 kV testini başarıyla geçmiştir.

4.3 Endüstriyel Kontrol Alanı: PLC Kontrolörlerinin Test Edilmesi
Endüstriyel kontrol ekipmanlarının (PLC'ler ve frekans dönüştürücüler gibi) endüstriyel ortamlarda yüksek ESD parazitine dayanıklı olması gerekir. Bir otomasyon işletmesi, ESD61000-2 PLC kontrol cihazını test etmek için:
• Test Parçaları: PLC panel butonları (6 kV temas deşarjı), gövde (10 kV hava deşarjı), iletişim arayüzü (6 kV temas deşarjı);
• Test Standardı: IEC 61000-4-2 Seviye 4 (endüstriyel ortamlar için en üst seviye);
• Test Sonucu: Kalifiye PLC'ler, testten sonra çıkış sinyallerinde herhangi bir sapma olmadan kontrol komutlarını normal şekilde alıp gönderebildi; kalifiye olmayan PLC'ler ise, iletişim arayüzünde koruma olmadığı için 6 kV temas deşarjı sırasında iletişim kesintileri yaşadı. Daha sonra, bir koruma katmanı ve bir ESD koruma devresi eklenerek, ekipmanın bağışıklık performansı iyileştirildi.

5. Standart Uyumluluğu ve Performans Doğrulaması LISUN ESD61000-2 ESD Simülatör Silahları
5.1 Standart Uyumluluğu
The LISUN ESD61000-2 ESD Simülatör Silahları serisi, test sonuçlarının evrenselliğini ve tanınmasını sağlamak için uluslararası ve yerel yetkili standartlara kesinlikle uymaktadır:
• Genel Elektronik Standartları: GB/T 17626.2-2018 “Elektromanyetik Uyumluluk – Test ve Ölçüm Teknikleri – Elektrostatik Deşarj Bağışıklık Testi”, IEC/EN 61000-4-2:2008, tüketici elektroniği, bilgi teknolojisi ekipmanları, ev aletleri ve diğer alanları kapsar;
• Otomotiv Elektroniği Standartları: GB/T 19951-2019 “Karayolu Taşıtları – Elektrikli ve Elektronik Ekipmanlar için Çevresel Koşullar ve Testler – Bölüm 2: Elektrik Yükleri”, ISO 10605:2023, araç içi elektronik ekipmanlara, şarj yığınlarına ve diğer ürünlere uygulanabilir;
• Kalibrasyon Standartları: JJF 1597-2016 “ESD Simülatör Silahları için Kalibrasyon Spesifikasyonu” doğrultusunda CNAS tarafından tanınan üçüncü taraf kalibrasyonunu geçerek cihaz parametrelerinin miktar izlenebilirliği gereksinimlerini karşılamasını sağlar.

5.2 Performans Doğrulaması
Test kararlılığını doğrulamak için ESD61000-2Aynı cihaz, standart bir ESD test numunesi (metal levha) (8 kV temas deşarjı, pozitif polarite) üzerinde 10 tekrarlı test gerçekleştirmek için kullanıldı. Sonuçlar aşağıdaki gibidir:

Veriler, 10 testin parametre sapmasının ±%0.5'ten az olduğunu göstermektedir; bu da şunu kanıtlamaktadır: ESD61000-2 Mükemmel test tekrarlanabilirliğine sahiptir ve cihaz dalgalanmalarından kaynaklanan yanlış kararları önleyebilir.

6. sonuçlar
Yüksek hassasiyetli voltaj kontrolü, değiştirilebilir RC modülleri ve çok modlu test fonksiyonları sayesinde, LISUN ESD61000-2 ESD Simülatör Silahları "Hatalı dalga formları, tekil senaryolar ve karmaşık işlemler" gibi geleneksel ekipmanların sorunlu noktalarını çözer ve elektrikli ve elektronik ekipmanların ESD bağışıklık testi için standartlaştırılmış ve son derece güvenilir bir çözüm sunar. Tüketici elektroniği, otomotiv elektroniği, endüstriyel kontrol ve diğer alanlardaki uygulaması, işletmelerin ürünlerin ESD koruma açıklarını tespit etmesine yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda ürünlerin uluslararası sertifikaları (CE, FCC, CQC gibi) geçmesi için önemli veri desteği de sağlar. Elektronik ekipmanların güvenilirliğini artırmak ve kullanıcıların güvenliğini sağlamak için büyük önem taşır.