安防系统静电干扰的研究

于 虹，黄大明，高 晨

(1.国家电子计算机外部设备质量监督检验中心，浙江 杭州310012;2.杭州电子科技大学新型器件与应用研究所，浙江 杭州310018)

0 引 言

电磁兼容性是设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。静电放电干扰是影响电磁兼容性的重要因素之一，已成为对电子工业危害较大的干扰源[1]。早在20世纪80年代，国内外学者就开始了对静电放电及干扰的研究，其中日本和美国早期对静电干扰的研究主要采用解析方法，集中研究了静电火花放电过程中产生的电磁场模型。我国现用的静电放电抗扰度试验标准为GB/T17626.2 等同于国际标准IEC61000-4-2，虽然经过多次修改，但还存在许多问题，仍稍滞后于国际标准[2]。本文用接触放电法，测试并提高耦合板的抗扰度。

1 静电干扰起因

静电放电有多种形态，由于静电源或带电体可能是固体、液体，加上带电体本身的大小、形状、带电量的多少、放电环境的不同，静电干扰无处不在。在公共场所，人员来回走动，空气、尘埃到处漂浮，办公设备、移动设备比比皆是。高达3 万伏的电压会存在于阴极射线显像管显示器中，电子受高压影响会导致静电荷在显示器表面产生，电荷在无法放电的情况下经过长时间积累，形成对显示器影响较大的高压正电荷区域。

随着电子电力技术的发展，开关电源在工业生产中得到广泛应用，工作状态下的开关电源会产生基波和高次谐波，并且向周围环境产生辐射，部分高频电磁波会被处于辐射环境中的物体吸收，造成物体表面静电荷大量积累。若处于辐射环境中的金属物体接地不良，金属物体表面的电荷积累到一定程度，会在一定的场强下对外放电，造成不必要的损失。作为长期处于工作状态的安防系统，其静电现象也不可避免。

2 静电放电试验方法

在静电放电试验中，利用一块金属片或金属板，用来模拟对受试设备附近物体的放电过程。其中，接触放电法是一种常用的放电试验方法，是将静电放电试验发生器与受试设备保持良好接触，并且触动

试验发生器开关，连续对受试设备进行放电，以测试受试设备能否通过该种放电测试。对安防系统进行静电放电试验，实验布置如图1所示。

图1 静电放电试验布置

在试验过程中，对测试所要求的各点进行放电试验。当静电枪靠近机壳前端部分的螺孔并施加±6 kV的接触放电试验时，安防系统出现了图像轻微抖动现象。对电源输入接口及视频输出接口施加±6 kV的接触放电时，会出现严重抖动现象，有时会出现黑屏现象，甚至出现死机的现象。

由于静电放电抗扰度试验适用的国家标准是推荐性标准，不是强制性标准，本文对安防系统静电放电试验得出的问题进行了梳理、归纳，总结出对安防系统静电放电试验的改进方案，希望对有类似静电放电问题困扰的提供一些借鉴。

3 静电干扰解决方案

3.1 系统电源的改进

在安防系统模拟静电放电试验中，对机壳靠近前端部分的螺孔进行±6 kV 测试时，显示出现细微图像抖动，对电源板输入接口进行测试时，会出现严重抖动现象，图像变黑后再变为正常。经分析发现，由于电源线不接地，静电电流不能顺利泄放从而影响到电源板，产生上述现象。为了加强电源板静电防护能力，调整了电源输入部分滤波和抑制电容、整流与输出耦合部分电容的数值，部分电容测试图如图2所示。

图2中，C3可用于抑制输入电路的差模噪声，C2、C8与L1构成共模滤滤器，用以抑制共模噪声。其中C3、C2、C8与变压器L1的阻抗为:

C26是耦合交流整流后的地HGND与输出部分的地GND的耦合电容。所以，在测试过程中发现，当C3、C2、C8、C26任一个使用多层片式陶瓷电容器时，都会对静电放电测试产生不良影响，其中C3、C2、C8会在静电枪测试电源输入接口时产生影响，C26会在测试视频输出接口时产生影响。全部换用插件高压高介电常数瓷介质电容器后，静电放电测试通过。测试时特别除去了C2、C8，尽管C3、C26使用的是高压高介电常数瓷介质电容器，但仍会出现图像抖动的问题。这一现象说明，电源输入部分的共模滤波器对静电放电防护意义重大。

图2 部分电容测试图

3.2 系统前端的抗静电改进

视频模拟输入仪器DS8016HS-S VGA 在使用时偶有白屏出现，经过测试发现，是由于8016HS-S VGA 使用了新的A/D 前端TW2864 芯片所致。通过静电枪对设备视频信号输入口施加±6 kV 静电放电，经过几次测试后设备重复出现白屏现象，并且TW2864 芯片损坏，经过更换TW2864 芯片后达到正常。对前端芯片为TW2816的DS8016HS-S 设备进行±6 kV 静电测试，设备工作正常。比较TW2864和TW2816 前端电路，TW2816 前端输入视频信号要求VIN=0.5 VPP，TW2864 前端输入视频信号要求VIN=1VPP。具体电路图如图3所示。

图3 TW2864和TW2816 前端电路

经过分析后发现TW2864 芯片的设计，从外部视频输入接口，到主板TW2864 芯片，没有静电限流电阻存在。其中在TW2816中，各节点电流关系为:

虽然可得VIN=0.5VPP静电放电是高频信号，几千伏冲击电压，经过TVS 钳位后，冲击电压仍然高达100 多伏。

加入6 kV 静电测量0.1 μF 耦合电容后，TW2864输入前端的信号损坏，出现白屏，经调整设计，增加静电限流电阻。改进后电路图如图4所示。对更改后的设备，静电±6 kV 放电测试200次以上，图像显示正常，且芯片工作正常。串联的100 Ω 静电限流电阻大约降低了50 V 左右的冲击电压，而且可以将原来的10 A级的冲击电流大大降低。经过本次对系统前端的改进，抗静电干扰度有较好改善。

4 结束语

在安防设备设计时，不仅需要考虑泄放静电电荷通道，也需要考虑差模及共模抑制。在金属外壳受到静电放电冲击时，静电干扰应当减小外壳与内部电路系统产生较高的电位差，同时还要防止该电位差对内部电路系统造成二次静电放电干扰。解决该问题的可行方法是加TVS 管保护、芯片管脚，增加静电限流电阻、加耦合电容并注意电容的材质及封装的使用。这样可在安防系统中减小静电干扰带来的不利影响。

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