空气静电放电的场路协同仿真研究*

王香霁，杨兰兰，杨 昌，王 倩，屠 彦

(东南大学电子科学与工程学院，江苏 南京 210096)

静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)作为一种重要的电磁干扰源，对各种电气及电子设备的危害极大，静电放电的深入研究对静电放电的防护具有重要意义。静电放电模拟和测试研究通常分为接触放电和空气放电两种方式。接触放电方式具有较好的试验重复性，空气放电方式被认为可以更真实地模拟实际的静电放电过程，但这必须建立在空气放电的可重复性问题解决的基础之上。针对接触放电，国际电工委员会(International Electrotechnical Commission，IEC)提供IEC-61000-4-2 标准[1]，该标准对被测设备(equipment under test，EUT)的典型静电放电电流波形、测试电平范围、测试设备、测试设置和静电放电防护要求等相关的程序进行了规定。在接触放电模式下，放电电流与电荷电压成正比，因此，接触放电在时域和频域都可以被分析成线性系统。然而，由于电弧具有非线性特性，空气放电的数值模拟更加复杂，需要被建模为线性部分和非线性部分。德国研究者Rampe 和Weizel 提出了Rampe-Weizel 公式[2]，用来描述放电间隙作为等效电阻不满足欧姆定律的情况。David Pommerenke 团队考虑了空气放电模型中的非线性部分，采用SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)模型来描述这一过程，从而研究空气放电的特性[3-4]。国内大量科研团队对空气放电过程中放电电压大小和极性、接近速度、温度和湿度对放电电流的影响做了大量的实验分析和验证，但空气放电的研究仍然缺少系统性和理论性。空气放电的仿真研究可模拟静电放电过程，并可实时监测静电放电过程中的电流和电磁场，从而能够预测并避免电磁干扰故障，是一种行之有效的ESD 研究方法。……