Источники переходных помех

Источники статического электричества

Заряды статического электричества возникают в виде скопления носителей зарядов одной полярности при разделении сред, до этого плотно соприкасавшихся, из которых, по крайней мере, одна должна быть изолятором (иначе сразу бы возникла компенсация зарядов). Они появляются, например, при ходьбе по синтетическим коврам, вставании со стульев, соприкосновения с элементами из пластмасс, сбегании бумажных или пластмассовых лент с роликов, при протекании изолирующих жидкостей по трубам, завихрении пыли, выбросе газа из ракет, трении воздуха с летающим телом и т.д. В зависимости от взаимодействующих материалов заряды могут иметь положительную или отрицательную полярность. Наиболее часто проблемы ЭМС возникают в результате разрядов статического электричества между объектом и телом человека или малогабаритной мебелью (стульями, креслами, тележками с измерительными приборами и т.д.). Поэтому ниже подробнее представлены эти источники ЭМ влияний.

В зависимости от обуви, покрытия пола и влажности воздуха человек может заряжаться примерно до 30 кВ. Начиная с этого напряжения наступают заметные частичные разряды, которые так же, как у разрядников самолетов, вызывают увеличение проводимости окружающей среды. В результате устанавливается стационарный потенциал равновесия. Обычно возникающие при ходьбе по коврам потенциалы имеют значение от 5 до 15 кВ. Такого же порядка, однако несколько меньшими по значению вследствие больших емкостей оказываются потенциалы мебели. Потенциалы до 2000 В часто не принимаются во внимание, однако они вполне достаточны для того, чтобы повредить полупроводниковые компоненты.

Накопленная энергия в зависимости от емкости заряженного тела, равной 50-1500 пФ (емкость человека - 150 пФ) может составлять несколько десятых долей джоуля. Само по себе существование разрядов статического электричества редко создает проблемы ЭМС, например при разрядке лимбов измерительных приборов, экранов телевизоров и т.д. Проблемы возникают при быстром импульсном разряде между заряженными телами, во время которого появляется импульсы тока с временем нарастания в наносекундном или субнаносекундном диапазоне. Не быстрые изменения напряжений, а импульсные разрядные токи и связанные с ними изменяющиеся во времени магнитные поля ведут, как правило, к нежелательным электромагнитным влияниям.

Во многих случаях феномен разрядов статического электричества можно с хорошим приближением смоделировать при помощи сравнительно простой схемы замещения (рис. 10.3). Сопротивление Rn в

зависимости от источника помех имеет примерные значения: для человека 1 кОм, для малой мебели от 10 до 50 Ом. Если рассматривать разряд непосредственно у земли (r о,С? —» оо) и принять индуктивность цепи разряда 1 мкГн/м, то в первом случае R »coL, т. е. разряд затухает апериодически с постоянной времени Т = СuRn ? Во втором случае R «ауЬ, т. е. имеет место колебательный разряд с частотой Схема замещения цепи разряда заряженного тела человека или заряженного проводящего предмета(рис. 10.4).

Рис. 10.3. Схема замещения цепи разряда заряженного тела человека или заряженного проводящего предмета: С , R,, - эквивалентные параметры замещения статически заряженного тела; R - последовательное сопротивление; С3,Rj - емкость и сопротивление по отношению к земле объекта, через который происходит разряд или перезаряд

Кривая изменения тока при разряде тела человека или проводящего предмета (например, малогабаритной мебели)

Рис. 10.4. Кривая изменения тока при разряде тела человека или проводящего предмета (например, малогабаритной мебели)

Время нарастания тока можно оценивать постоянной времени L/Rn. Типичную крутизну фронта тока составляют несколько десятков ампер в наносекунду, типичные максимальные амплитудные значения тока от 2 до 50 А. Обычно при разряде с тела человека имеет место большая крутизна фронта тока, при разрядке с предметов - большие амплитуды тока. В обоих случаях это объясняется различными значениями сопротивления R.

Параметры тока и наблюдаемое изменение его во времени колеблются в широких границах. При разряде с тела человека разряд различается в зависимости от того, исходит ли искра с кончика пальца, с большой площади тела или от инструмента (гаечный ключ), который находится в руке и т.д. Искра обладает сильно нелинейными свойствами. При слабом заряде, т.е. при потенциалах тела человека ниже примерно 8 кВ, а для проводящих предметов ниже примерно 3 кВ, искра при определенных обстоятельствах вследствие недостаточного получения дополнительных зарядов из соседних с ней областей прерывается на короткое время и вновь зажигается, когда потенциал зоны разряда (например, кончик пальца) в результате дополнительного притока зарядов вновь поднимется. Формы кривых тока имеют в этом случае сложный вид, особенно фронт импульса. Для описания этих вариантов сосредоточенные компоненты простой схемы замещения согласно рис. 6.3 заменяются распределенными параметрами, и переходные процессы описываются теорией длинных электрических линий.

До настоящего времени мы исходили из того, что заряженное тело разряжается непосредственно на землю (R —»0,С? —»оо), и, тем

самым, оно принимает за короткое время потенциал земли. Но часто имеют место случаи, когда во время разряда часть зарядов стекает на другое изолированное тело (R; —»оо) например, при касании интегральной схемы, лежащей на рабочем столе, или при касании к электронному узлу. Искра прерывается тогда, когда оба тела приняли равный потенциал, если не учитывать падение напряжения на искре.

Если до появления искры на конденсаторе Си находится заряд

, то новый потенциал U* обоих тел может быть найден из

формулы:

Исходя из этого потенциала параллельно включенные емкости разряжаются затем с постоянной времени

причем, как правило, может быть принято

Подробнее данные об уровне зарядов статического электричества при различных видах материалов и влажности воздуха, результаты статистических исследований токов разряда, возникающих при определенных граничных условиях, а также их временные зависимости указываются в литературе.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >