Защита от статического напряжения: Средства и правила защиты от статического электричества

Защита от статического электричества

Все тела по электрическим свойствам делят на проводники и изоляторы (диэлектрики). Если проводники способны проводить ток, то диэлектрики этой способностью не обладают. Поэтому на веществах и материалах, имеющих удельное объемное электрическое сопротивление более 10⁵ Ом • м (диэлектрик), при трении, дроблении, интенсивном перемешивании происходит перераспределение электронов с образованием на поверхностях соприкосновения двойного электрического тока, что является непосредственным источником возникновения статического электричества.

Искровые разряды статического электричества могут вызвать взрыв и пожар.

Особенно большую опасность представляют разряды статического электричества, образующиеся при сливе и наливе легковоспламеняющихся и горючих жидкостей свободно падающей струей.

В производственных условиях накопление зарядов статического электричества может происходить на приводных ремнях, транспортерах, при движении пылевоздушной смеси в трубопроводах, например при транспортировке муки пневмосистемами или аэрозольтранспортом.

Заряды статического электричества могут накапливаться на людях, особенно если подошва обуви не проводит электрический ток, одежде и белье из шерсти, шелка или искусственного волокна, а также при движении по нетокопроводящему полу или выполнении ручных операций с диэлектриком. Потенциал изолированного от земли тела человека может превышать 7 кВ и достигать 45 кВ. Соприкосновение человека с заземленным предметом вызывает искровой разряд.

Энергия разряда этой искры может составлять 2,5 … 7,5 мДж. Кроме того, статическое электричество оказывает неблагоприятное физиологическое воздействие на человека, подобное мгновенному удару электрическим током. Величина тока при этом незначительна и непосредственной опасности для человека не представляет. Однако искра, проскакивающая между телом человека и металлическим объектом, может явиться причиной производственного травматизма и при определенных условиях даже создать аварийную ситуацию.

В производствах, где существует опасность воспламенения взрывоопасных смесей разрядом с человека, необходимо обеспечить работающих электропроводящей (антистатической) обувью. Обувь считается электропроводящей, если электрическое сопротивление между электродом в форме стельки, находящимся внутри обуви, и наружным электродом меньше 10⁷ Ом.

Покрытие пола, выполненное из бетона толщиной 3 см, спецбетона, пенобетона, считается электропроводящим.

Для предупреждения возможности возникновения опасных искровых разрядов с поверхности получаемых и перерабатываемых веществ, используемых в производстве диэлектрических материалов, оборудования, а также тела человека необходимо предусматривать меры защиты от разрядов статического электричества.

Основными способами устранения опасности от статического электричества являются:

отвод зарядов путем заземления оборудования и коммуникаций;

однако заземление неэффективно, когда применяют аппараты и трубопроводы из диэлектрика или происходит в процессе технологических операций отложение на внутренней стороне стенки трубопроводов или оборудования нетокопроводящих материалов;

добавление в электризуемые вещества антистатических веществ (графит, сажа, полигликоли и др. ), позволяющих уменьшить сопротивление этих веществ;

увеличение относительной влажности воздуха (общей или только в местах образования зарядов статического электричества) до 70 … 75 %;

применение антистатических веществ;

наиболее важным свойством антистатических веществ является их способность увеличивать ионную проводимость и тем самым снижать электрическое сопротивление материалов;

ионизация воздуха, заключающаяся в образовании положительных и отрицательных ионов воздуха, которые нейтрализуют заряды статического электричества;

ограничение скорости движения твердых и жидких веществ в коммуникациях и оборудовании;

заведомо безопасной скоростью движения и истечения диэлектрической жидкости является 1,2 м/с.

Практический способ устранения опасности от статического электричества выбирают с учетом эффективности и экономической целесообразности.

Статическое электричество и защита от него

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с проявлениями статического электричества. Это могут быть и вполне безобидные кратковременные разряды, которые похожи на легкое покалывание, и вполне ощутимые, болезненные удары, настигающие нас, когда мы примеряем одежду, просто садимся в машину или беремся за дверную ручку.

При этом явление статического электричества бывает чрезвычайно опасным, так как может вызывать возгорания легковоспламеняемых веществ и сред, вроде бензина или пыли, кроме того выводит из строя чувствительные электронные компоненты, вызывает помехи в работе приборов, да и просто является причиной серьезного дискомфорта для человека.

Чтобы знать, как защитить себя и окружающие предметы от воздействия статического электричества, необходимо понимать суть его происхождения и причины появления.

В этой статье я постараюсь максимально доступно и наглядно, простым языком, без лишних сложных физических терминов, объяснить, что такое статическое электричество, как оно образуется и что является лучшей защитой от него.

Что такое статическое электричество, как оно образуется

Как я уже сказал, статическое электричество может воздействовать на нас в различных местах, в любой момент, даже тогда, когда вы просто пытаетесь открыть дверь, касаясь дверной ручки.

Чтобы понять причину появления статического электричества для начала нужно вспомнить о природе материи.

Как вы знаете вся материя состоит из атомов, которые, в свою очередь, состоят из трех разных видов более мелких частиц:

– отрицательно заряженных электронов

– положительно заряженных протонов

– не имеющих зарядов нейтронов

В большинстве тел, чаще всего, электроны и протоны полностью компенсируют друг друга, их количество в атомах равное, соответственно, эти предметы электронейтральны.

Но так как электроны очень маленькие частицы и их масса незначительна, то даже обычное трение даёт слабо связанным электронам достаточно энергии, чтобы они покинули свои атомы и перешли в атомы на другой поверхности.

Когда это происходит у одного объекта протонов остаётся больше, чем электронов, и он становится положительно заряженным, а объект у которого больше электронов, наоборот, накапливает отрицательный заряд. Такая ситуация называется дисбалансом зарядов или еще разделением зарядов.

Но как вы знаете, природа постоянно стремится к восстановлению равновесия поэтому, когда одно из заряженных тел вступает в контакт с другим, свободные электроны немедленно используют эту возможность попасть туда где они нужнее, где их не хватает – покинув отрицательно заряженный объект, чтобы восстановить баланс.

Вот это перескакивание электронов от отрицательно заряженного тела и есть знакомое всем явление – статическое электричество, называемое еще статическим разрядом.

К счастью это происходит далеко не с каждым объектом, иначе нас бы било током постоянно.

Чаще всего слабо связанными электронами обладают материалы – электрические проводники, самым ярким представителем которых являются металлы. А вот у диэлектриков, изоляторов, материалов, плохо проводящих электрический ток, электроны прочносвязанные, они свободно не переходят к атомам других материалов.

С большей вероятностью накапливание электрического разряда происходит именно при взаимодействии проводника с диэлектриком, при трении одного материала о другой.

Так, например, когда вы просто идёте по ковру, электроны вашего тела, из-за трения ног об ковер, перемещаются на него, так как человеческое тело проводник электрического тока. В то же время материал ковра – шерсть, сопротивляется отделению своих прочносвязанных электронов, являясь диэлектриком.

И хотя в момент, когда вы находитесь на ковре, ваше тело и ковер вместе остаются электрически нейтральными у них уже есть разделение разрядов.

И теперь, когда вы просто дотрагиваетесь до металлической дверной ручки – немедленно ощущаете статический разряд. Всё дело в том, что свободные электроны с металлической ручки перескакивают на вашу руку замещая потерянные вашим телом электроны, которые перескочили на ковер.

Теперь, я думаю, вам понятно, что такое статическое электричество и почему оно образуется. Кстати, его самым ярким проявлением в природе являются молнии.

При определенных условиях в облаках происходит разделение зарядов, после чего этот дисбаланс нейтрализуется, электроны высвобождаются и поглощаются другими телами – домами, землей или даже другим облаком, с образованием гигантской вспышки – молнии.

Защита от статического электричества

И так, зная природу статического электричества, вы сможете эффективно применять и защиту от него, не только дома в быту, но и на производстве.

Есть несколько основных видов мер защиты от статического электричества:

– создание условий для рассеивания свободных электронов

– предупреждение возникновения и накапливания статического электричества

ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Основным и самым главным средств защиты от статического электричества является организация заземления токопроводящих, не находящихся под напряжением элементов, будь то корпус стиральной машины, автомобиля или токарного станка. Делается это, чтобы образующиеся свободные электроны, идя по пути наименьшего сопротивления, отводились в землю.

У большей части домашней бытовой техники – холодильников, стиральных машин и т.д. для этого используется третий желто-зеленый заземляющий проводник питающего кабеля, которым он подключается к сети.

В остальных же случаях на корпус подводится отдельный провод, также подключаемый к системе заземления.

В случае же с автомобилем, используется токопроводящая полоса или цепь, которая крепиться одним концом к кузову машины, а второй касается земли.

увеличение электропроводимости диэлектрических материалов

Еще одним из распространенных способов защиты от статического электричества является увеличение электропроводимости диэлектрических материалов, за счет чего они получают возможность отводить свободные электроны.

Достигается это путем нанесения на диэлектрические предметы токопроводящих покрытий или материалов, например, поверхностной плёнки из токопроводящего материала, тонкой фольги и т.д.

В частности, в быту, можно пользоваться специальными средствами, так называемыми, антистатиками, думаю многие женщины понимают, о чем идёт речь.

Такой спрей-антистатик обычно состоит из токопроводящего полимера, растворённого в смеси деионизированной воды и спирта. После обработки поверхности раствор испаряется, а полимер остается в виде тончайшей токопроводящей плёнки, которая не даёт заряду накапливаться на поверхности предмета.

Подобный эффект также достигается увеличения влажности воздуха до 60-70%, при котором на поверхности диэлектриков появляется тонкая пленка влаги, за счет которой, обеспечивается достаточная поверхностная электропроводность материалов.

ИОНИЗАЦИЯ ВОЗДУХА

Эффективным и доступным средством защиты от статического электричества также является ионизация воздуха.

Для этого используется специальный прибор – ионизатор, который генерирует поток положительно и отрицательно заряженных ионов, распространяемых вентилятором. Они, притягиваются к молекулам противоположной полярности окружающих предметов и нейтрализуют статический заряд на них.

Если же не получается бороться со статическим электричеством вышеперечисленными способами, можно действовать более кардинально. Например, начать пользоваться повседневными предметами их других материалов слабоэлектризующимися или неэлектризующимися вовсе. Заменить чехлы в автомобиле, купить другие тапочки для дома и т.д.

Если же вы знаете другие действенные способы защиты от статического электричества – обязательно пишите о них в комментариях к статье, это будет полезно и интересно многим. Кроме того, как всегда приветствуется здоровая критика, вопросы, предложения, буду рад общению.

Защита от статического электричества

Статическое электричество (согласно ГОСТ 12.1.018) — это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности (или в объеме) диэлектриков или на изолированных проводниках.

Возникновение зарядов статического электричества. Заряды статического электричества образуются при самых разнообразных производственных условиях, но чаще всего при трении одного диэлектрика о другой или диэлектриков о металлы. На трущихся поверхностях могут накапливаться электрические заряды, легко стекающие в землю, если физическое тело является проводником электричества и заземлено. На диэлектриках электрические заряды удерживаются продолжительное время, вследствие чего они и получили название статического электричества.

Статическое электричество возникает в результате сложных процессов, связанных с перераспределением электронов и ионов при соприкосновении двух поверхностей неоднородных жидких или твердых веществ, имеющих различные атомные и молекулярные силы поверхностного притяжения.

Мерой электризации является заряд, которым обладает данное вещество. Интенсивность образования зарядов возрастает с увеличением скорости перемещения материалов, их удельного сопротивления, площади контакта и усилия взаимодействия. Степень электризации заряженного тела характеризует его потенциал относительно земли.

В производстве накопление зарядов статического электричества часто наблюдается при: трении приводных ремней о шкивы или транспортерных лент о валы, особенно с пробуксовкой; перекачке огнеопасных жидкостей по трубопроводам и наливе нефтепродуктов в емкости; движении пыли по воздуховодам; дроблении, перемешивании и просеивании сухих материалов и веществ; сжатии двух разнородных материалов, один из которых диэлектрик; механической обработке пластмасс; транспортировании сжатых и сжиженных газов по трубам и истечении их через отверстия, особенно если в газах содержится тонко распыленная жидкость, суспензия или пыль; движении автотранспортера, тележек на резиновых шинах и людей по сухому изолирующему покрытию и т. д.

Сила тока электризации потока нефтепродуктов в трубопроводах зависит от диэлектрических свойств и кинематической вязкости жидкости, скорости потока, диаметра трубопровода и его длины, материала трубопровода, шероховатости и состояния его внутренних стенок, температуры жидкости. При турбулентном потоке в длинных трубопроводах сила тока пропорциональна скорости движения жидкости и диаметру трубопровода. Степень электризации движущихся диэлектрических лент (например, транспортерных) зависит от физико-химических свойств соприкасающихся материалов, плотности их контакта, скорости движения, относительной влажности и т. д.

Опасность разрядов статического электричества. Искровые разряды статического электричества представляют собой большую пожаро- и взрывоопасность. Их энергия может достигать 1,4 Дж, что вполне достаточно для воспламенения паро-, пыле- и газовоздушных смесей большинства горючих веществ. Например, минимальная энергия воспламенения паров ацетона составляет 0,25 ·10-3 Дж, метана 0,28 ·10-3, оксида углерода 8 ·10-3, древесной муки 0,02, угля 0,04Дж. Поэтому в соответствии с ГОСТ 12.1.018 электростатическая безопасность объекта считается достигнутой только в том случае, если максимальная энергия разрядов, которые могут возникнуть внутри объекта или с его поверхности, не превышает 40 % минимальной энергии зажигания веществ и материалов.

Электростатический заряд, возникающий при выполнении некоторых производственных процессов, может достигать нескольких тысяч вольт. Например, при трении частиц песка и пыли о днище кузова при движении автомобиля генерируется потенциал до 3 кВ; при перекачке бензина по трубопроводу — до 3,6кВ; при наливании электризующихся жидкостей (этилового спирта, бензина, бензола, этилового эфира и др.) в незаземленные резервуары в случае свободного падения струи жидкости в наполняемый сосуд и большой скорости истечения —до 18…20кВ; при трении ленты транспортера о вал — до 45 кВ; при трении трансмиссионных ремней о шкивы —до 80кВ.

При этом следует иметь в виду, что для взрыва паров бензина достаточно потенциала 300 В; при разности потенциалов 3 кВ воспламеняются горючие газы, а 5 кВ — большинство горючих пылей.

Статическое электричество может накапливаться и на теле человека при ношении одежды из шерсти или искусственного волокна, движении по токонепроводящему покрытию пола или в диэлектрической обуви, соприкосновении с диэлектриками, достигая в отдельных случаях потенциала 7 кВ и более. Количество накопившегося на людях электричества может быть вполне достаточным для искрового разряда при контакте с заземленным предметом. Физиологическое действие статического электричества зависит от освободившейся при разряде энергии и может ощущаться в виде слабых, умеренных или сильных уколов, а в некоторых ситуациях — в виде легких, средних и даже острых судорог. Так как сила тока разряда статического электричества ничтожно мала, то в большинстве случаев такое воздействие неопасно. Однако возникающие при этом явлении рефлекторные движения человека могут привести к тяжелым травмам вследствие падения с высоты, захвата спецодежды или отдельных частей тела неогражденными подвижными частями машин и механизмов и т. п.

Статическое электричество может также нарушать нормальное течение технологических процессов, создавать помехи в работе электронных приборов автоматики и телемеханики, средств радиосвязи.

Мероприятия по защите от статического электричества проводят во взрыво- и пожароопасных помещениях и зонах открытых установок, относящихся к классам B-I, B-I6, В-II и В-IIа. В помещениях и зонах, которые не относятся к указанным классам, защиту осуществляют на тех участках производства, где статическое электричество отрицательно влияет на нормальное протекание технологического процесса и качество продукции.

Меры защиты от статического электричества направлены на предупреждение возникновения и накопления зарядов статического электричества, создание условий рассеивания зарядов и устранение опасности их вредного воздействия.

Предотвращение накопления зарядов статического электричества достигается заземлением оборудования и коммуникаций, на которых они могут появиться, причем каждую систему взаимосвязанных машин, оборудования и конструкций, выполненных из металла (пневмосушилки, смесители, газовые и воздушные компрессоры, мельницы, закрытые транспортеры, устройства для налива и слива жидкостей с низкой электропроводностью и т. п.), заземляют не менее чем в двух местах. Трубопроводы, расположенные параллельно на расстоянии до 10см, соединяют между собой металлическими перемычками через каждые 25 м. Все передвижные емкости, временно находящиеся под наливом или сливом сжиженных горючих газов и пожароопасных жидкостей, на время заполнения присоединяют к заземлителю. Автозаправщики и автомобильные цистерны заземляют металлической цепью, соблюдая длину касания земли не менее 200 мм.

Снижение интенсивности возникновения зарядов статического электричества достигается соответствующим подбором скорости движения веществ, исключением разбрызгивания, дробления и распыления веществ, отводом электростатического заряда, подбором поверхностей трения, очисткой горючих газов и жидкостей от примесей. Безопасные скорости транспортировки жидких и пылевидных веществ зависят от их удельного объемного электрического сопротивления ρv. Так, для жидкостей с ρv ≤ 105 Ом ·м допустимая скорость должна быть не более 10 м/с, при 105 Ом ·м < pv < 109 Ом· м — до 5 м/с, а при ρv > 109 Ом·м скорости устанавливают для каждой жидкости отдельно, но, как правило, не более 1,2 м/с. При подаче жидкостей в резервуары необходимо исключить их разбрызгивание, распыление и бурное перемешивание. Наливную трубку необходимо удлинить до дна сосуда с направлением струи вдоль его стенки. При первоначальном заполнении резервуаров жидкость подают со скоростью, не превышающей 0,5…0,7 м/с.

Лучший способ снижения интенсивности накопления зарядов статического электричества в ременных передачах — увеличение электропроводимости ремней, например, с помощью прошивки внутренней поверхности ремня тонкой медной проволокой в продольном направлении или смазыванием его внутренней поверхности токопроводяшими составами (содержащими, например, сажу и графит в соотношении 1:2,5 по массе и др.). Следует также уделять внимание регулировке натяжения ремней и по возможности снижению скорости их движения до 5 м/с.

Если предотвратить накопление зарядов статического электричества заземлением не удается, то следует принять меры по уменьшению объемных и поверхностных диэлектрических сопротивлений обрабатываемых материалов. Это достигается повышением относительной влажности воздуха до 65…70 %, химической обработкой поверхности, применением антистатических веществ, нанесением электропроводных пленок, уменьшением скорости перемещения заряжающихся материалов, увеличением чистоты обработки трущихся поверхностей и т. д.

При невозможности использования средств защиты от статического электричества рекомендуется нейтрализовать заряды ионизацией воздуха в местах их возникновения или накопления. Для этого используют специальные приборы — ионизаторы, создающие вокруг наэлектризованного объекта положительные и отрицательные ионы. Ионы, имеющие заряд, противоположный заряду диэлектрика, притягиваются к объекту и нейтрализуют его. Для отвода статического электричества с тела человека предусматривают токопроводящие полы или заземленные зоны, рабочие площадки, поручни лестниц, рукоятки приборов и т.д.; обеспечивают работающих токопроводящей обувью с сопротивлением подошвы не более 108 Ом, а также антистатической спецодеждой.

---

Полезная информация:

Защита от статического электричества

Опасность возникновения статического электричества проявляется в возможности образования электрической искры и вредном действии его на организм человека. Электризация — это комплекс физических и химических процессов, приводящих к разделению в пространстве зарядов противоположных знаков или к накоплению зарядов одного знака. При статической электризации напряжение относительно земли достигает десятков, а иногда и сотен тысяч вольт. Для воспламенения от электрической искры требуется минимальная энергия, так как малый объем газа от искры нагревается до высокой температура за предельно короткое время.

Вредное воздействие на организм человека статическое электричество оказывает не только при непосредственном его контакте с зарядом, но и за счет действия электрического поля, возникающего вокруг заряженных поверхностей.

Основные способы защиты от статического электричества следующие: заземление оборудования, сосудов и коммуникаций, в которых накапливается статическое электричество; увеличение поверхностной проводимости диэлектрика; увлажнение окружающего воздуха; ионизация воздуха или среды нейтрализатором статического электричества; подбор контактных пар; изменение режимов технологического процесса, использование операторами спецобуви с электропроводящей подошвой и др.

Организация молниезащиты промышленного предприятия

При превышении напряженностью электрического поля атмосферы критического значения возникает разряд, сопровождающийся ярким свечением — молнией и звуком (громом). Сила тока в канале молнии достигает 200 000 А, температура составляет 6000—10000 °С и более, время существования молнии 0,1—1 с.

Различают первичные проявления молнии (прямой удар) и вторичные проявления в виде электростатической и электромагнитной индукции. Прямой удар молнии может вызвать пожар и произвести разрушение сооружений. Вторичные проявления молнии опасны тем, что возможно искрение, которое устраняется посредством заземления всех металлических элементов.

Устройство, служащее для защиты объекта от прямых попаданий молнии, называется молниеотводом Он принимает удар молнии на себя и отводит ток в землю. Молниеотвод состоит из опоры, молниеприемника, токоотвода и заземлителя. Молниеприемники могут быть стержневыми, тросовыми (антенными), сетчатыми. Все здания и сооружения по степени требований к молниезащите делятся на три категории в зависимости от назначения и технологических особенностей объекта по степени пожаро- и взрывоопасности.

I категория — это здания (сооружения), отнесенные к зонам классов B-I и В-II. Молниезащита таких объектов предусматривается независимо от средней грозовой деятельности и места расположения объекта на территории России.

II категория — это здания (сооружения) зон классов В-Ia и В-IIа; молниезащита здесь выполняется при грозовой деятельности 10 ч в год и более.

III категория — это здания (сооружения) зон классов П-I, П-II и П-IIа, а также открытые зоны классов П-III. Молниезащита этих объектов предусматривается в местностях с грозовой деятельностью 20 ч в год и более.

Защитное действие молниеотвода характеризуется зоной защиты, под которой понимается пространство, защищенное с определенной вероятностью от попадания молнии. Граница зоны, охраняемой одним стержневым молниеотводом высотой до 60 м, определяется образующими двух конусов, высоты которых равны 0,8Н и Н, где Н — высота стержневого молниеотвода, м; а радиусы этих конусов соответственно равны 0,75Н и 1,5Н.

Границы зоны, охраняемой одним стержневым молниеотводом

Оптимальное расстояние между двумя спаренными стержневыми молниеотводами следует принимать равным двум-трем высотам одного молниеотвода. Молниеприемники и токоотводы должны иметьсечение не менее 50 мм2, они должны соединяться с заземлителями кратчайшим путем и не иметь петель и острых углов, которые могут быть источниками искровых и дуговых разрядов.

Величина импульсного сопротивления заземлителя не может быть замерена приборами и определяется по известным значениям сопротивления растеканию тока из таблиц.

Тросовые молниеотводы выполняют из стального многопроволочного оцинкованного троса сечением не менее 35 мм.

Защита от статического электричества в промышленности

В данной статье речь пойдет о средствах защиты от статического электричества в промышленности.

Заряды статического электричества возникают при трении движущихся частей, например, при протекании жидкостей по трубам, при движении приводных ремней и даже при движении человека по полу, способствующему электризации – шерстяной ковер или линолеум. Ниже приведены возможные потенциалы, кВ, создаваемые зарядами статического электричества [Л2] в зависимости от места и условий возникновения зарядов.

Общеизвестно появление статических зарядов на человеке при пользовании одеждой и бельем из синтетических и шерстяных материалов. Длительное хождение по сухому полу из линолеума может создать на человеке, одетом в синтетические материалы, потенциал в 4-8 кВ.

Если в быту это создает известные затруднения, то в условиях промпредприятий, где имеются пожароопасные и взрывоопасные помещения, такие потенциалы могут быть источником искр и вызвать пожары и взрывы.

Помимо пожаров и взрывов, в ряде случаев заряды нарушают технологию. Например, в производстве искусственного волокна заряженные нити отталкиваются друг от друга и не скручиваются в общую нитку.

Для борьбы с зарядами статического электричества проводятся различные мероприятия. Оборудование считается электростатически заземленным, когда сопротивление току утечки не превышает 1 Мом, практически не электризуется и защиты от статических зарядов не требует.

Принципы защиты от зарядов статического электричества состоят в предотвращении, где возможно, их появления и отвода в землю там, где они неизбежны.

Во взрывоопасных помещениях недопустимо применение оборудования, создающего статические заряды – вальцы, ременные передачи, если не приняты специальные меры по предотвращению зарядов – применение электропроводящих пленок и смазок; заземление металлических частей установок с сопротивлением заземлителей не выше 100 Ом. Заземлению подлежит все оборудование, все емкости и трубопроводы. Последние снабжаются перемычками на фланцевых и глухих стыках с уплотнением, которые остаются присоединенными при разъеме основных соединений.

Параллельно проложенные трубопроводы соединяются перемычками через 20-25 м, а также на пересечениях в целях выравнивания потенциалов. Скорости движения жидкости в трубах ограничиваются. Например, для сероуглерода в трубе ø24 мм – не более 1-1,5 м/с. Заряд пропорционален диаметру и скорости; так как при постоянном расходе с увеличением диаметра скорость растет медленнее, то выгоднее применять увеличение диаметров.

Для предотвращения появления зарядов применяются электропроводящие пленки и смазки, включающие графит, сажу, олеиновокислый магний и другие вещества с сопротивлением не выше 10⁷ Ом*см; для смазки ремней – не выше 10⁵ Ом*см.

Предотвращение зарядов создает увлажнение воздуха – общее или местное до 70% или увлажнение различных поверхностей (пола), которое контролируется.

Применяется ионизация воздуха или среды в местах появления статических зарядов. Для этой цели в качестве нейтрализаторов статических зарядов служат индукционные нейтрализаторы, состоящие из заземленной гребенки или метелки, расположенной над заряжаемой поверхностью.

Для защиты людей, работающих в установках, связанных с трением – полировка, чистка, протирка, промывка, служат следующие меры.

Полы выполняются электропроводящими с добавлением различных веществ, снижающих удельное сопротивление ρ до 10⁶ Ом*см и ниже – пенобетон, ксилолит и др.

Используется проводящая обувь – кожаная или резиновая подметка с токопроводящими заклепками.

В производствах, где могут образовываться статические заряды, запрещается ношение одежды и белья из синтетических материалов, а также колец и браслетов, так как на них аккумулируются заряды.

Литература:

1. Электроснабжение промышленных предприятий. Ю. Л. Мукосеев. 1973.
2. Защита взрывоопасных сооружений от молний и статического электричества. Черкасов В.Н. 1965 г.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Поделиться в социальных сетях

15. МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА ПОСТАНОВЛЕНИЕ Госгортехнадзора РФ от 17.06.2003 N 93 «ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ПРАВИЛ УСТРОЙСТВА И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПУНКТОВ ПРОИЗВОДСТВА И МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ПОДГОТОВКИ К ПРИМЕНЕНИЮ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗАЦИЯХ, ВЕДУЩИХ ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ»

действует Редакция от 17.06.2003 Подробная информация

Наименование документ	ПОСТАНОВЛЕНИЕ Госгортехнадзора РФ от 17. 06.2003 N 93 «ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ПРАВИЛ УСТРОЙСТВА И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПУНКТОВ ПРОИЗВОДСТВА И МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ПОДГОТОВКИ К ПРИМЕНЕНИЮ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗАЦИЯХ, ВЕДУЩИХ ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ»
Вид документа	постановление, правила
Принявший орган	госгортехнадзор рф
Номер документа	93
Дата принятия	01.01.1970
Дата редакции	17.06.2003
Номер регистрации в Минюсте	4743
Дата регистрации в Минюсте	19.06.2003
Статус	действует
Публикация	На момент включения в базу документ опубликован не был
Навигатор	Примечания

15. МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

15.1. Мероприятия по защите от статического электричества необходимо осуществлять в соответствии с действующими нормативами.

15.2. Разработка технологических процессов и оборудования должна проводиться с учетом предотвращения опасной электризации веществ при их производстве и применении. Основные мероприятия по предотвращению опасных проявлений статического электричества должны быть указаны в директивном технологическом процессе.

При пуске нового или реконструкции производства следует проверить наличие и достаточность действующих устройств защиты от статического электричества и при необходимости обеспечить дополнительную его защиту.

15.3. Технологический регламент должен содержать параметры обрабатываемых в производстве веществ, характеризующие их электрические свойства (удельные электрические сопротивления) и чувствительность к электростатическим разрядам (минимальную энергию воспламенения), и описание средств защиты от статического электричества, а в технологических инструкциях и инструкциях по технике безопасности должен быть описан порядок их применения.

15.4. Наиболее вероятно возникновение и накопление электростатических зарядов на таких операциях, как просеивание, измельчение, смешение, загрузка и выгрузка из аппаратов, пневмо- и вакуум-транспортирование. Допустимые параметры технологического процесса, обеспечивающие электростатическую безопасность переработки каждого из видов продуктов, устанавливаются разработчиком директивного технологического процесса и регламента технологического процесса.

15.5. Для предупреждения возможности возникновения опасных электростатических разрядов необходимо предусматривать с учетом особенностей производства следующие меры защиты:

— заземление электропроводящего оборудования и коммуникаций;

— применение нейтрализаторов;

— подбор пар контактирующих материалов, электризующихся зарядами разных знаков;

— увлажнение окружающей атмосферы;

— применение электропроводных материалов для оборудования;

— применение спецодежды.

15.6. Для снижения интенсивности возникновения зарядов статического электричества следует:

— всюду, где это технологически возможно, паро- и пылевоздушные смеси очищать от взвешенных жидких и твердых частиц, жидкости — от загрязнений твердыми и жидкими примесями;

— поддерживать концентрацию горючих сред вне пределов взрываемости;

— всюду, где этого не требует технология производства, исключить разбрызгивание, дробление, распыление веществ;

— технологические процессы вести в соответствии с установленными параметрами;

— уменьшать скорости транспортирования и переработки, турбулентность потоков пыле-парогазовых смесей и жидкостей;

— исключать конденсацию и кристаллизацию паров и газов при истечении из трубопроводов, шлангов, форсунок, сопел.

15.7. Все технологическое оборудование (аппараты, емкости, коммуникации, покрытия рабочих столов и стеллажей, оснастка и др.), где возможно образование и накопление зарядов статического электричества, должно быть изготовлено из металла или электропроводных материалов и заземлено (электропроводными материалами являются такие, удельное объемное электрическое сопротивление которых не превышает 1Е5 Ом. м).

Аппараты, емкости, агрегаты, трубопроводы, в которых происходит перемещение, дробление, распыление, разбрызгивание продуктов, отдельно стоящие машины, агрегаты, аппараты, соединенные трубопроводами с общей системой аппаратов и емкостей, должны быть присоединены к внутреннему контуру заземления при помощи отдельного ответвления независимо от заземления соединенных с ними коммуникаций.

Последовательное включение в заземляющую шину (провод) нескольких заземляющих аппаратов, агрегатов или трубопроводов не допускается.

Допускается объединение заземляющих устройств для защиты от статического электричества с защитным заземлением электрооборудования.

Заземление смесительно-зарядной машины перед загрузкой должно осуществляться в соответствии с п. 9.6 настоящих Правил.

15.8. В конструкторской документации на технологическое оборудование должны быть указаны места для присоединения заземляющих проводников и способ их крепления.

В каждом производственном здании должна быть составлена схема (карта) заземления, в которой должны быть перечислены все оборудование, оснастка, инвентарь и т.п., подлежащие заземлению.

15.9. Сопротивление заземления любой наиболее удаленной точки внутренней поверхности оборудования, изготовленного из электропроводных (неметаллических) материалов, относительно внутреннего контура заземления не должно превышать 1Е6 Ом.

Сопротивление заземляющего устройства, предназначенного только для защиты от статического электричества, должно быть не более 100 Ом.

15.10. Заземляющие проводники и контур заземления должны быть проложены открыто, чтобы обеспечить возможность их осмотра. При этом должна быть обеспечена их устойчивость к механическим и химическим воздействиям.

Заземлители, наружный и внутренний контуры заземления должны быть выполнены в соответствии с требованиями правил устройства электроустановок и норм и правил по устройству молниезащиты зданий и сооружений.

Заземляющие проводники, предназначенные для защиты от статического электричества, окрашиваются в черный цвет с нанесением в местах присоединения к технологическому оборудованию и внутреннему контуру заземления одной поперечной полосы шириной 15 мм красного цвета. Допускается в соответствии с оформлением помещения окрашивать заземляющие проводники в иные цвета (кроме красного) с маркировкой красной полосой, как указано выше.

15.11. Соединение элементов контура заземления, присоединение заземлителей и заземляемых конструкций должны быть выполнены сваркой. В случае невозможности применения сварки допускается присоединение заземляющих проводников с помощью надежного резьбового соединения. При этом заземляющие проводники должны иметь на концах неразрезанное кольцо, электрически соединенное с основной жилой. Резьбовые соединения должны быть защищены от коррозии.

15.12. Трубопроводы, расположенные параллельно на расстоянии до 0,1 м друг от друга, должны соединяться между собой перемычками через каждые 20 м. При пересечении трубопроводов друг с другом, с металлическими лестницами и конструкциями на расстоянии менее 0,1 м они должны также соединяться перемычками.

Защитное заземление трубопроводов, расположенных на наружных эстакадах, должно отвечать требованиям норм и правил по устройству молниезащиты зданий и сооружений.

Металлические воздуховоды вентиляции должны быть заземлены через каждые 20 м с помощью проводников из алюминиевых сплавов диаметром не менее 5 мм, ленты сечением не менее 24 мм2.

15.13. Способные электризоваться движущиеся части машин и аппаратов, контакт которых с заземленным корпусом может быть нарушен, должны иметь специальные устройства (токосъемники) для обеспечения заземления.

Аппараты, в которых имеет место интенсивная электризация веществ, а также подвижные узлы виброоборудования (вибролотки, сита с механическим приводом и т. п.) должны быть заземлены не менее, чем в двух точках.

Рекомендуется применять антистатические клиновые ремни.

15.14. Для уменьшения удельного поверхностного электрического сопротивления веществ, составов и конструкционных материалов там, где это допускается условиями технологического процесса, рекомендуется поддерживать относительную влажность воздуха не ниже 65%.

15.15. Пересыпание веществ следует производить с возможно малой высоты. Повсеместно следует систематически, в сроки, установленные инструкциями, влажным способом очищать от осевшей пыли оборудование, воздуховоды вентиляции и другие конструкции в помещении.

Запрещается загрузка сыпучих продуктов непосредственно из бумажных, полиэтиленовых, полихлорвиниловых и других электризующихся мешков в люки аппаратов, содержащих пары горючих жидкостей. В этом случае следует применять загрузочные устройства из проводящих материалов, обеспечивающие наименьшее пыление веществ.

Отбор проб сыпучего вещества, измерение технологических параметров посредством вносимых пробоотборников и приборов следует производить после осаждения пыли.

15.16. Измерение параметров электризации в условиях производства проводится периодически в соответствии с утвержденным графиком проведения измерений, но не реже двух раз в год. Для проведения измерений должны применяться приборы в искробезопасном и взрывозащищенном исполнении, допущенные к применению для данных производств, обеспечивающие электростатическую безопасность измерений и прошедшие государственные или ведомственные испытания.

15.17. Приемка в эксплуатацию устройств защиты от статического электричества должны производиться одновременно с приемкой технологического и энергетического оборудования.

В процессе эксплуатации устройств защиты от статического электричества необходимо:

— перед началом работы проверить надежность электрического контакта заземляющих проводников в местах соединения и непрерывность электрической цепи по всей длине;

— не допускать загрязнения, механических повреждений, длительного воздействия щелочей, кислот, органических растворителей на элетропроводные покрытия технологического оборудования, рабочих мест.

15.18. Осмотр и измерение электрических сопротивлений заземляющих устройств технологического оборудования, трубопроводов и т.п. рекомендуется проводить одновременно с проверкой заземления электрооборудования. Результаты проверочных испытаний, а также ревизий и ремонтов заземляющего устройства должны заноситься в паспорт. Результаты измерения сопротивления заземления технологических аппаратов, оборудования, подвижного оборудования, транспортных устройств, оснастки должны регистрироваться в специальном журнале.

Рекомендуется контролировать средства защиты от статического электричества со следующей периодичностью:

осмотр и измерение сопротивления заземляющих устройств (заземлители, контуры)	— 2 раза в год
измерение сопротивления электропроводной обуви	— 1 раз в квартал
осмотр и измерение сопротивления заземления стационарного технологического оборудования	— 1 раз в квартал
то же для подвижных частей оборудования, передвижного оборудования и пробоотборников	— 1 раз в месяц
осмотр целостности заземляющих проводников у пробоотборников	— перед началом смены

Планово-предупредительный ремонт средств защиты от статического электричества необходимо производить одновременно с ремонтом технологического оборудования и электрооборудования.

Защита от статического электричества | Устройства электробезопасности | Архивы

Страница 18 из 19

V. ЗАЩИТА ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

18. СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРЫ ЗАЩИТЫ

Заряды статического электричества могут возникнуть при соприкосновении или трении твердых материалов, при размельчении или пересыпании однородных и разнородных непроводящих материалов, при разбрызгивании диэлектрических жидкостей, при транспортировке сыпучих веществ и жидкостей по трубопроводам. Эти заряды вызывают нарушения технологического процесса, из-за большой напряженности электрического поля возникают сильные разряды, которые могут привести к пожарам, взрывам и, как следствие, к травмам обслуживающего персонала. Статическое электричество угнетающе действует на человека, вызывает утомление, приводит к ошибочным действиям.
Основными мерами защиты от статического электричества являются заземление металлических частей оборудования, которые могут быть электризованы, нанесение на поверхность сплошных или несплошных проводящих покрытий (пленок), применение токопроводящих полов и обуви, обеспечение утечки генерируемого заряда на заземленные части за счет увлажнения окружающей атмосферы, изменение режима технологического процесса, применение нейтрализаторов (индукционных, высоковольтных, радиоактивных).

19. ИНДУКЦИОННЫЕ НЕЙТРАЛИЗАТОРЫ

Малогабаритный нейтрализатор зарядов статического электричества в потоке жидкости (струйный) предназначен для уменьшения плотности заряда в потоке электризующейся жидкости перед истечением ее из трубопровода в резервуар (аппарат). Нейтрализатор можно применять на предприятиях химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности, перерабатывающих органические жидкости, в том числе светлые нефтепродукты.
Нейтрализатор представляет собой полый цилиндр с коническими переходами и фланцами для крепления. В цилиндрической части находятся направляющие пластины и кассета с натянутыми вдоль оси струнами диаметром 0,15—1,18 мм. В коническом переходе со стороны входа жидкости находится рассекатель потока. Нейтрализатор монтируется непосредственно у входа в резервуар.
Действие нейтрализатора основано на явлении снижения удельного объемного электрического сопротивления органических жидкостей в сильном электрическом поле, создающемся вблизи заземленных электродов малого радиуса кривизны (струн) при омывании их электростатически заряженной жидкостью.
Наличие протяженных заземляющих электродов малого радиуса резко увеличивает эффективность отвода зарядов из потока жидкости с высоким удельным объемным электрическим сопротивлением (10п—1013 Ом-м)—жидких углеводородов и светлых нефтепродуктов. Нейтрализатор отличается простотой изготовления, отсутствием деталей и элементов, изготовленных из диэлектрических полимерных материалов, что обеспечивает возможность применения аппарата при любых температурах и давлении в процессе транспортирования по технологическим трубопроводам органических жидкостей (рабочее давление определяет толщину стенок и габариты фланцевых соединений). Нейтрализатор не требует специального обслуживания. В периоды чистки и ремонта основного оборудования (аппарата, у входа в который установлен нейтрализатор) необходимо контролировать целостность струн. Нейтрализатор предназначен для установки на трубопроводах диаметром от 20 до 100 мм.
Технические характеристики нейтрализатора приведены ниже: Длина, мм:
полная          1          1850
рабочей (цилиндрической) части         1000
Диаметр рабочей части (внутренний), мм                 100
Материал (марка стали определяется агрессивностью
среды)                                  Сталь
Эффективность (при скорости потока в трубопроводе
до 4 м/с), %. ….                                 50-65

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ НЕЙТРАЛИЗАТОРЫ

Характерным представителем этой группы приборов является нейтрализатор статического электричества НСЭ-01. Он предназначен для снятия электростатических зарядов с бумажного полотна в целлюлозно-бумажной промышленности. Нейтрализатор состоит из высоковольтного блока питания и трех разрядников. При подаче на иглы разрядников высокого напряжения воздух вблизи острия иглы ионизируется. Ионы воздуха, рекомбинируя с зарядами на полотне, нейтрализуют их. Технические характеристики нейтрализатора приведены ниже.
Наибольшая ширина нейтрализуемого бумажного
полотна, мм             2520
Наибольшее напряжение на иглах разрядника, В  4500
Напряжение, В                               200
Частота, Гц …                                 50
Потребляемая мощность, В-А               Не более 30
Габариты, мм:
блока питания                    380x300x255
разрядников                                   2770X95X55
Масса, кг:
блока питания                    15
разрядника              11
Нейтрализатор статического электричества НСЭ-01 улучшает условия труда обслуживающего персонала и повышает качество выпускаемой продукции.

РАДИОАКТИВНЫЕ НЕЙТРАЛИЗАТОРЫ

Для нейтрализации статических зарядов наряду с электротехническими методами применяется ионизация воздуха а- или БЕТА-излучениями. Из радиоактивных изотопов, выпускаемых отечественной промышленностью, наибольшее применение в радиоактивных нейтрализаторах получили плутоний-239 (239Ри), прометий-147 (147 Рт) тритий (Т).
Радиоактивные нейтрализаторы обладают хорошей стабильностью, длительным сроком службы, малыми габаритами, просты по конструкции и удобны в эксплуатации. Нейтрализатор представляет собой излучатель в специальном контейнере с блокирующим механизмом, исключающим возможность снятия прибора с технологического оборудования без предварительного закрытия заслонки, перекрывающей излучение. Нейтрализаторы бывают плоские и круглые. Основные типы нейтрализаторов HP, НСЭ, НРИ — применяются в зависимости от конкретных условий эксплуатации (заряда, скорости перемещения материала, его ширины и пр.).
Радиоактивные нейтрализаторы НР-1 — НР-6 предназначены для снятия электростатических зарядов с электризующихся материалов при переработке их на сновальных (ленточных и секционных) и ленточных машинах.
Если рядом с поверхностью заряженного продукта помещен источник а-частиц, то воздух между источником и продуктом будет ионизирован. Ионы, противоположные знаку заряда продукта, будут перемещаться к нему и нейтрализовать заряды продукта. Ионы, одноименные со знаком заряда продукта,, будут перемещаться в противоположном направлении к источнику и прикрывающий его заземленной сетке.
Источником излучения а-частиц в нейтрализаторе являются радиоактивные изотопы 239Ри и u7Pm, нанесенные на пластине. Они создают ионизационный ток (0,2—1,2) • 10~7 А на 1 см длины активной поверхности. Оптимальное расстояние от излучателя нейтрализатора до продукта 15—20 мм. Нейтрализаторы предназначены для эксплуатации в помещениях с температурой от +10 до +60 °С при влажности до 80 %, при отсутствии в воздухе паров кислот и щелочей, а также газов, вызывающих коррозию.
Радиоактивные нейтрализаторы выпускаются различных типоразмеров (табл. 1).

Таблица 1. Основные типоразмеры радиоактивных нейтрализаторов

Тип нейтрализатора	Длина рабочей части, мм	Максимальный полный ток Х10-» А, на I см при Е=200 кВ/м
НР-2	140	1,2
НР-3	210	1,2
НР-5	350	1,2
НР-8	1000	(0,3—0,6)
НР-10	1400	(0,3—0,6)
HP-11	1600	(0,3-0,6)
НР-13	1200	(0,6—1,2)
НСЭ-140АТ-1	140	0,6
НСЭ-200А	200	0. 5
НСЭ-210АТ-1	210	0,6
НСЭ-350АТ-1	350	0,6
НСЭ-400А	400	0,5
НСЭ-1000Б	1000	(0,2-0,4)

Примечание. В нейтрализаторе НСЭ- 1000Б источник излучения ,4Рт, в остальных — 2э8Ри.

22. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ

Переносный измеритель электростатических зарядов ИЭЗ-П6 предназначен для измерения напряженности поля, поверхностной- плотности и определения знака заряда на плоских диэлектрических рулонных и листовых материалах. Он удобен для измерения потенциала зарядов на плоских поверхностях оборудования и помещений, на теле человека. Измеритель электростатических зарядов нечувствителен к загрязнениям и ионизации воздуха, электрическим помехам и может работать в труднодоступных местах.
Таблица 2. Характеристики измерительных приборов, применяемых для исследования параметров статического электричества

Наименование и тип прибора	Пределы измеряемых параметров	Входное сопротивление. Ом	Напряжение, в	Исполнение
Индикаторы статического электричества МИЭП-1 и МИЭП-2	Потенциал до 40 000 В	—	Без питания	Взрывозащищенное
Статический вольтметр с датчиком СМ-2/С-95	Потенциал поверхности 30— 3000 В	10	1,6
Динамический электрометр с вращающимся экраном ИНЭП-1	Напряженность электрического поля 4—103—25— 104 В/м		127/220	Обычное

Технические характеристики     ИЭЗ-П6 приведены ниже.
Пределы измерения:
напряженности поля, В/см …     0—250; 0—1000; 0—5000 поверхностной плотности зарядов,
Кл/см8                       (0-2)- 10-»
Погрешность измерения, %                   ±5%
Масса, кг                              0,8
Характеристики измерительных приборов, применяемых для исследования параметров статического электричества, даны в табл. 2.

Защита от статического электричества [ESD] | NexTek

NexTek имеет почти 30-летний опыт работы в области защиты от перенапряжения коаксиального кабеля для самых разных приложений. Этот опыт включает предоставление решений по защите от электростатического разряда для чувствительных радиостанций. Хотя статические электрические разряды содержат очень мало общей энергии, чрезвычайно высокий потенциал напряжения действительно может вызвать повреждение современной микроэлектроники, используемой в большинстве радиочастотного коммуникационного оборудования. Сложным аспектом защиты от электростатического разряда является то, что переходное событие является довольно кратковременным (наносекунды), поэтому для защиты требуется устройство защиты с быстрым временем отклика или устройство, которое может обеспечить постоянную защиту.

В качестве примера потенциальной угрозы электростатического разряда представьте систему, установленную в сухой и ветреной среде, например, в пустынях или в Антарктике. Дующий ветер, несущий песок и снег, в сочетании с массой сухого воздуха может вызвать медленное накопление статической энергии, которая в конечном итоге может разрядиться и течь по трассе коаксиального кабеля и попадать в электронику вниз или вверх по потоку. Еще одна распространенная причина беспокойства по поводу статического повреждения — это когда система будет видеть регулярный контакт со стороны человека.Люди обладают способностью накапливать значительную энергию электростатического разряда, которая затем может разряжаться, когда человек прикасается или поднимает что-то проводящее. Компания NexTek имеет опыт проектирования, тестирования и поставки различных продуктов для защиты от требований к защите от электростатического разряда, определенных MIL-STD, IEC или RTCA.

Узнайте больше о линейке коаксиальных устройств защиты от перенапряжения NexTek, посетив:

NexTek Education Center — Дом со статьями, заметками по применению и официальными документами, чтобы узнать больше о коаксиальной молниезащите.

Страница продукта коаксиальных разрядников

— Просмотрите линейку молниеотводов NexTek

Если у вас есть какие-либо вопросы о электростатическом разряде, статическом разряде, радиоэлектростатической защите, планировании защиты, других формах защиты от перенапряжения или о чем-либо, связанном с этим… Свяжитесь с нами напрямую!

Основные аспекты защиты цепей от электростатического разряда

Разработчики цепей сталкиваются со многими проблемами электростатического разряда (ESD) в своем стремлении к функциональному и надежному продукту. Более того, эволюция рынка электроники в сторону более высокой пропускной способности и скорости передачи данных усугубляет эту сложность. По сути, защита от электростатического разряда делится на две категории: защита во время производства и защита в «реальной» среде.

Встроенные в микросхемы структуры подавления переходных напряжений (TVS) предназначены для увеличения выхода микросхем в литейном производстве и производстве плат. Обычно они следуют таким стандартам, как модель заряженного устройства (CDM), модель машины (MM) и модель человеческого тела, MIL-STD HBM.Но серьезность ESD в «реальной» среде намного выше.

Ежедневные пользователи электронных продуктов (сотовые телефоны, КПК, портативные компьютеры и т. Д.) Вводят в эти продукты более высокий уровень электростатического разряда. Эти переходные процессы электростатического разряда типизированы в методологии испытаний IEC 61000-4-2. Важно помнить, что выживание в процессе производства не гарантирует выживание в руках конечного пользователя. Может потребоваться «дополнительная» защита от электростатического разряда, например, подавители электростатического разряда.В этой статье основное внимание уделяется критическим критериям выбора подавителей электростатического разряда, а также приведены рекомендации и вспомогательные данные для обеспечения оптимальной защиты от электростатического разряда на уровне платы.

Разработчикам необходимо понимать не только характеристики подавления электростатических разрядов, но и характеристики их корпусов. Чрезвычайно важно понимать паразитные характеристики, такие как емкость, чтобы учесть их при проектировании платы. Другими словами, убедитесь, что подавитель электростатических разрядов соответствует параметрам схемы (скорость передачи данных, ток утечки и т. Д.).

Оптимальное размещение подавителей электростатического разряда начинается с места проникновения электростатического разряда в систему. Эта тактика снижает напряжение и ток электростатического разряда, первоначально испытываемые схемой, и ослабляет импульс электростатического разряда, который распространяется мимо подавителя электростатического разряда. Обеспечьте как можно больше практичного пространства между подавителем электростатического разряда и защищенным чипом.

Размещение подавителя электростатического разряда слишком далеко от линии, которую он защищает, может снизить его эффективность. Индуктивность следа платы может вызвать дополнительное напряжение или «выброс» на микросхеме.Чтобы этого избежать, устанавливайте подавитель электростатического разряда как можно ближе к защищаемой линии. Суть в том, что выбрать «решение» ESD уже не так просто, как выбрать ограничитель, рассчитанный на рабочее напряжение цепи. Эффективное решение теперь учитывает компоновку печатной платы, а также не подавляющие электрические характеристики устройств подавления электростатических разрядов. Прежде чем углубляться в особенности защиты от электростатического разряда, полезно ознакомиться с некоторыми основами.

Основы ESD: Особую озабоченность разработчиков вызывает непреднамеренный ущерб, наносимый конечными пользователями электронных продуктов. Обычная повседневная деятельность может вызывать у людей накопление статического электричества, которое позже может передаваться на такие объекты, как картотеки, двери и электронные устройства. Когда человек идет по покрытому ковром полу, происходит передача заряда. Точно так же акт соскальзывания с офисного стула может вызвать переход между стулом и его обитателем.Этот эффект, называемый трибоэлектрической зарядкой, происходит каждый раз, когда два разнородных материала соприкасаются, а затем разделяются. Последующая передача электрического заряда объекту с более низким электрическим потенциалом называется электростатическим разрядом.

Проблемой, стоящей перед разработчиками, специалистами по качеству и надежности, является влияние передачи статического электричества на их электронные продукты. Если импульс электростатического разряда попадет в электронные устройства, внутренняя схема может быть физически повреждена.Ассоциация ESD оценила среднюю потерю продукции из-за электростатического разряда, создаваемого пользователями, от 27% до 33%. Независимо от того, происходит ли потеря продукта на уровне пользователя или в процессе производства, ESD может снизить надежность продукта и прибыль компании. Чтобы уменьшить потери из-за электростатического разряда, производители микросхем могут включать структуры TVS в свои кристаллы интегральных схем. Это сделает их более надежными и поможет повысить производительность процессов литья стружки и производства плат.

Большая проблема возникает, когда электронный продукт переходит из производственной среды в повседневное использование.Уровень электростатического разряда, который конечный пользователь может создать и ввести в электронное устройство, намного более серьезен, чем уровень, наблюдаемый в контролируемой производственной среде. Это означает, что конструкция, которая имела высокий выход во время производства, может иметь более высокие потери в полевых условиях. Следовательно, центр защиты от электростатических разрядов сместился с упрочнения стружки на упрочнение системы.

Подавление электростатического разряда: Способность ИС или ASIC выдержать производственный процесс не гарантирует, что они выживут в «реальном мире».Что можно сделать для повышения живучести или надежности вашей конструкции? В настоящее время проектировщику доступны многочисленные варианты защиты. В их число входят изолирующие цепи, схемы фильтрации и компоненты подавления, такие как многослойные варисторы, кремниевые диоды и недавно представленные подавители на полимерной основе.

Компоненты подавления защищают цепь, ограничивая напряжение электростатического разряда до уровня, который может выдержать цепь. Подключенные параллельно сигнальным линиям, ограничители ограничивают напряжение электростатического разряда и шунтируют большую часть тока электростатического разряда от линии передачи данных и защищенной микросхемы к соответствующему источнику.Типичные ссылки — это шина питания и заземление шасси.

Хотя все эти подходы могут повысить устойчивость электронного устройства к электростатическому разряду, существуют неотъемлемые характеристики, которые следует учитывать в процессе выбора. Очевидные характеристики включают размер, расположение выводов, расположение контактных площадок и ток утечки. Но по мере того, как возрастает потребность в схемах, обеспечивающих более высокую информационную пропускную способность, становится очень важна другая характеристика — емкость.

Емкость и целостность сигнала: Сегодня и в прошлом внутренняя емкость корпуса ограничителя могла быть использована в интересах разработчика схем.Там, где существует высокая степень разделения между частотой сигнала и любыми нежелательными частотами, такими как «шум» EMI и переходные процессы ESD, емкость обеспечивает дополнительное преимущество фильтрации. По сути, действуя как фильтр нижних частот, подавитель обеспечивает функции ограничения для подавления переходных процессов и может обеспечить фильтрацию электромагнитных помех от нежелательных высокочастотных сигналов, которые попадают в защищенную линию данных.

Например, терминалы гарнитуры на сотовом телефоне работают на относительно низких частотах (звуковой диапазон), в то время как рабочие частоты ESD и сотового телефона (от 900 до 1900 МГц) намного выше. В этом случае многослойные варисторы и диоды с высокой емкостью идеально подходят для защиты пользователя от электростатического разряда. У них есть дополнительное преимущество, заключающееся в фильтрации излучаемых сигналов сотовых телефонов из линий гарнитуры.

Это «преимущество», однако, становится препятствием при увеличении скорости сигнала. Потребность в более высокой информационной пропускной способности (видео, аудио, данные) требует увеличения скорости передачи данных. Примеры этих «высокоскоростных» линий передачи данных включают протоколы USB 2.0, IEEE 1394, Gigabit Ethernet и InfiniBand.Скорость передачи данных всех этих протоколов превышает 100 Мбит / с.

На этих скоростях емкость, которая помогла устранить нежелательный шум, также начнет фильтровать сами сигналы данных, что приведет к искажению формы сигнала данных, что может вывести систему из строя. Искажение принимает форму закругленных передних и задних краев переходов между высоким / низким состояниями из-за более медленного нарастания и спада.

Более медленное время нарастания / спада приводит к проблемам в цепи. Самое главное, могут возникнуть проблемы со сроками.Схема ожидает, что «высокое» и «низкое» состояния будут стабильными в определенные моменты времени. По мере увеличения времени перехода между состояниями схема может быть обнаружена при обнаружении незавершенного перехода, и в систему могут быть внесены ошибки данных.

Цепи

будут работать так, как они были спроектированы, пока информация, управляющая ими, соответствует намеченному протоколу. Когда компоненты сигналов ухудшаются, способность схемы распознавать намеченную информацию уменьшается. С точки зрения защиты схемы, цель состоит в том, чтобы обеспечить защиту схемы от электростатического разряда и поддержать целостность данных, а не вмешиваться в работу схемы.

Чтобы исследовать влияние емкости корпуса на целостность данных, результаты были собраны на двух частотах передачи данных. Здесь не рассматриваются конкретные используемые технологии. Скорее, значения емкости являются важными факторами. В тесте использовались следующие продукты:

• Глушитель PGB0010603 PulseGuard 0,050 пФ
• Керамический конденсатор ML 1,0 пФ
• Конденсатор керамический ML 10,0 пФ
• Многослойный варистор В5.5МЛА0603 660 пФ

В то время как время нарастания (10/90%) сигнала 12 Мбит / с на Рисунке 1 быстрое (0.242 нс) время удержания уровня значительно больше (80 нс). При такой скорости передачи данных значение емкости 10 пФ или меньше позволит данным проходить с минимальными искажениями. Но значение емкости 660 пФ ясно показывает, как округляются передний и задний фронты данных.

Сравните эту информацию с рисунком 2. Здесь те же устройства были протестированы с сигналом данных 480 Мбит / с. Время нарастания для двух сигналов одинаково (0,242 нс), но сигнал со скоростью 480 Мбит / с имеет гораздо более короткое время уровня — 2.0 нс. Обратите внимание на разные временные шкалы двух диаграмм.

В этом случае емкость 660 пФ вызывает такие большие искажения, что форма волны даже не может достичь рабочего напряжения сигнала. По сути, никакие данные не передаются по сигнальной линии. Даже значение емкости 10 пФ достаточно велико, чтобы вызвать существенное искажение формы сигнала. Это уменьшает время выравнивания и значительно изменяет формы передней и задней кромок. Значение емкости 1.0 пФ показывает небольшое краевое искажение, в то время как значение емкости 0,050 пФ позволяет форме волны данных проходить без искажений. В таблице показано время нарастания (10/90%) сигналов на Рисунке 2 (скорость передачи 480 Мбит / с) для каждого значения емкости.

Эти данные показывают, насколько важна емкостная характеристика подавителя электростатических разрядов при защите линий передачи данных в высокоскоростных системах. Хотя все существующие подавители могут обеспечить эффективную защиту от электростатического разряда, целостность сигнала системы не может быть нарушена. Следовательно, необходимо учитывать емкость подавителя электростатических разрядов, прежде чем добавлять его в схему. Компоненты для подавления электростатических разрядов с чрезвычайно низкой емкостью, такие как устройства PulseGuard, могут обеспечивать функциональную защиту от электростатических разрядов и при этом поддерживать целостность данных высокоскоростных сигналов данных.

Рекомендации по установке: После выбора подавителя электростатического разряда, чьи подавляющие и электрические характеристики (ток утечки, емкость) хорошо соответствуют параметрам схемы, остается другой выбор: где на плате должен быть установлен подавитель для оптимизации защита от электростатического разряда для схемы? «Оптимизированная» защита от электростатического разряда означает, что защищенный чип видит как можно меньше переходных процессов электростатического разряда.

Высокоскоростные сигналы и переходные процессы (например, электростатические разряды) задействуют еще одну паразитную характеристику — индуктивность. Особый интерес представляет паразитная индуктивность дорожек на плате, которые используются в качестве межсоединений между разъемом, микросхемой и любыми вспомогательными компонентами. Подобно эффектам емкости, индуктивность, представленная дорожками на плате, не влияет на низкочастотные сигналы. Однако на высоких скоростях индуктивность будет представлять собой составляющую импеданса, которая может повлиять на целостность сигнала.Напомним формулу для индуктивного сопротивления: X _L =? L. Это также можно записать как: X _L = 2pfL.

Небольшая индуктивность следа может привести к значительному импедансу, когда через него проходит высокочастотный сигнал, такой как ESD. Разработчики могут воспользоваться этим, поставив как можно большее расстояние между подавителем электростатического разряда и защищенной микросхемой. См. Рисунок 3, где представлены следующие значения индуктивности:

• L1 — между разъемом и подавителем электростатического разряда
• L2 — между подавителем электростатического разряда и выводом ввода-вывода микросхемы
• L3 — между линией ввода / вывода и подавителем электростатического разряда (шлейф)

По сути, индуктивность, относящаяся к L2, будет рассеивать энергию импульса ESD, остающегося после ограничивающего действия подавителя ESD. Ослабление напряжения и тока импульса ESD происходит по мере того, как энергия накапливается и рассеивается в электромагнитном поле вокруг дорожки платы. Обратите внимание, что существует обратная зависимость между длиной дорожки на плате и энергией импульса электростатического разряда, который в конечном итоге поступает на вывод ввода-вывода микросхемы. По мере увеличения длины следа сила импульса электростатического разряда (видимого на микросхеме) уменьшается. Уменьшение импульса электростатического разряда приводит к снижению нагрузки на микросхему.

Графики на Рисунке 4 показывают значения напряжения в зависимости от времени, измеренные в двух местах на испытательной плате.Они помогают нам понять последствия размещения устройства подавления электростатического разряда. В этом примере подавитель был установлен на соединителе, точке входа для переходных процессов электростатического разряда.

Синяя осциллограмма показывает напряжение, измеренное на линии ввода / вывода в месте расположения подавителя электростатических разрядов. Подавитель среагировал на импульс генератора 1000-В линии передачи с измеренным пиковым напряжением приблизительно 350 В и «фиксирующим» или удерживающим напряжением приблизительно 75 В.

Сравните это с зеленой формой волны, которая показывает импульс электростатического разряда, который действительно попадает на ИС.В этом случае 3-дюйм. Длинная трасса (L2) соединяла узел подавителя электростатического разряда и входную площадку для ИС. Обратите внимание, что измеренное пиковое напряжение было уменьшено до 60 В, а напряжение «зажима» составляет около 25 В.

Что это значит? Для разработчика схем это обеспечивает тактику для минимизации количества электростатических разрядов, возникающих на входах ввода / вывода IC и ASIC. Увеличение длины трассы между подавителем электростатического разряда и микросхемой может значительно снизить нагрузку на ИС.Ссылаясь на рисунок 3, это означает, что увеличение длины трассы приведет к увеличению значения L2.

Проще говоря, подавитель ЭСР должен располагаться непосредственно за разъемом. Это должен быть первый компонент уровня платы, с которым сталкивается переходный процесс ESD. Затем, насколько это практично, любой чип, который необходимо защитить, должен располагаться как можно дальше. Как показано на рисунке 4, эта тактика значительно снизит нагрузку на интегральную схему. Следующий список составлен так, чтобы показать относительное предпочтение мест установки подавителя электростатического разряда.Оптимальное местоположение указывается первым, а наименее предпочтительный сайт — последним:

• Внутренние разъемы, которые служат межсетевым соединением в системном экранировании (шасси)
• В месте, где следы печатной платы взаимодействуют с контактами разъема
• На плате сразу за разъемом
• На надежных незащищенных линиях, которые могут эффективно подключаться к линиям ввода-вывода
• Перед последовательным резистивным элементом на линии передачи данных
• Перед точкой разветвления на линии передачи данных
• Рядом с IC и / или ASIC

Другой проблемой размещения является расстояние от дорожки на плате до подавителя электростатического разряда (L3 на рисунке 3). Цель состоит в том, чтобы минимизировать это расстояние. Индуктивность, связанная с дорожкой, и любая паразитная индуктивность корпуса вносят импеданс в схему защиты.

По сути, подавитель электростатических разрядов становится более «изолированным» от сигнальной линии, которую он защищает, по мере увеличения расстояния от линии. Помните, что микросхема будет испытывать напряжение электростатического разряда на ограничителе плюс напряжение на импедансе трассы. Идеальное размещение площадок для пайки — прямо над линией передачи данных.Если это невозможно, то это расстояние следует минимизировать.

Наконец, заземление шасси (рамы) должно быть опорным сигналом ESD, а не сигнальной (цифровой) землей (снова рис. 3) . Цель состоит в том, чтобы вывести ESD из сигнальной среды. Привязав устройство защиты ESD TVS к земле шасси, можно избежать непреднамеренных шумовых эффектов, таких как отскок от земли. Цель состоит в том, чтобы поддерживать среду сигналов (данных) как можно более чистой.

Основы компонентов защиты от импульсных перенапряжений / электростатических разрядов — Промышленные устройства и решения

2019-06-10

Шумовые меры

Техническая информация

Основы компонентов защиты от перенапряжения / электростатического разряда и защиты

Скачать эту статью

Что такое скачок напряжения и электростатический разряд?

Скачки и ESD (электростатический разряд) относятся к переходному высокому напряжению и, возможно, к очень опасному шуму при определенных условиях.Скачки напряжения и электростатические разряды могут вызвать сбои в работе оборудования или цепи, когда уровень достигает определенной степени, и уровень часто испытывает высокое напряжение, намного превышающее допустимый диапазон. В таких случаях поврежденный компонент или оборудование ломается мгновенно. Диаграмма представляет собой нанесенное на карту изображение импульсного напряжения и его ширины.
Скачки и электростатические разряды описаны ниже.

① Удар молнии

Молния как природное явление содержит очень большое количество энергии.Удар молнии можно разделить на прямые удары молнии и индуцированные удары молнии. Защита от прямого грозового перенапряжения сложна, но возможна защита от индуцированной молнии. Индуцированная молния — это выброс высокого напряжения, вызванный относительно длинным проводом, таким как линия электропередачи или кабель связи, который находится рядом с ударом молнии. Предполагается, что механизм генерации представляет собой электрический заряд, индуцируемый в кабеле, который находится вблизи электрического поля, разряженного ударом молнии, или магнитное поле, создаваемое током удара молнии, генерирует индуктивную электродвижущую силу в кабеле.Как показано на предыдущей диаграмме, индуцированный удар молнии имеет большое количество энергии, которое может легко разрушить электрические или электронные компоненты, даже если оно не так разрушительно, как прямой удар молнии, что требует мер по предотвращению.

② Открытие / закрытие всплеска

Выброс открытия / закрытия — это кратковременный выброс высокого напряжения, возникающий в переключателе или реле во время его включения и выключения, особенно при выключении, который вызывает быстрое изменение тока и индуктивности цепи или проводки.Напряжение, генерируемое скачком открытия / закрытия, очень велико, и в некоторых случаях оно генерирует искру, тепло или излучает электромагнитную волну, вызванную большим демпфирующим колебательным током, генерируемым плавающей статической емкостью индуктивности и контакта. Этот высокий скачок напряжения может вызвать неисправность электронной схемы, а в некоторых случаях привести к разрушению компонента. А излучение электромагнитной волны через демпфирующие колебания вызывает электромагнитные помехи, что требует мер по подавлению скачков напряжения при открытии / закрытии.

③ Загрузить дамп

Сброс нагрузки — это скачок, вызванный отключением аккумуляторной батареи на автомобиле. Самый тяжелый случай возникает, когда соединение с аккумулятором теряется, когда автомобильный двигатель работает, а генератор (генератор зарядки аккумулятора) заряжает аккумулятор. Величина скачка напряжения определяется скоростью вращения генератора переменного тока и напряжённостью возбуждения магнитного поля в момент отключения.В некоторых случаях импульсное напряжение превышает 100 В в течение нескольких сотен миллисекунд. Поскольку этот выброс имеет такое большое количество энергии, он может легко разрушить электронный компонент. Допустимый сброс нагрузки указывается производителями автомобилей и автомобильного оборудования в форме максимального напряжения, полного сопротивления линии и продолжительности. Для испытаний на самосвал применяются JASO A-1 (Япония) и ISO-7637-2 Pulse 5 (США).

④ ESD

ESD (электростатический разряд) — это явление, при котором заряд накапливается в небольшой плавающей емкости на теле человека или веществе, а затем разряжается на близлежащий объект, и классифицируется как один из видов перенапряжения. Продолжительность электростатического разряда короткая, при этом мало энергии, но поскольку он генерирует переходное высокое напряжение до нескольких киловольт, он может вызвать неисправность электронных схем или повредить электронные компоненты.
Для оценки и тестирования ESD обычно используется модель человека или машина. И защита возможна за счет использования компонентов, основанных на этих предположениях.

Компоненты защиты от скачков напряжения / электростатического разряда

Для защиты от перенапряжения и электростатических разрядов обычно выбирают варистор или стабилитрон.Эти компоненты имеют высокое электрическое сопротивление при низком напряжении на клеммах, но сопротивление внезапно становится низким при повышении напряжения.
Используя эту тенденцию, компонент предотвращает попадание скачка напряжения в цепь за счет обхода тока, когда в электрической цепи происходит скачок высокого напряжения.

На схеме справа показано, как с помощью варистора защитить цепь источника питания от индуцированного грозового перенапряжения. При подключении варистора параллельно боковой линии подачи питания, индуцированный удар молнии, достигающий нескольких тысяч вольт, ограничивается варистором до уровня, который не вызовет разрушения компонентов или ухудшения цепи питания.

Доступны актуальные компоненты защиты от перенапряжения / электростатического разряда, оптимизированные для типа перенапряжения и линии (сигнал, мощность и т. Д.), Которые необходимо защитить.
Среди этих компонентов мы выбрали поглотитель перенапряжения «ZNR _® », чип-варистор и подавитель электростатических разрядов.
Поглотитель перенапряжения «ZNR _® » — это название продукта Panasonic, варисторы предназначены для защиты от перенапряжений.

Поглотитель перенапряжений «ЗНР _® »

Поглотитель перенапряжения Panasonic «ZNR _® » представляет собой керамический варистор для поглощения перенапряжения от индуцированного грозового перенапряжения, перенапряжения открытия / закрытия и перенапряжения при сбросе нагрузки.
Компания Panasonic была первым производителем в мире, который ввел в продажу керамические варисторы с превосходным дизайном керамического материала и технологией процесса, основанной на многих достижениях в области проектирования устройств и технологии производства.Поглотители перенапряжения «ZNR _® » производятся в основном из материала оксида цинка (ZnO) и нескольких добавок, а также керамического элемента, созданного методом спекания. Этот продукт обеспечивает отличные характеристики нелинейности напряжения параллельно с характеристиками стабилитронов, а также большие характеристики сопротивления току, которых нет в других продуктах. Этот продукт может использоваться для широкого спектра применений, таких как стабилизация напряжения, подавление импульсного напряжения, поглощение импульсного напряжения открытия / закрытия и защита от грозового перенапряжения.
«ZNR _® » — это аббревиатура от Zinc -xide Nonline Resistor и зарегистрированная торговая марка Panasonic.

Базовая структура

Корпус Назначение

Электрод

Спеченный элемент из оксида цинка

Подводящий провод

Основные характеристики поглотителя перенапряжения «ZNR _® »

Основные характеристики поглотителя перенапряжения «ZNR _® » указаны с указанием рабочих характеристик.

Элементы спецификации	Описание
Напряжение варистора [В]	В принципе, значение напряжения на обоих концах компонента при подаче постоянного тока 1 мА. Это нормативное значение напряжения при работе варистора.
Максимально допустимое напряжение цепи [В]	Максимальное значение действующего значения напряжения синусоидальной волны промышленной частоты, допускающее непрерывное применение, или максимальное значение постоянного напряжения.
Максимальное ограниченное напряжение [В]	Когда применяется импульсное напряжение, значение напряжения, ограничиваемое варистором, называется ограниченным напряжением, и в отдельном каталоге максимальное ограниченное напряжение указывается как максимальное значение.
Сопротивление импульсному току [A]	Это значение указывает уровень импульсного тока, которому сопротивляется варистор.
Стандарт безопасности	Для компонентов, подверженных грозовым перенапряжениям, каждая страна устанавливает стандарты безопасности, такие как UL (США), CSA (Канада), IEC (Европа), CQC (Китай), и компоненты, соответствующие этим стандартам, должны использоваться в этой стране.

При выборе поглотителя перенапряжения «ZNR _® » проверяется соответствие спецификации предполагаемому импульсному напряжению / току и используемому напряжению цепи.

Пример использования поглотителя перенапряжения «ZNR _® »

Поглотитель перенапряжения «ZNR _® » имеет широкую линейку, которая поддерживает электростанции и общие электронные устройства.

Чип варисторы

Чип-варистор представляет собой многослойный варистор в форме микросхемы, а основная структура представляет собой многослойный керамический компонент, аналогичный многослойному керамическому конденсатору (MLCC). Как объяснялось выше, поглотитель перенапряжения «ZNR _® » представляет собой керамический варистор, а варистор микросхемы принадлежит к той же группе. Однако напряжение и ток, подаваемые варистором микросхемы, существенно меньше, чем у поглотителя перенапряжения «ZNR _® », и используются в основном для защиты от электростатического разряда.

Базовая структура

Варистор микросхемы Panasonic имеет следующие особенности.

• Компактный тип для поверхностного монтажа (0603, 1005, 1608) обеспечивает компактные размеры и легкий вес для широкого спектра применений.
• Уникальный керамический материал и технология обработки обеспечивают высокую надежность, высокий эффект подавления электростатических разрядов, высокую устойчивость к электростатическим разрядам и высокую устойчивость к скачкам напряжения.
• Линейка компонентов автомобильного класса (совместимость с AEC-Q200, сертификация ISO / TS16949)
• Долгосрочная гарантия на весь срок службы (срок службы 2000 часов, температурный цикл 2000 циклов, высокая термостойкость (150 ℃)

Примеры использования чип-варисторов

Варисторы на микросхемах используются в широком спектре электронного оборудования в качестве компонентов защиты от электростатического разряда общего назначения.

Примеры использования аудиолинии Примеры использования панелей LCS

Подавители ЭСР

Подавитель электростатического разряда представляет собой элемент защиты от электростатического разряда с зазором. Минимальная статическая емкость подходит для использования в высокоскоростной сигнальной линии.

Базовая структура

По сравнению с описанными выше варисторами для микросхем, подавитель электростатического разряда имеет очень небольшую электростатическую емкость и является основным отличием в характеристиках.Вольт-амперные характеристики могут выдерживать электростатический разряд в диапазоне нескольких киловольт. Очень малая электростатическая емкость 0,05 пФ или ниже (размер 0603, 1005) почти не влияет на характеристики передачи высокоскоростной дифференциальной сигнальной цепи или на вносимые потери в высокочастотной цепи.

【Форма сигнала напряжения подавления электростатического разряда】

【Характеристики трансмиссии】

Тест маски USB2. 0



Нет ухудшения качества передачи

Примеры использования подавителей электростатического разряда

Ниже показаны примеры использования подавителей электростатического разряда.

• Антенный контур (GPS, NFC и т. Д.) Мобильного электронного продукта
• Антенная схема автомобильного оборудования (автомобильная навигация, AM / FM, автомобильная AV-система)
• Схема высокоскоростного дифференциального сигнала (USB2.0 / 3.0, HDMI1.4 / 2.0)
• Разнообразие сигнальных линий

Высокоскоростной
дифференциал
трансмиссия GB Ethernet Антенна

Преимущество замены стабилитрона

В качестве компонента защиты от скачков напряжения / электростатического разряда можно использовать стабилитрон вместо варистора или подавителя электростатических разрядов.Здесь описывается преимущество замены стабилитрона варистором (поглотитель перенапряжения «ZNR _® », чип-варистор).

Что такое стабилитрон?

Перед заменой следует знать, что такое стабилитрон в первую очередь.
Вольт-амперные характеристики стабилитрона показаны ниже. Один стабилитрон обеспечивает эффект ограничения напряжения только на стороне отрицательного напряжения, но, используя два диода в противоположном последовательном соединении, можно получить эффект двунаправленного ограничения напряжения, как в случае с варистором.
Для получения преимущества перед варистором эффективное напряжение защиты можно установить на низком уровне в несколько вольт.

Вольт-амперные характеристики стабилитрона
(единичный) Вольт-амперные характеристики стабилитронов
(подключено 2 шт.)

Однако, к недостаткам, они требуют большей формы и веса, а также большей площади монтажной поверхности, чем варистор. Чтобы получить такой же эффект поглощения скачков / электростатических разрядов, что и у варистора, блок должен состоять из 3 компонентов, включая конденсатор, вместо одного варистора.
Хотя двунаправленный стабилитрон доступен при соединении двух диодов в одном корпусе, он все же больше, чем размер варистора.

Преимущества замены на варистор

При замене стабилитронов варистором (поглотитель перенапряжения «ZNR _® », чип-варистор) можно получить следующие преимущества.

Преимущество 1: компактные размеры, легкий вес и уменьшение площади крепления

Как описано, для защиты от перенапряжения с использованием стабилитронов требуется 3 компонента, но один варистор может выполнять ту же функцию, что позволяет значительно уменьшить размер, вес и монтажную поверхность.
В случае предотвращения разгрузки автомобильной нагрузки, замена стабилитронов мощностью 5 Вт на поглотитель перенапряжения «ZNR _® » (серия SMD типа HF) может снизить как монтажную поверхность, так и вес на 67%.
В случае защиты от электростатических разрядов замена стабилитронов мощностью 0,2 Вт на варистор микросхемы (размер 1005) может уменьшить монтажную поверхность на 85% и вес на 75%.

Преимущество 2: Повышенная устойчивость к электростатическому разряду и импульсным токам

На приведенном ниже графике показано сравнение сопротивления электростатическому разряду и импульсному току между 0.Стабилитрон 2 Вт и варистор микросхемы (размер 1005), как описано выше.
График показывает, что сопротивление электростатическому разряду и импульсному току улучшается при замене чипа варистором.

Стабилитрон

0,2 ​​Вт ZD

ESD ： 15кВ Перенапряжение ： 10А

Чип варисторы

1005 Чип-варисторы

ESD ： 30кВ Перенапряжение ： 11А

Обзор компонентов защиты от электростатического разряда

В качестве компонентов защиты от электростатических разрядов мы рассмотрели варистор микросхемы, подавитель электростатического разряда и стабилитрон.Различия и особенности каждого компонента приведены в таблице ниже.

Область применения каждого компонента защиты от электростатического разряда представлена ​​на диаграмме ниже.

Связанная информация о продукте

↑ В начало страницы

Бесплатная загрузка документов

Шумомеры
В этом документе кратко излагаются статьи, связанные с мерами шума, размещенные в качестве технической информации для Оптимальных решений для проектирования схем.

Перейти на страницу загрузки »

Использование антистатических диодов в качестве зажимов напряжения

Аннотация

Когда к усилителю применяются условия внешнего перенапряжения, диоды ESD являются последней линией защиты между усилителем и электрическим перенапряжением. При правильном понимании того, как элемент ESD реализован в устройстве, разработчик может значительно расширить диапазон выживания усилителя с помощью соответствующей схемы. Эта статья призвана познакомить читателей с различными типами реализаций ESD, обсудить характеристики каждой реализации и предоставить рекомендации по использованию этих ячеек для повышения устойчивости проекта.

Введение

Во многих приложениях, где вход не находится под контролем системы, а скорее подключается к внешнему миру, например, к испытательному оборудованию, контрольно-измерительным приборам и некоторому измерительному оборудованию, входные напряжения могут превышать максимальное номинальное напряжение входного усилителя. .В этих приложениях должны быть реализованы схемы защиты, чтобы сохранить диапазон выживаемости и надежность конструкции. Внутренние антистатические диоды входного усилителя иногда используются для ограничения условий перенапряжения, но необходимо учитывать множество факторов, чтобы эти зажимы обеспечили достаточную и надежную защиту. Понимание различных архитектур ESD-диодов, которые находятся внутри входных усилителей, наряду с пониманием тепловых и электромиграционных последствий данной схемы защиты может помочь разработчику избежать проблем с их схемами защиты и повысить долговечность их применения в полевых условиях.

Конфигурации диодов ESD

Важно понимать, что не все диоды ESD представляют собой простые диодные зажимы для источников питания и земли. Существует множество возможных реализаций, которые можно использовать, например, несколько последовательно соединенных диодов, диодов и резисторов, а также диодов, соединенных друг с другом. Некоторые из наиболее распространенных реализаций подробно описаны ниже.

Диод, подключенный к источнику питания

На рисунке 1 показан пример усилителя с диодами, подключенными между входными контактами и источниками питания.Диоды смещены в обратном направлении при нормальных условиях эксплуатации, но становятся смещенными в прямом направлении, когда входы поднимаются выше положительного напряжения питания или ниже отрицательного напряжения источника питания. Когда диод смещается в прямом направлении, ток через входы усилителя течет к соответствующему источнику питания.

В случае схемы на Рисунке 1 входной ток не ограничивается самим усилителем, когда перенапряжение превышает + V _S , и потребует внешнего ограничения тока в виде последовательного резистора.Когда напряжение опускается ниже –V _S , резистор 400 Ом обеспечивает некоторое ограничение тока, что следует учитывать при проектировании.

Рисунок 1. Входная топология ESD AD8221.

На рис. 2 показан усилитель с аналогичной конфигурацией диодов, но в этом случае ток ограничивается внутренним последовательным резистором 2,2 кОм. Это отличается от схемы, показанной на Рисунке 1, не только величиной ограничивающего R, но и тем, что 2,2 кОм защищает от напряжений выше + V _S .Это пример тонкостей, которые необходимо полностью понять, чтобы оптимизировать защиту при использовании диодов ESD.

Рис. 2. Топология входа ESD AD8250.

Токоограничивающие полевые транзисторы

В отличие от реализации на рисунках 1 и 2, токоограничивающие полевые транзисторы могут использоваться в конструкциях ИС в качестве альтернативы диодным зажимам. На рисунке 3 показан пример использования полевых транзисторов JFET для защиты устройства, когда входное напряжение превышает указанный рабочий диапазон устройства. Это устройство изначально защищено до 40 В от противоположной шины входами JFET.Поскольку полевой транзистор JFET ограничивает ток на входных контактах, ячейки ESD не могут использоваться в качестве дополнительной защиты от перенапряжения.

Там, где требуется защита по напряжению до 40 В, защита JFET этого устройства предлагает хорошо управляемый, надежный и полностью определенный вариант защиты. Это часто отличается от использования диодов ESD для защиты, где информация о предельных значениях тока диодов часто указывается как типовая или, возможно, не указывается вообще.

Рисунок 3. Схема защиты входа AD8226.

Диодные стеки

В приложениях, в которых входное напряжение может превышать напряжение источника питания или землю, для защиты входа от ESD-событий может использоваться набор диодов. На рисунке 4 показан усилитель, реализующий схему многоуровневой диодной защиты. В этой конфигурации цепочка диодов используется для защиты от отрицательных переходных процессов. Цепочка диодов используется для ограничения тока утечки в используемом диапазоне входных сигналов, но обеспечивает защиту при превышении отрицательного синфазного диапазона.Имейте в виду, что единственным ограничением тока будет эквивалентное последовательное сопротивление цепочки диодов. Для уменьшения входного тока при заданном уровне напряжения можно использовать внешнее последовательное сопротивление.

Рисунок 4. Схема защиты входа низкого напряжения AD8417.

Задние диоды

Встречные диоды также используются, когда диапазон входного напряжения может превышать напряжение источника питания. На рисунке 4 показан усилитель, в котором установлены встречные диоды для обеспечения защиты от электростатического разряда на устройстве, допускающем напряжение до 70 В с использованием 3.Питание 3 В. D4 и D5 — это высоковольтные диоды, используемые для защиты от высоких напряжений, которые могут присутствовать на входных контактах, а D1 и D2 используются для предотвращения токов утечки, пока входные напряжения находятся в пределах нормального рабочего диапазона. В этой конфигурации использование этих ячеек ESD для защиты от перенапряжения не рекомендуется, поскольку превышение максимального обратного смещения высоковольтного диода может легко привести к ситуациям, которые вызывают необратимые повреждения.

Рисунок 5. Схема защиты входа высокого напряжения AD8418.

Без зажимов ESD

Некоторые устройства не имеют устройств ESD на внешнем интерфейсе. Хотя очевидно, что разработчик не может использовать ESD-диоды для фиксации, если их нет, эта архитектура упоминается как ситуация, на которую следует обратить внимание при исследовании вариантов защиты от перенапряжения (OVP). На рисунке 6 показано устройство, в котором для защиты усилителя используются только резисторы большого номинала.

Рисунок 6. Схема защиты входа AD8479.

Ячейки ESD как зажимы

В дополнение к пониманию того, как реализованы ячейки ESD, важно понимать, как использовать структуры для защиты.В типичном приложении для ограничения тока в заданном диапазоне напряжений используется последовательный резистор.

Когда усилители сконфигурированы, как показано на рисунке 7, или когда входы защищены диодом от источника питания, входной ток ограничивается с использованием уравнения в следующей формуле.

Рисунок 7. Использование ячеек ESD в качестве зажимов.

Допущение, используемое для уравнения 1, состоит в том, что V _{НАПРЯЖЕНИЕ} > V _SUPPLY . Если это не так, следует измерить более точное напряжение на диоде и использовать для расчета вместо 0.Приближение 7 В.

Ниже приводится пример расчета для защиты усилителя, использующего источники питания ± 15 В, от входных напряжений до ± 120 В при ограничении входного тока до 1 мА. Используя уравнение 1, мы можем использовать эти входные данные для вычисления следующего.

С учетом этих требований, R _PROTECTION > 105 кОм ограничит ток диода до <1 мА.

Понимание текущих ограничений

Максимальные значения для I _DIODE будут варьироваться от детали к детали, а также зависеть от конкретных сценариев применения, в которых прикладывается напряжение. Максимальный ток будет отличаться для одноразового события, длящегося миллисекунды, по сравнению с тем, если бы ток применялся постоянно в течение всего 20-летнего или более летнего срока службы профиля миссии приложения. Указания по конкретным значениям можно найти в технических паспортах усилителей в разделе «Абсолютные максимумы» или в примечаниях по применению и обычно находятся в диапазоне от 1 мА до 10 мА.

Режимы отказа

Максимальный номинальный ток для данной схемы защиты в конечном итоге будет ограничен двумя факторами: тепловым воздействием мощности, рассеиваемой в диоде, и максимальным номинальным током для пути тока.Рассеиваемая мощность должна быть ниже порога, который поддерживает рабочую температуру в допустимом диапазоне, а ток должен быть выбран в пределах указанного максимума, чтобы избежать проблем с надежностью из-за электромиграции.

Термические последствия

Когда ток течет в диоды ESD, происходит повышение температуры из-за мощности, рассеиваемой в диодах. В большинстве технических паспортов усилителей указано тепловое сопротивление (обычно указываемое как Ө _JA ), которое указывает, как температура перехода будет увеличиваться в зависимости от рассеиваемой мощности.Рассмотрение наихудшего случая температуры применения, а также повышения температуры наихудшего случая из-за рассеивания мощности, будет показателем жизнеспособности схемы защиты.

Электромиграция

Даже если ток не вызывает тепловых проблем, ток диода все равно может создавать проблемы с надежностью. Существует максимальный номинальный ток в течение срока службы для любого пути электрического сигнала из-за электромиграции. Предел тока электромиграции для пути тока диода обычно ограничивается толщиной внутренних дорожек, последовательно соединенных с диодами.Эта информация не всегда публикуется для усилителей, но ее необходимо учитывать, если диоды активны в течение длительного периода времени, в отличие от переходных процессов.

Примером, где электромиграция может быть проблемой, является ситуация, когда усилитель контролирует шину напряжения, которая не зависит от собственной шины питания, и, следовательно, подключена к ней. Когда существует несколько областей мощности, могут быть случаи, когда последовательность подачи питания может привести к временному превышению напряжений условий абсолютного максимума.Рассматривая путь тока наихудшего случая, продолжительность жизни, в течение которой этот ток может быть активным, и понимая максимально допустимый ток для электромиграции, можно избежать проблем с надежностью из-за электромиграции.

Заключение

Понимание того, как внутренние антистатические диоды усилителя активируются во время перегрузки по току, может помочь в простом улучшении устойчивости конструкции. Изучение тепловых и электромиграционных последствий схемы защиты может выявить потенциальные проблемы и указать, где может потребоваться дополнительная защита.Принятие во внимание описанных здесь условий позволяет дизайнерам делать разумный выбор и избегать потенциальных проблем с надежностью в полевых условиях.

Как предотвратить электростатический разряд при транспортировке

Содержание

1. Что такое ESD?
2. Почему возникает электростатический разряд?
3. Компоненты, чувствительные к электростатическому разряду
4. Как предотвратить повреждение электростатическим разрядом
5. Как работает упаковка ESD?
6. Какие бывают типы антистатической упаковки?
7. Стандарты и нормы для защиты от электростатического разряда
8. Выбор лучшей упаковки для защиты от электростатических разрядов для вашего приложения
9. Как правильно упаковать компоненты для предотвращения электростатического разряда
10. Выберите Caltex Plastics для своей антистатической упаковки

Когда вы упаковываете товар для отправки, вам всегда приходит в голову несколько забот. Что делать, если пакет упадет? Что делать, если контейнер для хранения затоплен? Смогут ли упаковочные материалы выдержать вибрацию? Последнее, чего хочет производитель или поставщик, — это видеть, что их продукт выходит из процесса доставки с видимыми повреждениями. Однако производители и поставщики электроники должны учитывать дополнительную невидимую угрозу, которая может сделать их продукты непригодными для использования, — электростатический разряд.

Что такое ESD?

ESD — это сокращение от электростатического разряда.Этот разряд возникает, когда на поверхности объекта накапливается большое количество электронов, создающих потенциал напряжения. Как только этот объект касается другого объекта с более низким потенциалом напряжения, заряд прыгает между ними, создавая небольшой электрический шок или дугу.

Типичный пример электростатического разряда возникает, когда вы теряете ногу о ковер и собираетесь прикоснуться к чему-то металлическому или пожать руку другому человеку. Это небольшое поражение электрическим током — это электростатический разряд. Хотя на первый взгляд электростатический разряд может показаться безвредным, он может иметь разрушительные последствия для компьютеров и электронных компонентов.Каждый год огромное количество электронных устройств разрушается или повреждается электростатическим разрядом.

Запросить предложение Стать дистрибьютором

Почему возникает электростатический разряд?

ESD может возникать во многих средах, связанных с электронной промышленностью, посредством двух различных процессов. Они подробно описаны ниже:

• Трибокомпрессор: Это происходит, когда два материала многократно соприкасаются и разделяются или трутся друг о друга.Это приводит к постепенному нарастанию потенциала напряжения. Трибозаряд — это способ накопления электрического заряда при ходьбе по ковру.


• Электростатическая индукция: Это происходит, когда электрически заряженный предмет помещается рядом с проводящим предметом. Если токопроводящий объект изолирован или удален от земли, он будет накапливать заряд, просто находясь близко к электрически заряженному объекту. Как только заряженный проводящий объект коснется другого проводящего объекта, это приведет к электростатическому разряду.

Обе причины накопления электростатического разряда могут влиять на электронику на каждой стадии. Плохое заземление в мастерской по ремонту электроники может привести к трибозаряду, который может повредить компьютеры и компоненты. Близость к электрически заряженным предметам и проводящим предметам может привести к повреждению оборудования на производственных предприятиях. Электростатический разряд из-за электростатической индукции может возникать даже внутри устройства — антенны могут действовать как пути для проникновения электростатического разряда в систему, в то время как излишне высокоскоростные устройства могут излучать электростатический разряд.

Судоходство — это особая сфера, вызывающая озабоченность производителей и поставщиков. Вибрации, возникающие при транспортировке, могут привести к трибозаряду, который заставляет детали накапливать электрический заряд. Чаще всего пластиковые детали внутри и вокруг машин могут тереться друг о друга и накапливать электростатический заряд, который может вызвать повреждение электростатическим разрядом.

Компоненты, чувствительные к электростатическому разряду

ESD может оказывать неблагоприятное воздействие на электронные устройства на любом уровне готовности.От производства и тестирования плат до сборки компонентов и изделий, электростатические разряды представляют собой серьезную угрозу. Электростатическое напряжение до 30 вольт и ток до 0,001 ампера, что ниже того, что может ощущать человеческое тело, могут повредить электронику. Современные электронные компоненты подвержены повышенному риску электростатического разряда по двум основным причинам:

Вот некоторые примеры распространенных компонентов, чувствительных к электростатическому разряду:

• МОП-транзисторы, используемые для изготовления интегральных схем

• КМОП-устройства с меньшей геометрией

• Прецизионные резисторы
• Лазерные диоды

Чтобы защитить эти важные компоненты от повреждений, связанных с электростатическим разрядом, организации разработали методы защиты от электростатического разряда.

Как предотвратить повреждение электростатическим разрядом

Предотвращение отказов, связанных с электростатическим разрядом, требует планирования, но существует множество мер предосторожности, связанных с электростатическим разрядом, которые вы можете предпринять. Некоторые из основных принципов защиты от электростатического разряда, которые следует учитывать при определении способов защиты электроники от ЭМИ и электростатического разряда, включают:

• Защита от электростатического разряда: Предотвращение электростатического разряда начинается с проектирования схем. Правильный дизайн помогает минимизировать потенциальное повреждение от электростатического разряда за счет заземления и компоновки.


• Практика управления электростатическим разрядом: Небрежное обращение с электроникой является основной причиной сбоев, связанных с электростатическим разрядом. Чтобы предотвратить это, люди, работающие с электроникой, должны практиковать основные методы устранения электростатического разряда, включая ношение заземленного браслета, использование заземляющей площадки, защиту рабочих зон от материалов, генерирующих статическое электричество, и правильное хранение компонентов.


• Следите за влажностью: Относительная влажность окружающей среды выше 40 процентов снижает сопротивление предметов, которые могут генерировать заряд.Это затрудняет создание потенциала напряжения, эффективно снижая возможность возникновения электростатического разряда. Во избежание коррозии следует поддерживать влажность ниже 80 процентов.


• Используйте антистатическую упаковку: Антистатическая упаковка является одним из наиболее эффективных средств защиты от электростатического разряда. Когда компоненты не используются, их можно хранить в антистатической упаковке, защищая их от электростатического разряда от любого источника. Это также один из наиболее эффективных способов предотвращения повреждений, связанных с электростатическим разрядом, во время транспортировки.

В то время как основные правила техники безопасности показывают, как предотвратить повреждение оборудования электростатическим разрядом, одним из наиболее важных способов предотвращения электростатического разряда является использование упаковки от электростатического разряда.

Как работает упаковка ESD?

При упаковке чувствительной электроники для транспортировки вы можете задаться вопросом, как устранить электростатический разряд и предотвратить его повреждение вашего груза. Лучший способ добиться этого — использовать антистатическую упаковку.Обычные упаковочные материалы не защитят от накопления электростатического заряда и разряда во время транспортировки, а упаковка от электростатического разряда — защитит.

Упаковочные материалы ESD сопротивляются накоплению заряда, предотвращая попадание или выход зарядов из упаковки. Вместо этого заряд обтекает упаковку, предотвращая возникновение искры. Упаковка ESD создает вокруг отправляемого товара так называемую клетку Фарадея. Но что такое сумка Фарадея и как клетка Фарадея защищает электронику?

Упаковка

ESD и пакеты Фарадея изготовлены из антистатических материалов, обработанных специальными химическими покрытиями.Например, полиэтиленовые пакеты обычно не защищают от электростатического разряда, но их можно обрабатывать антистатическими химикатами, чтобы создать защитную упаковку с низким зарядом. Лучше всего то, что упаковочные материалы ESD бывают всех форм и размеров, включая стандартные упаковочные элементы, такие как полиэтиленовые пакеты, поролон, коробки и даже пузырчатую пленку.

Какие бывают типы антистатической упаковки?

Существует множество вариантов упаковки для защиты от электростатического разряда, но все они попадают в одну из трех категорий в зависимости от используемого материала:

• Проводящий материал: Проводящий материал отводит электрические заряды от хранимого объекта, как молниеотвод отводит электрические заряды от здания. Этот материал предотвращает накопление заряда внутри и вокруг хранимых материалов.


• Диссипативный материал: В то время как токопроводящие материалы направляют поток электричества, рассеивающие материалы замедляют этот поток. Эти материалы уменьшают силу электрического заряда, защищая хранящиеся материалы от сильных зарядов.


• Антистатический материал: Антистатические материалы чаще всего используются для защиты от электростатических разрядов, особенно для упаковки при транспортировке.Антистатические материалы препятствуют трибозаряду, предотвращая накопление статического электричества.

Из этих материалов антистатические материалы чаще всего используются в упаковке. Однако все три могут быть использованы в зависимости от ваших потребностей. Все упаковочные материалы, защищающие от электростатического разряда, могут быть использованы в различных формах для соответствия вашим требованиям. Ниже приведены некоторые примеры:

• Стретч-пленка: Стретч-пленка — это термоусадочная пленка, обработанная химикатами для придания свойствам защиты от электростатического разряда.Он имеет тенденцию быть антистатическим. Вы можете использовать ее как обычную термоусадочную пленку и наносить вручную или машинным способом на поддоны, упаковки или отдельные предметы.


• Пакеты и трубки: Пластиковые пакеты и трубки бывают из различных материалов в зависимости от потребностей области применения. Вы можете использовать эти изделия для индивидуальной упаковки электроники разных размеров.


• Защитные пакеты: Защитные пакеты от статического электричества значительно более эффективны, чем обычные антистатические пакеты.Эти пакеты действуют как клетки Фарадея вокруг отдельных продуктов, рассеивая электромагнитные заряды по внешним поверхностям пакетов. Эти сумки Фарадея изготовлены из алюминия и обработанного пластика.

Упаковочные материалы ESD могут также обладать дополнительными свойствами для защиты чувствительных компонентов от других потенциально повреждающих факторов, таких как влажность и вибрация. Например, Caltex предоставляет материалы с уникальными барьерными свойствами против нескольких источников загрязнения и повреждений, включая водяной пар, воздух, статическое электричество и электромагнитные помехи.

Стандарты и правила для упаковки ESD

В Соединенных Штатах наиболее важные стандарты и правила для упаковки от электростатического разряда исходят от Американского национального института стандартов (ANSI) и Ассоциации EOS / ESD, также известной как ESDA.

ANSI — это организация профессионалов, которые специализируются на написании стандартов для широкого круга отраслей, включая электронную промышленность. ESDA, с другой стороны, представляет собой ассоциацию профессионалов в области электроники и электронной упаковки, которые сосредоточены на предотвращении электростатических разрядов и предоставляют рекомендации. ANSI и ESDA предоставляют следующее:

• Стандарты проектирования
• Стандартные методы испытаний

• Стандартные практики
• Технические отчеты

• Информационно-справочные документы.

Только эти стандарты и спецификации ESDA используются почти 16 000 членов из более чем 55 стран.

Зачем нужны стандарты ANSI и ESDA? Самая большая причина в том, что стандарты ANSI и ESDA являются отраслевыми стандартами. Все профессионалы отрасли понимают сертификацию ANSI и ESDA как признак того, что продукт или метод защиты от электростатического разряда работают. Стандарты ANSI и ESDA обеспечивают объективные оценочные измерения и сообщают производителям и операторам электронных компонентов, что они могут доверять данному продукту.

Выбор лучшей защиты от электростатического разряда для вашего приложения

При выборе наилучшей защиты от электростатического разряда для вашего приложения необходимо учитывать множество факторов. Если вы не знаете, как защитить свою электронику от электростатического разряда во время транспортировки, руководство пользователя EN 61340-5-2, британский стандарт, содержит некоторые рекомендации по выбору наилучшего упаковочного решения. Основные рекомендации подробно описаны ниже:

• Определите чувствительность продукта: Соберите информацию о чувствительности предмета к электростатическому разряду.Это можно сделать путем внутреннего измерения или связавшись с производителем.


• Определите условия транспортировки: Знание того, как будет обрабатываться продукт, а также влажности и температуры, с которыми он может столкнуться, играет важную роль в выборе подходящей упаковки. Например, чувствительные к влаге компоненты следует хранить в антистатической упаковке с защитным материалом для предотвращения чрезмерного воздействия влаги.


• Определите потребности вашей компании: Проанализируйте приложение, в котором будет использоваться эта упаковка, и решите, нужно ли вам вносить какие-либо изменения для соответствия конкретным требованиям вашей компании.Желательна и практична ли многоразовая упаковка? Важен ли эстетический вид упаковки для вашего бренда?

После того, как вы определились с основными потребностями, обратитесь к поставщику упаковки, чтобы создать решение, соответствующее вашим потребностям. Однако перед полной реализацией обязательно протестируйте конечный упаковочный продукт в нормальных и экстремальных условиях, чтобы убедиться, что ваши продукты будут защищены. Например, ваша компания может провести испытания на высоковольтный разряд, смоделировать дорожную вибрацию, провести испытания на падение или подвергнуть упаковку экстремальным условиям окружающей среды, чтобы проверить, насколько хорошо она выдерживает.

Вы также можете обратиться к стандартам, чтобы определить лучшую упаковку для вашего приложения. Например, ANSI / ESD S541-2018 определяет свойства упаковочных материалов, защищающих от электростатического разряда, что необходимо для защиты от электростатического разряда, а также требования к упаковке, необходимые для обеспечения защиты от электростатического разряда.

Как правильно упаковать компоненты для предотвращения электростатического разряда

Если вам интересно, как правильно отгрузить электронику для предотвращения электростатического разряда, следует учитывать множество факторов.Однако следует помнить о трех основных методах защиты от электростатического разряда. Они подробно описаны ниже:

• Используйте экранированные контейнеры: Это может показаться очевидным, но многие пренебрегают этим. Вместо использования соответствующих экранированных контейнеров для высокочувствительных устройств они используют неэкранированные контейнеры с основными мешками для защиты от статического электричества. Хотя неэкранированные контейнеры обеспечивают физическую защиту и, как правило, дешевле, они не обеспечивают защиты от электростатического разряда, а мешков для статической защиты может быть недостаточно в зависимости от рассматриваемого компонента.Использование надлежащим образом экранированного контейнера в конечном итоге обходится гораздо дешевле, чем замена поврежденных частей


• Используйте крышку: Это еще один шаг, который может показаться простым, но его часто забывают или упускают из виду. Эффект клетки Фарадея может работать, только если содержимое клетки окружено со всех сторон.


• Избегайте повреждения упаковки: Хотя замена экранированных контейнеров может быть дорогостоящей, поврежденный контейнер представляет опасность для вашего груза.Отверстия, разрывы и щели делают содержимое груза уязвимым для электростатического разряда.

Если вы все еще не уверены, что вам нужно для вашего приложения, обратитесь к поставщику упаковки, чтобы определить, как упаковать электронику, чтобы она была защищена как от физического повреждения, так и от повреждения электростатическим разрядом. У вас нет поставщика упаковки, который может помочь вам с защитой от электростатического разряда? Рассмотрите возможность партнерства с Caltex Plastics.

Выберите Caltex Plastics для защиты от электростатического разряда

Если вы ищете производителя антистатической упаковки, который может адаптировать упаковку к конкретным потребностям вашего продукта, Caltex может вам помочь.

В Caltex Plastics мы специализируемся на защите электроники от электростатического разряда. Мы производим различные упаковочные решения для защиты от электростатических разрядов, включая индивидуальные пакеты, пакеты, трубки и пленку. С 1984 года мы предоставляем нашим клиентам доступные упаковочные решения, адаптированные к их потребностям, с быстрым сроком выполнения работ и отличным обслуживанием клиентов. В наших решениях для многослойных барьеров используются высококачественные материалы, которые проходят лабораторные испытания на соответствие заявленным спецификациям.

Стать дистрибьютором

В Caltex вы — наш главный приоритет.Мы гарантируем, что готовы обслуживать наших клиентов, имея в наличии самый большой выбор рулонных материалов в нашей обширной складской сети. Работая круглосуточно и без выходных, и поддерживая запасы качественных расходных материалов, мы можем предложить первоклассное обслуживание и сроки доставки. С Caltex вы всегда можете ожидать отличных результатов.

Если вы заинтересованы в партнерстве с Caltex для решения ваших задач по упаковке ESD, свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше.

% PDF-1.3 % 1 0 obj > поток конечный поток endobj 2 0 obj > endobj 3 0 obj > endobj 4 0 obj > / Parent 3 0 R / Contents [23 0 R] / Type / Page / Resources> / Shading> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Font >>> / MediaBox [0 0 595. J8!_vv7.|@|kn)

Не попадайтесь! Что нужно знать об ESD | EAGLE

Вы когда-нибудь хотели быть похожими на Зевса, способного использовать силу электрической энергии, чтобы сокрушать ваших врагов? Не волнуйтесь, у нас есть именно то, что вам нужно — электростатический разряд (ESD)! Теперь вы можете научить тех надоедливых конденсаторов и микросхем, кто главный, и, черт возьми, даже целые печатные платы будут в вашей власти.

Все шутки в сторону, в дизайне электроники никогда не было периода, когда электростатические разряды были более серьезной проблемой.Поскольку ИС с каждым годом становятся все меньше, а устройства становятся все более совершенными, вероятность того, что электростатический разряд нанесет ущерб вашей конструкции, является огромной проблемой. Как дизайнер, использующий эти устройства, речь идет не только о том, чтобы просто вытащить антистатические коврики и браслеты; теперь вам нужно удвоить добавление защиты от электростатического разряда во время разработки, а не после. Но что вам нужно включить? Давай выясним.

Что такое электростатический разряд?

Электростатический разряд (ESD) — это спонтанный и часто непреднамеренный поток электричества между двумя объектами, которые соприкоснулись друг с другом.Возможно, это не физический контакт; даже в непосредственной близости от него будет скачок тока.

Вы найдете этот предупреждающий знак на устройствах, подверженных электростатическому разряду.

ESD — проблема не новая. В 1400-х годах европейские и карибские военные форты устанавливали сети безопасности, чтобы ESD не взорвал их хранилища пороха. А в 1860 году бумажные фабрики по всей территории Соединенных Штатов использовали паровые барабаны, пламенную ионизацию и методы заземления, чтобы избежать статического электричества при сушке бумаги.

Как видите, электростатические разряды — это не просто проблема электроники. Вы обнаружите, что это природное явление затрагивает самые разные отрасли, включая нефтехимическую, фармацевтическую, сельское хозяйство, текстильную, пластиковую и многие другие. Но ближе к дому в дизайне электроники последствия электростатического разряда могут быть катастрофическими, в том числе:

• Вредоносное производство . Непреднамеренное попадание электростатического разряда в производственный процесс может повлиять на производство продукции, в том числе на ее качество и надежность.Нет ничего хуже, чем производителю отказаться от всей печатной платы из-за того, что в нее вошли электростатические разряды.
• Повреждение деталей . Электростатический разряд также может повредить компоненты на печатной плате, будь то во время производства или после того, как эта плата окажется у вас в руке. В то время как некоторые детали достаточно прочные, чтобы справиться с электростатическим разрядом, другие, такие как ИС и полупроводники, необратимо повреждаются даже при малейшем скачке тока.
• Нарушение работы электронного оборудования . Даже когда электростатический разряд не уничтожает сразу печатную плату, он может в конечном итоге вывести из строя чувствительное электронное оборудование через несколько недель или месяцев, если проблема останется незамеченной. Это может быть огромной проблемой для военных и медицинских приложений, которым требуется надежность.

Как работает ESD

В основе ESD лежит простой принцип электростатического заряда, который накапливается, когда два материала вступают в контакт и отделяются друг от друга. Вы, вероятно, знакомы с наиболее распространенной формой электростатического заряда, например, когда вы теряете ногу об пол в носках и получаете электрошок при прикосновении к дверной ручке. Этот процесс непрерывного контакта / разделения между двумя материалами начинается на атомарном уровне.

Когда два материала соприкасаются, за кулисами происходит перенос электронов. В то время как атомы в сбалансированном состоянии имеют равное количество электронов (-) и протонов (+), когда эти электроны начинают переходить между материалами посредством постоянного и последовательного контакта, тогда все выходит из равновесия. Возьмем, к примеру, изображения ниже; здесь мы видим два идентичных атома, которые вошли в контакт и разделились в процессе трибоэлектрического заряда. Теперь у Материала B больше электронов, чем у Материала A, и во всем уравнении есть дисбаланс.Как он найдет равновесие?

По своей сути атомы всегда стремятся к равновесию. И что же происходит, когда вы бегаете носками по полу, собирая при этом лишние электроны? Эти электроны найдут путь наименьшего сопротивления в соседнем объекте, чтобы найти равновесие. А если этот объект — металлическая дверная ручка (отличный проводник), то вы получите удар в процессе передачи этих электронов.

Эти электроны будут искать равновесие путем наименьшего сопротивления.(Источник изображения)

Количество заряда, создаваемого этим процессом трибоэлектрической зарядки, должно учитывать множество переменных, в том числе:

• Размер контактных материалов
• Скорость разделения двух материалов
• Относительная влажность окружающей среды, в которой находятся материалы
• Химический состав контактирующих материалов

Вы можете измерить электрический заряд, который вы создаете между двумя материалами в кулонах, с помощью следующего уравнения:

  q = CV  

Здесь q — это заряд объекта, который определяется умножением его емкости C на потенциал напряжения объекта В . При измерении воздействия электростатического разряда на компонент или печатную плату вы обычно увидите, что электростатический разряд описывается в терминах напряжения или тока.

Типы ESD

Не все ESD создаются одинаково. Хотя это естественное явление может нарушить работу ваших компонентов или печатной платы, то, как это происходит, может быть немного загадочным. Обычно, когда у вас есть проблема с электростатическим разрядом, вы можете узнать это одним из двух способов:

Катастрофический отказ

Это наиболее очевидный случай, когда вся печатная плата или отдельный компонент на плате немедленно перестают работать.Электростатический разряд обычно вызывает плавление металла, разрушение оксида или разрушение соединения в таких сверхчувствительных частях, как полупроводники и интегральные схемы. Чаще всего катастрофические отказы от электростатического разряда обнаруживаются сразу же после тестирования устройства.

Классический случай полного уничтожения микросхемы электростатическим разрядом, см. Нижний правый угол. (Источник изображения)

Скрытый дефект

Все становится немного сложнее, когда электростатический разряд влияет на печатную плату или компонент, но не отключает их полностью.В ситуации со скрытым дефектом произойдет электростатический разряд, в результате чего деталь будет деградировать, но все еще будет работать. Но как долго — главный вопрос. Вы можете обнаружить, что отправляете продукт или систему с устройствами с пониженным электростатическим разрядом, только чтобы обнаружить, что они выходят из строя в полевых условиях через несколько недель или месяцев. Это наиболее дорогостоящие формы устранения электростатического разряда.

Этот скрытый дефект почти не виден, но со временем проблема будет расти. (Источник изображения)

Независимо от того, вызывает ли электростатический разряд сразу всю печатную плату или просто создает вмятину в цепи для устранения проблем в будущем, есть несколько способов, которыми это повреждение может произойти. Когда электростатический разряд разряжает энергию, это происходит одним из трех способов:

• Разряд в прибор . В этой ситуации заряженный проводник будет разряжаться к другому объекту, например, от вашего тела к электронному компоненту. Что-то столь же простое, как прикосновение пальцем к выводам на ИС, может легко вызвать повреждение от электростатического разряда.
• Разрядка из аппарата . В этой ситуации ESD разряжается электрически чувствительным устройством. Чаще всего это происходит, когда в устройстве накапливается электрический заряд в результате постоянного контакта / разделения с упаковочными материалами или оборудованием в автоматизированном процессе сборки.
• Разряд за счет индукции поля . Эта ситуация возникает, когда устройство вступает в контакт с электростатическим полем, создаваемым электростатическим разрядом. Достаточно просто поместить в это поле чувствительный электронный компонент, чтобы вывести его из строя навсегда.

Чувствительно ли ваше устройство к электростатическому разряду?

Не все электронные устройства или компоненты чувствительны к электростатическому разряду, а те, которые могут противостоять разряду, имеют относительно высокую разрешающую способность противостоять скачкам напряжения.Однако более чувствительные компоненты, такие как интегральные схемы и микропроцессоры, обычно выдерживают только 100 В, а некоторые едва выдерживают 10 В. Чем меньше размер упаковки, тем чувствительнее устройство.

Чтобы не забывать об электростатическом разряде, вот краткий список некоторых из наиболее чувствительных электронных устройств, которые могут быть повреждены:

• Микроволновые устройства, такие как диоды с барьером Шоттки и диоды с точечным контактом
• Устройства на дискретных полевых МОП-транзисторах
• Переходные полевые транзисторы (JFET)
• Устройства с зарядовой связью (ПЗС)
• Прецизионные диоды стабилизатора напряжения
• Операционные усилители (ОУ)
• Резисторы тонкопленочные
• Микросхемы
• Сверхскоростные интегральные схемы (VHSIC)
• Лазерные диоды
• Выпрямители с кремниевым управлением (SCR)

Как разработать для защиты от электростатического разряда

Теперь, когда у вас есть прочный опыт в том, что такое ESD, давайте поговорим о том, что вы можете с этим сделать. Речь идет не только о защите от электростатического разряда во время работы с электронными устройствами с помощью антистатического коврика и браслетов. Еще до того, как вы получите плату от производителя, вам необходимо предпринять шаги по добавлению защиты от электростатического разряда в процесс проектирования. Давайте погрузимся глубже:

Общая цель создания защиты от электростатического разряда в вашей печатной плате проста — не допустить повышения уровня напряжения до точки, при которой оно может повредить ваши интерфейсные устройства. Посмотрите изображение ниже.Это типичная смоделированная кривая отклика для электростатического разряда в соответствии с IEC61000-4-5. На этом графике показано пиковое напряжение между 2000 и 8000 В с временем нарастания приблизительно 1 нс и пиковым уровнем тока 30 А.

Форма волны электростатического разряда IEC 61000-4-2 — 8 кВ. Это плохо! (Источник изображения)

Теперь, имея в виду эти цифры, рассмотрим некоторые современные чипсеты и интегральные схемы. Эти устройства редко выдерживают напряжение постоянного тока выше 3,3 В, поэтому электростатический разряд означает немедленную смерть этих критически важных частей.

Когда вы рассматриваете эту проблему в перспективе, существует множество переменных, которые необходимо учитывать как при проектировании схемы, так и в процессе компоновки платы, чтобы гарантировать, что ваше устройство должным образом защищено от электростатического разряда. Эта проблема становится особенно заметной на уровне компоновки платы, если принять во внимание вредное влияние паразитной индуктивности. Возьмем, к примеру, это уравнение:

  VL, паразитарный = Lпаразитарный × di / dt  

Это даст вам расчет напряжения для вашей паразитной индуктивности.Здесь Lparasitic — паразитная индуктивность дорожки, а VLparasitic — напряжение, возникающее на ней после изменения тока с течением времени, di / dt .

Используя это уравнение, если вы отправите заряд электростатического разряда 8 кВ, 30 А через дорожку печатной платы с индуктивностью всего 1 нГн, это вызовет всплеск 30 В на дорожке, но с чем связана эта дорожка? Если это ИС, вы можете гарантировать, что компонент перегревается.

Мы думаем, что теперь вы уловили идею, ESD — это не шутка! Итак, вот что вы можете с этим поделать.

Защита схемотехники

При проектировании схемы подумайте о добавлении базового ограничителя переходных напряжений (TVS) на входе. Эта защитная схема состоит из двух диодов и лавинного диода, которые работают вместе, чтобы уменьшить изменение электростатического разряда, разрушающего ваши компоненты. Принцип работы TVS довольно прост:

• Оба диода имеют обратное смещение при нормальных условиях эксплуатации
• Если возникает импульс электростатического разряда и поднимает входное напряжение выше напряжения шины, первый диод будет проводить
• Если напряжение упадет ниже напряжения земли, то второй диод будет проводить

Схема ограничителя переходного напряжения ( TVS ) (справа от пунктирной линии) в действии на входе.(Источник изображения)

В совокупности эта схема будет эффективно «фиксировать» напряжение в пределах установленного диапазона и может быть аппроксимирована следующим уравнением:

  Vclamp = Vпроводимость + (Rдинамический x ток)  

Здесь полное фиксированное напряжение Vclamp связано с проводимостью Vconduction типа используемого диода и динамическим сопротивлением диода Rdynamic x current . Имейте в виду, даже при наличии этой защитной схемы с использованием фиксирующего напряжения 5 В постоянного тока и быстро переключающихся диодов; вероятно, вы все равно увидите скачки напряжения более 100 В.Но хорошая новость заключается в том, что защитная схема ограничит разряд до более короткой продолжительности, чтобы ваша схема могла пережить последствия.

Защита макета платы

Когда дело доходит до защиты вашей печатной платы от непреднамеренных атак электростатическим разрядом, помните следующие советы:

• Запомните длину ваших трасс

Всегда делайте следы подключения к разъему ESD как можно короче. Насколько коротко? Учтите это — удлинение цепи защиты от электростатических разрядов от устройства с 200 мил до 400 мил может повысить напряжение на 75%.Иногда с этим ничего не поделаешь, возможно, из-за того, что компоновка вашей платы не позволяет установить устройство ESD непосредственно на дорожку печатной платы. Но чем дальше вы разместите электростатический элемент от трассы, тем больше вы рискуете получить скачок напряжения.

То же самое и с наземными автобусами. В некоторых конструкциях заземление устройства ESD, возможно, должно пройти через переходные отверстия и сделать обходной путь, чтобы наконец достичь своей заземляющей плоскости. Но это снова приведет к серьезным скачкам напряжения, поэтому следите за тем, чтобы эти следы, соединяющие устройства ESD, были как можно короче.

• Остерегайтесь шлейфов

Всегда проверяйте свой дизайн, чтобы убедиться, что в макете нет петель. Это может значительно помочь с защитой от электростатических разрядов, потому что всплески тока и напряжения легко индуцируются в любой петле. Также убедитесь, что вы используете несколько заземляющих плоскостей, если это возможно, это поможет эффективно заземлить ваши сигналы и уменьшить вероятность образования контуров заземления.

Чем ближе ваши следы к краю доски, тем больше вероятность, что они собирают электростатические разряды.Всегда старайтесь держать любые чувствительные следы на расстоянии 50 мил от края доски. Конечно, в какой-то момент входные и выходные линии должны будут найти свой путь к краю, но их можно немедленно отвести, чтобы минимизировать опасность электростатического разряда. Тем не менее, уточняйте у производителя рекомендуемые зазоры.

• Держите соединения компонентов вместе

Есть веская причина хранить вместе компоненты с общими межсоединениями — чем длиннее трассы, тем больше они действуют как антенны.Эти антенны могут легко принимать излучение от импульсов электростатического разряда. Убедитесь, что все ваши компоненты с общими межсоединениями расположены близко друг к другу, что поможет уменьшить антенные эффекты, а также сохранит вашу плату организованной.

• Держитесь подальше от схемы ТВС

Наконец, мы всегда рекомендуем держать незащищенные цепи вдали от следов между цепью TVS и ее входом. Это позволит вам минимизировать воздействие на чувствительные компоненты любого вида индукции поля.Также не забудьте разместить части, которые находятся на чувствительной линии, ближе к центру вашей платы, чтобы сбалансировать паразитную индуктивность вашей цепи.

Эти советы по защите от электростатического разряда ни в коем случае не являются исчерпывающими, и существует множество других стратегий, которые вы можете реализовать для защиты вашей печатной платы. Обязательно ознакомьтесь с этим отличным Руководством по схемам защиты от электростатического разряда от Texas Instruments для более глубокого погружения.

Не попадайтесь

По мере того, как наши электронные устройства становятся все меньше и более совершенными, риски повреждения от электростатического разряда продолжают расти.Но не все повреждения, вызванные электростатическим разрядом, можно увидеть сразу, поскольку скрытые дефекты критически важных компонентов могут возникать через несколько недель, месяцев или, может быть, даже лет. Как инженер, вы должны разработать защиту от электростатических разрядов в схемах и платах. Итак, подключите эту схему TVS, держите эти дорожки короткими и подальше от края платы и держите эти схемы вместе. Обладая всеми этими советами, вы будете на правильном пути к созданию печатной платы, которая будет защищена от электростатического разряда с первого раза.