切換式電源的靜電放電能力防制技術

【前言】

　　切換式電源產品在做驗證時，經常會遭遇到ESD的相關問題，有時處理起來需花費非常多的時間，筆者從事切換式電源電路設計多年，希望能藉由之前ESD對策的經驗與ESD的相關理論基礎做個整理，讓目前正從事或未來想從事切換式電源設計的人員對靜電防制技術能有初步的認識。

　　本文章內容包括靜電的介紹，切換式電源的ESD測試法規與測試方法，切換式電源的ESD防制觀念，ESD防制方法與ESD問題解決方式等。

　　靜電介紹

　　多數的物體皆會儲存電荷，而所謂的靜電，即物體表面的電荷分布不平衡，當正電荷分布較多時帶正電，當負電荷分布較多時則帶負電；當一個帶電的物體靠近或接觸到另一個帶不同電位的物體時，彼此會有電位差，就會產生電子轉移的現象，此現象稱為靜電放電，當彼此電位差太大時，會因此產生高電流而導致組件受損。

　　只要是容易累積大量電荷的物體，皆有可能成為靜電放電的來源，大至大型機臺，小至電子零件，涉及的來源十分廣泛，而多數的電子零件都是帶電荷的組件，人體也是優良的帶電荷來源（如下表所示），因此電子產品很容易因人體的靜電將其損壞。

　　切換式電源電路的ESD法規與測試方法

　　因人體是良好的帶電體，很容易因人體的靜電放電將電子產品損壞，因此安規就定義了一些ESD的測試規范與要求，而切換式電源電路的ESD測試規范是依據IEC61000-4-2，人體放電模型可由電容及電阻所組成，人體的等效電容容值約150pF，因此IEC便依此概念，利用一個高壓電源對人體的等效電容充電，而串聯的高電阻（50M~100M）是為了防止充電電流過高的電磁干擾，待充電電容儲存到高壓電源的電壓后，由靜電槍的放電開關（如圖一的切換開關）來控制放電，在放電時電荷會經由一串聯電阻（330ohm）放電到待測物（DUT， device under test），其等效測試線路如下：

圖一

　　IEC61000-4-2所規范儀器校正時的測試標準如圖二所示，用一鐵箱（法拉第空箱）將示波器置于箱中，并用幅射吸收材置于鐵殼內以防止干擾，靜電槍由外部透過一個2ohm阻抗進入到示波器，即可量測放波形，其測試圖與波形圖需符合下面表一所示，放電波形必需達到0.7~1ns的上升時間到第一個放電電流的最高值，在30ns后仍能保持最高值電流的一半以上，在60ns后仍能保持最高值電流的1/4以上，才能符合IEC61000-4-2的規范。