Pistolets simulateurs ESD : application et recherche technique dans le cadre des tests d’immunité ESD des équipements électriques et électroniques

Abstract
Sous l'impulsion des technologies numériques et intelligentes, les équipements électriques et électroniques évoluent rapidement vers une intégration élevée et une faible consommation d'énergie, ce qui accroît considérablement leur sensibilité aux décharges électrostatiques (DES). Source courante d'interférences électromagnétiques pour les équipements électroniques, les DES peuvent provoquer des pannes, des pertes de données, voire des dommages matériels. Par conséquent, les tests d'immunité aux DES sont devenus un élément clé de la vérification de la fiabilité des produits. Cet article examine… LISUN ESD61000-2 Pistolets simulateurs ESD L'objet de recherche expose systématiquement son architecture technique, ses fonctions principales et sa conformité aux normes, et analyse en profondeur le principe technique du dispositif pour reproduire fidèlement les impulsions ESD et fournir des conditions de test normalisées. L'exactitude et la fiabilité du dispositif dans l'évaluation de l'immunité ESD des équipements électriques et électroniques sont vérifiées à l'aide de données de test réelles et de scénarios d'application multisectoriels. Les résultats de la recherche montrent que LISUN ESD61000-2 Les pistolets simulateurs de décharges électrostatiques (ESD) répondent aux exigences des normes internationales et nationales telles que GB/T 17626.2 (IEC/EN 61000-4-2), offrant des solutions de test professionnelles pour la R&D d'équipements électroniques, le contrôle qualité en usine et la certification par un organisme tiers. Ils sont essentiels pour garantir le fonctionnement stable des équipements en présence de perturbations électrostatiques.

1. Introduction
Les décharges électrostatiques (DES) sont un phénomène courant d'interférence électromagnétique. Lorsqu'un objet chargé entre en contact avec un équipement électronique ou s'en approche, il libère instantanément une grande quantité de charge, générant un courant impulsionnel (d'une intensité maximale de plusieurs dizaines d'ampères et d'un temps de montée de seulement 0.6 à 1 ns). Ce courant provoque des perturbations électromagnétiques sur les puces et les circuits internes de l'équipement. Selon les statistiques du secteur, environ 25 % des pannes d'équipements électroniques sont dues aux DES. Parmi les secteurs les plus exposés aux interférences liées aux DES, on trouve l'électronique grand public et l'électronique automobile, en raison de la forte intégration des composants. Par exemple, les dysfonctionnements tels que les pannes tactiles des écrans de smartphones et les plantages des systèmes de navigation embarqués sont généralement liés à des perturbations instantanées des circuits causées par les DES.

Afin de normaliser le processus de test d'immunité aux décharges électrostatiques, la Commission électrotechnique internationale (CEI) a publié la norme suivante : IEC 61000-4-2 Parallèlement, la Chine a élaboré la norme GB/T 17626.2, qui exige clairement l'utilisation d'équipements spéciaux pour simuler des scénarios de décharge électrostatique (DES) de différents niveaux afin d'évaluer les performances d'immunité des équipements. Les équipements de test DES traditionnels présentent des problèmes tels que des paramètres d'impulsion de décharge instables, un mode de test unique et une faible compatibilité, ce qui rend difficile de répondre aux besoins de test de divers produits. ESD61000-2 Série de pistolets simulateurs ESD développés par LISUN Ces dispositifs sont conçus pour répondre aux besoins de tests d'immunité aux décharges électrostatiques (DES) des équipements électriques et électroniques. Grâce à l'utilisation de modules RC (résistance-capacité de décharge) de haute précision et d'une technologie de contrôle intelligente, ils reproduisent fidèlement divers scénarios d'impulsions DES, tels que les décharges dans l'air et par contact, avec une plage de tension de sortie de 0.1 à 30 kV. Ils s'adaptent ainsi aux exigences de test des secteurs de l'électronique grand public, de l'électronique automobile, du contrôle industriel et autres. Cet article analysera en détail la valeur technique et l'intérêt applicatif industriel de ces dispositifs. LISUN ESD61000-2 Pistolets simulateurs ESD sous quatre angles : principe technique de l’équipement, performances des paramètres de base, scénarios d’application et conformité aux normes.

2. Architecture technique et principes de fonctionnement de base LISUN ESD61000-2 Pistolets simulateurs ESD
2.1 Conception de l'architecture technique
LISUN ESD61000-2 Les pistolets simulateurs ESD adoptent une conception « modulaire et intégrée », divisée en cinq systèmes principaux. Chaque système fonctionne de concert pour générer avec précision des impulsions ESD et contrôler intelligemment le processus de test.
• Système de génération et de régulation de haute tension : Il comprend un module de puissance haute tension à haute fréquence et un circuit de rétroaction de tension, qui peut réaliser une régulation de tension continue de 0.1 à 20 kV (ESD61000-2) et 0.1-30 kV (ESD61000-2A/2C), avec une précision de tension contrôlée à ±5 %. Grâce à un mécanisme de rétroaction en boucle fermée, ce système surveille en temps réel la tension de sortie et la corrige dynamiquement, évitant ainsi les écarts de tension causés par les fluctuations du réseau électrique ou les variations de charge, et assurant la stabilité de l'énergie ESD.
• Module de résistance-capacité de décharge (RC) : Composant essentiel pour la simulation des formes d’onde d’impulsions ESD, ESD61000-2 est équipé d'un module standard 330Ω/150pF (répondant aux exigences de IEC 61000-4-2 standard), tandis que le ESD61000-2ALe /2C propose quatre modules interchangeables, notamment 150 pF/330 Ω et 150 pF/2000 Ω. Les paramètres RC peuvent être configurés selon les normes de test (telles que GB/T 17626.2 pour l'électronique générale et GB/T 19951 pour l'électronique automobile) afin de reproduire les décharges électrostatiques dans différents contextes. Par exemple, le module 330 Ω/150 pF simule les décharges électrostatiques du corps humain, et le module 2000 Ω/150 pF, celles du boîtier d'un équipement.
• Système d'électrode de décharge et de déclenchement : Il est équipé d'une électrode pointue (pour la décharge par contact) et d'une électrode arrondie (pour la décharge dans l'air). ESD61000-2L'appareil C est également équipé d'une large électrode arrondie de 30 mm de diamètre, permettant de s'adapter aux besoins de décharge des différents objets testés : la décharge par contact convient aux coques conductrices ou aux surfaces métalliques (comme le cadre central métallique d'un smartphone), tandis que la décharge dans l'air est adaptée aux surfaces isolantes (comme les coques en plastique). Le mode de déclenchement prend en charge le mode manuel (décharge unique) et le mode automatique (décharge continue, avec une fréquence de 0.05 à 99.99 s/décharge), répondant ainsi aux exigences des tests par lots et des tests de précision sur un seul point.
Système de contrôle et d'enregistrement des données : Doté d'un écran LCD bilingue (chinois/anglais), il prend en charge de multiples fonctions de test : test unique, comptage (de 1 à 9 999 fois), test de niveau CEI (commutation automatique entre les niveaux 1 à 4) et mode programmation (tension, durée et intervalles personnalisables). L'appareil enregistre en temps réel des données telles que le nombre de décharges, la valeur de la tension et l'état des défauts, et génère un rapport standardisé à l'issue du test, facilitant ainsi la traçabilité et l'analyse des données.
Système de protection de sécurité : Il intègre une protection contre les surintensités haute tension, une protection contre les fuites de courant et un bouton d’arrêt d’urgence. En cas de tension anormale ou de fuite de courant, l’alimentation haute tension est automatiquement coupée. Le boîtier de l’appareil est recouvert de matériaux isolants et des panneaux de signalisation de sécurité sont apposés dans la zone des électrodes de décharge afin d’empêcher tout contact accidentel avec les composants haute tension et de garantir la sécurité des tests.

2.2 Principe de fonctionnement principal : Reproduction précise des impulsions ESD
L'objectif principal des tests d'immunité aux décharges électrostatiques est de simuler la forme d'onde du courant pulsé lors de processus de décharge électrostatique réels. LISUN ESD61000-2 Elle permet de générer des formes d'onde impulsionnelles conformes aux normes grâce à la technologie « charge et décharge RC + étalonnage de la forme d'onde ». Son principe est le suivant :
• Phase de charge : L’alimentation haute tension charge le condensateur de stockage d’énergie (par exemple, 150 pF) via une résistance de limitation de courant jusqu’à ce que la tension du condensateur atteigne la valeur de consigne (par exemple, ±8 kV). Le processus de charge est contrôlé par un circuit de rétroaction de tension afin de garantir que l’écart entre la tension du condensateur et la valeur de consigne ne dépasse pas ±5 %.
• Phase de décharge : Le signal de déclenchement actionne l’interrupteur de décharge, et le condensateur de stockage d’énergie se décharge rapidement à travers la résistance de décharge (par exemple 330 Ω) et l’électrode pour générer un courant impulsionnel instantané. Le temps de montée du courant est contrôlé entre 0.6 et 1 ns (conformément aux exigences de IEC 61000-4-2 standard), et le courant de crête varie avec la tension (par exemple, le courant de crête est d'environ 29.4 A à 8 kV).
• Étalonnage des formes d'onde : Avant sa sortie d'usine, le dispositif est étalonné par un organisme tiers (CNAS) à l'aide du kit d'étalonnage ESD-CALA. Cet étalonnage permet de vérifier les formes d'onde du courant pulsé (courant de crête initial, courant à 30 ns/60 ns et temps de montée) sous différentes tensions, garantissant ainsi la conformité des paramètres aux exigences de la norme. Par exemple, lors d'une décharge sous une tension positive de 8 kV, le courant de crête initial doit atteindre 29.4 A ±10 %, le courant à 30 ns doit être maintenu à 16.2 A ±15 % et le courant à 60 ns doit se stabiliser à 9.3 A ±20 %, afin d'assurer la comparabilité et la reproductibilité des résultats de test.

3. Performance des paramètres et solutions de support LISUN ESD61000-2 Pistolets simulateurs ESD
3.1 Comparaison des paramètres principaux et données d'étalonnage
LISUN ESD61000-2 la série comprend trois modèles : ESD61000-2, ESD61000-2Aet ESD61000-2C. Chaque modèle diffère par sa plage de tension, son module RC et les normes applicables, et peut s'adapter aux besoins de test de différents secteurs industriels. Les tableaux suivants présentent la comparaison des principaux paramètres de cette série de modèles ainsi que les données d'étalonnage. ESD61000-2:
Tableau 1 Comparaison des paramètres principaux LISUN ESD61000-2 Série

Tableau 2 Données d'étalonnage de LISUN ESD61000-2 Armes simulant les décharges électrostatiques (Rapport CNAS tiers)

Les données d'étalonnage montrent que les paramètres du courant d'impulsion de ESD61000-2 Sous différentes tensions et polarités, les mesures sont conformes à la norme GB/T 17626.2. L'écart du courant de premier pic est inférieur à ±5 % et le temps de montée est stable entre 0.89 et 0.97 ns, ce qui démontre sa capacité à reproduire fidèlement les impulsions de décharge électrostatique.

3.2 Solutions de test prises en charge
Afin de garantir que l'environnement de test réponde aux exigences standard, LISUN fournit trois types d'équipements de soutien, qui fonctionnent ensemble avec le ESD61000-2 Série de pistolets simulateurs ESD pour construire un système complet de test d'immunité ESD :
• Table de test ESD-DESK : Conçue conformément à la norme GB/T 17626.2, elle comprend une table de test de 1 600 × 800 × 800 mm, une plaque de mise à la terre métallique de référence (2 800 × 1 800 mm), des plaques de couplage horizontales et verticales (simulant les composants métalliques environnants) et des joints isolants (empêchant la mise à la terre de l’échantillon). Elle permet de simuler l’environnement de mise à la terre et l’effet de couplage électromagnétique en conditions réelles d’utilisation et convient aux tests d’équipements électroniques courants tels que les smartphones, les ordinateurs et les routeurs.
• Kit d'étalonnage ESD-CALA pour pistolet ESD : utilisé pour l'étalonnage régulier des paramètres de forme d'onde des pistolets simulateurs ESD. Ce kit comprend une plaque de montage de la cible, une cible d'étalonnage pour le pistolet ESD, un atténuateur de 20 dB pour la connexion de l'oscilloscope à la cible, ainsi que les câbles nécessaires. La forme d'onde du courant sur la cible est enregistrée par un oscilloscope et comparée à la forme d'onde standard afin de déterminer si un réglage est nécessaire, garantissant ainsi la fiabilité à long terme des données de test.
• Plaque de couplage ESD-FCP pour l'électronique automobile : Conçue pour les tests d'électronique automobile (conformément à la norme GB/T 19951-2019), elle comprend une plaque de couplage en laiton de 300 × 600 mm, un ruban de couplage de 40 mm de large et une zone de décharge de 80 mm de diamètre. Elle simule le couplage ESD entre les équipements électroniques (tels que les systèmes de navigation et les chargeurs embarqués) et la carrosserie du véhicule en environnement intérieur. ESD61000-2Modèle C.

4. Scénarios d'application industrielle LISUN ESD61000-2 Pistolets simulateurs ESD
4.1 Domaine de l'électronique grand public : Tests d'immunité aux décharges électrostatiques des smartphones
En tant qu'équipements électroniques hautement intégrés, les smartphones sont sensibles aux interférences électrostatiques au niveau de composants tels que les écrans, les boutons et les ports de charge, et doivent être protégés contre les décharges électrostatiques. IEC 61000-4-2 Tests de niveau 3 (décharge dans l'air de 15 kV, décharge par contact de 8 kV). Un fabricant de smartphones a utilisé ce test. LISUN ESD61000-2A Pistolets simulateurs ESD pour les tests :
• Objet de test : Smartphone complet (y compris le cadre central en métal et l'écran en verre) ;
• Plan de test : Décharge par contact (cadre central métallique, port de charge) avec une tension de 8 kV, 10 décharges pour chaque polarité positive/négative ; Décharge dans l’air (écran en verre, boutons en plastique) avec une tension de 15 kV, 10 décharges pour chaque polarité positive/négative ;
• Résultats des tests : Les échantillons conformes n’ont présenté aucun plantage ni redémarrage pendant le test, et la fonction tactile était normale. Les échantillons non conformes (la puce de commande d’écran d’un certain lot ne disposait pas de protection contre les décharges électrostatiques) ont présenté un scintillement de l’écran lors d’une décharge dans l’air de 12 kV. Par la suite, grâce à l’ajout d’une diode de protection TVS contre les décharges électrostatiques, l’équipement a réussi le test à 15 kV et satisfait aux exigences d’accès au marché.

4.2 Domaine de l'électronique automobile : essais des systèmes de navigation embarqués
Les équipements électroniques automobiles doivent être conformes à la norme GB/T 19951 (ISO 10605), et les exigences de test sont plus strictes (notamment un nombre accru de décharges et des méthodes de couplage complexes). Une entreprise d'électronique automobile a utilisé… ESD61000-2Plaque de couplage C + ESD-FCP pour tester le système de navigation embarqué :
• Scénario de test : Simuler le couplage ESD entre le navigateur et la carrosserie du véhicule pendant le fonctionnement du véhicule, en utilisant la méthode de couplage par champ électrique (application de l'ESD via la plaque de couplage ESD-FCP) ;
• Paramètres de test : Tension de 12 kV, 50 décharges, intervalle de 1 s, polarités alternées ;
• Vérification des points clés : Durant le test, le système de navigation doit maintenir ses fonctions normales de navigation et de diffusion vocale, sans perte de données ni blocage de l’interface. Un échantillon a subi une interruption du signal GPS lors d’une décharge de 10 kV en raison d’une mauvaise mise à la terre du circuit imprimé. Après optimisation de la conception de la mise à la terre, il a passé avec succès le test à 12 kV.

4.3 Domaine du contrôle industriel : Tests des automates programmables
Les équipements de contrôle industriel (tels que les automates programmables et les convertisseurs de fréquence) doivent résister aux fortes perturbations électrostatiques en milieu industriel. Une entreprise d'automatisation a utilisé… ESD61000-2 pour tester le contrôleur PLC :
• Pièces testées : boutons du panneau PLC (décharge par contact de 6 kV), boîtier (décharge dans l'air de 10 kV), interface de communication (décharge par contact de 6 kV) ;
• Norme de test : IEC 61000-4-2 Niveau 4 (le niveau le plus élevé pour les environnements industriels) ;
• Résultats des tests : Les automates programmables qualifiés ont continué à recevoir et à envoyer normalement des commandes après le test, sans aucune variation des signaux de sortie. Les automates non qualifiés ont subi des interruptions de communication lors d'une décharge par contact de 6 kV, leur interface de communication n'étant pas protégée. L'ajout ultérieur d'une couche de blindage et d'un circuit de protection contre les décharges électrostatiques a permis d'améliorer l'immunité des équipements.

5. Vérification de la conformité aux normes et des performances LISUN ESD61000-2 Pistolets simulateurs ESD
5.1 Conformité aux normes
LISUN ESD61000-2 Les pistolets simulateurs ESD de la série ESD sont strictement conformes aux normes internationales et nationales faisant autorité afin de garantir l'universalité et la reconnaissance des résultats des tests :
• Normes générales d'électronique : GB/T 17626.2-2018 « Compatibilité électromagnétique – Techniques d'essai et de mesure – Essai d'immunité aux décharges électrostatiques », IEC/EN 61000-4-2:2008, couvrant l'électronique grand public, les équipements informatiques, les appareils ménagers et d'autres domaines ;
• Normes d'électronique automobile : GB/T 19951-2019 « Véhicules routiers – Conditions environnementales et essais des équipements électriques et électroniques – Partie 2 : Charges électriques », ISO 10605:2023, applicable aux équipements électroniques embarqués, aux bornes de recharge et autres produits ;
• Normes d’étalonnage : Réussir l’étalonnage par un tiers reconnu par le CNAS, conformément à la norme JJF 1597-2016 « Spécification d’étalonnage pour les pistolets simulateurs ESD », garantissant que les paramètres de l’appareil répondent aux exigences de traçabilité quantitative.

5.2 Vérification des performances
Pour vérifier la stabilité des tests ESD61000-2Le même dispositif a été utilisé pour réaliser 10 tests répétés sur un échantillon standard de test ESD (plaque métallique) (décharge par contact de 8 kV, polarité positive). Les résultats sont les suivants :

Les données montrent que l'écart paramétrique des 10 tests est inférieur à ±0.5 %, ce qui prouve que ESD61000-2 Elle présente une excellente répétabilité des tests et permet d'éviter les erreurs d'appréciation dues aux fluctuations de l'appareil.

6. Conclusions
Grâce à un contrôle de tension de haute précision, des modules RC remplaçables et des fonctions de test multimodes, le LISUN ESD61000-2 Pistolets simulateurs ESD Cette solution résout les problèmes des équipements traditionnels, tels que l'imprécision des formes d'onde, la limitation aux scénarios d'utilisation et la complexité des opérations, et offre une solution standardisée et hautement fiable pour les tests d'immunité aux décharges électrostatiques (DES) des équipements électriques et électroniques. Son application dans l'électronique grand public, l'électronique automobile, le contrôle industriel et d'autres domaines permet non seulement aux entreprises d'identifier les vulnérabilités de leurs produits en matière de protection contre les DES, mais fournit également des données essentielles pour l'obtention des certifications internationales (CE, FCC, CQC, etc.). Elle est donc cruciale pour améliorer la fiabilité des équipements électroniques et garantir la sécurité des utilisateurs.