ESD 시뮬레이터 건: 전기 및 전자 장비의 ESD 내성 테스트에 대한 응용 및 기술 연구

추상
디지털 및 지능형 기술에 힘입어 전기 및 전자 장비는 고집적화와 저전력 소비를 향해 빠르게 발전하고 있으며, 정전기 방전(ESD) 간섭에 대한 민감도가 크게 증가했습니다. 전자 장비의 일반적인 전자파 간섭원인 ESD는 장치 충돌, 데이터 손실, 심지어 하드웨어 손상을 초래할 수 있습니다. 따라서 ESD 내성 테스트는 제품 신뢰성 검증의 핵심 요소가 되었습니다. 본 논문은 LISUN ESD61000-2 ESD 시뮬레이터 건 본 연구의 목적은 기술 아키텍처, 핵심 기능 및 표준 준수 사항을 체계적으로 설명하고, ESD 펄스를 정확하게 재현하고 표준화된 시험 조건을 제공하는 장치의 기술 원리를 심층 분석하는 것입니다. 실제 시험 데이터와 다양한 산업 분야의 적용 시나리오를 결합하여 전기 및 전자 장비의 ESD 내성을 평가하는 장치의 정확성과 신뢰성을 검증합니다. 연구 결과는 다음과 같습니다. LISUN ESD61000-2 ESD 시뮬레이터 건은 GB/T 17626.2(IEC/EN 61000-4-2)와 같은 국제 및 국내 표준 요건을 충족하며, 전자 장비 연구개발, 공장 품질 검사 및 제3자 인증을 위한 전문적인 테스트 솔루션을 제공합니다. ESD 간섭 환경에서 장비의 안정적인 작동을 보장하는 데 매우 중요합니다.

1. 소개
정전기 방전(ESD)은 자연에서 흔히 발생하는 전자기 간섭 현상입니다. 대전된 물체가 전자 장비에 접촉하거나 접근하면 순간적으로 대량의 전하가 방출되어 펄스 전류(최대 수십 암페어, 상승 시간 0.6~1ns)를 형성하여 장비 내부 칩과 회로에 전자기적 영향을 미칩니다. 업계 통계에 따르면 전자 장비 고장의 약 25%가 ESD로 인해 발생합니다. 특히 가전제품 및 자동차 전장품과 같은 분야는 장비의 고집적화로 인해 ESD 간섭 위험이 더 높습니다. 예를 들어, 스마트폰 화면 터치 오류나 차량 내비게이션 시스템 충돌과 같은 고장은 대부분 ESD로 인한 순간적인 회로 장애와 관련이 있습니다.

ESD 면역 테스트 프로세스를 표준화하기 위해 국제 전기 기술 위원회(IEC)는 다음을 발행했습니다. IEC 61000-4-2 표준과 중국은 동시에 GB/T 17626.2 표준을 제정했는데, 이 표준은 장비의 내성 성능을 평가하기 위해 다양한 수준의 ESD 시나리오를 시뮬레이션하는 특수 장비 사용을 명확히 요구합니다. 기존 ESD 테스트 장비는 불안정한 방전 펄스 파라미터, 단일 테스트 모드, 낮은 호환성 등의 문제점을 가지고 있어 다양한 제품의 테스트 요구를 충족하기 어렵습니다. ESD61000-2 시리즈 ESD 시뮬레이터 건은 다음과 같이 개발되었습니다. LISUN 전기 및 전자 장비의 ESD 내성 테스트 요구를 충족하도록 설계되었습니다. 고정밀 방전 저항-정전용량(RC) 모듈과 지능형 제어 기술을 채택하여 0.1~30kV의 출력 전압 범위로 공기 방전 및 접촉 방전과 같은 다양한 ESD 펄스 시나리오를 정확하게 재현할 수 있어 가전제품, 자동차 전자제품, 산업 제어 및 기타 분야의 테스트 요구에 적합합니다. 본 논문에서는 본 제품의 기술적 가치와 산업 응용 가치를 종합적으로 분석합니다. LISUN ESD61000-2 4가지 차원의 ESD 시뮬레이터 건: 장비 기술 원리, 핵심 매개변수 성능, 응용 시나리오 및 표준 준수.

2. 기술 아키텍처 및 핵심 기능 원칙 LISUN ESD61000-2 ESD 시뮬레이터 건
2.1 기술 아키텍처 설계
The LISUN ESD61000-2 ESD 시뮬레이터 건은 "모듈식 + 통합" 설계 개념을 채택했으며, 이는 전체적으로 5개의 핵심 시스템으로 나뉩니다. 각 시스템은 서로 협력하여 정확한 ESD 펄스 생성과 테스트 프로세스의 지능적 제어를 달성합니다.
• 고전압 발전 및 조절 시스템: 고주파 고전압 전력 모듈과 전압 피드백 회로를 포함하여 0.1-20 kV의 연속 전압 조절을 실현할 수 있습니다(ESD61000-2) 및 0.1-30 kV (ESD61000-2A/2C), 전압 정확도는 ±5% 이내로 제어됩니다. 이 시스템은 폐루프 피드백 메커니즘을 통해 출력 전압을 실시간으로 모니터링하고 동적으로 보정하여 전력망 변동이나 부하 변화로 인한 전압 편차를 방지하고 ESD 에너지의 안정성을 보장합니다.
• 방전 저항-용량(RC) 모듈: ESD 펄스 파형을 시뮬레이션하기 위한 핵심 구성 요소로서, ESD61000-2 표준 330Ω/150pF 모듈이 장착되어 있습니다(요구 사항 충족) IEC 61000-4-2 표준), 동안 ESD61000-2A/2C는 150pF/330Ω 및 150pF/2000Ω 등 네 가지 교체 가능한 모듈을 제공합니다. RC 파라미터는 시험 표준(예: 일반 전자 제품의 경우 GB/T 17626.2, 자동차 전자 제품의 경우 GB/T 19951)에 따라 전환하여 다양한 시나리오에서 ESD 펄스를 재현할 수 있습니다. 예를 들어, 330Ω/150pF는 인체 ESD 시뮬레이션에 사용되고, 2000Ω/150pF는 장비 쉘 ESD 시뮬레이션에 사용됩니다.
• 방전 전극 및 트리거 시스템: 접촉 방전용 뾰족한 전극과 공기 방전용 둥근 전극이 장착되어 있습니다. ESD61000-2C에는 다양한 시험 대상의 방전 요구에 맞춰 사용할 수 있도록 직경 30mm의 대형 원형 전극이 추가로 장착되어 있습니다. 접촉 방전은 전도성 쉘이나 금속 표면(예: 스마트폰의 금속 중간 프레임)에 적합하며, 공기 방전은 절연 표면(예: 플라스틱 쉘)에 적합합니다. 트리거 모드는 수동(단일 방전) 및 자동(연속 방전, 방전 빈도 0.05~99.99초/방전)을 지원하여 일괄 시험과 단일 지점 정밀 시험의 두 가지 요구 사항을 모두 충족합니다.
• 제어 및 데이터 기록 시스템: 중국어와 영어를 지원하는 LCD 디스플레이를 탑재하여 단일 시험, 계수 시험(1~9999회), IEC 레벨 시험(레벨 1~4 자동 전환), 프로그래밍 모드(전압, 횟수, 간격 설정 가능) 등 다양한 시험 기능을 지원합니다. 방전 횟수, 전압 값, 고장 상태 등의 데이터를 실시간으로 기록하고, 시험 완료 후 표준화된 보고서를 생성하여 데이터 추적 및 분석을 용이하게 합니다.
• 안전 보호 시스템: 고전압 과전류 보호, 누설 보호, 비상 정지 버튼이 통합되어 있습니다. 장치에 이상 전압이나 누설이 발생하면 자동으로 고전압 전원을 차단합니다. 장치 본체는 절연 재질로 감싸져 있으며, 방전 전극 부위에는 안전 경고 표시가 있어 작업자가 고전압 부품에 실수로 접촉하는 것을 방지하고 시험 과정의 안전을 보장합니다.

2.2 핵심 기능 원리: ESD 펄스의 정확한 재생
ESD 내성 테스트의 핵심은 실제 ESD 공정 중 펄스 전류 파형을 시뮬레이션하는 것입니다. LISUN ESD61000-2 "RC 충방전 + 파형 교정" 기술을 통해 표준 요건을 충족하는 펄스 파형을 생성합니다. 구체적인 원리는 다음과 같습니다.
• 충전 단계: 고전압 전원 공급 장치는 전류 제한 저항을 통해 에너지 저장 커패시터(예: 150pF)를 커패시터 전압이 설정값(예: ±8kV)에 도달할 때까지 충전합니다. 충전 과정은 전압 피드백 회로에 의해 모니터링되어 커패시터 전압과 설정값의 편차가 ±5%를 초과하지 않도록 합니다.
• 방전 단계: 트리거 신호가 방전 스위치를 트리거하고, 에너지 저장 커패시터가 방전 저항(예: 330Ω)과 전극을 통해 빠르게 방전되어 순간 펄스 전류를 형성합니다. 전류 상승 시간은 0.6~1ns 이내로 제어됩니다(다음 요건 충족). IEC 61000-4-2 표준), 그리고 피크 전류는 전압에 따라 변합니다(예를 들어, 피크 전류는 8kV에서 약 29.4A입니다).
• 파형 교정: 출고 전, 본 기기는 타사 CNAS 교정(ESD-CALA 교정 키트 사용)을 통해 다양한 전압에서 펄스 전류 파형(첫 번째 피크 전류, 30ns/60ns 전류, 선행 시간)을 교정하여 파형 매개변수가 표준 요구 사항을 충족하는지 확인합니다. 예를 들어, 8kV의 양전압에서 방전할 때, 첫 번째 피크 전류는 29.4A ±10%에 도달해야 하고, 30ns에서의 전류는 16.2A ±15%로 유지되어야 하며, 60ns에서의 전류는 9.3A ±20%로 안정화되어야 합니다. 이는 테스트 결과의 비교 가능성과 반복성을 보장하기 위함입니다.

3. 매개변수 성능 및 지원 솔루션 LISUN ESD61000-2 ESD 시뮬레이터 건
3.1 핵심 매개변수 비교 및 ​​교정 데이터
The LISUN ESD61000-2 이 시리즈에는 세 가지 모델이 포함됩니다. ESD61000-2, ESD61000-2A및 ESD61000-2C. 각 모델은 전압 범위, RC 모듈 및 적용 표준이 다르므로 다양한 산업의 시험 요구에 맞춰 조정할 수 있습니다. 다음 표는 이 시리즈 모델의 핵심 매개변수 비교와 교정 데이터를 보여줍니다. ESD61000-2:
표 1 핵심 매개변수 비교 LISUN ESD61000-2 연속

표 2 교정 데이터 LISUN ESD61000-2 ESD 시뮬레이터 건(제3자 CNAS 보고서)

교정 데이터에서 펄스 전류 매개변수가 다음과 같음을 확인할 수 있습니다. ESD61000-2 다양한 전압과 극성에서 모두 GB/T 17626.2 표준의 요건을 충족합니다. 첫 번째 피크 전류의 편차는 ±5% 미만이며, 선행 에지 시간은 0.89~0.97ns로 안정적입니다. 이는 ESD 펄스를 정확하게 재현할 수 있음을 보여줍니다.

3.2 테스트 솔루션 지원
테스트 환경이 표준 요구 사항을 충족하는지 확인하려면 LISUN 함께 작동하는 3가지 유형의 지원 장비를 제공합니다. ESD61000-2 ESD 시뮬레이터 건 시리즈를 사용하여 완벽한 ESD 면역 테스트 시스템을 구축하세요.
• ESD-DESK ESD 테스트 테이블: GB/T 17626.2 요건에 따라 설계된 본 테이블은 1600x800x800mm 테스트 테이블, 기준 금속 접지판(2800x1800mm), 수평/수직 결합판(장비 주변의 금속 부품 시뮬레이션), 그리고 절연 개스킷(샘플 접지 방지)으로 구성되어 있습니다. 실제 사용 환경에서의 접지 환경 및 전자기 결합 효과를 시뮬레이션할 수 있으며, 스마트폰, 컴퓨터, 라우터 등 일반 전자 장비 테스트에 적합합니다.
• ESD-CALA ESD 건 교정 키트: ESD 시뮬레이터 건의 펄스 파형 매개변수를 정기적으로 교정하는 데 사용됩니다. 여기에는 타겟 장착 플레이트, ESD 건용 교정 타겟, 오실로스코프와 타겟을 연결하는 20dB 감쇠기, 그리고 케이블이 포함됩니다. 타겟의 전류 파형을 오실로스코프로 수집하고, 표준 파형과 비교하여 장치의 조정 필요 여부를 판단하여 테스트 데이터의 장기적인 신뢰성을 보장합니다.
• ESD-FCP 자동차 전자 장치 ESD 필드 커플링 플레이트: 자동차 전자 장치 테스트 요구 사항(GB/T 19951-2019 준수)에 맞춰 설계된 이 제품은 300*600mm 황동 커플링 플레이트, 40mm 폭의 커플링 테이프, 그리고 80mm 직경의 방전 아일랜드로 구성되어 있습니다. 차량 내부 환경에서 전자 장비(예: 내비게이션 및 차량용 충전기)와 차체 간의 ESD 커플링을 시뮬레이션하며, ESD61000-2C 모델.

4. 산업 응용 시나리오 LISUN ESD61000-2 ESD 시뮬레이터 건
4.1 가전 분야: 스마트폰의 ESD 내성 테스트
스마트폰은 고집적 전자기기이기 때문에 화면, 버튼, 충전포트 등 일부 부품에서 ESD 간섭이 발생하기 쉬우며, IEC 61000-4-2 레벨 3 테스트(15kV 공기 방전, 8kV 접촉 방전). 스마트폰 제조업체가 LISUN ESD61000-2A 테스트용 ESD 시뮬레이터 건:
• 테스트 대상: 완전한 스마트폰(금속 중간 프레임 및 유리 화면 포함)
• 테스트 계획: 접촉 방전(금속 중간 프레임, 충전 포트) 전압 8kV, 양극/음극 각각 10회 방전; 공기 방전(유리 스크린, 플라스틱 버튼) 전압 15kV, 양극/음극 각각 10회 방전;
• 테스트 결과: 합격 샘플은 테스트 중 충돌이나 재시작 현상이 발생하지 않았으며, 터치 기능은 정상 작동했습니다. 불합격 샘플(특정 배치의 화면 구동 칩에 ESD 보호 기능이 없음)은 12kV 대기 방전 시 화면 깜빡임 현상이 발생했습니다. 이후 TVS ESD 보호 다이오드를 추가하여 15kV 테스트를 통과하고 시장 진입 요건을 충족했습니다.

4.2 자동차 전자 분야: 차량 내비게이션 시스템 테스트
자동차 전자 장비는 GB/T 19951(ISO 10605) 표준을 준수해야 하며, 테스트 요구 사항이 더욱 엄격합니다(예: 방전 횟수 증가 및 복잡한 결합 방식). 자동차 전자 장비 기업은 ESD61000-2차량 내비게이션 시스템을 테스트하기 위한 C + ESD-FCP 커플링 플레이트:
• 테스트 시나리오: 전기장 결합 방식(ESD-FCP 결합 플레이트를 통해 ESD 적용)을 사용하여 차량 운행 중 내비게이터와 차체 간의 ESD 결합을 시뮬레이션합니다.
• 테스트 매개변수: 전압 12kV, 방전 50회, 간격 1초, 교대 극성;
• 주요 검증: 시험 중 내비게이터는 데이터 손실이나 인터페이스 정지 없이 정상적인 내비게이션 및 음성 방송 기능을 유지해야 합니다. 특정 샘플은 PCB 접지 불량으로 인해 10kV 방전 중 GPS 신호가 끊기는 문제가 있었습니다. 접지 설계를 최적화한 후 12kV 시험을 성공적으로 통과했습니다.

4.3 산업 제어 분야: PLC 컨트롤러 테스트
산업용 제어 장비(PLC 및 주파수 변환기 등)는 산업 환경에서 높은 ESD 간섭을 견뎌야 합니다. 한 자동화 기업은 ESD61000-2 PLC 컨트롤러를 테스트하려면:
• 테스트 부품: PLC 패널 버튼(6kV 접촉 방전), 쉘(10kV 공기 방전), 통신 인터페이스(6kV 접촉 방전)
• 시험 표준: IEC 61000-4-2 레벨 4(산업 환경에서 가장 높은 레벨)
• 시험 결과: 적격 PLC는 시험 후에도 출력 신호에 편차 없이 제어 명령을 정상적으로 송수신할 수 있었습니다. 반면, 부적격 PLC는 통신 인터페이스에 보호 기능이 없어 6kV 접촉 방전 시 통신 중단이 발생했습니다. 이후 차폐층과 ESD 보호 회로를 추가하여 장비의 내성 성능을 개선했습니다.

5. 표준 준수 및 성능 검증 LISUN ESD61000-2 ESD 시뮬레이터 건
5.1 표준 준수
The LISUN ESD61000-2 시리즈 ESD 시뮬레이터 건은 시험 결과의 보편성과 인정을 보장하기 위해 국제 및 국내 권위 표준을 엄격히 준수합니다.
• 일반 전자 표준: GB/T 17626.2-2018 “전자기 적합성 – 시험 및 측정 기술 – 정전기 방전 내성 시험”, IEC/EN 61000-4-2:2008, 가전제품, 정보기술 장비, 가전제품 및 기타 분야를 포괄함.
• 자동차 전자 표준: GB/T 19951-2019 "도로 차량 - 전기 및 전자 장비에 대한 환경 조건 및 테스트 - 2부: 전기 부하", ISO 10605:2023, 차량 내 전자 장비, 충전 파일 및 기타 제품에 적용 가능
• 교정 표준: JJF 1597-2016 "ESD 시뮬레이터 건에 대한 교정 사양"에 따라 CNAS에서 인정하는 제3자 교정을 통과하여 장치 매개변수가 수량 추적 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.

5.2 성능 검증
테스트 안정성을 검증하려면 ESD61000-2동일한 장치를 사용하여 표준 ESD 테스트 샘플(금속판)(8kV 접촉 방전, 양극성)에 대해 10회의 반복 테스트를 수행했습니다. 결과는 다음과 같습니다.

데이터는 10개 테스트의 매개변수 편차가 ±0.5% 미만임을 보여주며, 이는 ESD61000-2 뛰어난 테스트 반복성을 갖추고 있으며, 장치 변동으로 인한 잘못된 판단을 피할 수 있습니다.

6. 결론
고정밀 전압 제어, 교체 가능한 RC 모듈 및 다중 모드 테스트 기능을 통해 LISUN ESD61000-2 ESD 시뮬레이터 건 기존 장비의 "부정확한 파형, 단일 시나리오, 복잡한 동작"과 같은 문제점을 해결하고, 전기 및 전자 장비의 ESD 내성 시험을 위한 표준화되고 신뢰성 높은 솔루션을 제공합니다. 가전제품, 자동차 전자제품, 산업 제어 및 기타 분야에 적용하면 기업이 제품의 ESD 보호 취약점을 파악하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 제품이 국제 인증(CE, FCC, CQC 등)을 통과하는 데 필요한 핵심 데이터를 제공합니다. 이는 전자 장비의 신뢰성 향상 및 사용자 안전 확보에 매우 중요합니다.