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2.2何为静电放电
在 GB/T4365-2003《电工术语 电磁兼容》中，对ESD定义如下：“具有不同静电电位的物体互相靠近或直接接触引起的电荷转移”。针对电气和电子设备，依据我国目前现行有效的 GB/T 17626.2-2018《电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验》，通过建立通用和可重现的基准，来评估设备受到静电放电干扰时能否保持基本性能。在实际测试中，采用静电放电发生器，模拟放电现象[1]。
2.3静电放电的干扰机理
静电放电其实是一种自然现象。两种不同的材料相互摩擦时，由于介电强度不同，就会产生静电电荷。当其中一种材料上的静电电荷积累到程度，在与另一个物体接触时，就会击穿其间介质通过这个物体到大地的阻抗形成通路而进行放电。人体放电模型简图，见图2.1。
图2.1 人体放电模型简图
其中，在考虑了人的身高体型差异、与接地平面的接近程度等因素之后，人体电容的典型值为 60~300 pF，而 150 pF 为常用的平均值。
放电电阻Rd代表了从人体手部接触端到接收设备静电放电的坏情况下的阻抗，典型值为 330 。充电电阻Re取50~100MΩ。
为了模拟EUT使用过程中有可能遇到的静电现象，GB/T 17626.2-2018 标准中规定的静电放电测试，分为直接放电和间接放电两种方式。间接放电的原理是在空间范围内产生指定强度的静电场，通常采用的试验方法为对水平耦合版和垂直耦合板在距离EUT0.1m处进行放电，检测EUT在该静电场中是否能正常工作。直接放电分为接触放电和空气放电，通过将静电电荷直接施加到设备表面的方式，检测EUT是否能正常工作[2]。
2.4静电放电的试验步骤
静电放电试验所需设备:静电放电发生器 绝缘桌 HCP&VCP 参考接地板GRP，如图2.2所示。
图2.2 静电放电试验所需设备
试验步骤：
（1）确认实验室的气候条件和电磁参考环境：气候条件应满足大气压力范围为86kpa~106kpa，环境温度为15℃~35℃，相对湿度为30%~60%，电磁环境应能保证EUT设备正常运行且不影响测试结果。
（2）预确认设备的正常运行：即对EUT进行相关的调试和试运行，确保EUT可以正常运行，同时确认试验等级。考虑到实际安装和使用的场所在医院，环境湿度30%~60%且为受控电磁环境，故试验等级宜选择3级，同时应考虑专标要求（图2.3所示），如输液泵， 考虑其应用为生命支持设备， 且与人体接触的频率较高，专标中规定还应符合接触放电 ± 8kV、空气放电± 15kV[2]。
图2.3 试验等级对照表
如果试验布置出现问题，比如不易察觉的发生器故障或是耦合路径不通，则会导致骚扰信号没有施加到 EUT 上，出现“假阴性”的结果，从而对实验室出具的结果造成极大的影响。
除去静电放电形成的辐射场影响外，静电释放的路径主要为 ESD 发生器 - 放电电极 -EUT 上的测试点 - 放电回路电缆/470kΩ 泄放电阻 - 接地参考平面，示意图，见图 2.4。
图2.4 静电释放路径示意图
通过研究 ESD 发生器的原理，其输出波形参数不易发生变化，可能失效的是电压未传送至放电电极以及路径中的电缆、电阻的损坏松脱[3]。标准建议主要验证的也正是释放路径是否接通，给出的验证方法是将 ESD 发生器设置为高低不同的电压，观察对耦合板空气放电时是否会产生火花，同时高电压时产生的火花应比低电压时大，是一种简单、有效、直观的方法。为了避免“假阴性”结果，可在每次试验前进行上述方法验证。
（3）确定好EUT所有试验点，分类归属，先进行接触放电，然后进行空气放电，后进行间接放电，对于空气放电试验，试验按照附录A规定的试验等级逐级实施，对于接触放电试验，只需按照规定的试验等级实施。
图2.5放电要求
（4）选择好电极头（空气放电为圆头，接触放电为尖头），确认静电枪的正负极性和接地是否正确。
（5）打开静电放电发生器，选择干扰方式，调整试验电压和极性，确认正确后打开电源开关，EUT正常运行，试验应以单次放电的方式进行，在预选点上至少施加10次以上试验，为了确保充电完成，连续两次放电时间间隔至少为1s，空气放电先充电再迅速靠近EUT，接触放电先接触EUT后再放电，方向宜保持垂直于放电部位。
（6）间接放电：对HCP和VCP进行接触放电，通过调整EUT来对HCP放电以保证EUT每个面都能进行放电试验；通过调整VCP位置来确保EUT每个面都能进行放电试验，VCP与EUT平行且保持0.1m距离[4]。
3 电磁兼容在医疗器械中的应用
3.1静电放电对被测设备的影响
根据静电放电对设备造成后果的严重程度，一般可分为两种情况 ：一是永久性损坏，通过直接放电，引起设备中半导体器件的损坏，造成设备的永久性失效，例如由于静电放电电流产生热量导致设备的热失效，或者由于静电放电感应出高的电压导致绝缘击穿；二是由于直接放电或间接放电而引起电磁场变化，造成设备某一模块被干扰，设备发生误动作，不能保持基本性能，例如仪器表面按键失灵等。
为了找到整改思路，需要从原理角度分析静电放电对设备的干扰。一般来说，这种干扰分为传导和辐射两种途径。
（1）传导方式是一种直接的电荷泄放方式。出现这种情况时，设备外壳放电点与设备内部形成一条完整的放电路径，电流流入设备内部信号端，造成电路功能异常。由于产品内部本身存在设计缺陷，恰好为静电放电产生的电荷提供了一条泄放至内部电路的路径，并且这条路径的阻抗较小。当上述情况同时存在时，通过泄放路径进入内部电路和关键元器件的电流很大，有可能会造成元器件损坏。
（2）辐射方式是一种较为间接的干扰方式。由于静电放电本身包含高频成分的尖峰电流，在很短时间内发生较大的电流变化，能够在附近电路的各个信号环路中感应出干扰电动势。当被测设备存在设计缺陷时，在某个环路中产生的干扰电动势很可能超过了逻辑电路的阈值电平，引起误触发，导致电路误动作。由于辐射的大小取决于与放电点的距离，如果放电点离被测设备核心元器件较近，电场强度会很大，可能对设备造成影响[5]。一般情况下，传导方式的静电干扰对设备的影响更猛烈，容易造成设备损坏，而辐射方式的静电干扰容易造成设备误动作。
3.2静电放电的整改方向
从静电电荷产生和对设备造成影响的角度考虑，从源头入手，控制电荷积聚，一旦有过量电荷就及时泄放，防止危险静电源的形成，另外对于无法泄放的静电电荷，要将其隔离，阻止干扰到关键电路。根据实际测试中设备整改的情况，将整改分为外部防护和内部电路防护两个方向。
3.2.1外部防护
从 GB/T 17626.2-2018 标准中规定的放电点进行考虑，一般设备外部防护的范围包括外壳、面板、显示屏、外部电缆等。
