空气放电不等于接触放电：那张只在 40% 湿度下成立的合格报告

这个产品，以及它为什么只能用空气放电测

一台密闭的消费类产品，塑料面框。没有外露的螺丝，没有金属饰条，用户摸得到的范围内也没有连接器外壳。是真的没有地方可以放探针。

这不是设计上的错误，而且很常见。但它的结果是唯一可用的方法变成空气放电：探针先充电，接近产品，然后电弧自己跳过空隙。这台产品就是这样做认证的，做到规定的等级，每个点十次，每一条缝、每一颗按键。报告很干净。

报告过了，现场不同意

死机和重启的反馈开始进来。注意，不是烧毁，是需要重新上电才能恢复的软性失效。等到有人把数据好好分类之后，两个规律非常明显：

• 集中在冬天。
• 集中在干燥的地区。

从通过认证到开始退货，设计没有任何改变。同一套硬件在不同的空气里表现不一样，而那次认证，是在一个被法规固定住的空气里做的。

接触放电给你的是：一个带容差的数字

接触放电时，探针在任何事情发生之前就已经碰在产品上了。放电的瞬间由发生器里面的继电器决定，所以电流是由发生器决定的，不是由空气决定的。

这就是为什么标准可以在它外面画一张表。IEC 61000-4-2 表 3 把每一个等级的整个波形都钉住。等级 4，也就是 8kV：

• 第一峰值电流 30A，±15%
• 上升时间 0.8ns，±25%
• 30ns 时的电流 16A，±30%
• 60ns 时的电流 8A，±30%

结论值得直说：接触放电的合格是一次测量。把同一个产品送去另一间实验室，你会得到一样的答案，因为被施加的那个东西本身就定义在一个明说出来的容差里面。

空气放电给你的是：一道电弧，以及电弧决定的一切

空气放电时什么都没有接触。探针接近，探针尖端与产品之间的电场升高，到某个点空气击穿，电弧形成。这道电弧的一切，都是由空气、几何形状，以及接近的速度决定的。

标准并没有隐瞒这件事。它自己谈电弧的附录写着，放电电流的上升时间会随接近速度而从小于 1ns 变到大于 20ns。接着它讲了让人意外的那一句：

把接近速度固定住，并不会让上升时间固定。在某些电压与速度的组合下，上升时间仍然会波动达 30 倍。

所以这不是操作员技术好不好的问题，也不是买一台更好的机械手臂可以解决的。同一个测试等级、同一位操作员、同一台产品，实际被施加的那个东西还是会在超过一个数量级的范围里跑。

为什么这件事重要：它动到的是真正造成伤害的那个参数

如果上升时间只影响这个事件在示波器上长什么样子，那这篇就不值得写。但它不只如此。标准把电流变化率点名为最关键的参数，而电流变化率几乎完全由上升时间决定。

拿上面的数字算一遍，峰值固定在 30A。20ns 的电弧大约是每纳秒 1.2A。0.5ns 的电弧大约是 48。这是四十倍，而且是在那个会耦合进你的板子、并且在放电路径上每一个寄生电感上撑出电压的量上面差四十倍。

由此得到两个必须放在一起看的结论，因为只拿其中一个都会出事：

• 慢电弧是个温和的测试。它可以比同电压的接触放电温和不少，这就是产品空气放电过了、在市场上却失效的原因。
• 快电弧比接触放电更凶。在亚纳秒的上升下，它超过接触放电的基准，这就是空气放电偶尔会把一台其实没问题的产品判掉的原因。

而让这件事真正变成问题的是：你没得选你拿到的是哪一种，而且报告上不会记。一张 8kV 空气放电的合格，可能是比 8kV 接触放电难得多的测试，也可能是容易得多的。文件上两者长得一模一样。

而且实验室的湿度，你的客户并没有

电弧是空气的击穿，所以它取决于空气的状态。这就是为什么标准在 8.1.2 条特别规定了空气放电测试的条件：环境温度 15 到 35°C，大气压 86 到 106kPa，相对湿度 30 到 60%。

这个范围存在的目的是让测试可以重现，而它确实有帮助。但它同时也表示，认证是在被调节过的空气里做的，而产品并不住在被调节过的空气里。

标准还更进一步，直接告诉你干燥的情况长什么样。它自己用来挑测试等级的表 A.1，把等级和你预期的湿度以及现场材质绑在一起：

把 10% 湿度那两个点对着底色的范围看。会产生最高静电电压的条件，正是这个测试不会在里面进行的条件。一个放着合成材质的干燥房间可以到 15kV，而实验室被固定在 30 到 60% 之间。

整个案子就在这一张图里。失效集中在冬天、集中在干燥地区，不是一个需要被解释掉的巧合。那就是报告里的空气和客户客厅里的空气之间的差别。

以上都不是在批评测试机构

这点要讲清楚，因为这种内容很容易被读成在怪谁。实验室做的完全是标准要求的事。空气放电被写进 IEC 61000-4-2 是有原因的，因为有些产品就是没有金属可以碰，而它们还是得被测。

标准自己写着接触放电是推荐的方法，而上面所有内容就是标准在解释为什么。空气放电是给那些没办法用推荐方法的产品的备选。它不是一个分量相同的第二意见，而一份报告能告诉你的，不会超过它底下那个方法能告诉你的。

那要怎么办

1. 产品上只要有任何一个地方能做接触放电，那个地方就用接触放电做。连接器外壳、螺丝、金属饰条、外露的屏蔽。混合的报告很正常，而且接触的那几行才是真正有信息量的。
2. 只能做空气放电的地方，改成买裕量，不要去买那个测试。你控制不了电弧，那就别再试了，改成买余量。指定两倍于需求的等级是实际的做法，而且在高速线上几乎不用付出代价。
3. 不要把空气放电的合格读成等同于同电压的接触放电合格。它对产品的声明比较弱，而且两者的差距不是一个你可以拿来换算的固定数字。
4. 如果失效跟着季节或地区跑，就相信那个规律。湿度就是机制，它写在标准自己的附录里，而且不论你在被调节过的实验室里重跑几次，它都不会重现。

比较两家供应商，以及我们印什么

把两颗保护器件放在一起比的时候，拿接触的数字比接触的数字。那是标准让它可以重现的那个数字，所以也只有在那个数字上，两份数据手册之间的差异才代表它看起来代表的意思。

空气的数字通常比较高，而它比较高的原因跟硅做得比较好完全无关。拿一家的空气额定去比另一家的接触额定，根本不算是在比较。

我们两个都印，而且印成第一页上分开的两行，这样没有人需要去猜自己手上拿的是哪一个。在 PZ0303P-F10 上就是 ±16kV 接触与 ±21kV 空气。面对 8kV 的需求，光是接触那个数字就是两倍，而拥有它的代价是 0.45pF。