ESD静电保护(ESD器件保护原理及选型)

xiaoxiao2021-02-28  9

通常情况ESD保护电路如下

当系统没有干扰,正常工作时,ESD器件可以忽略,几乎不起作用

当外部接口电压超过ESD器件的击穿电压(VBR),ESD器件开始起作用,并将电流分流到地。

实际ESD器件的工作电压(VRWM)与击穿电压(VBR)的区别,选择ESD器件应该选择系统工作电压小于ESD器件的工作电压(VRWM),

例如系统是0~5V,那么我们应该选择工作电压(VRWM)大于5V的TVS。

单向ESD器件和双向ESD器件,双向ESD器件可以通过正负击穿电压(VBR)的信号,而单向ESD器件只可以通过正击穿电压(VBR)的信号,如果通过负的就会造成ESD器件击穿。

双向ESD器件和单向ESD器件的特点,单向ESD器件对于负压的保护更好。

几种ESD模型及其放电曲线。

IEC 61000-4-2等级为日常接触等级,正常分为四级

但是ESD器件符合IEC 61000-4-2时,只代表ESD器件本身的防护,不代表后级电路能承受相应的冲击。钳位电压是衡量ESD器件保护电路系统的能力。钳位电压即当外部受到冲击,后级电路通过ESD器件后受到的冲击。如图红色为冲击,蓝色为冲击过ESD器件后的钳位电压。我们可以根据自己系统需求选择钳位电压。

实际应用中,ESD器件是有寄生电容的,如图是寄生电容对高速电路接口的影响,寄生电容会影响电平的上升和下降速度,例如USB3.0、HDMI等等。

在ESD器件选型时寄生电容可以根据应用接口选择,如下图

ESD器件选型步骤

1.计算接口信号幅值的范围来确定ESD器件的工作电压;

2.根据信号类型决定使用单向或者双向ESD器件;

3.根据信号速率决定该接口能承受的最大寄生电容;

4.根据电路系统的最大承受电压冲击,选择适合的钳位电压;

5.确保ESD器件可达到或超过IEC 61000-4-2 level4。

例如USB2.0接口保护电路:

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