ESD

来自Jack's Lab
2021年2月2日 (二) 14:07Comcat (讨论 | 贡献)的版本

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1 Overview

ESD(Electrostatic Discharge Protection Devices),静电保护元器件,又称瞬态电压抑制二极管阵列(TVS Array)

是由多个TVS晶粒或二极管采用不同的布局设计成具有特定功能的多路或单路 ESD 保护器件

主要应用于各类通信接口静电保护,比如 USB、HDMI、RS485、RS232、VGA、RJ11、RJ45、BNC、SIM、SD 等接口中


  • VRWM:反向截止电压,通俗地讲,就是 ESD 允许施加的最大工作电压,在该电压下 ESD 处于截止状态,此时 ESD 的漏电流很小,为几 uA 甚至更低。
  • VBR:击穿电压,击穿电压是 ESD 要开始动作(雪崩击穿)的电压,一般在规定的电流下测量,通常在大小为 1mA 的 电流下测量。
  • IPP:峰值脉冲电流,一般采用 8/20μs 的波形测量。
  • IR:反向漏电流,即在 ESD 器件两端施加 VRWM 电压下测得 ESD 的漏电流。
  • VC: 钳位电压,在给定大小的 IPP 下测得 ESD 两端的电压。大部分 ESD 产品 VC 与 VBR 及 IPP 成正比关系。
  • C J:结电容,ESD 的结电容与 ESD 的芯片面积、工作电压有关系。对于相同电压 ESD 产品,芯片面积越大结电容越大;对于相同芯片面积的 ESD,工作电压越高结电容就越低。


比如峰值脉冲功率为 400W@8/20us PSM712:

  • VRWM = 12V
  • VBR = 13.3V
  • VC = 19V@Ip = 1A, 30V@8/20us@30A
  • IR = 1uA
  • CJ = 75pF@1MHz

PSM712 手册:https://item.szlcsc.com/33642.html


PLR0524B 60W@8/20us:

  • VRWM = 5V
  • VBR = 6V@1mA
  • VC = 12.5V@Ip = 1A, 16.5V@Ip = 4A
  • IR = 0.5uA@VRWM
  • CJ = 0.8pF@1MHz


2 选型指南

  • ESD 静电二极管的截止电压 Vwm 要大于电路中最高工作电压;
  • 脉冲峰值电流 IPP 和最大箝位电压 VC 的选择,要根据线路上可能出现的最大浪涌电流来选择合适 IPP 的型号,需要注意的是,此时的 VC 应小于被保护晶片所能耐受的最大峰值电压;
  • 根据电路设计布局及被保护线路数选择合适的封装。ESD 封装的大小从一定程度上可以反应器件的防护等级大小,一般封装越大的器件可容纳的 ESD 芯片面积也越大,防护等级也越高,反之亦然。
  • 用于信号传输电路保护时,一定要注意所传输信号的频率或传输速率,当信号频率或传输速率较高时,应选用低电容系列的 ESD 静电二极管;
  • ESD 有单向(A)和双向(C)之分,根据工作的信号进行选择,单极性的信号可以选择单向的 ESD 或双向的 ESD, 双极性的信号要选择双向的 ESD;


3 TVS vs. ESD

TVS 瞬变电压抑制二极管(Transient Voltage Suppressors)

ESD 静电放电(Electro-Static discharge)


  • ESD 主要是用来防静电,防静电就要求电容值低,一般是 1~3.5 pF 之间为最好。TVS 的电容值比较高
  • TVS 一般用于处级和次级保护,而 ESD 主要用于板级保护
  • 压敏电阻采用物理吸收原理,每经过一次 ESD 事件,材料就会受到一定物理损伤,形成永久性的漏电通道,而 TVS 是采用的半导体钳位原理,在经历ESD事件时,瞬间将能量传递出去,对器件本身并无影响.

对其进行符合 IEC61000-4-2 标准的 +/-8KV 接触放电,分析捕获的 IEC 应波型可以得知,TVS 保护性能强过贴片压敏很多倍


4 Electro-Static 模型

简单说,就是人或者设备对器件放电(静电),但是器件不能损坏

  • HBM CLASS 1C 模型: 规定一个充电 1000V-2000V 的 100pF 的电容通过一个 1500 欧姆的电阻对器件放电
  • MM 模型:电压大概在 200-400V 之间,电容 200pF,没有串联电阻。MM 模型要比人体模型能量大一些


  • 典型人体模型放电,峰值电流小于 0.75A,时间 150ns
  • 典型的机器模型放电,峰值电流小于 8A,时间 5ns
  • 典型的雷击浪涌(电力线入线处使用的TVS)峰值电流 3000A,时间20us


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