Ismerkedjen meg az ESD-védelmi diódák működési elve, egyenértékű körrel, fontos paraméterekkel és kiválasztási tippjeivel. USB, HDMI és árambeviteli csatlakozók védelmére tervezve, képes ±8kV-es ESD-szökként nyomásra IEC 61000-4-2 szerint a rendszer megbízhatóságának biztosítása érdekében.
Az elektrostatikus feltöltés (ESD) egy olyan jelenség, amelyben az elektrikai töltés rövid idő alatt felszabadul a töltött objektumok közötti potenciálkülönbség miatt. Az elektronikai eszközök precízióját irreverzibilis károsításba vezetheti. Ahogy az elektronikai eszközök gyorsabbak és kisebbek lesznek, az ESD-védelem igényei szigorúbbak lettek. Az ESD-védelmi diódák hatékony és megbízható védelmi komponensek, amelyek széles körben használnak jelöltségi felületeken és árambeviteli pontokon.
1. Az ESD-védelmi diódák alapvető működési elve
Az ESD-védelmi diódák általában fordított polarizációval rendelkező PN csatolást alkotnak. A magukban lévő mechanizmus a dióda összeomlásának jellegét használja ki, hogy gyorsan levezessen és átirányítsa a túljárást a földre, amikor külső magasfeszültség, például ESD-hullám, hat rájuk. Ez megakadályozza a további komponensek károsodását.
Normál működés: Amikor a jeleszköz feszültsége (V BENT ) 0 és a Maximális Fordított Munkafeszültség (V RWM ) tartományában van, a dióda ki van kapcsolva és mint egy kapacitás (CT) viselkedik.
Túlfeszültségi vezetés: Amikor a feszültség meghaladja a Törési Feszültséget (V Z a dióda visszafelé törési módba lép, áruságot, és rögzíti a feszültséget bizonyos szintre (V C ) a terhelés védelme érdekében.
Az áruszági állapotban az ESD-védelmi dióda modellezhető egy rögzítő feszültségforrás és egy dinamikus ellenállás soros kapcsolatának (R DYN ). A rögzítő teljesítménye közeli kapcsolatban van belső szerkezetével.
(Illusztráció: Példa ESD-védelmi dióda kapcsolására)
(Illusztráció: ESD-védelmi dióda ekvivalens körére)
2. Kulcsfontosságú elektromos paraméterek elemzése
V. RWM (Maximális fordított működési feszültség): A legmagasabb fordított feszültség, amelyen a berendezés működhet áramvezetés nélkül.
V. Z (Törési feszültség): A minimális feszültség, amelyen a berendezés elkezd áramvezetni fordított irányban, meghatározva az érzékenységi küszöbét.
V. C (Lekapcsolási Feszültség): A készülék feletti feszültség a áramolás közben megadott áramerősségen, amely közvetlenül tükrözi a védő hatékonyságát.
R DYN (Dinamikus Állomány): Az áramolás közbeni belső ellenállás, amely befolyásolja a feszültségcsökkenést. A mérsékelt értékeket ajánlottak.
CT (Csatorkapacitás): Az ki van kapcsolva állapotban jelentkező paraszt kapacitás, amely befolyásolja a magas sebességű jelek integritását és minimalizálni kell.
3. Működési Ekvivalens Körmodelljei
Az ESD diódák két tipikus működési állapotban lehetnek:
Normál körülmények között a berendezés egy kis kapasitásként viselkedik, amely főként a magasfrekvenciás teljesítményre hat.
Amikor ESD áramzivatar bekövetkezik, a dióda gyorsan átkapcsolódik vezetési módba, és egy kapcsolót elvégző útvonalat alkot, amely egy ekvivalens soros ellenállással és feszültségforrással áll össze.
A gyakorlatban az ESD feszültség nagyon éles emelkedési széllel rendelkezik (<1 ns). Ezen időponton a PCB nyomvonalak paraszt-indukanciája és kapacitása is befolyásolhatja a védelem hatékonyságát. Ezért szükséges a helyezés optimalizálása.
4. Az ESD áramzivatar válaszának elemzése
Tegyük fel, hogy egy 8kV-es ESD eseményt alkalmazunk egy csatlakozóra. Az IEC 61000-4-2 szerint a záporáramerősség legfeljebb 30A lehet. Ha a diódnak 0,5Ω dinamikus ellenállása van, akkor az ideiglenes feszültségcsökkenés 15V lesz, amely hozzáadódik a kapcsolófeszültséghez. Tehát, a teljes kapcsolófeszültség csökkentéséhez és a védett berendezés (DUP) elektromos terhelésének minimalizálásához fontos kiválasztani olyan berendezéseket, amelyek alacsony RDYN és alacsony VC értékekkel rendelkeznek.
5. Alkalmazás elrendezése és kiválasztási javaslatok
Az ESD-védelem tervezésében a berendezés saját paramétereinek mellett a PCB elrendezés alapvető szerepet játszik. A következő elveket kell megkövetni:
Helyezze el az ESD-védelmi eszközöket minél inkább közeli távolságban a külső csatlakozóknál, hogy csökkentse a nyomvonalak jellegzetes indukanciáját és kapacitását.
Csatlakoztassa közvetlenül a talpértékes földre a földkapcsolatokat, hogy kerülje el az induktív hurokot.
Magas frekvenciájú felületek esetén, mint USB 3.0 vagy HDMI-nél, ajánlott alacsony kapacitású modellek (pl., CT ≤ 0,5pF).
Többcsatornás védelem esetén fontolja meg a TVS tömbök vagy integrált védelmi modulok használatát.
(Illusztráció: Egyszerű Körkonfiguráció ESD Vihar Alatt)
6. Áttekintés az ESD Tesztelési Szabványokról
Szokványos ESD tűzsvábossági tesztelési szabványok közé tartoznak:
IEC 61000-4-2: Rendszernivel ESD tűzsvábossági tesztelési szabvány, amely szimulálja az emberi test feleresztési modelljét; tipikus teszt szintek közé tartoznak ±4kV és ±8kV.
JEDEC JESD22-A114: Emberi testmodell (HBM) próbáztatási szabvány a cipelnivel.
MIL-STD-883: Katonai szabvány elektrostatikus felügyelet elleni ellenállás vizsgálatára komponensek esetében.
ANSI/ESD S20.20: Szabvány ESD vezérlő rendszerek létrehozására, amely a gyártási folyamatokat és környezeti vezérlést fedzi.
7. Következtetés
Az ESD-védelmi diódák alapvető szerepet játszanak a modern elektronikus terméktervezésben, gyorsan reagálva az ESD-eseményekre és rögzítve az átmeneti feszültségeket. Az ESD-védelmi eszközök kiválasztásakor figyelembe kell venni a válaszsebességet, a rögzítési feszültséget, a dinamikus ellenállást és a kapcsolati kapacitást. A megfelelő elhelyezés és a PCB elosztás a konkrét rendszerfelületek alapján is kulcsfontosságú a legjobb védelem teljesítményének eléréséhez.
EN
