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ESD靜電的相關知識 TVS二極管的工作原理和關鍵參數

記得誠 ? 來源:記得誠 ? 2023-08-21 10:25 ? 次閱讀
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大家好,我是記得誠。

今天聊一聊TVS的選型,我們都知道TVS可以用來防ESD和浪涌,在介紹之前,先來講一些ESD靜電相關的知識,讓大家對整個架構都能有所了解。

1. ESD介紹

1.1 ESD簡介

ESD,英文全稱是Electro-Static discharge,靜電釋放,是一種自然現象,冬天脫毛衣、摸金屬門把手、握手等都會出現。

下面這個圖是著名的“怒發沖冠”,就是由靜電引起的,電荷由靜電球傳到頭發,由于頭發帶的是同性電荷,相互排斥,形成了這種現象。

1.2 ESD產生原理

干燥或者摩擦下,人手易失去電子,攜帶正電荷;攜帶正電荷的人接觸外部導體時,導體上的電子會向人手移動,形成一個和電子運動反向的ESD電流。

1.3 ESD危害

ESD對人體的影響并不明顯,最多是麻麻的感覺。但IC受到ESD損壞,會使電子設備失效,甚至損壞。

這個是我們研究電路系統ESD防護的目的。

2. 器件級ESD模型

IC的ESD損壞可發生在任何時候,生產、裝配、焊接、運輸等等。

這些事件,我們可用三個不同的器件級模型模擬:人體模型(HBM)、機器模型(MM)、帶電器件模型(CDM)。

2.1 人體模型(HBM)

HBM:Human Body Model,因人體在地上走動磨擦或其它因素,在人體上積累了電荷,去碰觸IC時,人體上的靜電便會經由PIN腳進入IC內部,再經由IC放電到地去。

HBM工業標準測試等效電路,是下面這個圖。

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其中,100pF是等效人體電容,1.5KΩ是等效人體放電電阻。

2.2 機器模型(MM)

MM:Machine Model,模擬自動化生產或測試機器(例如機械手臂)本身累積了相當數量的靜電荷,當此機器去碰觸到IC時,該靜電荷便經由IC的管腳放電。

機器一般都是金屬,所以MM模型的等效電阻一般是0~10Ω,也被稱為0-Ω模型。

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2.3 帶電器件模型(CDM)

CDM:Charged Device Model,IC因磨擦或其它因素,在IC內部累積了靜電,但這個過程中IC并未被損傷。此帶有靜電的IC PIN腳接觸到地面時,其內部的靜電便會經由PIN腳釋放出來,而造成放電的現象。

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3. 系統級ESD模型

HBM、MM、CDM,這三種模型僅用于模擬IC在制造環境下的測試。

終端用戶環境是一個系統級的ESD模型,是一個更復雜、ESD能量更高的系統,對應的行業標準是IEC 61000-4-2。

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d78ee352-3f52-11ee-ac96-dac502259ad0.png

IEC 61000-4-2規定了兩種系統級測試,接觸放電和空氣(非接觸)放電。

ESD器件符合IEC 61000-4-2標準,僅代表器件本身的防護,后級電路的防護水平要靠ESD器件的鉗位電壓來衡量。

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4. TVS二極管

4.1 工作原理

ESD來臨時,TVS會以極高的速度(ps級)形成一個低阻通路,吸收浪涌電流,將電壓鉗位在一個預定值,保護后端的電路。

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4.2 關鍵參數詳解

要了解一個元器件,有哪些參數,看規格書,多看規格書。

下面是一個TVS的規格書截圖。重要的參數都出來了。

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1、Vrwm:最大反向工作電壓,也稱為關斷電壓。

測試條件:在最大的反向電流IR下,測試出的電壓, 一般Vrwm是(0.8~0.9)*Vbr。

Vrwm需要大于被保護信號的工作電壓。比如3.3V的UART,TX和RX都是3.3V,選擇TVS的Vrwm可以是5V。

但是不能大太多,和Vbr也有關系,大太多,可能導致TVS不起作用。需要做到電路正常工作時,TVS不觸發,在浪涌來時TVS才工作。

審核編輯:湯梓紅
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原文標題:4. TVS二極管

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