ONSEMI电路保护应用指南
发布时间：2012-5-28 22:19
发布者：羞红的夏天
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本文中心议题： * 电路保护的必要性-电气威胁 * 保护器件的测试标准 * 保护器件比较 * ONSEMI ESD保护技术的演进 * ESD保护器件实例 电路保护的必要性-电气威胁 静电放电(ESD) 在我们日常生活中静电放电(ESD)是相当常见的。比如走在地毯上或者触摸门上的把柄就会感觉到静电的嗖嗖声冲击。当你在干衣机里拿取洗好的衣服，就经常会伴随着干脆的声音， 这个你听到或者感觉到的声响就是静电放电的结果。当不同材料互相分离时电子会发生转移，物质分离后会产生静电荷，这个过程就叫做摩擦起电。一些物体，比如说干皮肤和羊毛，都会变得带正电荷；或者其它如聚酯，乙烯基带负电荷。 当一个摩擦起电的物体释放它的电荷突然给另一个不同电位的物体时，静电放电效应就会发生。摩擦起电的物体之间的电位差可以达到很高，一个人的静电放电效应的检测极限电压大约为3,000 V。一个强烈的ESD攻击往往是这个电压数字的好几倍。 闪电 闪电通常是危险的。它的平均电流峰值是20 kA并且可高达150 kA。一次闪电可以持续20-200毫秒，而通常闪电会是连续闪几次的。闪电也是常见的，在任何一个时间都有2,000个带闪电的暴风雨在发生，而每天出现的暴风雨也有5,000次。闪电中的电应力除直接撃中建筑物, 还可以不同方式进入建筑物的电气系统。闪电撃中架空的主输电线可以直接把电流偶接进入建筑物中的交流点导体中去。附近小山上发生的闪电可以迫使强大的电流在地面上流动。这些电流将影响建筑物附近的地电位。同时这种情况可会由于地面下面的设施比如接地到建筑物中的水气管道等而变差。在建筑物旁的旗杆的闪电可以在建筑物内的导体比如电话或连接个人电脑的电线中诱发电流。闪电带来的应力可以以各种方式进入建筑物说明了在多种地点中安装浪涌保护的必要性。浪涌保护需安装在建筑物的交流电源及电话服务的进入点。电子元件技术网小编提醒：在一些比较敏感的电子设施比如个人电脑或者娱乐中心安装更多的浪涌保护设备也是物有所值。 电力线浪涌 电力交流电网为我们的家和办公室提供交流电源。电力公司致力于在稳定的电压和频率提供电力，但是即便是最费尽心血的安排也不能防止一些异常的事件。电压的强弱会受影响于交流电网上负载的变化。大多数的电气设备都被设计成可以在一个合理的输入电压范围内工作，但总会有出现意外情况的电平，特别是由于大电流开关所引起的瞬变现象。一个电感性负载里电流的变化将会引起一个电压峰值，这个峰值可以达到几百甚至几千伏的电压。它的持续时间可能很短，但是它却大大超过了电气系统的存续，除非设备中含保护器件。 保护器件的测试标准 系统所经历的电气应力是各种各样的: 有纳秒上升时间且持续数以10计的安培电流的静电放电(ESD)应力；有微秒上升时间且持续数以万计的安培电流的闪电应力。对可以想到的现实世界中的每一种应力都进行产品测量是不可能的。所以标准机构制定了针对每个特定的应力威胁制定了专门的测试标准。这些标准以电压和电流波形的形式来表示应力。最常见的一种应力波形就是图示的双指数波形。典型的电压波型是被理解成开路，而典型的电流波型是被理解为短路。通常一个波形的参数包括峰值电压、峰值电流、上升时间(通常是峰值时间的10%到90%)以及衰减时间(峰值时间的50%)。标准同样规定了如何把应力波形应用到实际的被测试的设备以及通过或者未通过测试的准则。这就确保了测试结果可以被任何一个做此种测试的人重现出来，并且通过这个测试的系统可以可靠地工作。 保护器件简介 市场上有一系列对电子系统起保护作用的产品。下表简单描述了各种产品的特征。  气体放电电子管GDT:通常是充满氖、氩气体混合物的陶瓷品以及两个或更多个电极组成的。当电极的电压超过一个额定值，电子管就会产生一个电弧，提供一个低阻抗电流通路。放电管常用于多级保护电路中的第一级或前两级，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。电压范围从75V~3500V 。 压敏电阻MOV:通常由布满氧化锌颗粒的陶瓷组成,在低电流电压下，压敏电阻具有高阻抗,但是在更高的电压电流下，阻抗会急剧地下降。使用压敏电阻时之前必须加装保险丝，压敏电阻一但击穿短路是不可恢复的，必须更换。正常的压敏电阻用万用表测量是无穷大的。 聚合体PESD 器件:是在聚合物中嵌入导体、半导体及绝缘粒子构成的高分子压敏材料。其电阻随两端电压呈非线性变化。也就是说，当施加在其两端的电压小于某个特定电压值时，PESD呈现为绝缘体，电阻很大，不影响电路的正常工作;当施加在两端的电压大于某个特定电压值时，PESD转变为导体，电阻很小，可以短时间大电流放电，因此可与被保护IC并联使用。同时这种PESD静电防护元件具有自恢复性，即过电压放电之后又恢复到常态，不必更换，可有效阻止电子产品的静电破坏并降低维护成本。PESD保护器件具有极低的电容(约为0.2 pF)、低的泄漏电流(这在低功耗便携式设备中尤为重要)、快速响应时间(<1 ns)和低钳位电压(<100 V)等优点; 在多次电涌之后(多达1000次)，这种器件的低触发电压和低钳位电压仍然可以有效保护敏感的电子器件。 晶闸管浪涌保护器件TSPD:基于一对双极性晶体管。当双极性晶体管被触发时，它们呈现连续的低阻抗状态。晶闸管本质上是单向的过压保护器件。基本的晶闸管已经衍生出了多种双向和单向的产品。 瞬态电压抑制器(TVS):是基于雪崩二极管和稳压二极管。单一的二极管本质上是单向的钳位设备。 保护器件比较  保护方式-嵌位/消弧 钳位保护器件：当一个激励突发时，钳制电位到一定值达到保护的目的；如TVS管 消弧保护器件：当一个激励触发时，通常是产生一个短路通道来实现保护目的。如晶闸管浪涌保护器件TSPD 消弧保护器件在保护应用中是非常有效。消弧保护器件有着非常低的导通压降，这样可以使得其电压低于敏感电子器件的临界电位；并且由于过压保护器件本身超低的功耗，其可以承受很大的电流而不会由于大电流对自己损坏。我们在用消弧保护器件的时候必须小心。可以用来维持消弧保护器件的最低的电流和电压点是一个很重要的参数并且我们经常称之为保持点(Holding Point），如图所示。如果受保护的电气节点可以提供电压和电流在保持点的水平，在电气应力消除后一个消弧保护器件也可能不会关闭。仔细选择消弧保护器件是必须的，或者预先做好准备，以保证在应力消除时关闭保护和在正常操作期间不打开。 |
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