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瞬态抑制器件知多少

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sinasun|  楼主 | 2023-2-20 19:49 | 显示全部楼层 |阅读模式


在电子产品中,会有瞬态的电压或电流瞬间的浪涌或尖刺产生,这些瞬时能量会严重的破坏电路。瞬态电压峰值根据其来源不同可能很小的几个毫伏,也有可能达到几千伏,持续时间从几个纳秒到大约100ms不同。对这些瞬态信号的抑制有不同的抑制器件,如瞬态抑制二极管(TVS,压敏电阻,多层压敏电阻,ESD保护器件,瞬态电压抑制器和可恢复保险丝;
这些器件应用的场景不同,实现的效果也不一样,但其中TVSESD是用的比较多的,都是瞬态电压抑制器 (TVS) 静电放电保护二极管,用来抑制瞬态毛刺信号,两者基本是可以混用的,对于瞬态高能量信号进行动作,然后其动态内阻变化,提供低阻抗通路,将瞬态高压信号迅速降低到钳位电压处。;
下面以TITVS二极管TPD2E2U06ESD器件ESD321做一个讨论说明,TVS管和ESD管的两个主要功能,静电防护和浪涌防护。这两种防护应用的测试标准是不一样的;
从规格书中可以看出,TPD2E2U06ESD321ESD321都具有IEC61000-4-24ESD防护
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这种IEC61000-4-24的测试是使用静电枪测试,相信所有做过电子产品的小伙伴都有这种经验。这种测试是有对应标准的,有ClassA/B/C的等级,对应电子产品有抗静电的不同能力。增加了ESD或者TVS器件就能保护电路板后极的敏感器件。
测试的模型如下图所示,ESD脉冲通过ESD枪产生,ESD枪中包含了最高30KV的可调高电压源。150pF电容器使用充电开关通过50100MΩ的电阻充电,当放电开关闭合后,电容器又通过330欧姆的电阻放电。
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这个其中最关键的就是ESD枪产生的高压脉冲,按照IEC61000-4-2的要求,要产生放电波形,下图分别是8KV静电放电的测试波形:
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同步测试放电电流波形来看,放电电流形态有下面特征:
1一般是要求脉冲能够在0.7ns1ns间上升。
2在第一个尖峰脉冲将以峰值Ipp达到峰值电流
3 然后,脉冲电流大约在80ns内下降,其中会有一段呈现肩形状的曲线
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其实大多数浪涌脉冲能量都是在这个肩形传送,第一个尖峰脉冲以高电压和高电流向目标施加应力。但由于其持续时间短,因此能量较少。从规格书中也可以得知,进行ESD测试可以采用两种方法:接触放电和空气放电测量法;
ESD器件和TVS器件还有浪涌防护功能。应用的测试环境是IEC61000-4-5标准,施加定时8/20us的浪涌能量,此时浪涌能量持续时间会长一些,达到us级别。所以在很多热插拔的场合,比如USB设备,接口器件就必须要加上ESD器件和TVS器件。
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TVS器件在施加定时8/20usIEC61000-4-5测试时候,达到IPP最大浪涌电流的时候,电压会钳位到Vc,随后随着浪涌电流降低的过程,电压也会慢慢降低到VBR,击穿动作电压。最后在浪涌电流的尾声,TVS器件将电压钳位至VBRM,整个测试过程结束;如下面是规格书对几个击穿电压的定义描述,在选择TVS的时候,VBRM一定要小于后级电路的最大工作电压,否则TVS起不到作用;
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对于浪涌防护的电流波形,不是施加定时8/20usIEC61000-4-5标准,
也有根据实际瞬态毛刺信号给出的测试,比如10/1000us脉冲。所以在选择TVS的时候,不仅仅是看VBRM电压,还要结合实际电路中存在的瞬态毛刺信号波形选择,毕竟TVS的厂家不可能将所有实际电路的瞬态毛刺信号都进行测试,放到Datasheet中,可以让TVS的厂家针对实际的瞬态毛刺信号二次测试,尽量符合实际电路的环境。
每种电子器件的选择都有很多参数,选择适合电路的才是对的,至于为什么瞬态抑制器件称作ESD,也可以叫做TVS,甚至叫做TVS ESD 保护二极管,大家可以留言讨论!

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