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本文中心議題： * 電路保護的必要性-電氣威脅 * 保護器件的測試標準 * 保護器件比較 * ONSEMI ESD保護技術的演進 * ESD保護器件實例 電路保護的必要性-電氣威脅 靜電放電(ESD) 在我們日常生活中靜電放電(ESD)是相當常見的。比如走在地毯上或者觸摸門上的把柄就會感覺到靜電的嗖嗖聲沖擊。當你在干衣機里拿取洗好的衣服，就經常會伴隨著干脆的聲音， 這個你聽到或者感覺到的聲響就是靜電放電的結果。當不同材料互相分離時電子會發生轉移，物質分離后會產生靜電荷，這個過程就叫做摩擦起電。一些物體，比如說干皮膚和羊毛，都會變得帶正電荷；或者其它如聚酯，乙烯基帶負電荷。 當一個摩擦起電的物體釋放它的電荷突然給另一個不同電位的物體時，靜電放電效應就會發生。摩擦起電的物體之間的電位差可以達到很高，一個人的靜電放電效應的檢測極限電壓大約為3,000 V。一個強烈的ESD攻擊往往是這個電壓數字的好幾倍。 閃電 閃電通常是危險的。它的平均電流峰值是20 kA并且可高達150 kA。一次閃電可以持續20-200毫秒，而通常閃電會是連續閃幾次的。閃電也是常見的，在任何一個時間都有2,000個帶閃電的暴風雨在發生，而每天出現的暴風雨也有5,000次。閃電中的電應力除直接撃中建筑物, 還可以不同方式進入建筑物的電氣系統。閃電撃中架空的主輸電線可以直接把電流偶接進入建筑物中的交流點導體中去。附近小山上發生的閃電可以迫使強大的電流在地面上流動。這些電流將影響建筑物附近的地電位。同時這種情況可會由于地面下面的設施比如接地到建筑物中的水氣管道等而變差。在建筑物旁的旗桿的閃電可以在建筑物內的導體比如電話或連接個人電腦的電線中誘發電流。閃電帶來的應力可以以各種方式進入建筑物說明了在多種地點中安裝浪涌保護的必要性。浪涌保護需安裝在建筑物的交流電源及電話服務的進入點。電子元件技術網小編提醒：在一些比較敏感的電子設施比如個人電腦或者娛樂中心安裝更多的浪涌保護設備也是物有所值。 電力線浪涌 電力交流電網為我們的家和辦公室提供交流電源。電力公司致力于在穩定的電壓和頻率提供電力，但是即便是最費盡心血的安排也不能防止一些異常的事件。電壓的強弱會受影響于交流電網上負載的變化。大多數的電氣設備都被設計成可以在一個合理的輸入電壓范圍內工作，但總會有出現意外情況的電平，特別是由于大電流開關所引起的瞬變現象。一個電感性負載里電流的變化將會引起一個電壓峰值，這個峰值可以達到幾百甚至幾千伏的電壓。它的持續時間可能很短，但是它卻大大超過了電氣系統的存續，除非設備中含保護器件。 保護器件的測試標準 系統所經歷的電氣應力是各種各樣的: 有納秒上升時間且持續數以10計的安培電流的靜電放電(ESD)應力；有微秒上升時間且持續數以萬計的安培電流的閃電應力。對可以想到的現實世界中的每一種應力都進行產品測量是不可能的。所以標準機構制定了針對每個特定的應力威脅制定了專門的測試標準。這些標準以電壓和電流波形的形式來表示應力。最常見的一種應力波形就是圖示的雙指數波形。典型的電壓波型是被理解成開路，而典型的電流波型是被理解為短路。通常一個波形的參數包括峰值電壓、峰值電流、上升時間(通常是峰值時間的10%到90%)以及衰減時間(峰值時間的50%)。標準同樣規定了如何把應力波形應用到實際的被測試的設備以及通過或者未通過測試的準則。這就確保了測試結果可以被任何一個做此種測試的人重現出來，并且通過這個測試的系統可以可靠地工作。 保護器件簡介 市場上有一系列對電子系統起保護作用的產品。下表簡單描述了各種產品的特征。 氣體放電電子管GDT:通常是充滿氖、氬氣體混合物的陶瓷品以及兩個或更多個電極組成的。當電極的電壓超過一個額定值，電子管就會產生一個電弧，提供一個低阻抗電流通路。放電管常用于多級保護電路中的第一級或前兩級，起泄放雷電暫態過電流和限制過電壓作用。電壓范圍從75V~3500V 。 壓敏電阻MOV:通常由布滿氧化鋅顆粒的陶瓷組成,在低電流電壓下，壓敏電阻具有高阻抗,但是在更高的電壓電流下，阻抗會急劇地下降。使用壓敏電阻時之前必須加裝保險絲，壓敏電阻一但擊穿短路是不可恢復的，必須更換。正常的壓敏電阻用萬用表測量是無窮大的。 聚合體PESD 器件:是在聚合物中嵌入導體、半導體及絕緣粒子構成的高分子壓敏材料。其電阻隨兩端電壓呈非線性變化。也就是說，當施加在其兩端的電壓小于某個特定電壓值時，PESD呈現為絕緣體，電阻很大，不影響電路的正常工作;當施加在兩端的電壓大于某個特定電壓值時，PESD轉變為導體，電阻很小，可以短時間大電流放電，因此可與被保護IC并聯使用。同時這種PESD靜電防護元件具有自恢復性，即過電壓放電之后又恢復到常態，不必更換，可有效阻止電子產品的靜電破壞并降低維護成本。PESD保護器件具有極低的電容(約為0.2 pF)、低的泄漏電流(這在低功耗便攜式設備中尤為重要)、快速響應時間(<1 ns)和低鉗位電壓(<100 V)等優點; 在多次電涌之后(多達1000次)，這種器件的低觸發電壓和低鉗位電壓仍然可以有效保護敏感的電子器件。 晶閘管浪涌保護器件TSPD:基于一對雙極性晶體管。當雙極性晶體管被觸發時，它們呈現連續的低阻抗狀態。晶閘管本質上是單向的過壓保護器件�；镜木чl管已經衍生出了多種雙向和單向的產品。 瞬態電壓抑制器(TVS):是基于雪崩二極管和穩壓二極管。單一的二極管本質上是單向的鉗位設備。 保護器件比較 保護方式-嵌位/消弧 鉗位保護器件：當一個激勵突發時，鉗制電位到一定值達到保護的目的；如TVS管 消弧保護器件：當一個激勵觸發時，通常是產生一個短路通道來實現保護目的。如晶閘管浪涌保護器件TSPD 消弧保護器件在保護應用中是非常有效。消弧保護器件有著非常低的導通壓降，這樣可以使得其電壓低于敏感電子器件的臨界電位；并且由于過壓保護器件本身超低的功耗，其可以承受很大的電流而不會由于大電流對自己損壞。我們在用消弧保護器件的時候必須小心�？梢杂脕砭S持消弧保護器件的最低的電流和電壓點是一個很重要的參數并且我們經常稱之為保持點(Holding Point），如圖所示。如果受保護的電氣節點可以提供電壓和電流在保持點的水平，在電氣應力消除后一個消弧保護器件也可能不會關閉。仔細選擇消弧保護器件是必須的，或者預先做好準備，以保證在應力消除時關閉保護和在正常操作期間不打開。 |
