静电、浪涌与TVS(测试标准、参数、选型) |
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作者:AirCity 2020.2.14 [email protected] 本文所有权归作者Aircity所有 ESD和浪涌问题往往是基带工程师最头疼的问题,因为测试标准严苛,问题神出鬼没。特别是ESD问题,没有解决问题的标准路径,只能靠反复地构思方案并验证。 想要尽量避免以上问题,就必须选择合适的防护器件,设计上做足防护措施。本文告诉你ESD和浪涌的测试标准,测试方法,以及如何选择TVS器件。 1 TVS管测试标准这里说的TVS管包括防ESD用的小功率TVS管(本文简称ESD管)和防浪涌用的大功率TVS管(本文简称浪涌管)。 这里说的测试标准指TVS器件规格书上标明的测试标准: IEC61000-4-2 Level 4 ESD Protection——静电测试标准,必须通过,提供测试数据 IEC61000-4-4 Level 4 EFT protection——部分厂家才会提供数据 IEC61000-4-5(8/20us)——浪涌测试标准,必须通过,提供测试数据 下面是安森美ESD5481MUT5G,用在一般信号线上的ESD管规格书提供的信息,人家一个小管子,完成了三个标准的测试。怪不得菊花厂很喜欢用。 这个是静电放电抗干扰度试验标准,对应国标GB/T 17626.2-2018。先看一下放电抢的原理框图: 电快速瞬变脉冲群抗干扰度试验,对应国标GB-T17626.4。这个脉冲发生器的结构如下,输出阻抗是50Ω。 这个是浪涌测试标准,对应国标GB T17626.5-2008。标准规定了10/70us组合波发生器,1.2/50us组合波发生器的详细要求。这个“组合波发生器”就是浪涌测试仪。 在消费类电子领域,我们主要用到1.2/50us组合波。这个“1.2/50us”是对浪涌测试仪的电压放电要求,标题中的“8/20us”是对浪涌测试仪的电流放电要求,下文会详细解释。 下图是浪涌测试仪的内部原理,在没有负载(开路)情况下,浪涌测试仪应该要输出波前电压1.2us,电压半峰值时间50us。在输出短路情况下,应能输出波前电流8us,电流半峰值时间20us。开路输出电压与短路输出电流的比值成为浪涌测试仪内阻,要求是2Ω。 Transmission Line Pulse测试,用100ns脉宽的方波,测量不同电压幅度下的电流值,电压值一直增加到管子损坏为止。100ns比IEC61000-4-2规定的静电波形1ns大得多,这更能考验ESD管的性能,也更能反应ESD管的钳位能力,下图是浪涌测试和TLP测试的比较,明显TLP的能量更大。 一个ESD管的接触±8kV实测波形,可以看到ESD管可以把8kV的电压钳位到30V左右,还是很厉害的。
Ipp:最大反向峰值电流,就是按照按照IEC61000-4-5标准,8/20us电流波形,电容/电感去耦合网络测试的。这个值越大,TVS管性能越好。 Vc@Ipp:钳位电压,达到最大电流Ipp时,钳位电压值。这个值,越小越好 Vrwm:最大反向工作电压,被保护的信号,其正常工作时的电压不能超过这个电压。其实这个电压是TVS管反向漏电流为1uA时的电压值,如果电压再大,反向电流会很快增加。TVS型号上的数字就是这个电压。 Vbr:反向击穿电压,二极管反向电流达到1mA时的电压值。当反向电压超过这个值时,反向电流会急剧增加。 Cj:结电容,一般是pF级别,用在高速信号线上时,比如USB2.0的D+和D-,结电容要小于1pF。 Pppm:按照IEC 61000-4-5标准测试出来的最大Ipp乘以此时的钳位电压Vc。浪涌管选型,不要只看这个值,更要看钳位电压是多少。 6 ESD管和浪涌管选型 Vrwm不得小于被保护信号的工作电压。从减少漏电的角度考虑,Vrwm比被保护信号的工作电压越大,漏电流越小。不要小看1uA的漏电流,很多器件的待机电流都是nA级别的哦。从保护强度的角度考虑,Vrwm越接近信号工作电压,管子的钳位电压Vc越低,对信号的保护作用越好。ESD管和浪涌管的静电防护等级要大于产品本身要求的防护等级。ESD管和浪涌管的的静电钳位电压,浪涌钳位电压越低越好。浪涌管的钳位电压要小于被保护电路的maximal rating.浪涌管的功率要求:假设要通过300V浪涌,要求钳位电压是20V以内,因为浪涌测试仪的内阻是2ohm,所以最大输出电流是(300V-20V)/2ohm=140A,则要选择管子功率在140A*20V=2800W以上。当然,如果这个浪涌管的钳位电压小于20V,对功率的要求还能低一些。管子的保护性能,主要跟钳位电压有关,不要看Ipp之类的参数。简言之,先看Vrwm,再看Vc,在看功率,没什么难的。 7 我用过的TVS管 品牌型号特点用途STESDA7P605V,700W,10V@60AVBAT上防浪涌WILLSEMIESD56101D055V,1250W, [email protected]同上LRCLTVS16D18H5.0T5G5V,1500W,80A@17V同上ONESD8472M5V,3A@14V,0.2pFUSB的D+和D-防护WILLSEMIESD5311Z5V,4A@21V,0.25pF同上LRCLESD11LL5.0CT5V,4A@20V,0.25pF同上ONESD5481M5V,[email protected],12pF普通信号防护WILLSEMIESD5451Z—同上NXPPESD5V0LS-SFYL—同上LRCLESD11D5.0CT—同上WILLSEMIESD5641D1212V,4000W,190A@18VUSB Vbus防护LRCLTVS20H12E—同上PrisemiPTVSHC3N12VU—同上NXPPTVS12VU1UPA—同上NXPPESD18VF1BLYL18V,1A@17V,0.35pFSmartPA MAX98927输出Littelfuse15KPA系列17-280V,15000W28V DC电源线保护,超大功率,高可靠性,航电产品用。BOURNSSMBJ系列5-495V,600W普通信号,大功率防护,高可靠性,航电产品用。BOURNSCDDFN10-3304N3.3V,450W,20A@20V以太网信号,变压器后边 8 大厂浪涌测试标准如果帮到了你,请点个赞,感谢! |
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