ESD保护基本知识:设计和仿真
你的下一个电子设备可能会被部署在一个领域暴露于高电压或静电。在这些情况下,一个系统的脆弱性ESD应该通过测试和模拟。也有一些组件,这些组件可能需要从ESD保护系统,确保系统能够承受高电压脉冲。
在本文中,我们将看看ESD保护的两个最基本的方面:使用ESD保护组件和屏蔽。ESD组件是最常见的途径建立一个系统,可以承受高电压脉冲,但是在某些情况下,可以提供额外的保护屏蔽或外壳。
ESD保护组件是如何工作的
ESD保护可以通过特定的组件或提供连接到屏蔽系统。最常见的方法是放置一个组件,它可以抑制电路的电流/电压感应静电。这些保护元件和电路操作在两个方面,根据压制元素放置在一个示意图:
- 组件可以将高电压/电流脉冲从一个脆弱的组件。
- 组件可以用来吸收或承受ESD事件。最简单的例子是一个电阻,将脉冲转换为热量,尽管从ESD脉冲电阻通常会烧起来。
为防静电抑制有许多商业上可用的选项,可用于目标特定的组件可能暴露于委托人。这些措施可以提供几千伏的保护达到低至纳秒脉冲倍。现在,我们来看看常见的ESD保护组件,这些组件可以用来防止ESD事件,尽管屏蔽和接地保护对ESD系统的两个重要的元素。
电路保护二极管
最常见的电路保护装置是一种瞬态电压抑制二极管(电视)。这些可以双向二极管(背靠背),或者他们可以单向电流只允许在一个方向上。一个齐纳二极管也可以用作ESD保护组件,它提供了一个等效函数单向电视二极管。
双向 |
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单向 |
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下面的示意图的例子说明将二极管电路保护和极性。因为这些非线性和整流二极管,他们只在一个方向上进行强烈。在他们的位置放在下面的电路,这些二极管有效绝缘和将不允许任何二极管电流。
当收到ESD脉冲,脉冲的高压快开保护二极管反向偏压深处直到反向击穿发生。二极管成为导电和现在有一个跨终端短路的保护组件。这把接收到的脉冲地面和防止电流达到保护组件。
注意,这种保护机制要求保护组件有中度到高阻抗输入。这是一般的情况大多数组件将需要一些电路保护。注意,许多集成电路可以有一些内置的ESD保护,通常在几千伏的顺序。如果需要更高水平的保护,那么你应该把这些二极管。
在系统模拟ESD事件
ESD事件注入脉冲系统脆弱点,通常是一些区域的系统暴露于外部环境。就像上面提到的,这通常是附近的连接器或任何暴露的金属元素在一个外壳,这两个点,一个大型的放电活动可以注入电流系统。如果你想模拟一个ESD事件及其对系统的影响,那么你需要猜ESD事件可能发生的地方。
这需要深谋远虑作为一个设计师,因为你需要知道哪些元素可能会接触到用户,因此可能会经历一个ESD事件。模拟一个ESD事件,你可以放置一个脉冲源在一个电路和运行瞬态分析模拟。作为输入脉冲电压幅值是不同的,你可以生成结果电路显示如何保护二极管转移脉冲电压,减少了被保护组件。
例子的结果生成Sigrity显示添加一个电视的影响二极管信号跟踪。注意到电视由于其非线性整流二极管提供了重要的阻尼特性。
额外的ESD保护:添加屏蔽
一旦测试系统的生存预期ESD事件或系统评估对一个行业标准,值得质疑的额外的保护可能是必要的。的最常见原因ESD放电通过人类的手,它可以累积静电荷通过摩擦生电。结果是排入装置,可能会导致设备故障如果不抑制。
因为用户通常通过附件与设备交互,是有意义的探索通过外壳屏蔽静电保护的集成。一个措施,将从ESD(并提供额外的保护RFI噪音在某些情况下)屏蔽板或外壳。一些专门解决防静电屏蔽选项:
- 组件屏蔽罐
- 屏蔽罩
- EMI垫圈(用于非常大的附件)
可以使用这些EMI垫圈保护空缺的外壳,为委托人提供导电路径从外部环境。
当委托人可以进入系统从一个暴露的金属外壳,那么最好使用一个提供的外壳机壳接地。金属化外壳可以用作安全地面任何ESD脉冲或短路故障的系统。这将很好地把当前的ESD注入一个大型电子导体,防止损坏电路板。确保连接的机壳接地屏蔽连接器和PCB上的越来越多的元素是低阻抗的。通常直接连接到底盘的螺丝就足以提供防静电屏蔽。
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