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在电路设计中,保护我们的产品免受ESD损坏是必须要考虑的。静电放电(简称 ESD) 是一种非常高的电压尖峰,很容易损坏集成电路和低功率半导体等小信号器件。最常见的ESD就是由人体接触电子设备引起的,特别是冬天我们摸金属门把手会经常被电到也是静电在捣鬼。电荷在人体内部积累,然后当身体的任何部位接触到任何东西时,这些电荷就会放电,从而产生非常高的电压尖峰,今天主要汇总一下保护设备免受 ESD 损坏的几种方法。

1.钳位二极管电路

一般IC内部会集成,需要注意有些引脚可能没有集成,需要查阅对应的规格书进行确认,钳位二极管其保护能力一般有限,防护浪涌的功率不能过大,也就是ESD电压不能过高,具体可参考规格书。

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2.TVS二极管保护电路

TVS的中文全称是瞬态电压抑制器,它是比较快速的钳位二极管,但它不是普通的PN结二极管,它和上面的钳位二极管电路中的二极管可不同。TVS可与齐纳二极管相媲美,一旦达到其击穿电压,电压就会被钳位。位达到击穿电压时它处于开路状态下图中图A和B是双向TVS,而C是单向 TVS。双向TVS可以防护正或负电压尖峰ESD。但单向的只能抑制一个方向的尖峰。

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IC引脚旁边的单向TVS。在电路正常运行时,TVS 不导通。当有正尖峰时,电压会被钳位。当出现负尖峰时,TVS将正向偏置并将尖峰转向GND。

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下面是一个双向 TVS。在正常操作时,TVS不会导通。在正电压或负电压尖峰期间,器件将钳位尖峰电压并保护 IC。

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3.齐纳二极管保护电路

使用齐纳二极管作为 ESD保护与单向TVS的原理相同。齐纳二极管的缺点是它不如TVS保护速度快,考虑到与 TVS 相同尺寸的齐纳二极管,它只能处理更小的能量尖峰电压。所以一般更推荐TVS。

4.高频电容器保护电路

IC 引脚旁边放置瓷片电容器也可以做到ESD保护。比如当人体触摸该引脚时,人体上的电容与电路中的电容C ESD形成并联。这个时候人体内的8kV电位将被抑制,依据的基本原理就是电荷守恒,就是人体内的电荷转移到了电路的电容上,从而避免损坏器件。

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