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1、2010-8-301ONSEMIONSEMI 电路保护应用电路保护应用2010-8-302电路保护的必要性电路保护的必要性- -电气威胁电气威胁 静电放电静电放电(ESD) 在我们日常生活中静电放电(ESD)是相当常见的。比如走在地毯上或者触摸门上的把柄就会感觉到静电的嗖 嗖声冲击。 当你在干衣机里拿取洗好的衣服，就经常会伴随着干脆的声音， 这个你听到或者感觉到的声响 就是静电放电的结果。当不同材料互相分离时电子会发生转移，物质分离后会产生静电荷，这个过程就叫 做摩擦起电。一些物体，比如说干皮肤和羊毛，都会变得带正电荷；或者其它如聚酯，乙烯基带负电荷。 当一个摩擦起电的物体释放它的电荷突然给另
2、一个不同电位的物体时，静电放电效应就会发生。摩擦起电 的物体之间的电位差可以达到很高，一个人的静电放电效应的检测极限电压大约为3,000 V。一个强烈的 ESD攻击往往是这个电压数字的好几倍。 闪电闪电 闪电通常是危险的。它的平均电流峰值是20 kA并且可高达150 kA。一次闪电可以持续20-200毫秒，而通常 闪电会是连续闪几次的。闪电也是常见的，在任何一个时间都有2,000个带闪电的暴风雨在发生，而每天出现 的暴风雨也有5,000次。闪电中的电应力除直接撃中建筑物, 还可以不同方式进入建筑物的电气系统。闪电撃 中架空的主输电线可以直接把电流偶接进入建筑物中的交流点导体中去。附近小山上发生
3、的闪电可以迫使强大 的电流在地面上流动。这些电流将影响建筑物附近的地电位。同时这种情况可会由于地面下面的设施比如接地 到建筑物中的水气管道等而变差。在建筑物旁的旗杆的闪电可以在建筑物内的导体比如电话或连接个人电脑的 电线中诱发电流。闪电带来的应力可以以各种方式进入建筑物说明了在多种地点中安装浪涌保护的必要性。浪 涌保护需安装在建筑物的交流电源及电话服务的进入点。而在一些比较敏感的电子设施比如个人电脑或者娱乐 中心安装更多的浪涌保护设备也是物有所值。电力线浪涌电力线浪涌 电力交流电网为我们的家和办公室提供交流电源。电力公司致力于在稳定的电压和频率提供电力，但是即便是最 费尽心血的安排也不能防止一
4、些异常的事件。电压的强弱会受影响于交流电网上负载的变化。大多数的电气设备 都被设计成可以在一个合理的输入电压范围内工作，但总会有出现意外情况的电平，特别是由于大电流开关所引 起的瞬变现象。一个电感性负载里电流的变化将会引起一个电压峰值，这个峰值可以达到几百甚至几千伏的电压。 它的持续时间可能很短，但是它却大大超过了电气系统的存续，除非设备中含保护器件。2010-8-303保护器件的测试标准保护器件的测试标准系统所经历的电气应力是各种各样的: 有纳秒上升时间且持续数以10 计的安培电流的静电放电(ESD)应力；有微秒上升时间且持续数以万计的 安培电流的闪电应力。对可以想到的现实世界中的每一种应力
5、都进行产 品测量是不可能的。所以标准机构制定了针对每个特定的应力威胁制定 了专门的测试标准。这些标准以电压和电流波形的形式来表示应力。最 常见的一种应力波形就是图示的双指数波形。典型的电压波型是被理解 成开路，而典型的电流波型是被理解为短路。通常一个波形的参数包括 峰值电压、峰值电流、上升时间(通常是峰值时间的10%到90%)以及衰减 时间(峰值时间的50%)。标准同样规定了如何把应力波形应用到实际的被 测试的设备以及通过或者未通过测试的准则。这就确保了测试结果可以 被任何一个做此种测试的人重现出来，并且通过这个测试的系统可以可 靠地工作。图示：双指数波形2010-8-304保护器件简介保护器
6、件简介 市场上有一系列对电子系统起保护作用的产品。下表简单描述了各种产品的特征。正向和反向偏置二极管导通钳位双向或单向TVS 瞬态电压抑制器陶瓷/氧化锌晶粒非线性电阻钳位双向MOV金属氧化物压敏电阻聚合体微粒之间的电弧放电消弧双向PESD聚合体ESD保护器件藕合双极晶体管的导通消弧双向或单向TSPD 晶闸管浪涌保护器件高压时气体的分解消弧双向GDT气体放电电子管保护机制钳位/消弧极性简称类型保护机制钳位/消弧极性简称类型? 气体放电电子管GDT:通常是充满氖、氩气体混合物的陶瓷品以及两个或更多个电极组成的。当电极的电压 超过一个额定值，电子管就会产生一个电弧，提供一个低阻抗电流通路。放电管常用
7、于多级保护电路中的第一 级或前两级，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。电压范围从75V3500V 。 ? 压敏电阻MOV:通常由布满氧化锌颗粒的陶瓷组成,在低电流电压下，压敏电阻具有高阻抗,但是在更高的电 压电流下，阻抗会急剧地下降。使用压敏电阻时之前必须加装保险丝，压敏电阻一但击穿短路是不可恢复的， 必须更换。正常的压敏电阻用万用表测量是无穷大的。 ?聚合体PESD 器件:是在聚合物中嵌入导体、半导体及绝缘粒子构成的高分子压敏材料。其电阻随两端电压呈 非线性变化。也就是说，当施加在其两端的电压小于某个特定电压值时，PESD呈现为绝缘体，电阻很大，不 影响电路的正常工作;当施加在两端的电压
8、大于某个特定电压值时，PESD转变为导体，电阻很小，可以短时间 大电流放电，因此可与被保护IC并联使用。同时这种PESD静电防护元件具有自恢复性，即过电压放电之后又 恢复到常态，不必更换，可有效阻止电子产品的静电破坏并降低维护成本。PESD保护器件具有极低的电容(约 为0.2 pF)、低的泄漏电流(这在低功耗便携式设备中尤为重要)、快速响应时间(100W,Cap30pF 代表： ESD9X,uESD,NZQAxxX高速Cap 130pF 代表： ESD11B,ESD9B,NUP46V8超高速Cap300W，低的电容典型值5pF,工作电压5V,12V,15V,24VSL系列单线双向或双线单向保护
9、，电容典型值0.5pF,工作电压5VESD11L系列单线双向保护，电容典型值100W，电容典型值100W，电容典型值30-80pF,工作电压3.3V,5V,7V,12VESD9X系列四线保护,低电容，典型值7pF，击穿电压5.6V,6.8V,工作电压3V,4.3VNZQA系列单线双向或双线单向保护，超低电容，典型值0.5pF，工作电压5VESD7L5.0单线保护，超低电容，典型值0.5pF，工作电压3.3V,5V等ESD9L系列1,2,4,6,8通道，超低电容，最低到0.8pF，工作电压3.3V,5V等CM12系列描述型号描述型号NUP4016结构图NP4114 结构图ESD9L，ESD9X结
10、构图ESD7L ESD11L uESD结构图NZQA结构图ESD9B结构图SL系列结构图CM1213结构图2010-8-3013ONSEMI ONSEMI 瞬态电压抑制器瞬态电压抑制器 (TVS)(TVS)POWERMITE单向，峰值功率200W1ms浪涌（10X1000uS）,VRWM反向峰值工作电压5.0V58V可选1PMT系列SOD-123FL单向，峰值功率200W1ms浪涌（10X1000uS）,VRWM反向峰值工作电压5.0V58V可选SMF系列SMA单向/双向，峰值功率400W1ms浪涌（10X1000uS）,VRWM反向峰值工作电压5.0V78V可选1SMA系列SMB单向/双向，
11、峰值功率600W1ms浪涌（10X1000uS）,VBR击穿电压6.8V200V可选P6SMB系列SMB单向/双向，峰值功率600W1ms浪涌（10X1000uS）,VRWM反向峰值工作电压5.0V170V可选1SMB系列SMC单向，峰值功率1500W1ms浪涌（10X1000uS）,VRWM反向峰值工作电压5.0V78V可选1SMC系列SMC单向，峰值功率1500W1ms浪涌（10X1000uS）,VBR击穿电压6.8V91V可选1.5SMC系列SUR40单向/双向，峰值功率600W1ms浪涌（10X1000uS）,VBR击穿电压6.8V200V可选P6KE系列MOSORB单向，峰值功率15
12、00W1ms浪涌（10X1000uS）,VBR击穿电压6.2V220V可选1.5KE系列封装描述型号封装描述型号SOD-123FLSMCMOSORBSMASMBSUR40POWERMITE在正向电流下的压降Forward Voltage IFVF正向电流Forward CurrentIF测试电流Test CurrentIt在测试电流下的击穿电压值Breakdown Voltage ITVBR在反向峰值工作电压时的漏电流Maximum Reverse Leakage Current VRWMIR反向峰值工作电压Working Peak Reverse VoltageVRWM在IPP时的夹断电压C
13、lamping Voltage IPPVC最大反向峰值脉冲电流Maximum Reverse Peak Pulse CurrentIPP 注释说明参数注释说明参数2010-8-3014ONSEMIONSEMI晶闸管浪涌保护器件晶闸管浪涌保护器件TSPDTSPD简介简介晶闸管浪涌保护器件晶闸管浪涌保护器件Thyristor Surge Protection Devices (TSPD)具有快速开关能力和高可靠性， 可保护电信和数据通信设备。 在待机模式，TSPD的关断阻抗高，对所保护的电路表现出实际上的断开 状态。当电压超过临界电压时，TSPD从高关断阻抗转变成低导通阻抗，吸收浪涌电流。 在分支
14、和环状 电路发生瞬态浪涌期间，TSPD会在分支和环状电路产生短路跨接，直到瞬态电流中断或减小到保持电流 以下，器件会自动复位。 TSPD采用消弧电路开关及固态闸流管技术，保护灵敏度达纳秒级，消除了瞬 态引起的电压击穿。它们可承受高达100A的浪涌电流，没有磁滞现象和热耗。这些闸流管的最小电容可 减小高速数据线路中的信号衰减。ONSEMI目前有MMT系列，NP系列，NP-SAMC系列,NP-SBMC系列 晶闸管浪涌保护器件, MMT系列可被NP系列替代，NPxxSAMC系列，NPxxSBMC系列是新一代超低电容 TSPD，广泛应用于电信设备。2010-8-3015ONSEMI晶闸管浪涌保护器件
15、(TSPD)主要参数ONSEMI晶闸管浪涌保护器件 (TSPD)主要参数通态电流On State CurrentIT 通态电压On State VoltageVT 擎住电流Holding CurrentIH 击穿电流Breakover CurrentI(BO) 击穿电压Breakover VoltageV(BO) 峰值断态电压Peak Off State VoltageVDRM 注释说明参数注释说明参数2010-8-3016ONSEMI晶闸管浪涌保护器件 NP系列ONSEMI晶闸管浪涌保护器件 NP系列PPTC”正温度系数热敏电阻特点：1.可承受高达100A的浪涌电流2.峰值断态电压可达320
16、V3.广泛应用于电信设备典型应用电路2010-8-3017ONSEMI晶闸管浪涌保护器件NPxxSAMC系列ONSEMI晶闸管浪涌保护器件NPxxSAMC系列特点：1.超低电容2.低的漏电流3.浪涌电流高达50A4.精确的开启电压5.低的过冲电压T1/E1应用ADSL应用2010-8-3018ONSEMI晶闸管浪涌保护器件 NPxxSBMC系列ONSEMI晶闸管浪涌保护器件 NPxxSBMC系列特点：1.超低电容2.低的漏电流3.浪涌电流高达80A4.精确的开启电压5.低的过冲电压典型应用： xDSL Central Office and Customer Premise T1/E1 Other Broadband High Speed Data Transmission EquipmentADSL应用2010-8-3019ESDESDESDESD保护器件实例保护器件实例保护器件实例保护器件实例
