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TDK:实际设备中的ESD防护示例 | 基于贴片压敏电阻的LED保护

2023-01-26 06:55:00  点击数:    admin
    随着智能手机和TWS等移动设备日趋小型化和高功能化,设备和集成电路 (IC) 对ESD(静电放电)和浪涌的抗扰性越来越弱。此外,这些移动设备被要求支持触摸操作和可穿戴设计的机会也逐渐增多,因此采取ESD保护措施变得空前重要,这也极大地促进了ESD保护元件的应用。
作为ESD防护元器件的领先供应商,TDK一直致力于丰富贴片压敏电阻系列的产品线。本文将通过实际应用案例阐述ESD侵入设备时会引发的故障,并给出基于贴片压敏电阻的ESD防护对策。

关于压敏电阻

贴片压敏电阻是一种主要基于氧化锌材料的陶瓷半导体产品。
如下图所示,其采用了积层结构设计,可通过调整积层数量来控制击穿电压和静电容量。
它是一种具有非线性伏安特性的电阻元件,当施加电压超过一定值时电阻值会急剧减少。
而且压敏电阻相当于两个串联的齐纳二极管,没有极性。

图1:关于压敏电阻

●贴片压敏电阻的内部结构

●贴片压敏电阻的等效电路

●贴片压敏电阻和齐纳二极管的伏安特性比较

实际应用中的ESD测量

我们将通过实验验证当ESD侵入实际设备上搭载的LED时,在安装和不安装ESD保护元件(有无贴片压敏电阻)的条件下,LED的点亮有何变化。
实际测量时的ESD静电放电采用基于IEC61000-4-2标准的人体静电放电模型 (HBM)给搭载LED的设备施加带电电荷。(参见图2和图3)

图2:测量条件

ESD试验条件

 ● IEC61000-4-2(150pF, 330Ω)
 ● 接触放电:1kV~8kV
 ● ESD放电次数:10次,每次间隔1秒

图3:测量设置

测量结果

图表和视频显示了搭载LED的设备在安装了贴片压敏电阻时的ESD试验结果(参见图4)。
LED在有贴片压敏电阻保护的情况下(图4的测试条件1),即使ESD放电从1kV增加到8kV,也能保持正常工作(正常闪烁)。
但是在被测设备未安装任何ESD保护器件的情况下(图4的测试条件2),LED在ESD放电达到4kV-6kV就出现了短暂熄灭,并且在ESD放电达到7kV时完全熄灭。
试验结果表明,被测设备上的LED会受到ESD的影响,同时也证实了贴片压敏电阻的使用能够保护设备上的LED免受ESD的影响。

图4:测量结果
测量条件 1kV 2kV 3kV 4kV 5kV 6kV 7kV 8kV
1)有保护器件 (a) (a) (a) (a) (a) (a) (a) (a)
2)无保护器件 (a) (a) (a) (b) (b) (b) (c) -







 

(a)LED正常闪烁
(无损坏)

 
 
pdc_apn_esd-countermeasures-for-led_001
 
 

(b)LED短暂熄灭
(即将损坏)

 
 
pdc_apn_esd-countermeasures-for-led_002
 
 

(c)LED完全熄灭
(完全损坏)

 
 
pdc_apn_esd-countermeasures-for-led_003
 
 

*"嘀嗒"声是施加ESD的放电声音。
*此产品的LED灯闪烁是正常现象,不是由于施加ESD造成的。

产品介绍

TDK的积层贴片压敏电阻主要适用于消费类和车载电子设备。
在产品系列方面,我们面向消费类应用的最小尺寸为EIA01005(0.4x0.2mm);面向车载应用的最小元件尺寸为EIA0402(1.0x0.5mm),并且都已实现量产。
使用TDK的积层贴片压敏电阻可节省板载空间,实现高自由度的灵活安装配置。
此外,面向车载应用的积层贴片压敏电阻还满足AEC-Q200标准,可提供125 ℃和150 ℃的最高工作温度选项,方便客户根据应用自行选择以满足高可靠性的要求。

Product Lineup for LED

尺寸
mm
[inch]
型号 压敏电压
V1mA [V]
最大容许电路电压
Vdc [V]
IEC61000-4-2
(Contact)
150pF/330ohm
使用温度范围
[℃]
AEC-Q200
0402
[01005]
AVRM0402C120MT330N 12 5.5 8kV(Level4) -40 to +85  
0603
[0201]
AVRM0603C080MT101N 8 5.5 8kV(Level4) -40 to +85  
AVRM0603C120MT101N 12 5.5 8kV(Level4) -40 to +85  
1005
[0402]
AVR-M1005C080MTAAB 8 5.5 8kV(Level4) -40 to +85  
AVR-M1005C120MTACC 12 7.5 8kV(Level4) -40 to +85  
B72590D0150H060 (LED) 23 15 8kV(Level4) -40 to +85  
AVRH10C270KT350NA8 27 19 25kV -55 to +150 ?
AVRH10C390KT500NA8 39 28 25kV -55 to +150 ?
B72590D0360B060 45 36 8kV(Level4) -40 to +85  
B72590D0201B060 600 200 8kV(Level4) -40 to +85  
1608
[0603]
AVR-M1608C220KT2AB 22 16 25kV -40 to +125 ?
AVRM1608C720KT750M 72 53 25kV -55 to +150 ?
2012
[0805]
AVR-M2012C220KT6AB 22 16 25kV -40 to +125 ?
AVRM2012C720KT201M 72 53 25kV -55 to +150 ?

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