中心議題：

• 電路保護的必要性-電氣威脅
• 保護器件的測試標準
• 保護器件比較
• ONSEMI ESD保護技術的演進
• ESD保護器件實例

電路保護的必要性-電氣威脅

靜電放電(ESD)

在我們日常生活中靜電放電(ESD)是(shi)相(xiang)當(dang)常(chang)見(jian)的(de)。比(bi)如(ru)走(zou)在(zai)地(di)毯(tan)上(shang)或(huo)者(zhe)觸(chu)摸(mo)門(men)上(shang)的(de)把(ba)柄(bing)就(jiu)會(hui)感(gan)覺(jiao)到(dao)靜(jing)電(dian)的(de)嗖(sou)嗖(sou)聲(sheng)衝(chong)擊(ji)。當(dang)你(ni)在(zai)幹(gan)衣(yi)機(ji)裏(li)拿(na)取(qu)洗(xi)好(hao)的(de)衣(yi)服(fu)，就(jiu)經(jing)常(chang)會(hui)伴(ban)隨(sui)著(zhe)幹(gan)脆(cui)的(de)聲(sheng)音(yin)
， 這zhe個ge你ni聽ting到dao或huo者zhe感gan覺jiao到dao的de聲sheng響xiang就jiu是shi靜jing電dian放fang電dian的de結jie果guo。當dang不bu同tong材cai料liao互hu相xiang分fen離li時shi電dian子zi會hui發fa生sheng轉zhuan移yi，物wu質zhi分fen離li後hou會hui產chan生sheng靜jing電dian荷he，這zhe個ge過guo程cheng就jiu叫jiao做zuo摩mo擦ca起qi電dian。一yi些xie物wu體ti，比bi如ru說shuo幹gan皮pi膚fu和he羊yang毛mao，都dou會hui變bian得de帶dai正zheng電dian荷he
；或者其它如聚酯
，乙烯基帶負電荷。

當(dang)一(yi)個(ge)摩(mo)擦(ca)起(qi)電(dian)的(de)物(wu)體(ti)釋(shi)放(fang)它(ta)的(de)電(dian)荷(he)突(tu)然(ran)給(gei)另(ling)一(yi)個(ge)不(bu)同(tong)電(dian)位(wei)的(de)物(wu)體(ti)時(shi)，靜(jing)電(dian)放(fang)電(dian)效(xiao)應(ying)就(jiu)會(hui)發(fa)生(sheng)。摩(mo)擦(ca)起(qi)電(dian)的(de)物(wu)體(ti)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)位(wei)差(cha)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)很(hen)高(gao)
，一(yi)個(ge)人(ren)的(de)靜(jing)電(dian)放(fang)電(dian)效(xiao)應(ying)的(de)檢(jian)測(ce)極(ji)限(xian)電(dian)壓(ya)大(da)約(yue)為(wei)3,000 V。一個強烈的ESD攻擊往往是這個電壓數字的好幾倍。

閃電

閃電通常是危險的。它的平均電流峰值是20 kA並且可高達150 kA。一次閃電可以持續20-200毫秒，而通常閃電會是連續閃幾次的。閃電也是常見的，在任何一個時間都有2,000個帶閃電的暴風雨在發生
，而每天出現的暴風雨也有5,000次。閃電中的電應力除直接撃中建築物, haikeyibutongfangshijinrujianzhuwudedianqixitong。shandian撃zhongjiakongdezhushudianxiankeyizhijiebadianliuoujiejinrujianzhuwuzhongdejiaoliudiandaotizhongqu。fujinxiaoshanshangfashengdeshandiankeyiposhiqiangdadedianliuzaidimianshangliudong。zhexiedianliujiangyingxiangjianzhuwufujindedidianwei。tongshizhezhongqingkuangkehuiyouyudimianxiamiandesheshibirujiedidaojianzhuwuzhongdeshuiqiguandaodengerbiancha。zaijianzhuwupangdeqigandeshandiankeyizaijianzhuwuneidedaotibirudianhuahuolianjiegerendiannaodedianxianzhongyoufadianliu。shandiandailaideyinglikeyiyigezhongfangshijinrujianzhuwushuominglezaiduozhongdidianzhonganzhuanglangyongbaohudebiyaoxing。langyongbaohuxuanzhuangzaijianzhuwudejiaoliudianyuanjidianhuafuwudejinrudian。erzaiyixiebijiaomingandedianzisheshibirugerendiannaohuozheyulezhongxinanzhuanggengduodelangyongbaohushebeiyeshiwuyousuozhi。

電力線浪湧

電(dian)力(li)交(jiao)流(liu)電(dian)網(wang)為(wei)我(wo)們(men)的(de)家(jia)和(he)辦(ban)公(gong)室(shi)提(ti)供(gong)交(jiao)流(liu)電(dian)源(yuan)。電(dian)力(li)公(gong)司(si)致(zhi)力(li)於(yu)在(zai)穩(wen)定(ding)的(de)電(dian)壓(ya)和(he)頻(pin)率(lv)提(ti)供(gong)電(dian)力(li)，但(dan)是(shi)即(ji)便(bian)是(shi)最(zui)費(fei)盡(jin)心(xin)血(xue)的(de)安(an)排(pai)也(ye)不(bu)能(neng)防(fang)止(zhi)一(yi)些(xie)異(yi)常(chang)的(de)事(shi)件(jian)。電(dian)壓(ya)的(de)強(qiang)弱(ruo)會(hui)受(shou)影(ying)響(xiang)於(yu)交(jiao)流(liu)電(dian)網(wang)上(shang)負(fu)載(zai)的(de)變(bian)化(hua)。大(da)多(duo)數(shu)的(de)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)都(dou)被(bei)設(she)計(ji)成(cheng)可(ke)以(yi)在(zai)一(yi)個(ge)合(he)理(li)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)內(nei)工(gong)作(zuo)，但(dan)總(zong)會(hui)有(you)出(chu)現(xian)意(yi)外(wai)情(qing)況(kuang)的(de)電(dian)平(ping)，特(te)別(bie)是(shi)由(you)於(yu)大(da)電(dian)流(liu)開(kai)關(guan)所(suo)引(yin)起(qi)的(de)瞬(shun)變(bian)現(xian)象(xiang)。一(yi)個(ge)電(dian)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)裏(li)電(dian)流(liu)的(de)變(bian)化(hua)將(jiang)會(hui)引(yin)起(qi)一(yi)個(ge)電(dian)壓(ya)峰(feng)值(zhi)
，這(zhe)個(ge)峰(feng)值(zhi)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)幾(ji)百(bai)甚(shen)至(zhi)幾(ji)千(qian)伏(fu)的(de)電(dian)壓(ya)。它(ta)的(de)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)可(ke)能(neng)很(hen)短(duan)，但(dan)是(shi)它(ta)卻(que)大(da)大(da)超(chao)過(guo)了(le)電(dian)氣(qi)係(xi)統(tong)的(de)存(cun)續(xu)，除(chu)非(fei)設(she)備(bei)中(zhong)含(han)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)。

保護器件的測試標準

係統所經曆的電氣應力是各種各樣的: 有納秒上升時間且持續數以10計的安培電流的靜電放電(ESD)應力

；有(you)微(wei)秒(miao)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)且(qie)持(chi)續(xu)數(shu)以(yi)萬(wan)計(ji)的(de)安(an)培(pei)電(dian)流(liu)的(de)閃(shan)電(dian)應(ying)力(li)。對(dui)可(ke)以(yi)想(xiang)到(dao)的(de)現(xian)實(shi)世(shi)界(jie)中(zhong)的(de)每(mei)一(yi)種(zhong)應(ying)力(li)都(dou)進(jin)行(xing)產(chan)品(pin)測(ce)量(liang)是(shi)不(bu)可(ke)能(neng)的(de)。所(suo)以(yi)標(biao)準(zhun)機(ji)構(gou)製(zhi)定(ding)了(le)針(zhen)對(dui)每(mei)個(ge)特(te)定(ding)的(de)應(ying)力(li)威(wei)脅(xie)製(zhi)定(ding)了(le)專(zhuan)門(men)的(de)測(ce)試(shi)標(biao)準(zhun)。這(zhe)些(xie)標(biao)準(zhun)以(yi)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)的(de)形(xing)式(shi)來(lai)表(biao)示(shi)應(ying)力(li)。最(zui)常(chang)見(jian)的(de)一(yi)種(zhong)應(ying)力(li)波(bo)形(xing)就(jiu)是(shi)圖(tu)示(shi)的(de)雙(shuang)指(zhi)數(shu)波(bo)形(xing)。典(dian)型(xing)的(de)電(dian)壓(ya)波(bo)型(xing)是(shi)被(bei)理(li)解(jie)成(cheng)開(kai)路(lu)，而(er)典(dian)型(xing)的(de)電(dian)流(liu)波(bo)型(xing)是(shi)被(bei)理(li)解(jie)為(wei)短(duan)路(lu)。通(tong)常(chang)一(yi)個(ge)波(bo)形(xing)的(de)參(can)數(shu)包(bao)括(kuo)峰(feng)值(zhi)電(dian)壓(ya)
、峰值電流、上升時間(通常是峰值時間的10%到90%)以及衰減時間(峰值時間的50%)。標(biao)準(zhun)同(tong)樣(yang)規(gui)定(ding)了(le)如(ru)何(he)把(ba)應(ying)力(li)波(bo)形(xing)應(ying)用(yong)到(dao)實(shi)際(ji)的(de)被(bei)測(ce)試(shi)的(de)設(she)備(bei)以(yi)及(ji)通(tong)過(guo)或(huo)者(zhe)未(wei)通(tong)過(guo)測(ce)試(shi)的(de)準(zhun)則(ze)。這(zhe)就(jiu)確(que)保(bao)了(le)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)可(ke)以(yi)被(bei)任(ren)何(he)一(yi)個(ge)做(zuo)此(ci)種(zhong)測(ce)試(shi)的(de)人(ren)重(zhong)現(xian)出(chu)來(lai)，並(bing)且(qie)通(tong)過(guo)這(zhe)個(ge)測(ce)試(shi)的(de)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)可(ke)靠(kao)地(di)工(gong)作(zuo)。
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保護器件簡介

市場上有一係列對電子係統起保護作用的產品。下表簡單描述了各種產品的特征。

氣體放電電子管GDT:通常是充滿氖、氬ya氣qi體ti混hun合he物wu的de陶tao瓷ci品pin以yi及ji兩liang個ge或huo更geng多duo個ge電dian極ji組zu成cheng的de。當dang電dian極ji的de電dian壓ya超chao過guo一yi個ge額e定ding值zhi，電dian子zi管guan就jiu會hui產chan生sheng一yi個ge電dian弧hu
，提ti供gong一yi個ge低di阻zu抗kang電dian流liu通tong路lu。放fang電dian管guan常chang用yong於yu多duo級ji保bao護hu電dian路lu中zhong的de第di一yi級ji或huo前qian兩liang級ji，起qi泄xie放fang雷lei電dian暫zan態tai過guo電dian流liu和he限xian製zhi過guo電dian壓ya作zuo用yong。電dian壓ya範fan圍wei從cong75V~3500V 。

壓敏電阻MOV:通常由布滿氧化鋅顆粒的陶瓷組成,在低電流電壓下，壓敏電阻具有高阻抗,但dan是shi在zai更geng高gao的de電dian壓ya電dian流liu下xia
，阻zu抗kang會hui急ji劇ju地di下xia降jiang。使shi用yong壓ya敏min電dian阻zu時shi之zhi前qian必bi須xu加jia裝zhuang保bao險xian絲si，壓ya敏min電dian阻zu一yi但dan擊ji穿chuan短duan路lu是shi不bu可ke恢hui複fu的de
，必bi須xu更geng換huan。正zheng常chang的de壓ya敏min電dian阻zu用yong萬wan用yong表biao測ce量liang是shi無wu窮qiong大da的de。

聚合體PESD 器件:是在聚合物中嵌入導體、半ban導dao體ti及ji絕jue緣yuan粒li子zi構gou成cheng的de高gao分fen子zi壓ya敏min材cai料liao。其qi電dian阻zu隨sui兩liang端duan電dian壓ya呈cheng非fei線xian性xing變bian化hua。也ye就jiu是shi說shuo
，當dang施shi加jia在zai其qi兩liang端duan的de電dian壓ya小xiao於yu某mou個ge特te定ding電dian壓ya值zhi時shi，PESD呈現為絕緣體，電阻很大，不影響電路的正常工作;當施加在兩端的電壓大於某個特定電壓值時，PESD轉變為導體，電阻很小，可以短時間大電流放電，因此可與被保護IC並聯使用。同時這種PESD靜電防護元件具有自恢複性，即過電壓放電之後又恢複到常態，不必更換，可有效阻止電子產品的靜電破壞並降低維護成本。PESD保護器件具有極低的電容(約為0.2 pF)、低的泄漏電流(這在低功耗便攜式設備中尤為重要)、快速響應時間(<1 ns)和低鉗位電壓(<100 V)等優點; 在多次電湧之後(多達1000次)
，這種器件的低觸發電壓和低鉗位電壓仍然可以有效保護敏感的電子器件。

晶閘管浪湧保護器件TSPD:基ji於yu一yi對dui雙shuang極ji性xing晶jing體ti管guan。當dang雙shuang極ji性xing晶jing體ti管guan被bei觸chu發fa時shi，它ta們men呈cheng現xian連lian續xu的de低di阻zu抗kang狀zhuang態tai。晶jing閘zha管guan本ben質zhi上shang是shi單dan向xiang的de過guo壓ya保bao護hu器qi件jian。基ji本ben的de晶jing閘zha管guan已yi經jing衍yan生sheng出chu了le多duo種zhong雙shuang向xiang和he單dan向xiang的de產chan品pin。

瞬態電壓抑製器(TVS):是基於雪崩二極管和穩壓二極管。單一的二極管本質上是單向的鉗位設備。

保護器件比較

保護方式-嵌位/消弧

鉗位保護器件：當一個激勵突發時，鉗製電位到一定值達到保護的目的
；如TVS管

消弧保護器件：當一個激勵觸發時

，通常是產生一個短路通道來實現保護目的。如晶閘管浪湧保護器件TSPD
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消弧保護器件在保護應用中是非常有效。消弧保護器件有著非常低的導通壓降


，這樣可以使得其電壓低於敏感電子器件的臨界電位；並(bing)且(qie)由(you)於(yu)過(guo)壓(ya)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)本(ben)身(shen)超(chao)低(di)的(de)功(gong)耗(hao)

，其(qi)可(ke)以(yi)承(cheng)受(shou)很(hen)大(da)的(de)電(dian)流(liu)而(er)不(bu)會(hui)由(you)於(yu)大(da)電(dian)流(liu)對(dui)自(zi)己(ji)損(sun)壞(huai)。我(wo)們(men)在(zai)用(yong)消(xiao)弧(hu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)的(de)時(shi)候(hou)必(bi)須(xu)小(xiao)心(xin)。可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)維(wei)持(chi)消(xiao)弧(hu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)的(de)最(zui)低(di)的(de)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)點(dian)是(shi)一(yi)個(ge)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)參(can)數(shu)並(bing)且(qie)我(wo)們(men)經(jing)常(chang)稱(cheng)之(zhi)為(wei)保(bao)持(chi)點(dian)(Holding
Point），rutusuoshi。ruguoshoubaohudedianqijiediankeyitigongdianyahedianliuzaibaochidiandeshuiping
，zaidianqiyinglixiaochuhouyigexiaohubaohuqijianyekenengbuhuiguanbi。zaixixuanzexiaohubaohuqijianshibixude，huozheyuxianzuohaozhunbei
，yibaozhengzaiyinglixiaochushiguanbibaohuhezaizhengchangcaozuoqijianbudakai。

電dian壓ya鉗qian位wei保bao護hu器qi件jian在zai應ying力li時shi不bu會hui發fa生sheng不bu關guan閉bi的de問wen題ti，但dan是shi他ta們men也ye要yao仔zai細xi選xuan擇ze。以yi反fan向xiang偏pian置zhi方fang向xiang保bao護hu的de電dian壓ya鉗qian位wei保bao護hu器qi件jian自zi身shen內nei部bu會hui產chan生sheng相xiang當dang可ke觀guan的de功gong耗hao。鉗qian位wei保bao護hu器qi件jian在zai導dao通tong狀zhuang態tai時shi需xu要yao非fei常chang低di的de動dong態tai阻zu抗kang，以yi保bao證zheng在zai傳chuan輸shu大da電dian流liu時shi，電dian壓ya不bu會hui超chao過guo敏min保bao護hu形xing式shi-初級和次級保護

初級和次級保護的應用非常普遍。這個概念在電信產業中用於閃電和浪湧保護，也在先進集成電路技術中做靜電放電(ESD)保bao護hu。初chu級ji的de保bao護hu元yuan件jian較jiao貼tie近jin應ying力li源yuan，主zhu要yao目mu的de是shi用yong於yu承cheng受shou大da部bu分fen的de電dian流liu應ying力li，而er次ci級ji保bao護hu元yuan件jian則ze非fei常chang貼tie近jin敏min感gan的de電dian路lu元yuan件jian，在zai最zui需xu要yao的de地di方fang提ti供gong保bao護hu。

需(xu)要(yao)兩(liang)種(zhong)形(xing)式(shi)的(de)保(bao)護(hu)的(de)有(you)多(duo)項(xiang)因(yin)素(su)。在(zai)一(yi)條(tiao)數(shu)據(ju)線(xian)當(dang)中(zhong)，比(bi)如(ru)電(dian)話(hua)線(xian)，浪(lang)湧(yong)保(bao)護(hu)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)避(bi)免(mian)災(zai)難(nan)性(xing)的(de)損(sun)失(shi)，如(ru)火(huo)災(zai)或(huo)者(zhe)觸(chu)電(dian)死(si)亡(wang)。這(zhe)就(jiu)在(zai)樓(lou)宇(yu)入(ru)口(kou)有(you)一(yi)個(ge)保(bao)護(hu)元(yuan)件(jian)，即(ji)初(chu)級(ji)保(bao)護(hu)。初(chu)級(ji)保(bao)護(hu)的(de)元(yuan)件(jian)必(bi)須(xu)非(fei)常(chang)的(de)可(ke)靠(kao)並(bing)且(qie)能(neng)夠(gou)經(jing)受(shou)得(de)住(zhu)很(hen)大(da)的(de)電(dian)流(liu)。初(chu)級(ji)保(bao)護(hu)避(bi)免(mian)災(zai)難(nan)性(xing)損(sun)失(shi)的(de)能(neng)力(li)並(bing)不(bu)保(bao)證(zheng)瞬(shun)變(bian)電(dian)壓(ya)不(bu)通(tong)過(guo)初(chu)級(ji)保(bao)護(hu)，這(zhe)些(xie)電(dian)壓(ya)雖(sui)不(bu)能(neng)引(yin)起(qi)火(huo)災(zai)或(huo)者(zhe)觸(chu)電(dian)死(si)亡(wang)，但(dan)是(shi)足(zu)以(yi)破(po)壞(huai)敏(min)感(gan)元(yuan)件(jian)。安(an)置(zhi)在(zai)敏(min)感(gan)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)次(ci)級(ji)保(bao)護(hu)就(jiu)是(shi)起(qi)到(dao)了(le)這(zhe)個(ge)作(zuo)用(yong)。次(ci)級(ji)保(bao)護(hu)元(yuan)件(jian)必(bi)須(xu)很(hen)快(kuai)地(di)開(kai)啟(qi)來(lai)保(bao)護(hu)從(cong)初(chu)級(ji)通(tong)過(guo)的(de)瞬(shun)變(bian)電(dian)壓(ya)。次(ci)級(ji)保(bao)護(hu)元(yuan)件(jian)也(ye)可(ke)能(neng)在(zai)給(gei)定(ding)受(shou)保(bao)護(hu)的(de)係(xi)統(tong)根(gen)據(ju)客(ke)戶(hu)的(de)保(bao)護(hu)需(xu)求(qiu)來(lai)配(pei)置(zhi)。矽(gui)保(bao)護(hu)產(chan)品(pin)
，由(you)於(yu)他(ta)們(men)的(de)快(kuai)速(su)導(dao)通(tong)和(he)低(di)導(dao)通(tong)電(dian)壓(ya)優(you)勢(shi), 作為次級保護元件最好不過。
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ONSEMI保護器件

ONSEMI ESD保護技術的演進

矽瞬態電壓抑製器(TVS)二極管的傳統片外保護解決方案提供低ESD鉗位電壓和快響應時間，但它們的高電容限製了其在高速應用中的使用。為了克服傳統矽TVS二極管的這些局限
，安森美半導體運用突破性的工藝技術，將超低電容二極管和大功率TVS二極管集成到單個裸片上，能夠用作高性能片外ESD保護解決方案。這新的集成型ESD保護技術平台既保留了傳統矽TVS二極管技術的卓越鉗位和低泄漏性能，又將電容從65 pF大幅降低至0.5 pF。
ONSEMI音頻信號濾波帶ESD保護
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ONSEMI數據信號濾波帶ESD保護

ONSEMI ESD保護二極管陣列

ONSEMI 瞬態電壓抑製器(TVS)
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ONSEMI晶閘管浪湧保護器件TSPD簡介

晶閘管浪湧保護器件Thyristor Surge Protection Devices (TSPD)具有快速開關能力和高可靠性，可保護電信和數據通信設備。在待機模式，TSPD的關斷阻抗高
，對所保護的電路表現出實際上的斷開狀態。當電壓超過臨界電壓時，TSPD從高關斷阻抗轉變成低導通阻抗，吸收浪湧電流。在分支和環狀電路發生瞬態浪湧期間，TSPD會在分支和環狀電路產生短路跨接
，直到瞬態電流中斷或減小到保持電流以下
，器件會自動複位。TSPD采用消弧電路開關及固態閘流管技術

，保護靈敏度達納秒級
，消除了瞬態引起的電壓擊穿。它們可承受高達100A的浪湧電流，沒有磁滯現象和熱耗。這些閘流管的最小電容可減小高速數據線路中的信號衰減。ONSEMI目前有MMT係列，NP係列

，NP-SAMC係列,NP-SBMC係列晶閘管浪湧保護器件, MMT係列可被NP係列替代，NPxxSAMC係列，NPxxSBMC係列是新一代超低電容TSPD，廣泛應用於電信設備。



ONSEMI晶閘管浪湧保護器件(TSPD)主要參數



ONSEMI晶閘管浪湧保護器件NP係列

特點：
1. 可承受高達100A的浪湧電流
2. 峰值斷態電壓可達320V
3. 廣泛應用於電信設備
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ONSEMI晶閘管浪湧保護器件NPxxSAMC係列

特點：
1.超低電容
2.低的漏電流
3.浪湧電流高達50A
4.精確的開啟電壓
5.低的過衝電壓

ESD保護器件實例