Selección de Diodo de Fijación ESD
Calcula la corriente pico, disipación de potencia y relación de fijación del diodo TVS para protección ESD IEC 61000-4-2.
Fórmula
I_pk = (V_ESD − V_cl) / Z, P_pk = V_cl × I_pk
Cómo Funciona
Los diodos de pinza ESD (descarga electrostática) protegen los circuitos integrados sensibles de los transitorios de voltaje que superan sus valores nominales máximos. En una situación de ESD típica (IEC 61000-4-2 de nivel 4: ± 8 kV de contacto), la corriente de descarga fluye a través de la impedancia de trayectoria en serie Z (normalmente 330 Ω para el modelo HBM o de descarga por contacto). La corriente máxima de bloqueo es i_PK = (V_ESD − v_CL)/Z, donde V_cl es la tensión de bloqueo del diodo TVS en la corriente máxima. La potencia máxima disipada en la pinza es p_PK = v_CL × i_PK. Para que el circuito integrado sobreviva, la tensión fija (V_cl) debe permanecer por debajo de la clasificación máxima absoluta del circuito integrado. La relación de sujeción v_cl/v_ESD indica la eficacia con la que el dispositivo se sujeta. Una relación baja (< 0,01) significa una sujeción eficaz.
Ejemplo Resuelto
Problema: un evento de ESD de contacto de nivel 2 de la IEC 61000-4-2 (V_ESD = 4 kV) golpea una línea USB protegida por una pinza TVS con una impedancia de la serie V_cl = 15 V y 330 Ω. Calcule la corriente máxima, la potencia máxima y la relación de sujeción. Solución: 1. Pico de corriente: i_PK = (4000 − 15)/330 = 3985/330 = 12,1 A 2. Potencia máxima: P_pk = 15 × 12,1 = 181 W 3. Relación de sujeción: v_CL/v_ESD = 15/4000 = 0.00375 Resultado: la pinza TVS disipa un pico de 181 W (pero solo durante aproximadamente 1 ns), fijando la línea a 15 V. Compruebe que el circuito integrado tolera 15 V en el pin protegido. La baja relación de sujeción (0,37%) confirma la eficacia de la supresión.
Consejos Prácticos
- ✓Para el nivel 4 de la norma IEC 61000-4-2 (±8 kV), seleccione un TVS con una corriente de pulso máxima nominal ≥ 15 A (en el ancho de pulso correspondiente) con un margen adecuado.
- ✓Utilice matrices de TV multicanal para interfaces con muchos pines (USB, HDMI, Ethernet) para ahorrar espacio en la placa y reducir la inductancia de enrutamiento.
- ✓Agregue una resistencia en serie pequeña (10—47 Ω) entre el conector y el TVS para reducir la tensión de dV/dt en el TVS y ayudar a cumplir con los límites de ESD.
Errores Comunes
- ✗Seleccionar un diodo TVS basándose únicamente en la tensión de separación sin comprobar la tensión de bloqueo en la corriente máxima: V_cl siempre es superior a la tensión de separación.
- ✗Ignorando la capacitancia del diodo TVS en líneas de alta velocidad: se requiere un TVS de baja capacitancia (< 0,5 pF) para USB 3.0 o HDMI.
- ✗Colocar la pinza ESD lejos del conector: cada mm de trazo entre el conector y la pinza permite que el pico ESD se propague. Coloque las abrazaderas a menos de 2 mm del conector.
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre los televisores ESD y los televisores con protección contra sobretensiones?
Las pinzas ESD TVS están optimizadas para tiempos de subida muy rápidos (< 1 ns) y corrientes de pico elevadas (1—30 A) en pulsos muy cortos (< 100 ns). El Surge TVS maneja pulsos más largos (milisegundos) con mayor energía. Ambos son diodos TVS bidireccionales, pero están dimensionados para diferentes perfiles de amenazas.
¿En qué se diferencia el modelo de prueba IEC 61000-4-2 del de HBM?
La norma IEC 61000-4-2 (descarga por contacto) utiliza un modelo de 330 Ω/150 pF con un tiempo de subida más rápido (~1 ns) y una corriente máxima más alta que el modelo del cuerpo humano (HBM, 1500 Ω /100 pF). La norma IEC 61000-4-2 es más estricta y se utiliza para las pruebas a nivel de sistema, mientras que la HBM se utiliza para las pruebas a nivel de componentes.
¿Puedo usar un diodo Zener en lugar de un TVS para la protección contra descargas electrostáticas?
No se recomienda Los diodos Zener no están optimizados para transitorios rápidos: tienen tiempos de respuesta lentos (normalmente > 10 ns) en comparación con los diodos TVS (< 1 ns). Para la protección contra descargas electrostáticas, utilice un televisor que tenga la clasificación adecuada para el modelo de ESD y el nivel de energía específicos.
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