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ESD 클램프 다이오드 선택

IEC 61000-4-2 보호를 위한 클램프 다이오드의 피크 전류, 전력 소산 및 클램핑 비율을 계산합니다.

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공식

I_pk = (V_ESD − V_cl) / Z, P_pk = V_cl × I_pk

V_cl — Clamp voltage (V)
Z — Discharge path impedance (Ω)

작동 방식

ESD (정전기 방전) 클램프 다이오드는 최대 정격을 초과하는 과도 전압으로부터 민감한 IC를 보호합니다.일반적인 ESD 이벤트 (IEC 61000-4-2 레벨 4: ±8kV 접점) 에서 방전 전류는 직렬 경로 임피던스 Z (HBM 또는 접점 방전 모델의 경우 일반적으로 330Ω) 를 통해 흐릅니다.최대 클램프 전류는 i_pK = (V_ESD − V_Cl) /Z이며, 여기서 V_cl은 피크 전류 시 TVS 다이오드의 클램핑 전압입니다.클램프에서 소비되는 피크 전력은 p_pK = V_Cl × i_pK입니다.IC가 정상적으로 작동하려면 클램핑 전압 (V_Cl) 이 IC의 절대 최대 정격 이하로 유지되어야 합니다.클램핑 비율 V_Cl/V_ESD는 디바이스가 얼마나 효율적으로 클램핑하는지를 나타냅니다.낮은 비율 (< 0.01) 은 효과적인 클램핑을 의미합니다.

계산 예제

문제: IEC 61000-4-2 레벨 2 접점 ESD 이벤트 (V_ESD = 4kV) 가 V_Cl = 15V 및 330Ω 시리즈 임피던스의 TVS 클램프로 보호되는 USB 회선에 부딪힙니다.피크 전류, 피크 전력 및 클램핑 비율을 계산합니다.
솔루션:
1.피크 전류: i_PK = (4000 − 15)/330 = 3985/330 = 12.1A
2.최고 전력: p_pK = 15 × 12.1 = 181W
3.클램핑 비율: V_CL/V_ESD = 15/4000 = 0.00375
결과: TVS 클램프는 피크 181W를 소비하며 (단, 최대 1ns까지만) 라인을 15V로 클램핑하여 IC가 보호 핀에서 15V를 견딜 수 있는지 확인하십시오.낮은 클램핑 비율 (0.37%) 은 효과적인 억제 효과를 확인시켜줍니다.

실용적인 팁

  • ✓IEC 61000-4-2 레벨 4 (±8kV) 의 경우 피크 펄스 전류 등급이 15A 이상 (관련 펄스 폭) 이고 마진이 충분한 TVS를 선택하십시오.
  • ✓보드 공간을 절약하고 라우팅 인덕턴스를 줄이기 위해 많은 핀 (USB, HDMI, 이더넷) 이 있는 인터페이스에 멀티채널 TVS 어레이를 사용하십시오.
  • ✓커넥터와 TVS 사이에 소형 직렬 저항 (10—47Ω) 을 추가하여 TVS에 가해지는 dV/dt 스트레스를 줄이고 ESD 제한을 충족할 수 있습니다.

흔한 실수

  • ✗피크 전류에서 클램핑 전압을 확인하지 않고 스탠드오프 전압만을 기반으로 TVS 다이오드를 선택하는 경우 — V_cl은 항상 스탠드오프 전압보다 높습니다.
  • ✗고속 회선에서 TVS 다이오드의 커패시턴스를 무시하면 USB 3.0 또는 HDMI에는 저용량 TVS (< 0.5pF) 가 필요합니다.
  • ✗ESD 클램프를 커넥터에서 멀리 떨어진 곳에 두십시오. 커넥터와 클램프 사이의 모든 mm 트레이스가 있으면 ESD 스파이크가 전파됩니다.커넥터에서 2mm 이내에 클램프를 배치하십시오.

자주 묻는 질문

ESD TVS 클램프는 매우 짧은 펄스 (< 100ns) 에서 매우 빠른 상승 시간 (< 1ns) 과 높은 피크 전류 (1—30A) 에 최적화되어 있습니다.Surge TVS는 더 높은 에너지로 더 긴 펄스 (밀리초) 를 처리합니다.둘 다 양방향 TVS 다이오드이지만 서로 다른 위협 프로파일에 맞게 크기가 조정됩니다.
IEC 61000-4-2 (접점 방전) 는 인체 모델 (HBM, 1500Ω/100pF) 보다 상승 시간 (~1ns) 이 더 빠르고 피크 전류가 더 높은 330Ω/150pF 모델을 사용합니다.IEC 61000-4-2는 시스템 수준 테스트에 사용되는 반면 HBM은 구성 요소 수준 테스트에 사용되기 때문에 더 거칠고 가혹합니다.
추천하지 않습니다.제너 다이오드는 TVS 다이오드 (< 1ns) 에 비해 응답 시간이 느리기 때문에 (일반적으로 10ns 이상) 빠른 과도 현상에 최적화되어 있지 않습니다.ESD 보호를 위해서는 특정 ESD 모델 및 에너지 수준에 맞는 TVS를 사용하십시오.

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