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， zhegenitingdaohuozheganjiaodaodeshengxiangjiushijingdianfangdiandejieguo。dangbutongcailiaohuxiangfenlishidianzihuifashengzhuanyi，wuzhifenlihouhuichanshengjingdianhe
，zhegeguochengjiujiaozuomocaqidian。yixiewuti，birushuoganpifuheyangmao
，douhuibiandedaizhengdianhe；或者其它如聚酯，乙烯基帶負電荷。

dangyigemocaqidiandewutishifangtadedianheturangeilingyigebutongdianweidewutishi
，jingdianfangdianxiaoyingjiuhuifasheng。mocaqidiandewutizhijiandedianweichakeyidadaohengao，yigerendejingdianfangdianxiaoyingdejiancejixiandianyadayuewei3,000 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, 還hai可ke以yi不bu同tong方fang式shi進jin入ru建jian築zhu物wu的de電dian氣qi係xi統tong。閃shan電dian撃撃中zhong架jia空kong的de主zhu輸shu電dian線xian可ke以yi直zhi接jie把ba電dian流liu偶ou接jie進jin入ru建jian築zhu物wu中zhong的de交jiao流liu點dian導dao體ti中zhong去qu。附fu近jin小xiao山shan上shang發fa生sheng的de閃shan電dian可ke以yi迫po使shi強qiang大da的de電dian流liu在zai地di麵mian上shang流liu動dong。這zhe些xie電dian流liu將jiang影ying響xiang建jian築zhu物wu附fu近jin的de地di電dian位wei。同tong時shi這zhe種zhong情qing況kuang可ke會hui由you於yu地di麵mian下xia麵mian的de設she施shi比bi如ru接jie地di到dao建jian築zhu物wu中zhong的de水shui氣qi管guan道dao等deng而er變bian差cha。在zai建jian築zhu物wu旁pang的de旗qi杆gan的de閃shan電dian可ke以yi在zai建jian築zhu物wu內nei的de導dao體ti比bi如ru電dian話hua或huo連lian接jie個ge人ren電dian腦nao的de電dian線xian中zhong誘you發fa電dian流liu。閃shan電dian帶dai來lai的de應ying力li可ke以yi以yi各ge種zhong方fang式shi進jin入ru建jian築zhu物wu說shuo明ming了le在zai多duo種zhong地di點dian中zhong安an裝zhuang浪lang湧yong保bao護hu的de必bi要yao性xing。浪lang湧yong保bao護hu需xu安an裝zhuang在zai建jian築zhu物wu的de交jiao流liu電dian源yuan及ji電dian話hua服fu務wu的de進jin入ru點dian。而er在zai一yi些xie比bi較jiao敏min感gan的de電dian子zi設she施shi比bi如ru個ge人ren電dian腦nao或huo者zhe娛yu樂le中zhong心xin安an裝zhuang更geng多duo的de浪lang湧yong保bao護hu設she備bei也ye是shi物wu有you所suo值zhi。

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(cong)75V~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），如(ru)圖(tu)所(suo)示(shi)。如(ru)果(guo)受(shou)保(bao)護(hu)的(de)電(dian)氣(qi)節(jie)點(dian)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)在(zai)保(bao)持(chi)點(dian)的(de)水(shui)平(ping)，在(zai)電(dian)氣(qi)應(ying)力(li)消(xiao)除(chu)後(hou)一(yi)個(ge)消(xiao)弧(hu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)也(ye)可(ke)能(neng)不(bu)會(hui)關(guan)閉(bi)。仔(zai)細(xi)選(xuan)擇(ze)消(xiao)弧(hu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)是(shi)必(bi)須(xu)的(de)，或(huo)者(zhe)預(yu)先(xian)做(zuo)好(hao)準(zhun)備(bei)，以(yi)保(bao)證(zheng)在(zai)應(ying)力(li)消(xiao)除(chu)時(shi)關(guan)閉(bi)保(bao)護(hu)和(he)在(zai)正(zheng)常(chang)操(cao)作(zuo)期(qi)間(jian)不(bu)打(da)開(kai)。

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