| |
В. Воробьев, v-valeri@platan.ru
Многослойные керамические варисторы серии CN фирмы "S+M"(www.siemens.de/pr) как компоненты защиты от статического электричества и фильтрации ЭМ помех
На теле человека, типичная ёмкость которого 150 пФ, может накопиться заряд до 3 мкКл. В соответствии с формулой U = Q/C, напряжение разряда может составить до 30 кВ, но обычно — это 0,5–5,0 кВ. Большинство микроэлектронных изделий выходят из строя при воздействии импульса 2500 В. В то же время, человек может даже не почувствовать статический разряд от напряжения менее 3500 В. Энергию разряда можно рассчитать по формуле W = 1/2xCU2 [1].
Рис. 1. Схема ESD-генератора
Стандарт Европейского экономического сообщества IEC1000-4-2 описывает требования устойчивости и методы испытаний для электронного оборудования, подвергнутого разряду статического электричества (ESD). Схема испытательного генератора представлена на рис. 1. Ток во время разряда статического электричества достигает 45 А за время, меньшее 1 нс (рис. 2). Вторичным эффектом является образование высокого электрического и магнитного поля.
Рис. 2. Форма разрядного тока при ESD
Наиболее общий метод ESD-защиты (рис. 3) основывается на создании отводящего канала разрядного тока при превышении максимально допустимого напряжения и экранировании прибора от электромагнитных полей, создаваемых ESD.
Рис. 3. Защита от ESD
В качестве токоотводящих элементов ESD-защиты могут использоваться импульсные стабилитроны, TVS- (Transient Voltage Suppression) диоды и металло-оксидные многослойные SMD-варисторы фирмы “S+M”.
Более десяти лет многослойные варисторы (MLV — multilayer varistors) ряда SIOV®-CN фирмы “S+M” успешно используются в широком спектре приложений в качестве компонентов подавления перенапряжений. Они стали наиболее популярным компонентами защиты от разряда статического электричества (ESD) в следующих областях:
- производство сотовых телефонов и аксессуаров к ним;
- автомобилестроение (подушки безопасности, бесконтактные ключи, авторадиосистемы, системы ABS);
- порты настольных компьютеров и ноутбуков;
- видеомагнитофоны, телевизионные установки, спутниковые приёмники, настольные компьютерные системы;
- индустриальное и торговое терминальное оборудование.
Например, в области производства сотовых телефонов многослойные варисторы можно считать уже стандартом в защите от ESD. Здесь CN-варисторы могут надёжно защищать от разряда статического электричества следующие изделия:
- клавиатуры;
- разъёмы для подключения факса и модема;
- соединители портативных батарейных источников питания;
- зарядные устройства;
- входы чувствительных интегральных схем и входы/выходы микропроцессоров.
Малое время срабатывания, высокая надёжность, отличные пиковые электрические характеристики в широком диапазоне рабочей температуры при малых размерах ставят многослойные варисторы на первое место при выборе элементов защиты от ESD.
Кроме того, “S+M” предлагает типы варисторов, специально разработанные для защиты линий телесвязи и автомобильных систем. Дополнительно, “S+M” разработала варисторы с определёнными уровнями ёмкостей, которые могут использоваться как для ESD-защиты, так и для обеспечения стандартов Электромагнитной Совместимости (ЭМС).
Рис. 4. Благодаря многослойной структуре, CN-варисторы имеют время срабатывания менее 500 пс
Требуемое для ESD-защиты время срабатывания меньше 1 нс достигается, с одной стороны, за счёт используемой для изготовления варисторов керамики. С другой стороны, индуктивность выводов дисковых варисторов увеличивает это значение до нескольких наносекунд. Благодаря многослойной структуре варисторов SIOV-CN и их SMD-исполнению, достигается время срабатывания менее 500 пс. В то же время, необходимо минимизировать индуктивности проводников при расположении SIOV-CN-варистора на печатной плате.
Рис. 5. Сравнение варисторов SIOV-CN и TVS-диодов
Таблица. Сравнение характеристик SIOV-CN-варисторов и TVS-диодов
| Напряжение фиксации |
11 В при токе 1мА |
22 В при токе 1 мА |
| Тип |
CN1206M6G варистор |
400 Вт TVS |
CN1206K14G варистор |
400 Вт TVS |
| Размер, мм |
3,4 х 1,75 |
5,59 х 3,93 |
3,4 х 1,75 |
5,59 х 3,93 |
| Площадь, мм2 |
5,95 |
21,97 |
5,95 |
21,97 |
| Напряжение фиксации, В |
25 (1А) |
21,7 (106 А) |
38 (1 А) |
39,3 (59 А) |
Пиковый ток*, А
|
200
200
200 |
106
90
70 |
200
200
200 |
59
50
39 |
| Температура уменьшения пикового тока, °С |
>125 |
>25 |
>125 |
>25 |
| Поглощаемая энергия, Дж |
0,4 Дж 2 мс |
0,4 Дж 10/1000 мкс |
0,5 Дж 2 мс |
0,4 Дж 10/1000 мкс |
| Пиковая мошность, Вт |
11 000 |
2 000 |
16 000 |
2 000 |
| Емкость, пФ |
800 |
1 550 |
700 |
800 |
Приводимые на рис. 5 и в таблице сравнительные характеристики показывают отличительные черты варисторов серии CN по сравнению с TVS-диодами.
TVS-диоды
Преимущества:
- Наличие малых напряжений фиксации.
Недостатки:
- Предельные характеристики ухудшаются при температуре > 25°C.
- Больший размер (корпуса SOD, SOT).
SIOV многослойные варисторы серии CN
Преимущества:
- Двунаправленная ВАХ.
- Большой пиковый ток.
- Предельные характеристики не зависят от температуры до 125°C.
- Большая пиковая мощность рассеивания.
- Требуется меньшая площадь по сравнению с TVS-диодами.
- Заказная ёмкость для различных приложений (сотовые телефоны, линии передачи данных и т. д.).
Недостатки:
- Более высокое напряжение фиксации.
Литература
- Motorola: TVS/Zener Device Data, 1/98. Chapter 10 “Transient Voltage Suppression”.
- Siemens Matsushita Components. CD “Data Library Book 1999”.
«ПЛАТАН КОМПОНЕНТС» Москва
Тел./факс (095) 417-5245, 417-8645
www.platan.ru
|
