单片机TVS/ESD二极管防护

TVS 瞬态电压抑制二极管Transient Voltage Suppressor

ESD 静电释放二极管 Electro-Static discharge

这两种本质上都是二极管。都是利用了二极管正向导通、反向截止的特性。二极管在反向截止截止条件下,如果电压继续增大,将会引发雪崩,使得二极管由截止变为短路。

TVS一般用于低压大电流防护,例如为了保护单片机的5V输入,可以使用一个截止电压为5.5V的TVS来保护,一旦用户不小心给单片机插上了一个12V电源,那么单片机板子上的TVS将会把12V电源的正极通过雪崩直接短路到,从而保护单片机不受损害。

ESD一般用于高压小电流防护,例如人体静电,电压可达10KV,但是电流极小。ESD一般用于保护会与人体直接接触的插头,例如USB、串口的TX/RX等。

下面看一个经典型号RCLAMP0524,这是一个单向4路ESD芯片。

上图中共有9个二极管,真正起ESD作用的只有中间那个,它的符号和其余8个不同,其余8个就是普通二极管。1、2、3、4引脚上一旦出现10KV高压,ESD二极管就会短路,这样就可以把1234上的高压泄放到3、8引脚上,也即GND上。

再看一个经典型号:SRV05-4,这款支持4路信号线防护+一路5V电源防护,下图来自【雷卯电子】家的SRV05-4的数据手册

ESD的选型:参考链接:ESD器件保护原理及选型

在ESD器件选型时寄生电容可以根据应用接口选择,如下图

ESD器件选型步骤

1.计算接口信号幅值的范围来确定ESD器件的工作电压;

2.根据信号类型决定使用单向或者双向ESD器件;

3.根据信号速率决定该接口能承受的最大寄生电容;

4.根据电路系统的最大承受电压冲击,选择适合的钳位电压;

5.确保ESD器件可达到或超过IEC 61000-4-2 level4。

例如USB2.0接口保护电路:

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