應(yīng)對(duì)電路保護(hù)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),WAYON維安幫您選擇更合適的電路保護(hù)產(chǎn)品,方案設(shè)計(jì)代理商KOYUELEC光與電子
5G、新能源汽車、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)作為新興產(chǎn)業(yè),一端連接著不斷升級(jí)的消費(fèi)市場,另一端連接著飛速發(fā)展的科技創(chuàng)新。值得注意的是,各個(gè)產(chǎn)業(yè)的建設(shè)都與半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān),每當(dāng)終端設(shè)備有新的技術(shù)突破,就需要與之匹配的半導(dǎo)體器件。與此同時(shí),所有行業(yè)的制造商都在不斷推動(dòng)產(chǎn)品性能提升,試圖在創(chuàng)新與成熟可靠的解決方案之間達(dá)成平衡。以電子保護(hù)子系統(tǒng)為例,這些系統(tǒng)保護(hù)敏感且成本高昂的下游電子器件(ASIC、微處理器等),受其特性限制,設(shè)計(jì)人員面臨著平衡設(shè)計(jì)復(fù)雜性、可靠性和成本這一困難任務(wù)。
許多傳統(tǒng)的保護(hù)解決方案通常低效、體積龐大且需要維護(hù)。為了解決這些不足,幫助設(shè)計(jì)人員縮小選擇范圍,選擇更適合的方案,本文分享了一些關(guān)于保護(hù)元器件的典型應(yīng)用案例,旨在展示保護(hù)產(chǎn)品的特點(diǎn)和建議應(yīng)用的特性。
#典型應(yīng)用方案一
手機(jī)Vcharge端口EOS防護(hù)
受測設(shè)備:手機(jī);
測試標(biāo)準(zhǔn):IEC61000-4-5,1.2/50-8/20us,2Ω,EOS 350V, DC 24V;
客戶端現(xiàn)象:使用單顆12V TVS作為端口浪涌防護(hù)器件,浪涌測試后,系統(tǒng)開機(jī)Fail;
原因分析:失效分析結(jié)果顯示TVS器件和后級(jí)IC均有損壞點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)室復(fù)現(xiàn)失效,器件表面塑封體熔融,器件內(nèi)部芯片呈現(xiàn)較大區(qū)域燒毀點(diǎn),確定為長時(shí)間過電壓導(dǎo)致失效;
解決方法:更換24V TVS器件作為端口浪涌防護(hù)器件,并搭載型號(hào)為WP3116的OVP器件,浪涌測試等級(jí)可至350V浪涌等級(jí)測試,同時(shí)滿足DC 24V直流耐壓測試;
整改后優(yōu)勢:更換浪涌防護(hù)等級(jí)更高的24V TVS器件進(jìn)行浪涌防護(hù),同時(shí)殘余能量被后級(jí)OVP吸收。測試直流耐壓時(shí),TVS不動(dòng)作,OVP進(jìn)行過壓關(guān)斷,從而起到更好保護(hù)。
左圖:單顆TVS方案 ;右圖:TVS+OVP方案
針對(duì)手機(jī)Vcharge/Vbat端口推薦
TVS+OVP保護(hù)方案如下:
維安主推保護(hù)器件列表
#典型應(yīng)用方案二
安防DC12V端口浪涌防護(hù)
受測設(shè)備:安防IPC攝像機(jī);
測試標(biāo)準(zhǔn):IEC61000-4-5,1.2/50-8/20us,2Ω,surge 2KV;
市場端情況:市場返修率不斷增加;
原因分析:返修品失效分析結(jié)果顯示保護(hù)器件和后級(jí)DC-DC均有不同程度的損壞。確認(rèn)為客戶端測試標(biāo)準(zhǔn)提升,浪涌測試從1KV提升至2KV;DC-DC切換為直流耐壓較弱產(chǎn)品導(dǎo)致。
解決方法:安防產(chǎn)品多為集中供電,雷電感應(yīng)能量大,低壓器件更易擊穿,且雷電能量大,對(duì)器件通流能力要求更高,更換為負(fù)阻工藝SMB封裝器件;
整改后方案優(yōu)勢:晶圓N阱推深,獲得更優(yōu)的鉗位能力,SMB封裝承載更大晶圓,極大提高抗浪涌能力,提升整個(gè)系統(tǒng)的防護(hù)能力。
1.2/50us-8/20us 2Ω 2KV
浪涌后系統(tǒng)正常
針對(duì)安防IPC DC12V端口浪涌保護(hù)方案如下:
維安主推保護(hù)器件列表
#典型應(yīng)用方案三
受測設(shè)備:安防NVR;
測試標(biāo)準(zhǔn):IEC61000-4-2 contact 8KV,air 15KV ;
市場端情況:終端產(chǎn)品在使用過程中,出現(xiàn)信號(hào)中斷;
原因分析:失效分析結(jié)果顯示TVS及后端IC均有擊穿現(xiàn)象。超清晰傳輸要求使得IC系統(tǒng)集成度高,常規(guī)工藝產(chǎn)產(chǎn)品參數(shù)規(guī)格無法滿足高速信號(hào)接口的保護(hù)需求;
解決辦法:更換SCR結(jié)構(gòu)的保護(hù)器件作為端口防護(hù)。Anode接信號(hào)端口,Cathode連接GND;當(dāng)Anode遭受ESD/EOS沖擊時(shí),NW/PW結(jié)被擊穿,晶體管NPN和PNP同時(shí)導(dǎo)通,進(jìn)入放大狀態(tài),形成正反饋,進(jìn)入閂鎖狀態(tài),器件呈現(xiàn)大驟回特性,將電壓鉗位到極低水平,有效保護(hù)后級(jí)IC;
整改后方案優(yōu)勢:SCR結(jié)構(gòu)器件具有超低鉗位電壓,通流能力強(qiáng),超低電容,抗ESD能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),能有效提升系統(tǒng)性能,陣列產(chǎn)品還能有效減小PCB占板面積。
保護(hù)器件位置
整機(jī)測試系統(tǒng)正常
針對(duì)HDMI端口ESD保護(hù)方案如下:
SCR I-V曲線
維安主推保護(hù)器件列表
注:維安是國內(nèi)少數(shù)能夠自主研發(fā)設(shè)計(jì)SCR工藝的保護(hù)器件廠商,目前SCR工藝產(chǎn)品已非常成熟,已開發(fā)出單路、多路等各類封裝的器件并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn),能更快的響應(yīng)客戶。
#典型應(yīng)用方案四
汽車拋負(fù)載車燈拋負(fù)載防護(hù)
受測設(shè)備:車載日行燈項(xiàng)目主板;
測試端口:DC 24V電源口;
測試等級(jí):ISO16750-2 P5a 24V系統(tǒng);US=202V;T=60S;Td=350ms;Ri=2Ω;10次;
客戶端現(xiàn)象:使用SM8S36A 6600W PTVS保護(hù)器件,為解決系統(tǒng)EMI,將電感置于保護(hù)器件之前。測試拋負(fù)載5A時(shí),電感冒煙同時(shí)TVS擊穿,系統(tǒng)供電中斷;
原因分析:失效分析結(jié)果顯示電感損壞,PTVS保護(hù)器件擊穿。確認(rèn)因電感功率不夠,拋負(fù)載電流瞬間擊穿電感;
解決方法:將SM8S36A更換為更大功率的SM8T36A保護(hù)器件,同時(shí)將電感置于保護(hù)器件之后,增加散熱板,測試通過16750 5A系統(tǒng)拋負(fù)載最高等級(jí)。
主板裸板上電測試
主板加上散熱板上電測試
針對(duì)車載各類端口保護(hù)方案如下:
為應(yīng)用選擇正確的器件
和所有的產(chǎn)品選型一樣,在查找正確的器件前,需要了解系統(tǒng)要求,這點(diǎn)非常重要。工程師在選型時(shí)如何才能選擇最佳的智能保護(hù)元器件呢?
1.知道想要防止的損害是什么;
2.決定當(dāng)故障情況出現(xiàn)時(shí)你想要什么結(jié)果;
3.對(duì)于“正?!焙汀爱惓!钡倪\(yùn)行狀況作出合理設(shè)想;
4.清楚任何保護(hù)是不可能做到100%的;
5.設(shè)計(jì)開始時(shí)就要規(guī)劃電路保護(hù)方案;
維安選型手冊已顯示許多可能的應(yīng)用,如需了解更詳細(xì)的產(chǎn)品數(shù)據(jù),可在網(wǎng)站內(nèi)查看保護(hù)元器件參數(shù)表,確定元器件的尺寸時(shí),選擇工作電壓范圍,選擇通道數(shù)量,篩選功能,縮小可行選項(xiàng)的范圍。
審核編輯黃昊宇
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