集成电路模拟输入和输出进行高压瞬变保护设计

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本文将要解决的两个问题 如何依据 IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4 和 IEC 61000-4-5 标准的规定,对 集成电路 模拟输入和输出进行高压瞬变保护; 如何设计系统输入

本文将要解决的两个问题
  • 如何依据 IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4 和 IEC 61000-4-5 标准的规定,对集成电路模拟输入和输出进行高压瞬变保护;

  • 如何设计系统输入输出保护电路

    EMC 标准

    IEC 61000 是有关 EMC 鲁棒性的系统级标准。该标准中涉及高压瞬变的三个部分为IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4 和 IEC 61000-4-5。这些是针对静电放电(ESD)、电快速瞬变(EFT)和浪涌的系统级标准。这些标准定义了在施加这些瞬变影响的情况下用于评估电子电气设备抗扰度的波形、测试方法和测试级别。

    IEC 61000-4-2 测试的主要目的是确定系统在运行过程中对系统外部的ESD事件的免疫能力——例如,如果系统输入/输出接触到带电人体、电缆、工具时。IEC 61000-4-2规定要使用两种耦合方法测试:接触放电和气隙放电。

    IEC 61000-4-4 EFT测试涉及将快速的瞬变脉冲群耦合到信号线上,以表征与外部开关电路关联的瞬变干扰,这类电路能够以容性方式耦合至信号线。这种测试反映了开关触点抖动,或者因为感性或容性负载切换而产生的瞬变,而所有这些在工业环境中都很常见。

    图1. 面向精密模拟输入的 IEC系统保护

    浪涌瞬变通常由开关操作造成的过压情况或雷击造成。开关瞬变的起因可能是电力系统切换、配电系统中的负载变化或各种系统故障(例如安装时与接地系统形成短路和电弧故障)。雷电瞬变的原因可以是附近的雷击将高电流和电压注入电路中。

    瞬变电压抑制器

    瞬变电压抑制器(TVS)可以用于抑制电压浪涌。用于箝位高压瞬 变,使大电流绕过敏感电路。TVS的基本参数为:

    • 工作峰值反向电压:低于该值时不会发生显著导电现象的电压

    • 击穿电压:等于该值时会发生规定导电现象的电压

    • 最大箝位电压:器件上传导规定的最大电流的最大电压

      在系统输入或输出上使用TVS器件时要考虑多个因素。ESD或EFT事件会产生超快时间(1 ns至5 ns)的瞬变波形,在TVS器件箝位击穿电压之前,在系统输入上导致初始过冲电压。浪涌事件具有不同的瞬变波形,上升时间缓慢(1.2 μs),脉冲持续时间长(50 μs);并且在该事件下,将在击穿电压下开始箝位电压,但可能一直增大至TVS最大箝位电压。另外,TVS必须高于可能由接线错误、断电或用户错误导致的任何容许直流过压,以保护系统,使其免受该直流过压事件的影响。所有三种情况都有可能在下游电路的输入上导致具有潜在破坏作用的过压。

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