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電子產品的雷擊浪湧與靜電放電防護方案2014/03/24

 

由於全球經濟與科技的發展,電子產品已迅速深入世界的各個角落。然而,許多偏遠地區基礎建設不佳,或是氣候極端的地方,電子產品遭受雷擊的機率與能量提高,所造成電氣過載(Electrical Overstress, EOS)的反修率也隨之提升。因此,如中國大陸自家電下鄉計畫之後,不斷的提高電子產品雷擊耐受度(IEC 61000-4-5)的規格,從原有的1kV,漸漸提升到4kV,甚至已有產品要求6kV的規格。
 
雷擊事件所產生的雜訊是屬低頻(事件長度為20usec以上)但能量卻很大的雜訊,所以雷擊保護元件的設計都著重在能宣洩大能量雜訊,而非其反應速度上。雷擊保護元件目前還是以陶瓷材料所製作的元件如Varistor為主,因為其成本低又能宣洩大能量的雷擊雜訊。不過這類元件因其反應速度很慢(大於35nsec以上),不可以同時拿來當靜電放電(Electrostatic Discharge, ESD)保護元件。至於ESD事件所產生的雜訊是屬高頻(事件長度為60nsec以內)但能量很小的雜訊,所以ESD保護元件的設計必須著重於其反應速度上,唯有反應速度在10nsec以內的保護元件才有ESD防護效果。雷擊保護元件的設計挑戰在於要在有限的元件體積下,能宣洩最大能量的雷擊雜訊,而元件材料的選擇會是設計重點。ESD保護元件的設計挑戰則是在設計元件的快速反應速度與反應後的低導通阻抗,唯有如此才能提供低箝制電壓來保護系統的正常運作,而此類元件的設計重點會是在元件結構及其所用的製程上。ESD保護元件現在則是以半導體材料與製程所製作的元件為主,因為其保護效果最佳、元件可靠度也最佳、成本也可因設計成Array式而降得很低。
 
晶焱科技擁有先進的雷擊與ESD防護設計技術。針對雷擊保護,晶焱科技推出 AZ3 系列雷擊保護方案,提供低電容、高雷擊耐受度的防護元件,供系統產品於雷擊測試時最佳的防護效果。另由於半導體元件快速反應的特性,因此同時提供ESD防護的功能,使用者不需再額外添加ESD保護元件。晶焱科技的ESD和雷擊保護元件擁有極低的箝制電壓(Clamping Voltage),使得ESD的能量能被箝制在更低的電壓以防止系統內部電路於雷擊或ESD測試時發生資料錯誤、當機甚至受到損毀。因此箝制電壓是判斷ESD保護元件對於系統電路保護效能最重要的參數。
 
針對乙太網路介面,晶焱科技提供完整的雷擊與ESD防護方案。AZ3028-04P於一次測提供線對線的雷擊防護,AZ3025-04F於二次測提供線對線的雷擊防護,AZ3133-04F於二次測提供線對地的雷擊防護,並能夠有效防護ESD的衝擊。圖一為利用AZ3028-04P與AZ3133-04F防護乙太網路介面的電路圖,可通過IEC61000-4-5 10/700us線對線2kV,線對地6kV的測試規範,以及IEC61000-4-2 ESD 30kV的測試規範。
針對視訊接頭介面或是系統電源端,晶焱科技特別推出雷擊浪湧保護元件 AZ3003-02F,能夠承受8/20us雷擊電流100A,以及10/700us雷擊電壓3kV。AZ3003-02F並擁有低箝制電壓,能夠有效地保護系統產品內部 IC 不受雷擊或ESD損壞。其DFN封裝具有縮小印刷電路板面積與降低佈局(Layout)複雜度等優點,Array的形式可同時提供兩個視訊接頭介面雷擊或ESD防護,特別適合應用於擁有多個視訊接頭介面的產品如數位監視系統(Digital Video Recorder, DVR)或IP視訊監控系統(Network Video Recorder, NVR)等。
 
                圖一、乙太網路雷擊防護電路圖。

 

 

                                                 圖二、視訊接頭雷擊防護電路圖。

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