ダイオードクランプ回路はどのように過電圧とESDから保護しますか?
On 12月 27, 2020 by admin過電圧またはESD保護について話すとき、私は常にこの回路を見ます(この回路は両方を達成しますか、それとも1つだけですか?):
しかし、それがどのように機能するのかわかりません。Vpinに20Vを入れたとしましょう。
VpinはVddよりも高い電位であるため、電流はダイオードを流れますが、ノードVpinの電圧はまだ20Vであり、ICはまだ20Vを認識しています-これは内部回路をどのように保護しますか?さらに、ESDイベントが10,000Vに達した場合Vpinに内部回路をどのように保護しますか?
最後に、ダイオードD2はVss未満の電圧から保護するためにありますか、それとも他の目的がありますか?
試しましたこの回路をシミュレートしますが、何らかの理由で機能しません。
コメント
- おそらくゼナーダイオード。
- ESDは低エネルギー源、つまり、それを大きな直列インピーダンスを持つ電圧源と見なします。tを見るとESDテストの基準では、実際のESDソースのモデルとして使用される直列抵抗が表示されます。
- 砂漠にいてライオンがあなたを追いかけている場合は、'ライオンよりも速くなければなりません。グループの最も遅いメンバーよりも速くなければなりません。保護ダイオードは基本的に、遅い人をグループに追加し、ライオンの数を推測することで機能します。
回答
回路は、特定の条件下で過電圧およびESDから保護します。主な仮定は、VdがVpinのエネルギー源と比較して「堅い」ということです。これは通常、Vd =たとえば1Aの電源+容量amdの場合に当てはまります。Vpinは一般的な信号源です。 Vpinが例えば自動車のバッテリーである場合、D3が破壊されるまでの時間に関してすべての賭けがオフになる可能性があります。 。
示されているように、入力VpinはダイオードD3を介してVddに接続されています。
-ソースにVdの電圧を上げるのに十分なエネルギーがないため、入力はVdより1ダイオードドロップ高くクランプされます。または
-VdはVpinの近くまで上昇します-Vpinが非常に硬い場合のみ”Vdより。通常ではありません。または
-D3はエネルギー源として破壊され、それをシンクします
通常は小さな抵抗を追加します-たとえば、VpinとD2D3ジャンクションの間に1kから10kです。
Vpinは、抵抗の両端で〜= Vpin-Vdをドロップする必要があります。
ESD:同じ回路がESDに対して同じように機能しますが、ESDは「ちょうど」高電圧、低エネルギー(希望)のエネルギー源です。この場合も、直列入力抵抗が役立ちます。立ち上がり時間や利用可能なエネルギー、場合によってはダイオードの応答時間などの側面が重要になります。
コメント
- 理由がわかりやすいので、私の答えをあなたの答えに変更することにしました。
回答
これらの電圧源が「理想的」であることを忘れています。したがって、入力が電源から直接20Vの場合、常に20Vになります。
そこに直列抵抗を挿入すると、その動作を確認できます。
LTspiceを使用して回路をモデル化しました。
R1は一部のICピンの入力抵抗です。
-10Vから10VまでのDCスイープを1V刻み。
ご覧のとおり、5.7Vを超え始めると、R1の電圧は約5.7Vになります。
ESDははるかに高い電圧であり、短時間しか持続しませんが、これは必要です。保護を示します。
コメント
- この回答に感謝します。同様の質問があり、それをシミュレートしたかったのですが、'現在コンピュータの近くにいません。
- つまり、Vdd = 3.3Vの場合、Vpin = 6Vの場合、Vicは2V(6-(3.3 + 0.7))になりますか?
- @ m4l490nいいえ、Vpinの1つの値(たとえばVx)でVpinを小さい値から大きい値に増やすと、ダイオードは導通を開始し、Vpin > Vxのすべての値に対して導通します。すべてのVpin > Vxについて、ダイオードは順方向にバイアスされているため、電圧Vicは一定((3.3 + 0.7)に等しい)になります。
回答
ESDテストは最大+ 8kVまたは最大-8kVになります。 + 8kVの放電が発生すると、電流はD3を流れ、それ自体を中和しようとします。 -8kVが発生すると、電流はD2を流れます。
実際のアプリケーションでは、VDDとVSSの電源は非常に離れています。 ESDが発生すると、スパイクがVDD(またはVSS)トレースから飛び出し、他のコンポーネントに干渉します。
この不要な特性を最小限に抑えるには、VDDとVSSの間に常にバルクキャップを追加します。 D2とD3に最も近い。
回答
“Vin> Vcc + 0.7の場合、またはVin -0.7、ダイオードの1つが導通し始めます。過剰な電圧(5.7より上または-0.7より下の電圧はすべてグランドに渡されるか、電源に戻されます。質問。
あなたの写真はやや誤解を招きます。20Vを書き込んだVpinノードが20Vに到達しないことを願っています。Vpinの電圧が上昇し始めると(20Vまで上昇する途中)、電圧が上昇するとすぐにVdd電圧(5V + 0.7)を超えると、D3ダイオードが導通してほとんどすべての電流をVddノードに送信し、Vpinの電圧がこれ以上高くなることはありません。
同様に、D2はVpin電圧をVss以上である
Vddレール電源の仕事は、Vddとグランド間の電位差を5Vに保つことです。vddノードに電流を送ってvddを5vより大きくしようとすると、 Vddレール供給はこのeを通過しますvddが5vのままになるようにグランドに送信した追加電流。 vinノードが(グランドに対して)20vであることを本当に要求した場合、同じノードに対して異なる電圧を要求する2つのソースがあります(これを「ソース競合」と呼ぶと考えてください)。 Vinの20Vソースが十分に強力で、5v vddレールがシンクできるよりも多くの電流を供給できる場合(これは大量の電流である必要があるため、& D3はおそらく非常に多くの電流で失敗する)場合、Vddノードは20Vvin電源によって19.3Vになるように強制されます。
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- つまり、たとえば、"過剰な電圧(5.7より上または-0.7より下の電圧はすべてグランドに渡されるか、電源に戻されます"は、 Vinが20Vに達すると、Vddレールは14.3Vに上昇しますか?
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