다이오드 클램핑 회로는 과전압 및 ESD로부터 어떻게 보호합니까?

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과전압 또는 ESD 보호에 대해 이야기 할 때 항상이 회로를 봅니다 (이 회로가 둘 다 또는 하나만 수행합니까?).

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

그러나 나는 그것이 어떻게 작동하는지 이해하지 못합니다. Vpin에서 20V를 넣었다고 가정 해보십시오.

따라서 Vpin은 Vdd보다 높은 전위에 있으므로 전류는 다이오드를 통해 흐릅니다. 그러나 노드 Vpin의 전압은 여전히 20V이며 IC는 여전히 20V를 봅니다. 이것이 내부 회로를 어떻게 보호합니까? 또한 ESD 이벤트가 10,000V에서 Vpin에 도달하면 내부 회로를 어떻게 보호합니까?

마지막으로, 다이오드 D2는 Vss 이하의 전압으로부터 보호하기 위해 존재합니까, 아니면 다른 목적이 있습니까?

이 회로를 시뮬레이션하려고 시도했지만 어떤 이유로 작동하지 않습니다.

diodes protection esd

— tgun926
소스

아마도 제너 다이오드 일 것입니다.

— Dan D.

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ESD는 저에너지 소스이므로 상당한 직렬 임피던스를 갖는 전압 소스로 간주하십시오. ESD 테스트 표준을 살펴보면 실제 ESD 소스의 모델로 사용되는 직렬 저항이 표시됩니다.

— Martin

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당신이 사막에 있고 사자가 당신을 따르는 경우에, 당신은 사자보다 빠를 필요가 없으며, 단지 그룹의 가장 느린 구성원보다 빠르면됩니다. 보호 다이오드는 기본적으로 그룹에 느린 사람들을 추가하고 사자 수에 대한 가정을 통해 작동합니다.

— Simon Richter

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회로는 특정 조건에 따라 과전압 및 ESD로부터 보호합니다. 주요 가정은 Vd가 Vpin의 에너지 원에 비해 "강성"이라는 것입니다. 이것은 일반적으로 Vd = 1 A + 용량의 전원 공급 장치에 해당합니다. Vpin은 일반적인 신호 소스입니다. Vpin이 자동차 배터리 인 경우 D3가 파괴되기 전의 시간에 대해서는 모든 베팅이 해제 될 수 있습니다. .

도시 된 바와 같이, 입력 Vpin은 다이오드 D3을 통해 Vdd에 연결된다. 어느
- 소스 Vd를 또는 전압을 올리기에 충분한 에너지를 가지고 있지 않기 때문에 입력 Vd를 상기 하나의 다이오드 전압 강하에 클램프한다
Vd를가 Vpin 근처로 상승한다 - - Vpin가 Vd를보다 많은 "강성"인 경우에만. 일반적으로 그렇지 않거나
-D3은 에너지 원으로 파괴되어 싱크합니다.

Vpin과 D2 D3 접합부 사이에 1k ~ 10k와 같은 작은 저항을 추가하는 것이 일반적입니다.

Vpin은 이제 저항에서 ~ = Vpin-Vd를 떨어 뜨려야합니다.

ESD : 동일한 회로는 ESD가 고전압 저에너지 (원하는) 에너지 원인 경우와 동일한 방식으로 작동합니다. 다시, 직렬 입력 저항이 도움이됩니다. 상승 시간 및 가용 에너지 및 가능하면 다이오드 응답 시간과 같은 측면이 중요해집니다.

— 러셀 맥 마혼
소스

이유를 더 잘 설명하면서 귀하의 답변을 변경하기로 결정했습니다.

— tgun926

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이 전압원이 "이상적"이라는 것을 잊고 있습니다. 따라서 입력이 공급 장치에서 직접 20V 인 경우 항상 20V가됩니다.

거기에 직렬 저항을 던지면 작동 방식을 볼 수 있습니다.

LTspice를 사용하여 회로를 모델링했습니다.

R1은 일부 IC 핀의 입력 저항입니다.

1V 단위로 -10V에서 10V로 DC 스위프를 수행했습니다.

보시다시피, 5.7V를 초과하면 R1은 ~ 5.7V 만 보입니다.

ESD는 훨씬 높은 전압이며 잠시 동안 만 지속되지만 이는 보호 기능을 보여 주어야합니다.

$V_{pin} > V_{dd}+0.7$ $V_{pin} < -0.7$

— efox29
소스

이 답변에 감사드립니다. 비슷한 질문이 있었고 시뮬레이션을 원했지만 현재 컴퓨터 근처에 있지 않습니다.

— 걱정 된 시민

Vdd = 3.3V의 경우 Vpin = 6V 인 경우 Vic는 2V (6-(3.3 + 0.7))입니까?

— m4l490n

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@ m4l490n 아니오, Vpin을 작은 값에서 큰 값으로 증가 시키면 Vpin의 한 값 (예 : Vx)에서 다이오드가 전도를 시작하고 Vpin> Vx의 모든 값에 대해 전도합니다. 모든 Vpin> Vx의 경우 다이오드가 순방향 바이어스되므로 전압 Vic는 일정합니다 ((3.3 + 0.7)).

— skt9

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ESD 테스트는 최대 + 8kV 또는 -8kV까지 내려갈 수 있습니다. + 8kV 방전이 발생하면 D3을 통해 전류가 흐르고 스스로 중화하려고합니다. -8kV가 발생하면 D2를 통해 전류가 흐릅니다.

실제 응용 분야에서 VDD 및 VSS 공급은 매우 멀리 떨어져 있습니다. ESD가 발생하면 스파이크가 VDD (또는 VSS) 트레이스에서 튀어 나와 다른 구성 요소를 방해합니다.

이 원하지 않는 특성을 최소화하려면 항상 VDD와 VSS 사이에 벌크 캡을 추가하십시오. D2와 D3에 가장 가깝습니다.

— 제이슨 한
소스

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"Vin> Vcc + 0.7 일 때 또는 Vin <-0.7 일 때 다이오드 중 하나가 작동하기 시작할 것입니다. 초과 전압 (5.7 이상 또는 -0.7 이하의 모든 것은 접지로 공급되거나 다시 공급으로 전달됩니다)" efox29에서 귀하의 질문에 거의 답변합니다.

사진이 다소 오해의 소지가 있습니다. 20V로 작성된 Vpin 노드는 20V에 도달하지 않기를 바랍니다. Vpin이 전압이 상승하기 시작하면 (최대 20V) Vdd 전압 (5V + 0.7)을 초과하면 D3 다이오드가 대부분의 전류를 Vdd 노드에 전달하여 보내지 않습니다. 더 높은 전압을 얻으십시오.

마찬가지로 D2는 Vpin 전압을 Vss보다 작게 클램핑합니다

Vdd 레일 공급 장치의 임무는 Vdd와 접지 간의 전위차를 5V로 유지하는 것입니다. vdd 노드에 전류를 보내서 vdd를 5v보다 크게 만들려고하면 Vdd 레일 공급 장치가 vdd가 5v를 유지하도록 접지로 보낸이 추가 전류를 전달합니다. vin 노드가 접지와 관련하여 20v에 있어야한다고 요구 한 경우 동일한 노드에 대해 서로 다른 전압을 요구하는 두 개의 소스가 있습니다 (이들을 "소스 경합"이라고 생각합니다). Vin의 20V 소스가 5v vdd 레일이 싱크 할 수있는 것보다 더 많은 전류를 공급할 수있을만큼 충분히 강하다면 (그리고 이것은 많은 전류가 필요하며, D3은 너무 많은 전류로 실패 할 것입니다) Vdd 노드는 20V Vin 전원 공급 장치에서 19.3V가되어야합니다.

— 사용자 158323
소스

따라서 "과도한 전압 (5.7 이하 또는 -0.7 이하의 모든 것이 접지로 공급되거나 다시 공급 됨)"이라고 말하면 Vin이 20V에 도달하면 Vdd 레일이 14.3V로 상승한다는 의미입니다.

— m4l490n