如何選擇 ESD 保護電容

靜電放電(Electrostatic Discharge , 簡稱 ESD)是靜電荷的快速轉移。 當一個帶有正電荷的物體與另一個帶負電荷的物體相接觸時,它們會傾向於平衡自己的電子。 電子從一個物體衝擊流向另一個物體就是 ESD。 ESD 可被視為電子電路及其零件的敵人。電子元件被電荷轉移很容易造成損壞,使它們無法使用。 可惜大多數時候,當你發現時為時已晚。

這時,就是 ESD 保護電容發揮作用的時候。ESD 電容被放置在電路中以吸收電路可能接觸到而不需要的 ESD。這裡介紹另一篇關於 ESD 保護電容的好文章:ESD 靜電放電保護電容器是甚麼?

而本文章會集中描述如何選擇 ESD 保護電容。 此外,緊記保護電路免受 ESD 影響的方法有很多,使用電容保護是一種較經濟的解決方案。

選擇 ESD 保護電容時,需要留意三個主要參數:

待測裝置(Device Under Test,簡稱 DUT)

DUT 效應是 ESD 測試電路中電容兩端的有效合成電壓,該電路可以參考圖1。

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圖1

Vx = 合成電壓 Resultant Voltage
Cx = DUT (待測電容)
Co = 充電電容
Vo = 電壓源

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該方程式顯示了 Vx 和 Cx 之間的關係。 如果保持 Vo 和 Co 不變,則 Vx 和 Cx 成反比。 因此,Cx 值越高,Vx 下降得越多。

以下是 6kV (Vo) ESD 要求下使用 2000pF 電容器 (Cx) 的一個示例。我們根據 AEC-Q200 測試方法使用 Co = 150pF。DUT 效應關係表示在施加 6kV 時,Cx 僅看到 418.6V (Vx)。 下面是通過數學運算。

Vx = (Co / Co + Cx) Vo
Vx = (150pF / 150pf + 2000pF) x 6kV
Vx = (.00000000015 / .00000000015 + .000000002) x 6000 Volts
Vx = (.00000000015 / .00000000215) x 6000 Volts
Vx = (.0697674418604651) x 6000 Volts
Vx = 418.6 Volts

擊穿電壓(Voltage Breakdown)

擊穿電壓是一種用於確定電容的電壓電平強度的方法。 您可以通過以遞增的速率在電容兩端施加直流電壓,直到電容失效來確定電容器可以承受的最大持續電壓。 因此,我們應該選擇擊穿電壓大於 Vx 的電容。

直流偏壓(DC Bias)

當陶瓷電容被施加直流電壓時,有效電容值和標稱電容值可能會不同。 直流偏壓以相對於標稱的電容值變化百分比來表示。 下面是計算直流偏壓的方程式。

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介電材料在直流偏壓中起著重要角色, 不同類別的電容也有關係。 對於 I 類電容,變化相對較小的,而 II 類電容的電容值首先增加,然後隨著達到額定電容而穩定下降。 通常 II 類典型值的偏差為 -10% 至 -70%。 隨著施加的電壓增加,有效電容值會降低。

只考慮 ESD 測試額定值並不是選擇電容值的最佳方法。如果同時關注 DUT、擊穿電壓和直流偏壓的影響,則可以防止保護電路過度設計和設計不足的情況。

更多有關電容器類別的資料,請參考這篇文章 : Understanding Ceramic Capacitor Temp-Coefficients

內容和圖片由 TDK Product Center 提供。