內(nèi)部ESD箝位結(jié)構(gòu)用于保護(hù)MAX44211免受ESD和其他亞微秒級事件的影響。當(dāng)應(yīng)用存在這些事件可能頻繁發(fā)生且持續(xù)時(shí)間相對較長的危險(xiǎn)時(shí),建議使用外部保護(hù)電路。本應(yīng)用筆記介紹如何在MAX44211上增加保護(hù)電路。
如何安裝MAX44211輸出保護(hù)
當(dāng)負(fù)載斷開和連接時(shí),從電源線發(fā)出不必要的瞬變回到線路驅(qū)動(dòng)器的輸出和耦合電路產(chǎn)生的反電動(dòng)勢,反之亦然,會(huì)產(chǎn)生不希望的過壓情況。如果斷開時(shí)有大量電流流過,則當(dāng)線路驅(qū)動(dòng)器輸出從高阻抗?fàn)顟B(tài)切換到低阻抗?fàn)顟B(tài)時(shí),也會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢。MAX44211電力線通信驅(qū)動(dòng)器通常面向電源線放置,中間有隔離級。在這種過應(yīng)力條件下,需要外部保護(hù)來保護(hù)MAX44211和下游電路。
MAX44211內(nèi)部采用ESD箝位結(jié)構(gòu)(見圖1),以保護(hù)器件免受ESD或亞微秒級事件的影響。當(dāng)應(yīng)用存在這些事件可能頻繁發(fā)生且持續(xù)時(shí)間相對較長的危險(xiǎn)時(shí),建議使用外部保護(hù)電路。未能提供輸出保護(hù)會(huì)導(dǎo)致輸出(OUT+/ OUT-)過大,并最終損壞器件。
本應(yīng)用筆記提供了有關(guān)如何在輸出端添加外部保護(hù)電路的見解和信息 MAX44211。使用V的電路AVDD本應(yīng)用筆記使用= 15V。
圖1顯示了內(nèi)部ESD箝位保護(hù)結(jié)構(gòu)。

圖1.內(nèi)部ESD箝位保護(hù)結(jié)構(gòu)。
輸出端的絕對最大額定值
輸出+,輸出到接地:V接地- 0.3V 至 (VAVDD+ 0.3V)
內(nèi)部ESD保護(hù)二極管是P-N結(jié)二極管。為了防止在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)正常導(dǎo)通,這些二極管的正向偏置不應(yīng)超過300mV。在此水平上,內(nèi)部P-N二極管兩端的泄漏仍然可以忽略不計(jì)。在室溫和約0.6V至0.7V時(shí),二極管兩端的正向電流增加。最終,增加二極管上的電壓限制會(huì)成倍增加其正向電流,最終損壞器件。
MAX44211的ESD保護(hù)設(shè)計(jì)用于承受約±2.5kV脈沖,持續(xù)150ns,根據(jù) JEDEC JESD22-A114 標(biāo)準(zhǔn)。在任何情況下,試圖將輸出暴露在高于絕對值的更高電壓下 超過150ns的最大額定值被視為違反ABS MAX。輸出保護(hù)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2.輸出保護(hù)結(jié)構(gòu)。
浪涌測試和準(zhǔn)直流測試
進(jìn)行了兩個(gè)測試,即浪涌測試和準(zhǔn)直流,以了解內(nèi)部輸出箝位的特性 二極管。與準(zhǔn)直流測試相比,浪涌測試迫使過電壓條件的時(shí)間更短,因此浪涌測試的浪涌 預(yù)計(jì)測試將承載更多電流通過二極管。測試在+25°C和+85°C下進(jìn)行。
浪涌測試
對于浪涌測試,根據(jù)61000-4-5 IEC標(biāo)準(zhǔn)通過施加浪涌脈沖來測試獨(dú)立二極管。這 脈沖呈三角形(tR~1.5μs),持續(xù)時(shí)間為~100μs。圖3顯示了浪涌測試特性。

圖3.測試?yán)擞刻匦浴?/strong>
準(zhǔn)直流測試
對于準(zhǔn)直流測試,使用吉時(shí)利 2410 源表應(yīng)用準(zhǔn)直流測試來測試獨(dú)立二極管。 該脈沖呈梯形(tR~10μs),持續(xù)時(shí)間~350μs。

圖4.準(zhǔn)直流測試信號。

圖5.內(nèi)部保護(hù)鉗準(zhǔn)直流特性。
浪涌和準(zhǔn)直流測試的觀察結(jié)果
內(nèi)部箝位二極管D一個(gè)在+25°C時(shí)在0.78V和在+85°C時(shí)分別在0.7V時(shí)承載1mA電流(在開啟膝蓋區(qū)域)。
內(nèi)部箝位二極管DB+25°C時(shí)在0.7V時(shí)和+85°C時(shí)0.55V時(shí)可承載1mA電流(在開啟膝蓋區(qū)域)。
D 的行為一個(gè)(陽極信號到陰極交流接地)和DB(陽極交流接地的陰極信號)由于微小的內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異而不對稱。
箝位二極管DB(到陽極交流接地的陰極信號)可以相對比D消耗更多的電流一個(gè).
內(nèi)部二極管的箝位行為將在較低的溫度(如-20°C或-40°C)下處于較高的箝位狀態(tài)。
外部保護(hù)解決方案

圖6.外部保護(hù)。
表 1 顯示了組件信息。A 優(yōu)選使用Z1和Z2齊納二極管代替標(biāo)準(zhǔn)TVS轉(zhuǎn)換器,因?yàn)榧词筎VS二極管在瞬態(tài)事件中吸收相對大量的能量,它們的電壓截止點(diǎn)也不受精細(xì)控制,并且會(huì)隨著時(shí)間的推移而老化。齊納二極管提供明確定義的箝位電壓。雙向操作是通過在背靠背配置中使用齊納二極管來實(shí)現(xiàn)的。
Z3的作用是箝位V兩端的電壓DDD1:D4 和 Z2 和 Z3 在過壓應(yīng)力的情況下提供額外的防御。D1:D4 旁路流向電源層的故障電流,Z1 Z2 組合繞過輸出走線處的故障電流并返回電源線,從而保護(hù) OUT+ 和 OUT- 輸出。背靠背齊納二極管的預(yù)期鉗位電壓 = 14V + 0.7V = 14.7V。
| 元件 | 組件代碼 | 組件類型 | |
| D1:D4 | MBR230S1F-7字典-ND | 肖特基二極管 | 850mW, 30V 2A |
| Z1:Z2 | 彩信4701T1G | 齊納二極管 | 500mW、14V 箝位 |
| Z3 | 1SMC15AT3G | 齊納二極管 | 15V 反向關(guān)斷,24V 箝位,1.5kW (峰值脈沖) |
測試說明
VDD設(shè)置為 15V 恒定值。V測試在 0 至 16V 范圍內(nèi)分立斜坡,以觀察齊納箝位何時(shí)啟動(dòng)和 當(dāng)肖特基打開時(shí)。確保 V測試信號在關(guān)閉前“打開”1-2秒,然后關(guān)閉 在“開”條件下進(jìn)行了觀察。這樣做是為了確保持續(xù)功耗 時(shí)間可以忽略不計(jì)。測試在-30°C、+25°C和+60°C下進(jìn)行。
當(dāng) V測試信號超過15V時(shí),齊納鉗位二極管兩端的電流呈指數(shù)上升,因此, 功耗超過500mW。Z1 和 Z2 齊納二極管的額定功率僅為 500mW 連續(xù) PDIS。所以 上述保護(hù)功能僅用于瞬時(shí)而非連續(xù)目的,如電力線瞬態(tài)事件期間所預(yù)期的那樣。

圖7.外部保護(hù)解決方案的測試設(shè)置和結(jié)果。
來自外部保護(hù)解決方案的觀察結(jié)果
當(dāng)外部肖特基二極管導(dǎo)通時(shí),流向AVDD的電流試圖將AVDD電壓拉近信號電壓。
齊納背靠背夾具是第一道防線。它們在肖特基二極管打開之前首先打開。
在相同的測試條件下,肖特基的鉗位電壓在高溫下較低,在低溫下較高。
五世鉗或齊納箝位電壓走線隨溫度變化閉合,如上所示。
從上述觀察中,我們可以推斷:
兩層保護(hù)打開,確保內(nèi)部二極管不打開。
即使內(nèi)部二極管導(dǎo)通(短暫),大部分電流也會(huì)通過 肖特基和齊納箝位,從而保護(hù)線路驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部二極管。內(nèi)部的特點(diǎn) 鉗位可以從準(zhǔn)直流測試中觀察到。
審核編輯:郭婷
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