电子元器件的防浪涌应用.doc

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1、.电子元器件的防浪涌应用电浪涌引起的电过应力（EOS）损伤或烧毁是电子元器件在使用过程中最常见的失效模式之一。电浪涌是一种随机的短时间的高电压和强电流冲击，其平均功率虽然很小，但瞬时功率却非常之大。因此，它对电子元器件的破坏性很大，轻则引起逻辑电路出现误动作或导致器件的局部损伤，重则引发热电效应（如双极晶体管的二次击穿、CMOS电路的闩锁效应），使器件特性产生不可逆的变化，甚至遭到永久性破坏（如造成铝金属互连线的烧熔飞溅）。随着电子元器件集成密度的提高和几何尺寸的缩小，使得它越来越容易因受到电过应力而损坏。因此，必须采取有效措施予以防范。9.1.1集成电路开关工作产生的浪涌电流数字集成电路在输

2、出状态翻转时，其工作电流的变化很大。例如，在如图9.1所示的具有图腾柱输出结构的TTL电路中，当状态翻转时，由于晶体管内储存电荷的释放需要一定的时间，其输出部分的两个晶体管VT01和VT02会有大约10ns的瞬间同时导通，这相当于电源对地短路。每一个门电路，在此转换瞬间有幅度为30mA左右的浪涌电流输出。对于大规模集成电路或高密度印制板组件，一块电路或一块组件上会有几十乃至成千上百个门电路同时翻转，所形成的浪涌电流是十分可观的。在上例中，若有33块TTL电路同时翻转，则瞬态电流可达1A，而变化时间只有10ns。象这种电流变化，稳压电源是难以稳定调节的。一般稳压电源的频率特性只有10kHz数量级

3、，对于10ns级的剧烈变化是无济于事的。于是，上述效应就会造成电源电流的剧烈波动，不仅给产生浪涌的原电路，而且可能给电路中的其它器件造成危害，还会通过电磁辐射影响邻近的电路或设备。Word资料.由于这种浪涌电流具有很高的频率成分，可在集成电路附近接旁路电容（有时称去耦电容）加以抑制，如图9.2所示。根据经验，一般可以在每5～10块（具体数目与所用电路的类型有关）集成电路旁接一个0.01～0.1μF左右的电容；每一块大规模集成电路或每一块运算放大器也最好能旁接一个电容。去耦电容应该是低电感的高频电容，小容量电容一般选用园片陶瓷电容器或多层陶瓷电容器，大电容最好选用钽电解电容器或金属化聚酯电容器，

4、不宜采用铝电解电容器，因为它的电感比上述电容器大近一个数量级。另外，在印制线路板的电源输入处，也应旁接一个100μF左右的钽电容和一个0.05μF左右的陶瓷电容。（a）（b）图9.1数字集成电路开关工作时产生的浪涌电流示例（a）图腾柱输出结构的TTL电路；（b）状态转换时的浪涌电流Vi为电路输入电压，ICC为电源电流图9.2抑制集成电路开关工作浪涌电流的措施9.1.2接通电容性负载时产生的浪涌电流如果用开关电路或功率管驱动电容性负载（如图9.3Word资料.所示），则在电路输出端由高电平向低电平转换的瞬间，由于电容两端的电压不能突变，对于交变电流，它等效于短路，电流值仅由回路的电阻R决定，所以

5、这个浪涌电流可以在瞬间上升到接近于VCC/R值，VCC为电源电压。该电流远大于器件的正常导通电流，有可能给器件带来损伤。为了抑制这种浪涌电流，可以串联一个电感，如图9.4(a)所示。也可以在接通瞬间串入一个限流电阻，当电容性负载充电到一定程度之后，再撤销这个限流电阻，如图9.4(b)所示。[实例]浪涌电流导致TTL电路损坏如果TLL电路输出端接有电容负载，当电路输出由低电平向高电平或由高电平向低电平切换时，将出现充电电流或放电电流。当电容量较大时，充放电电流很大，从而使电路内部的输出晶体管受损。解决方法是降低电容容量，或者在电容上接入串联电阻。当然，最好是采用不用容性负载的线路设计。(a)(b

6、)图9.3电容性负载接通时的浪涌电流（a）电容性负载回路；（b）电容的充电电流Word资料.(a)(b)图9.4电容性负载接通时冲击电流的抑制措施（a）接入限流电感；（b）电容性负载接通后自动断开限流电阻9.1.3断开电感性负载时产生的浪涌电压在高压功率开关电路中，常采用功率管驱动电感负载（如变压器、继电器等），如图9.5（a）所示。在这种情况下，当电路输出由通态向断态转换的瞬间，由于电感负载上流动的电流突然被中断，在电感中会产生与原来电流方向相反的浪涌电流，在电感的两端会形成一种反冲电压，其大小为，其波形如图9.5(b)所示。正常电流越大或者电感量越大，所产生的反冲电压也越大。反冲电压的幅值

7、有可能比电源电压高倍10～100倍，极易引起器件的击穿。为了抑制这种电感负载产生的瞬态反冲电压，保护驱动器件，可在电感两端并接一个保护电路，可采用以下几种形式：(1)并接一个电阻R。如图9.6(a)所示。当R≈Rc时，瞬态反冲电压可以限制在于电源电压近似的幅值上。但由于电阻R要消耗功率，使电路的功耗大为增加。(2)并接一个RC支路。如图9.6(b)所示。当电感中有正常电流时，RC支路并无电流；当电