上海雷卯电子：10V交流电源浪涌保护方案

发布时间：2024-06-12 11:39
作者：AMEYA360
来源：雷卯电子
阅读量：1152

　　方案优点：用于满足110V交流电源接口的浪涌保护，根据电源所处环境选择不同级别的保护器件，满足IEC61000-4-5 4KV~8KV不同级别的测试。

上海雷卯电子：10V交流电源浪涌保护方案

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　　采用电池是最方便干净的电源，为电子电路提供电压。还有许多其他方法，为电子设备供电，如适配器，太阳能电池等，但最常见的直流电源是电池。通常，所有设备都带有防反接保护电路，但是如果您有任何电池供电的设备没有防反接保护，那么在更换电池时始终必须小心，否则它可能会炸毁设备。　　因此，在这种情况下，防反接保护电路将是电路的有用补充。有一些简单的方法可以保护电路免受反极性连接的影响，例如使用二极管或二极管桥，或者将P沟道MOSFET用作HIGH侧的开关。　　使用二极管的极性反接保护　　使用二极管是极性反接保护最简单、最便宜的方法，但它存在漏电问题。当输入电源电压很高时，小的压降可能没关系，特别是当电流较低时。但在低压操作系统的情况下，即使是少量的压降也是不可接受的。　　众所周知，通用二极管上的压降为0.7V，因此我们可以通过使用肖特基二极管来限制此压降，因为它的压降约为0.3V至0.4V，并且还可以承受高电流负载。选择肖特基二极管时要注意，因为许多肖特基二极管都具有高反向电流泄漏，因此请确保选择具有低反向电流(小于100uA)的二极管。　　雷卯电子有专门开发的超低Vf肖特基二极管和超低漏流的肖特基二极管，适合防反接使用。　　在4安培时，电路中肖特基二极管的功率损耗为：　　4x 0.4V= 1.6W　　在普通二极管中：　　4x 0.7 V=2.8W　　所以肖特基在电路中的节能效果明显，如果电路电流较大，也可以选用DO-277封装的肖特基二极管，比如雷卯电子SS10U60。　　整流桥堆防反接保护　　我们也可以使用全桥整流器进行防反接保护，因为它与极性无关。但是桥式整流器由四个二极管组成，因此在单二极管的上述电路中，功率浪费量将是功率浪费的两倍。　　使用P 沟道MOSFET 的防反接保护　　使用P沟道MOSFET进行反接极性保护比其他方法更可靠，因为它具有低压降和高电流能力。该电路由一个P沟道MOSFET、齐纳二极管和一个下拉电阻组成。如果电源电压低于P沟道MOSFET的栅极至源电压(Vgs)，则只需要不带二极管或电阻的MOSFET。您只需要将MOSFET的栅极端子连接到接地即可。　　现在，如果电源电压大于Vgs，则必须降低栅极端子和源极之间的电压。下面提到了制造电路硬件所需的组件。　　P 沟道场效应管 型号根据电流电压选择　　采用P沟道MOSFET的极性反接保护电路的工作原理　　现在，当您按照电路图连接电池时，具有正确的极性，它会导致晶体管打开并允许电流流过它。如果电池向后或以反极性连接，则晶体管关闭，我们的电路将受到保护。　　该保护电路比其他保护电路更有效。让我们分析一下当电池以正确的方式连接时，P沟道MOSFET将导通，因为栅极和源极之间的电压为负。查找栅极和源极之间电压的公式为：Vgs= (Vg- Vs)　　当电池连接不正确时，栅极端子的电压将为正极，我们知道P沟道MOSFET仅在栅极端子的电压为负时(此MOSFET的最低-2.0V或更低)导通。因此，每当电池以相反方向连接时，电路都将受到MOSFET的保护。　　现在，让我们来谈谈电路中的功率损耗，当晶体管导通时，漏极和源极之间的电阻几乎可以忽略不计，但为了更准确，您可以浏览P沟道MOSFET的数据表。对于LMAK30P06P 沟道MOSFET，静态漏源导通电阻(RDS(ON))为0.020Ω(典型值)。因此，我们可以计算电路中的功率损耗。　　如下所示：功率损耗=I*I*R　　假设流经晶体管的电流为1A。所以功率损耗将是　　功率损耗=I2R= (1A)2*0.02Ω= 0.02W　　因此，功率损耗比使用单二极管的电路小约27倍。这就是为什么使用P沟道MOSFET进行防反接保护比其他方法要好得多的原因。它比二极管贵一点，但它使保护电路更安全，更高效。　　我们还在电路中使用了齐纳二极管和电阻器，以防止超过栅极到源电压。通过添加电阻和9.1V的齐纳二极管，我们可以将栅源电压箝位到最大负9.1V，因此晶体管保持安全。　　当然MOS的防反接电路也可以采用Nmos来截断电路，截断的就是负极电路，我们一般的理念还是开关正极，就像家里电灯开关一样，是装在火线上，而不是零线上。
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　　一.优点：　　1、极低功耗：导通压降仅 10-20mV，20A 电流下功耗降至 0.4W(较肖特基二极管降低 97%)，无需额外散热片;　　2、瞬时响应：反向电流检测响应时间 < 1μs，彻底消除反向恢复浪涌，避免对后端芯片的冲击;　　3、宽域兼容：部分型号反向耐压可达-65V，覆盖 12V 汽车蓄电池反接(-12V)、24V 工业电源波动等极端场景。　　二.目前理想二极管中主流的专用控制器型号及适合场景　　1、TI LM74700：65V 耐压，集成过温保护，适合汽车电子电源冗余设计　　LM5050-1：75V 耐压，低静态电流(7μA)，适用于电池供电的便携式设备;　　2、荣湃Pai8150x/Pai8151x 系列：支持背靠背FET 架构、电池反向保护及电源路径冗余，适用于新能源汽车低压系统。　　3、美信 MX16171：1-50V 宽输入，支持并联扩展电流，工业控制冗余电源首选;　　4、芯洲科技 SCT53600Q：±65V 耐压，AEC-Q101 认证，车载 ECU、BMS 系统核心防护器件。　　三.传统二极管pk 理想二极管　　四.雷卯TVS+理想二极管12V/24V直流电源浪涌保护方案　　“双重屏障” 防护逻辑：理想二极管与 TVS 的协同需满足 “时间+能量” 双维度配合：　　理想二极管：负责反向电流阻断(如荣湃的Pai8151系列在0.75μS内关断)和持续过流保护(如芯洲 SCT53600Q 支持 50A 过载 10ms);　　雷卯TVS：承担正向浪涌能量泄放(响应时间 < 1ns)和电压钳位(雷卯TVS二极管将瞬态电压限制在理想二极管耐压范围内)　　12V汽车电子方案(满足 ISO 7637-2 测试)　　核心器件：　　理想二极管专用控制器：荣湃Pai8150C(-55V至80V 耐压， AEC-Q100 认证);　　TVS：雷卯 SM8S24CA(24V VRWM，38.9V VC，6600W 峰值功率，AEC-Q101 认证)。　　参数匹配逻辑：　　VRWM=24V(1.2×12V 系统电压)，确保正常工作时 TVS 无漏流;　　VC=38.9V(< Pai8150C 的80V 耐压)，避免浪涌击穿 MOSFET;　　峰值电流 IPP=170A(>ISO 7637-2 脉冲 5A 的 100A 需求)。　　实测表现 ：雷卯EMC团队在雷卯实验室环境下验证：　　脉冲 5A 测试(100V 输入，1Ω 源阻抗，300ms)：钳位电压稳定在 38.5V;　　反接测试(-12V 持续 1min)：Pai8150C 快速关断，后端电路零损伤。　　24V工业控制浪涌防护方案(满足 IEC 61000-4-5 等级 3)　　核心器件：　　理想二极管：荣湃Pai8150C(-55V至80V耐压);　　TVS：雷卯 SMDJ26CA(26V VRWM，42V VC，3000W 峰值功率)。　　参数匹配逻辑：　　VRWM=26V(1.08×24V 系统电压)，适配工业电源波动范围;　　VC=42V(< Pai8150C 的80V 耐压)，保护驱动电路;　　冗余设计可配合雷卯 GDT(2R090-5S)组成两级防护，GDT 泄放 80% 浪涌电流(>2kA)。　　实测表现：2kV 浪涌测试(8/20μs 波形)：系统压降≤5V，后端PLC无复位;　　电动汽车12V辅助电池充电控制与浪涌综合防护方案　　电动汽车12V辅助电池需解决 3 个问题：　　1、充电时可控通断(充满自动关断，避免反向放电);　　2、动阶段双向供电(12V电池给高压侧电容预充电);　　3、防护两类浪涌：　　电压浪涌(雷击、电源尖峰，损伤电路);　　电流浪涌(启动时电容充电的大电流，冲击 MOSFET)。　　上海雷卯方案架构：　　前级 TVS：钳位瞬态过压，雷卯采用SM8S24CA，满足 ISO 7637-2 测试;　　背靠背 MOSFET(Q1+Q2)：配合控制器实现 充电路径开关 + 双向导通;　　充电路径通:EN 信号低→Q1、Q2 导通→DC/DC 给电池充电;　　充电路径断:电池充满→EN信号高→Q1、Q2关断→切断电路，防反向放电。　　控制器阴极(CATHODE)引脚悬空→允许能量反向流动(比如 12V 电池给高压侧电容预充电)。　　理想二极管控制器：驱动 MOSFET，内置软启动逻辑(通过外接 RC 网络缓启动)。　　雷卯通过TVS+理想二极管的科学搭配，不仅能解决传统二极管的功耗与可靠性痛点，更能构建符合国际标准的浪涌防护体系。
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　　最新的AR,VR,5G产品，新的电子产品更智能、更复杂，嵌入了脆弱和敏感的集成电路。这些设备的环境往往很恶劣，产生高水平静电和快速瞬态浪涌。这些ESD器件可能会干扰设备，从故障到集成电路的破坏。　　将这些问题最小化的最佳方法是从PCB入口放置瞬态电压抑制器(TVS)，放置在可能出现浪涌的地方;但在选择这些组件PCB布局必须小心，以确保最好的保护。　　电磁兼容可靠性要求　　很明显，敏感部件可能会出现静电损坏风险。国际电工委员会IEC委员会定义了标准，该标准定义了四种严重等级，对应于四种电压等级，有两种放电、接触和空气类型。对接触放电的类别与电压水平和电流波形的定义显示了对接触放电的这些类别的定义以及与不同电压水平的波形的定义。　　下表是IEC61000-4-2规定最新定义的接触静电放电的波形4级测试要求，附带测试标准波形的具体时间和电压图。　　线路中TVS设置　　大家都知道要在接口处设置TVS保护器件，但有时候达不到理想的测试效果，这里要分析一下原因：　　1、TVS型号选型不当;　　2、PCB设计不合理，导致TVS保护效果不佳　　这里主要讨论在PCB上怎么合理设计让TVS发挥最大的保护功效。　　这里就要考虑线路上的各种寄生电感，包括TVS管脚自身的寄生感值。这会影响静电或浪涌发生时后端IC处的箝位电压Vc值。　　TVS本身遵从以下公式：　　VCL = VBR + RD × IPPR为TVS本身的寄生电容值，越小的产品他的箝位电压会更好，更有效保护IC，IPP是测试瞬间通过TVS本身的电流值。　　在测试图中，A点的电压并不是Vc值，Va电压需要加上TVS 两端的电压。　　LIN和LIC由PATH通常由线路的控制阻抗(例如50Ω或100 Ω差分)驱动。为了迫使浪涌电流通过保护电路，我们必须确保LGND和LTVS路径尽可能低。此外，为了减少PCB上的辐射，最好的方法是将保护电路尽可能靠近连接器针脚。　　以下有三种TVS在板子上的接线方式，供大家选择优劣。　　以上ABC的设置方式，大家可以评论哪种方式最好。答案是C　　设计案例　　需要考虑未被保护的路径远离在保护路径上，否则会有EMI干扰的风险。　　总结　　以上我们看到，为了限制各种寄生电路的布局，必须注意产生的过电压和电磁干扰。注意接地连接和将TVS放置在正确的方式上，保证一个成功的电路，以确保设备的高可靠性水平的关键。综上所述，以下要点：确保保护装置连接到地面尽可能短，尽量减少寄生电感路径从静电电源到保护组件，然后从保护组件到芯片保护(而不是从静电电源到芯片保护，然后保护连接到该路径)。这也是一种避免寄生电感，将保护组件尽可能接近ESD源：这将最小化PCB上的EMI，与其他路径耦合化PCB上的EMI，与其他路径耦合。
2025-08-05 13:28 阅读量：724
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上海雷卯电子：近场通信NFC接口防静电ESD

　　上海雷卯EMC小哥针对NFC接口静电保护，推出了ESD器件和保护方案：ULC1811CDN 满足18V的低容参数需求，而且VC箝位电压低，电容超低，可保护NFC接口天线的有效使用。　　近场通信(Near Field Communication，NFC)是一种短距离无线通信技术，通过将两个设备的NFC芯片靠近，实现数据的传输和共享。NFC技术基于射频识别(RFID)技术，运行在13.56MHz的无线频段。NFC设备通常包括两种模式：卡模式和读写模式。在卡模式下，NFC设备可以作为一个被动的卡片，用于支付、门禁控制、公交卡等应用。在读写模式下，NFC设备可以主动读取或写入其他NFC设备中的数据。NFC技术的特点：短距离通信、快速传输、简便易用、兼容性广泛。　　1. NFC设备接口的特点　　NFC设备接口通常工作在低电压和高频率的环境下，因此，选择合适的TVS/ESD二极管需要考虑以下几个因素：　　1、低电压响应：选择具有低电压响应特性的TVS/ESD二极管，以确保在低电压下也能起到保护作用。　　2、快速响应时间：选择具有快速响应时间的TVS/ESD二极管，以能够迅速抑制瞬态过电压和静电放电。　　3、低电容：选择具有低电容的TVS/ESD二极管，以避免对NFC信号的干扰。　　2.注意TVS/ESD二极管的安装和布局　　为了确保TVS/ESD二极管发挥最佳的保护作用，需要注意以下几点：　　· 尽量靠近NFC设备接口的位置安装TVS/ESD二极管，以最大程度地减少静电放电和过电压对设备接口的影响。　　· 使用封装良好的二极管，以防止外部环境对其造成损害。　　· 采用合适的布局，确保电路的地线和信号线布线合理。
2025-07-23 11:01 阅读量：588
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