Как выбрать номинальное напряжение конденсатора для защиты от электростатического разряда?

Достаточно ли выбрать конденсатор, выдерживающий конечное напряжение?

Это абсолютно так, но я думаю, что вы можете запутаться в определении «окончательного напряжения». Это не начальное напряжение 8 кВ, которое генератор ESD может создать в разомкнутой цепи; это напряжение, которое появляется на конденсаторе (намного меньше 8 кВ) из-за внутреннего последовательного сопротивления генератора/пушки ESD. Это внутреннее сопротивление (и рассматриваемый конденсатор ESD) образуют RC-цепь нижних частот, которая значительно ограничивает нарастание напряжения на этом конденсаторе ESD.

На картинке ниже конденсатор емкостью 150 пФ заряжен, скажем, до 8 кВ. Это внутренние компоненты пистолета ESD, и они будут подвергаться полному рейтингу kV, но это не ваша проблема. Важным компонентом (по-прежнему внутренним в пистолете ESD) является резистор 330 Ом. Это ограничит пиковое напряжение, которое может быть создано на вашем защитном конденсаторе от электростатического разряда. И, конечно же, вы должны выбрать значение конденсатора ESD, которое ограничивает напряжение в достаточной степени для защиты вашей уязвимой цепи И ограничено ниже максимального номинального напряжения конденсатора ESD.

(Источник изображения: Кит Армстронг — Методы проектирования для ЭМС — часть 6 )

Где я могу найти эту информацию для данного размера корпуса, емкости и номинального напряжения?

Вы не найдете его, потому что вы должны вычислить его. Производители не знают, что может безопасно выдержать ваша схема-жертва, и поэтому они не могут сказать вам, какой номинал конденсатора выбрать. Учитывая также, что существует несколько различных спецификаций требований к электростатическим разрядам, это делает окончательные рекомендации маловероятными.

Но если у вас есть симулятор (настоятельно рекомендуется в наши дни для любого уровня разработчика), можно легко установить начальные условия для конденсатора 150 пФ равным 8 кВ и посмотреть, до какого напряжения поднимется напряжение на вашем предполагаемом конденсаторе ESD на основе значения емкости. .

Что касается конденсаторов, предложенных в вопросе, в техническом паспорте номера деталей немного неоднозначны, но, тем не менее, я думаю, что они увязываются с этим диапазоном на веб-сайте Kemet . Kemet описывает их как «SMD ESD Rated Commercial Grade», и, если я сосредоточусь на части 10 нФ 0603 , у нее будет такая кривая ESR:

В основном ESR составляет 100 мОм, и это следует учитывать при расчетах или просто смоделировать, используя это значение ESR. Вы также можете проверить ESL: -

Это очень хорошо; он не поднимается примерно на 500 pH (пикогенри), но вы все равно должны использовать его в своей симуляции, просто чтобы убедиться, что нет экстравагантных артефактов звона, которые могут вызвать проблемы с выбросом напряжения.

Вы также должны проверить, что Kemet говорит о пиковых напряжениях и токах. Это относится не только к ESD, но и к нормальной работе:

Фактор все эти вещи, и вы должны быть хорошо идти. Во всяком случае, вот краткая симуляция разряда конденсатора емкостью 10 нФ. Я позволил себе ускорить процесс заряда конденсатора емкостью 150 пФ, чтобы было легче увидеть:

А вот и осциллограммы: -

В этих условиях конденсатор ESD поднимается до 195$\color{red}{\boxed{^1}}$вольт для замкнутого ключа продолжительностью 10 мкс (начинается с 0,5 мс). Я уверен, что если бы у вас был симулятор, вы могли бы воспроизвести это и добавить ESR и ESL к идеальной используемой модели конденсатора.

$\color{red}{\boxed{^1}}$195 вольт немного высоко из-за вольности, которую я позволил себе уменьшить резистор 50 МОм до 100 кОм. Я взял на себя эту смелость, чтобы ускорить время зарядки 150 пФ, чтобы результат симуляции был более удобочитаемым. В действительности при перераспределении базового заряда от конденсатора 150 пФ к конденсатору 10 нФ пиковое напряжение будет:

Конденсаторы должны иметь номинальное напряжение, превышающее максимальное постоянное напряжение, которое когда-либо будет на этом конденсаторе во время нормальной работы .

Идея надлежащей защиты от электростатического разряда с использованием конденсаторов заключается в том, что напряжение никогда не станет очень высоким. Предполагается, что конденсаторы поглощают заряд, инжектированный в результате электростатического разряда.

Если ваше событие ESD по-прежнему будет давать, например, 100 В на конденсаторах (и из-за этого вы будете использовать конденсаторы на 150 В), то ** вы упустите точку, в которой эти конденсаторы обеспечивают защиту от электростатического разряда. Эти 100 В уже повредили бы вашу микросхему!

Поэтому вам нужно добавить конденсаторы, которые достаточно велики, чтобы поглощать достаточно заряда, чтобы напряжение не превышало уровень повреждения.

Помните, что все микросхемы также имеют внутреннюю защиту от электростатического разряда. Однако рекомендуется не полагаться на это и по возможности добавлять собственную защиту.

Это зависит от фиксирующих диодов, которые находятся на одном узле. Для дискретных TVS-диодов обычно можно найти график зависимости напряжения от тока. Если вы полагаетесь на диоды, встроенные в ИС, эта информация, вероятно, недостаточно документирована.

Ситуация, когда полный заряд от электростатического разряда поступает в конденсатор, может случиться, если у вас есть большой последовательный импеданс после конденсатора от электростатического разряда. В этом случае вы можете рассчитать конечное повышение напряжения как полный заряд электростатического разряда, деленный на емкость. Однако, на мой взгляд, такая ситуация маловероятна, так как последовательное сопротивление должно быть достаточным для предотвращения повреждения электростатическим разрядом в сочетании с IC-диодами.