應(yīng)對電路保護設(shè)計挑戰(zhàn)，WAYON維安幫您選擇更合適的電路保護產(chǎn)品，方案設(shè)計代理商KOYUELEC光與電子

5G、新能源汽車、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)作為新興產(chǎn)業(yè)，一端連接著不斷升級的消費市場，另一端連接著飛速發(fā)展的科技創(chuàng)新。值得注意的是，各個產(chǎn)業(yè)的建設(shè)都與半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，每當終端設(shè)備有新的技術(shù)突破，就需要與之匹配的半導(dǎo)體器件。與此同時，所有行業(yè)的制造商都在不斷推動產(chǎn)品性能提升，試圖在創(chuàng)新與成熟可靠的解決方案之間達成平衡。以電子保護子系統(tǒng)為例，這些系統(tǒng)保護敏感且成本高昂的下游電子器件（ASIC、微處理器等），受其特性限制，設(shè)計人員面臨著平衡設(shè)計復(fù)雜性、可靠性和成本這一困難任務(wù)。

許多傳統(tǒng)的保護解決方案通常低效、體積龐大且需要維護。為了解決這些不足，幫助設(shè)計人員縮小選擇范圍，選擇更適合的方案，本文分享了一些關(guān)于保護元器件的典型應(yīng)用案例，旨在展示保護產(chǎn)品的特點和建議應(yīng)用的特性。

#典型應(yīng)用方案一

手機Vcharge端口EOS防護

受測設(shè)備：手機；

測試標準：IEC61000-4-5，1.2/50-8/20us，2Ω，EOS 350V, DC 24V；

客戶端現(xiàn)象：使用單顆12V TVS作為端口浪涌防護器件，浪涌測試后，系統(tǒng)開機Fail；

原因分析：失效分析結(jié)果顯示TVS器件和后級IC均有損壞點。實驗室復(fù)現(xiàn)失效，器件表面塑封體熔融，器件內(nèi)部芯片呈現(xiàn)較大區(qū)域燒毀點，確定為長時間過電壓導(dǎo)致失效；

解決方法：更換24V TVS器件作為端口浪涌防護器件，并搭載型號為WP3116的OVP器件，浪涌測試等級可至350V浪涌等級測試，同時滿足DC 24V直流耐壓測試；

整改后優(yōu)勢：更換浪涌防護等級更高的24V TVS器件進行浪涌防護，同時殘余能量被后級OVP吸收。測試直流耐壓時，TVS不動作，OVP進行過壓關(guān)斷，從而起到更好保護。

左圖：單顆TVS方案 ；右圖：TVS+OVP方案

針對手機Vcharge/Vbat端口推薦

TVS+OVP保護方案如下：

維安主推保護器件列表

#典型應(yīng)用方案二

安防DC12V端口浪涌防護

受測設(shè)備：安防IPC攝像機；

測試標準：IEC61000-4-5，1.2/50-8/20us，2Ω，surge 2KV；

市場端情況：市場返修率不斷增加；

原因分析：返修品失效分析結(jié)果顯示保護器件和后級DC-DC均有不同程度的損壞。確認為客戶端測試標準提升，浪涌測試從1KV提升至2KV；DC-DC切換為直流耐壓較弱產(chǎn)品導(dǎo)致。

解決方法：安防產(chǎn)品多為集中供電，雷電感應(yīng)能量大，低壓器件更易擊穿，且雷電能量大，對器件通流能力要求更高，更換為負阻工藝SMB封裝器件；

整改后方案優(yōu)勢：晶圓N阱推深，獲得更優(yōu)的鉗位能力，SMB封裝承載更大晶圓，極大提高抗浪涌能力，提升整個系統(tǒng)的防護能力。

1.2/50us-8/20us 2Ω 2KV

浪涌后系統(tǒng)正常

針對安防IPC DC12V端口浪涌保護方案如下：

維安主推保護器件列表

#典型應(yīng)用方案三

高速信號線HDMI端口ESD防護

受測設(shè)備：安防NVR；

測試標準：IEC61000-4-2 contact 8KV,air 15KV ；

市場端情況：終端產(chǎn)品在使用過程中，出現(xiàn)信號中斷；

原因分析：失效分析結(jié)果顯示TVS及后端IC均有擊穿現(xiàn)象。超清晰傳輸要求使得IC系統(tǒng)集成度高，常規(guī)工藝產(chǎn)產(chǎn)品參數(shù)規(guī)格無法滿足高速信號接口的保護需求；

解決辦法：更換SCR結(jié)構(gòu)的保護器件作為端口防護。Anode接信號端口，Cathode連接GND；當Anode遭受ESD/EOS沖擊時，NW/PW結(jié)被擊穿，晶體管NPN和PNP同時導(dǎo)通，進入放大狀態(tài)，形成正反饋，進入閂鎖狀態(tài)，器件呈現(xiàn)大驟回特性，將電壓鉗位到極低水平，有效保護后級IC；

整改后方案優(yōu)勢：SCR結(jié)構(gòu)器件具有超低鉗位電壓，通流能力強，超低電容，抗ESD能力強等優(yōu)點，能有效提升系統(tǒng)性能，陣列產(chǎn)品還能有效減小PCB占板面積。

保護器件位置

整機測試系統(tǒng)正常

針對HDMI端口ESD保護方案如下：

SCR I-V曲線

維安主推保護器件列表

注：維安是國內(nèi)少數(shù)能夠自主研發(fā)設(shè)計SCR工藝的保護器件廠商，目前SCR工藝產(chǎn)品已非常成熟，已開發(fā)出單路、多路等各類封裝的器件并實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，能更快的響應(yīng)客戶。

#典型應(yīng)用方案四

汽車拋負載車燈拋負載防護

受測設(shè)備：車載日行燈項目主板；

測試端口：DC 24V電源口；

測試等級：ISO16750-2 P5a 24V系統(tǒng)；US=202V；T=60S；Td=350ms；Ri=2Ω；10次；

客戶端現(xiàn)象：使用SM8S36A 6600W PTVS保護器件，為解決系統(tǒng)EMI，將電感置于保護器件之前。測試拋負載5A時，電感冒煙同時TVS擊穿，系統(tǒng)供電中斷；

原因分析：失效分析結(jié)果顯示電感損壞，PTVS保護器件擊穿。確認因電感功率不夠，拋負載電流瞬間擊穿電感；

解決方法：將SM8S36A更換為更大功率的SM8T36A保護器件，同時將電感置于保護器件之后，增加散熱板，測試通過16750 5A系統(tǒng)拋負載最高等級。

主板裸板上電測試

主板加上散熱板上電測試

針對車載各類端口保護方案如下：

為應(yīng)用選擇正確的器件

和所有的產(chǎn)品選型一樣，在查找正確的器件前，需要了解系統(tǒng)要求，這點非常重要。工程師在選型時如何才能選擇最佳的智能保護元器件呢？

1.知道想要防止的損害是什么；

2.決定當故障情況出現(xiàn)時你想要什么結(jié)果；

3.對于“正?！焙汀爱惓！钡倪\行狀況作出合理設(shè)想；

4.清楚任何保護是不可能做到100％的；

5.設(shè)計開始時就要規(guī)劃電路保護方案；

維安選型手冊已顯示許多可能的應(yīng)用，如需了解更詳細的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，可在網(wǎng)站內(nèi)查看保護元器件參數(shù)表，確定元器件的尺寸時，選擇工作電壓范圍，選擇通道數(shù)量，篩選功能，縮小可行選項的范圍。

審核編輯黃昊宇