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接口防护指南——浪涌
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date: 2023-09-24T22:43:00+08:00
description: AI摘要：本文介绍了接口防护中的浪涌问题，包括浪涌的定义、类型、特点以及对电子设备的影响。浪涌是由雷电、开关操作等引起的瞬态高压噪声，分为雷涌、开关浪涌、负载突降浪涌和ESD。浪涌可能导致大面积损坏、焊盘/金属层烧坏等问题。文章详细讨论了浪涌的防护措施，如共模浪涌抑制电路、超高浪涌电压抑制电路等，并提供了浪涌测试方法。此外，还提到了手机行业对浪涌标准的高要求，以及TVS管的功率要求和选型指南。Powered by AISummary.接口防护指南——浪涌接口失效不仅有机械应力、电化学反应导致的失效，最重要的还是电气失效——静电ESD和浪涌SURGE。两者的范围如下图所示1。静电属于短时高压，浪涌属于长时低压，后者能量更大持续时间更久。对照上图，总结如下表所示。 瞬态过压稳态过压持续时间短长功率大稳定能量小稳定来源浪涌、静电、热插拔、过充电源接错，电源损坏，腐蚀当超过ESD单元钳位电压的过电压出现在器件端子上时，器件会不会损坏就取决于ESD元件被击穿期间通过它的能量的多少。ESD（Electro Static Discharge, 静电释放）和EOS（Electrical Over Stress, 电气过应力）都是与电压过应力有关的概念，但它们之间的差异也很明确：ESD的电压很高（> 500V），持续时间相对较短（< 1µs）EOS的电压相对较低（< 100V），持续时间更长一些（通常 > 1µs）对于器件来说，其电应力工作区间如下图所示，超过最大工作电压后会出现EOS损坏。EOS损坏的器件失效图片如下所示，常伴有大面积烧毁、金线断裂，发热发烫或者不工作。浪涌和静电损坏的特点如下表所示。损坏类型浪涌、过压、过功率静电（ESD）特点大面积损坏微小的点损坏 焊盘/金属层烧坏IO PAD或相关联的线路失效物理损伤外观：烧裂、烧黑、鼓包外观：无异常或不明显 内部：金属层烧坏、碳化、铜线熔断内部：硅级别（栅极针孔，晶体管熔断）机制热损坏静电损坏 电压低电压高（>500V） 峰值电流10A~100A峰值电流1A~24A 持续时间1us~10min持续时间短（<300ns）华为SuperCharge超级快充几乎独有三大端口防护技术：USB端口进水检测功能USB端口防烧毁技术端口浪涌抑制技术浪涌SURGE浪涌是指由雷电和开关等引起的瞬态高压噪声。以下是车规上的区别2。类型说明雷涌作为自然现象的雷电具有非常大的能量。雷电造成的浪涌，可以区分为直击雷涌和感应雷涌。对直击雷涌进行保护是非常困难的，但是对感应雷涌则可采取保护对策。感应雷涌指的是电源线路和通信线缆等比较长的配线由于附近的雷击而感应发生的高电压浪涌。开关浪涌开关浪涌是一种瞬态的高电压浪涌，它是在开关和继电器等通/断(开/关)时(特别是断开时)，由于急剧的电流变化和电路或配线的电感变化，而在触点处诱发高电压浪涌。开关浪涌的电压非常高，有的情况下还会产生火星，因电感与触点的杂散静电电容造成的大衰减振动电流会放出热或电磁波。此高电压浪涌是导致电子电路错误动作的原因，在有的情况下还是导致零部件损坏的原因。负载突降浪涌(load dump)负载突降浪涌是在汽车上起因于电池的阻断而产生的浪涌。在交流发电机(电池充电用发电机)因发动机的动作而处于对电池进行充电的状态下，出现对电池的连接中断情况是最坏的情形。浪涌电压的大小，是由切断瞬间同步发电机的旋转速度和磁场的励磁强度来决定的。ESD(静电放电)ESD(静电放电)是人体和物质所具有的微小杂散电容中所蓄积的电荷向周围物体放电的一种现象，它被分类为浪涌的一种。 ESD虽然时间短，能量小，但由于是达数千伏的短暂性的瞬态高电压，会诱发电子电路的错误动作，或者造成电子零部件的损坏。雷涌在工业和家电等需要接入电网的产品，要考虑到雷击场景。电子设备雷击浪涌抗扰度试验的国家标准为GB/T17626.5（等同于国际标准IEC61000-4-5）3。标准主要是模拟间接雷击产生的各种情况：雷电击中外部线路，有大量电流流入外部线路或接地电阻，因而产生的干扰电压。间接雷击（如云层间或云层内的雷击）在外部线路上感应出电压和电流。雷电击中线路邻近物体，在其周围建立的强大电磁场，在外部线路上感应出电压。雷电击中邻近地面，地电流通过公共接地系统时所引进的干扰。应对雷涌需要用到以下措施。共模浪涌抑制电路对4000Vp以下的浪涌电压进行抑制，一般只需采用LC电路进行限流和平滑滤波，把脉冲信号尽量压低到2~3倍脉冲信号平均值的水平即可。由于L1、L2有50Hz电网电流流过，电感很容易饱和，因此，L1、L2一般都采用一种漏感很大的共模电感。用在交流，直流的都有，通常我们在电源EMI滤波器，开关电源中常见到，而直流侧少见3。一般CX电容可承受4000Vp的差模浪涌电压冲击，CY电容可承受5000…