电子产品的雷击浪涌与静电放电（ESD）防护方案

由于全球经济与科技的发展，电子产品已迅速深入世界的各个角落。然而，许多偏远地区基础建设不佳，或是气候极端的地方，电子产品遭受雷击的机率与能量提高，所造成电气过载(Electrical Overstress, EOS)的反修率也随之提升。因此，如中国内地自家电下乡计划之后，不断的提高电子产品雷击耐受度(IEC 61000-4-5)的规格，从原有的1kV，渐渐提升到4kV，甚至已有产品要求6kV的规格。

雷击事件所产生的噪声是属低频（事件长度为20usec以上）但能量却很大的噪声，所以雷击保护组件的设计都着重在能宣泄大能量噪声，而非其反应速度上。雷击保护组件目前还是以陶瓷材料所制作的组件如Varistor为主，因为其成本低又能宣泄大能量的雷击噪声。不过这类组件因其反应速度很慢（大于35nsec以上），不可以同时拿来当静电放电(Electrostatic Discharge, ESD)保护组件。至于ESD事件所产生的噪声是属高频（事件长度为60nsec以内）但能量很小的噪声，所以ESD保护组件的设计必须着重于其反应速度上，唯有反应速度在10nsec以内的保护组件才有ESD防护效果。雷击保护组件的设计挑战在于要在有限的组件体积下，能宣泄最大能量的雷击噪声，而组件材料的选择会是设计重点。ESD保护组件的设计挑战则是在设计组件的快速反应速度与反应后的低导通阻抗，唯有如此才能提供低箝制电压来保护系统的正常运作，而此类组件的设计重点会是在组件结构及其所用的制程上。ESD保护组件现在则是以半导体材料与制程所制作的组件为主，因为其保护效果最佳、组件可靠度也最佳、成本也可因设计成Array式而降得很低。

晶焱科技拥有先进的雷击与ESD防护设计技术。针对雷击保护，晶焱科技推出AZ3 系列雷击保护方案，提供低电容、高雷击耐受度的防护组件，供系统产品于雷击测试时最佳的防护效果。另由于半导体组件快速反应的特性，因此同时提供ESD防护的功能，用户不需再额外添加ESD保护组件。晶焱科技的ESD和雷击保护组件拥有极低的箝制电压(Clamping Voltage)，使得ESD的能量能被箝制在更低的电压以防止系统内部电路于雷击或ESD测试时发生数据错误、当机甚至受到损毁。因此箝制电压是判断ESD保护组件对于系统电路保护效能最重要的参数。

针对以太网络接口，晶焱科技提供完整的雷击与ESD防护方案。AZ3028-04P于一次测提供线对线的雷击防护，AZ3025-04F于二次测提供线对线的雷击防护，AZ3133-04F于二次测提供线对地的雷击防护，并能够有效防护ESD的冲击。图一为利用AZ3028-04P与AZ3133-04F防护以太网络接口的电路图，可通过IEC61000-4-5 10/700us线对线2kV，线对地6kV的测试规范，以及IEC61000-4-2 ESD 30kV的测试规范。

图一、以太网络雷击防护电路图。

针对视频接头接口或是系统电源端，晶焱科技特别推出雷击浪涌保护组件AZ3003-02F，能够承受8/20us雷击电流100A，以及10/700us雷击电压3kV。AZ3003-02F并拥有低箝制电压，能够有效地保护系统产品内部IC 不受雷击或ESD损坏。其DFN封装具有缩小印刷电路板面积与降低布局(Layout)复杂度等优点，Array的形式可同时提供两个视频接头接口雷击或ESD防护，特别适合应用于拥有多个视频接头接口的产品如数字监视系统(Digital Video Recorder, DVR)或IP视频监控系统(Network Video Recorder, NVR)等。

图二、视频接头雷击防护电路图。

来源：晶焱科技股份有限公司